水平定向钻管道穿越回拖力计算公式比较分析.pdf

第 37卷第 1期★ ★ ★ ★ ★ ★ 石 油 工 程 建 设 杨先亢，遁仲森，马保松，韦立勇，兰海涛 (中国地质大学 (武汉)工程学院，湖北武汉 430074) 摘 要：回拖力计算是采用水平定向钻进技术 (HDD)进行管道铺设工程设计的一项重要 内容，也 是选择钻机和管材的主要依据。在实际施工中．水平定向钻穿越回拖力计算方法很多，且计算结果 相差也比较大，常常使工程设计人员无从选择。针对这一问题，文章选取了 《油气输送管道穿越工 程施工规范》、 《给水排水管道工程施工及验收规范》、美国燃气管道研究会的计算方法和美国材料 试验学会ASTM法这4个 目前国内外常用的回拖力计算公式，并结合 3个具有代表性的工程实例， 对4个公式的计算结果及应用环境进行比较分析，得出的结论可供HDD工程设计人员借鉴参考。 关键词 ：水平定向钻 ；回拖力：管道穿越 中图分类号：TE973．4 文献标识码 ：A 文章编号 ：1001—2206 (2011)01—0001—05 O 引言 虑的孑L内受力条件不同，其回拖力的预测公式也有 水平定 向钻进技术的施工过程一般可以分为三 多种。大多数情况下，预测值和实测值并不遵守同 个阶段 ，即钻先导孔 、扩孔和管道回拖 【。其 中 样的趋势，其最高负载的位置也不相同15-6]。 管道的回拖阶段需要选择适当的管材和壁厚来承受 回拖力的计算公式大致可分为两类。一是在计 安装时的荷载，设计人员要预先确定安装荷载并确 算 中未考虑管道弯曲变形后对 回拖力产生 的影响。 保管道尺寸能够承受这些载荷 ，施工单位也要根据 这类公式的主要特点是简单直观、容易计算，例如 他们提 出的计算方法来预测 回拖力并施工安装管 GB50424—2007 《油气输送管道穿越工程施工规 道。另外，回拖力还是水平定向钻钻机选择的主要 范》、GB50268—2008 《给水排水管道工程施工及验 参数，回拖力￥的羊计算羊 是羊 管道￥ 穿越工程首要解决的问 收规范》、卸荷拱土压力计算法 、净浮力计算法 、 题之一 。 Driseopipe计算方法等7-『9]。二是在计算 中考虑 了管 穿越管段在 回拖过程中的受力非常复杂。 目 道弯曲变形后对 回拖力产生的影响。这类公式的主 前普遍认为管道在 回拖过程 中主要受到以下 5种 要特点是公式复杂、考虑全面、参数众多，例如美 阻力 ：一是穿越管道与孔壁问的摩擦阻力 ：二是 国材料试验学会 ASTM法、美 国燃气管道研究会的 管道和地表之 间的摩擦 阻力 ；三是绞盘效应力 ， 方法 (AGA)、MeriaAnnaPalk方法 、Drillpath方 源于沿弯曲钻孔轨迹拖拉管道产生的递增承载压 法等 ¨o_。本文从这两类公式 中选取 4个国内外权 力：四是流体阻力；五是弯曲时由管道刚度产生 威机构或国家标准所提供的计算方法 ，并以实际工 的阻力 ”【。 程 的统计数据为基础 ，将计算结果与实际所测 回拖 由管道受力分析可知回拖力的计算涉及多门学 力进行 比较分析 ．确定了相对较准确的公式，可供 科，既包括土力学、工程力学、流体力学、弹性力 工程设计人员参考。 学等方面的知识 。也与工程实际的地质环境、穿越 1 回拖力计算公式 轨迹、扩孔直径、穿越管道的规格 (外径、壁厚)、管 1．1 未考虑管道弯曲变形的计算公式 材和管段在地面上的摆布方式、发送方式有关 3【-41。 1．1．1 GB50424—2007 《油气输送管道 穿越工程施 因此 ．很难建立起一个与实际工况非常吻合的、具 工规范》 有普遍适用