近几年，水平定向钻穿越技术在大庆油田天然气管道穿越油田路、水渠等构筑物的实际应用越来越多。尤其是大庆油田自2011年以来先后实施西干线、萨大路、让林路、西二路、南六路道路改扩建，原路面4车道扩建成双向6车道或8车道，路面宽度增加至30~50m，改扩建道路虽预留了相当一部分涵洞，但仍然无法满足管线穿越油田高等级公路的要求，由于路面宽度的增加，传统的手掘顶管技术已更多地被定向钻穿越技术替代。定向钻穿越技术作为一种成熟的非开挖穿越技术，它与普通顶管作业技术相比具有经济性可行、技术上成熟、适用面广的特点。管道工程施工主要工序包括焊接、检测、防腐、补口、打压、通球等，天然气管道定向钻穿越工程几乎涵盖了管道施工全部工序的质量管理。
1定向钻工艺及特点
定向钻主要施工工艺如下：钻导向孔→扩孔→管道回拖。
1.1 钻导向孔
根据穿越的地质情况，选择合适的钻头，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。钻机安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。
1.2 预扩孔
在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始将导向孔扩大至要求的直径。一般情况下，使用小型钻机时，直径大于200mm时，要进行预扩孔。使用大型钻机时，当产品管线直径大于DN350mm时，需进行预扩孔。预扩孔的直径和预扩次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤管线的防腐层。
1.3 管线回拖
管线回拖时，先将扩孔工具和管线连接好，然后开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖。管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以管线在扩好的孔中处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样既减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层。经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
2应用实例
大化北线阀组间调整改造工程中主要工程内容为新建600m2阀组间1座，管道穿越公路5次。工程由大庆油田公司投资，建设地点为大庆市龙凤区庆东新城外环东路及万峰路路口处。主要工程内容为五条天然气干气管线穿越公路(管径规格为529mm×8mm、508mm×8mm、159mm×6mm，设计压力为1.6MPa)，其中529mm×8mm管道穿越万峰路2次，159mm×6mm管道穿越万峰路1次(路面39m，路两侧雨排及压力排各10m宽)，508mm×8mm管道穿越外环东路2次(路面宽度48m，路两侧雨排及压力排各10m宽)。天然气管线顶标高必须低于平行于公路两侧雨排、通讯等管网设施标高方可保证垂直穿越，因现场勘察已建涵洞与已建道路两侧平行管线大多同标高，已经无法实现大管径管线穿越，因此排除了利用公路已建涵洞方案。
2.1 材料控制
核查拟穿越天然气管线规格为529mm×8mm、508mm×8mm、159mm×6mm，材质为L245NB，防腐形式为3PE防腐。现场经焊接、检测管线焊口全部合格，在经过防腐补口后，电火花检测达到或超过3PE防腐要求，并对损伤的防腐层经补伤检测合格。核查钻机钻杆的使用年限，防止出现断杆;同时，核查所采用的定向钻切削设备的能力。
2.2 穿越方法控制
(1)穿越管线的弯曲半径保证管线允许应力。根据穿越管线直径，需首先计算工艺管线的曲线段最小弯曲半径(计算公式为R=1500×公称直径)，对比路面宽度，取两者较大者进行导向孔穿越曲线设计，确定入土角度、入土点和出土点。根据弯曲半径要求，外环东路穿越长度为120m，万峰路穿越长度为108m。
(2)控制护壁泥浆制配及泥浆压力。考虑到穿越地质条件，选用膨润土作为润滑泥浆用料，减少摩擦力并较好地保护管道防腐层。同时一定要按方案确定的扩孔级数进行扩孔。管线管径为DN500mm，级数初步确定为三级扩孔。
尾部采用轮式吊车辅助溜尾，减少摩擦力对防腐层的损坏，必要时在入土点辅助降水。由于本工程地下水位相对较高，在施工过程中辅助采用了井点降水的施工方法。
2.3 环境控制
本工程建设地点地面空间开阔，情况明确。地下开挖探查，距拟穿越的外环东路西侧路边3m处敷设有大庆石化公司供水干线，距20m位置处敷设有6kV埋地铠装电力电缆，道路东侧距路边10m处敷设有大庆市东城污水处理厂再生水管线。万峰路南北侧均规划敷设有城市供排水玻璃钢材质管线。
因本次穿越深度最深点为5m，为浅层地质，不需要进行地质钻孔取样。通过现场开挖工作坑初步确认所处地质上层存在少部分流砂层，加深开挖至约3m处为中性亚黏土，该类土质符合穿越管线要求。定向钻穿越地层难点主要是遇到松散的砂、砾石层，砂卵砾石地层(砂、砾石层稳定性差，坚硬岩石切削难度大)。一般情况下，穿越深度较大的顶管或定向钻穿越工程需要通过钻探和物探技术来确定穿越地层的地质结构特点。
因穿越工程从2012年10月底一直持续至2012年12月中旬，管线穿越入土点和出土点土层已部分冻结，管线补口质量受环境温度影响较大，为防止和最大限度减少回拖过程中产生的质量问题，采取了加热、缓冷、提高补口防腐等级等冬季施工措施。
2.4 方案的实施
2012年10月底，施工单位编制了详细的穿越方案，经建设单位审查批准后实施。2012年11月初，定向钻钻机进场，总工期历时约30天，2012年12月15日，成功完成最后一条529mm×8mm管线穿越。
3结语
大庆油田天然气分公司现已进入主要集、输气管网调整完善期，管道施工质量控制是管道施工的重要内容。质量控制是工程管理的永恒主题，定向钻穿越工程作为管线穿、跨越工程中代表性节点工序，其质量好坏直接影响着管线投产及后期运行。因定向钻穿越具有不可逆的特点，穿越一旦失败，工期及投资损失将无法挽回，因此必须认识到质量管控工作的重要性，采取措施，优化方案编制及施工控制过程，切实保证天然气管道一次性成功穿越拟穿越公路、水渠、铁路等既有设施。
