大型銅芯電纜整體穿越淮河入江水道施工技術(shù)

王健愷

中石化江蘇油建工程有限公司，江蘇揚(yáng)州 225009

大型銅芯電纜整體穿越淮河入江水道施工技術(shù)

王健愷

中石化江蘇油建工程有限公司，江蘇揚(yáng)州 225009

江蘇油田大型電纜整體穿越淮河入江水道的施工項(xiàng)目，采取先進(jìn)行電纜鋼質(zhì)套管的水平定向鉆穿越，而后再將電纜穿進(jìn)套管的方案，方案的難點(diǎn)是防止電纜拉斷及防止電纜因摩擦而損壞，采用電纜外側(cè)安裝包箍式滾輪內(nèi)支架等方式，終于克服了方案的難點(diǎn)。簡要介紹了工程概況，較為詳細(xì)地論述了包括初步施工方案的制訂、可行性驗(yàn)證試驗(yàn)、方案優(yōu)化結(jié)果等的總體穿越施工方案的確定，較為具體地闡述了包含電纜鋼質(zhì)套管的穿越施工、電纜穿進(jìn)套管施工、防水密封施工等的施工過程控制，簡明扼要介紹了施工安全和環(huán)保措施，最后指出，該工程已通過相關(guān)測試，工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，項(xiàng)目已順利投產(chǎn)，目前已經(jīng)正常穩(wěn)定運(yùn)行了三年多時(shí)間。

銅芯電纜；定向鉆穿越；電纜套管；滾輪支架；淮河入江水道

2014年，江蘇油田為了解決位于高集油區(qū)入江水道中，枯水期離岸900 m小島上的油井開發(fā)所需的供電問題，啟動(dòng)了1 200 m電纜整體穿越淮河入江水道到達(dá)小島的建設(shè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目由中石化江蘇油建施工。該條35 kV高壓電纜的長度為 1 200 m，規(guī)格為 YJV32-26/35KV 3× 150，計(jì)算質(zhì)量約28 t。電纜整體穿越淮河入江水道時(shí)，采取先進(jìn)行電纜鋼質(zhì)套管的水平定向鉆穿越，而后再將電纜穿進(jìn)套管的穿越方案[1-2]。穿越電纜的鋼質(zhì)套管采用規(guī)格為準(zhǔn)159 mm×6 mm的3PE外防腐無縫鋼管。該工程施工的難點(diǎn)是當(dāng)電纜穿越鋼質(zhì)套管時(shí)，防止?fàn)恳Υ笥陔娎|的抗拉強(qiáng)度而導(dǎo)致電纜拉斷，和減小電纜與鋼質(zhì)套管內(nèi)壁摩擦以防止電纜損壞。

1 總體穿越施工方案的確定

1.1 初步施工方案的制訂

根據(jù)工程特點(diǎn)，計(jì)劃分兩步進(jìn)行電纜的施工。

（1）第一步，采用水平定向鉆穿越的方法進(jìn)行電纜鋼質(zhì)套管的穿越。因?yàn)槭苁┕龅氐闹萍s，考慮采用二接一的焊接、回拖方法進(jìn)行鋼質(zhì)套管的穿越。即將穿越套管分成兩段，每段鋼管預(yù)穿鋼絲繩（該鋼絲繩在施工后期用做牽引電纜），待水平鉆機(jī)完成鉆、擴(kuò)孔后，采用鋼質(zhì)套管二接一焊接、回拖的方法，將電纜鋼質(zhì)套管連同內(nèi)部的鋼絲繩回拖就位。

（2）第二步，將電纜穿進(jìn)套管。計(jì)劃穿電纜前按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)陔娎|外側(cè)每1 m長裝一個(gè)滑動(dòng)式套管內(nèi)支架，見圖1，用于電纜牽引時(shí)減小摩擦阻力和防止電纜損壞。電纜牽引由預(yù)穿的鋼絲繩牽引，鋼絲繩前端連接電動(dòng)絞磨，電動(dòng)絞磨通過鋼絲繩拉動(dòng)電纜穿過電纜鋼質(zhì)套管。

圖1 設(shè)計(jì)圖提供的滑動(dòng)支架

1.2 初步施工方案的可行性驗(yàn)證

通過對(duì)初步方案進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，電纜穿進(jìn)套管方案中可能會(huì)出現(xiàn)牽引力大于電纜抗拉強(qiáng)度的情況，因此在初步方案實(shí)施前，必須通過電纜牽引模擬試驗(yàn)進(jìn)行方案可行性驗(yàn)證[3]。驗(yàn)證試驗(yàn)過程簡要介紹如下：

（1）驗(yàn)證試驗(yàn)方法。電纜入套管端，電纜盤放置在敷設(shè)架上，套管口至電纜敷設(shè)架間加設(shè)半圓狀鋼管導(dǎo)槽，用一臺(tái)挖掘機(jī)加尼龍吊帶模擬穿越套管的啟動(dòng)、停頓的節(jié)奏，吊起電纜盤至套管間的已敷設(shè)電纜，以便電纜的穿進(jìn)。出管端牽引鋼絲繩固定在電動(dòng)絞磨盤上，絞磨與地面不固定，采用可滑動(dòng)橇裝形式，絞磨與地錨間安裝數(shù)字顯示測力計(jì)，通過測力計(jì)可以讀出電纜穿越套管的牽引力。分析此試驗(yàn)過程可以得到以下數(shù)學(xué)關(guān)系：

牽引力=電纜盤的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力+電纜盤至套管管口的電纜摩阻力+電纜在套管內(nèi)的摩阻力+電纜在上坡段的重力反向力+鋼絲繩的摩阻力。

從模擬試驗(yàn)中可以測出電纜盤的初始阻力、電纜盤至套管管口的摩阻力。根據(jù)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可計(jì)算出電纜在套管內(nèi)行進(jìn)時(shí)的摩阻系數(shù)，從而可以根據(jù)穿越角度，計(jì)算出電纜盤至套管管口的摩阻力。電纜在上坡段的重力反向力可以根據(jù)穿越角度計(jì)算得出。由于未計(jì)電纜在下坡段的正向力，所以也未考慮鋼絲繩的摩阻力。具體測試及計(jì)算數(shù)據(jù)較繁，在這里就不作介紹。驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果如下：

（2）第一次模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)電纜線外側(cè)采用每隔1 m裝一組如圖1所示的滑動(dòng)式套管內(nèi)支架的方式。試驗(yàn)結(jié)果顯示摩阻系數(shù)較大，滑動(dòng)內(nèi)支架可見明顯的磨損，試驗(yàn)結(jié)果表明牽引力大于電纜的抗拉強(qiáng)度，此方案不可行。

1.3 施工方案的優(yōu)化

（1）第二次模擬試驗(yàn)。通過分析，確定需要大幅度減小套管內(nèi)支架與套管內(nèi)壁的摩阻。因此第二次模擬試驗(yàn)時(shí)，在原方案基礎(chǔ)上，對(duì)滑動(dòng)內(nèi)支架采取了涂抹黃油的潤滑措施。模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，摩阻系數(shù)有所減小，但效果不明顯，此方案也不可行。

（2）第三次模擬試驗(yàn)。為了實(shí)現(xiàn)電纜穿越套管的目的，又考慮了兩種方案，第一種是采用電纜輔助繩穿進(jìn)法，即通過在電纜上捆綁輔助繩，而后通過牽引輔助繩實(shí)施電纜穿越，此過程電纜本身不受牽引拉力。第二種是取消滑動(dòng)內(nèi)支架，改用每間隔1.5 m長安裝自行研制的鋼質(zhì)滾輪內(nèi)支架的方法，降低電纜在套管內(nèi)穿越阻力，見圖2。經(jīng)過比較，第一種方案不可行，決定采用第二種方案進(jìn)行第三次模擬試驗(yàn)。

第三次模擬試驗(yàn)采用電纜外側(cè)裝包箍式滾輪內(nèi)支架的方式，試驗(yàn)結(jié)果表明摩阻系數(shù)大幅下降，效果明顯，牽引力小于電纜的抗拉強(qiáng)度。此優(yōu)化方案可行，確定使用此方案進(jìn)行施工。

圖2 自行研制的滾輪內(nèi)支架

2 施工過程控制

2.1 電纜鋼質(zhì)套管的穿越施工

套管內(nèi)壁清理采用自制鋼制圓盤工具，鋼制圓盤在套管內(nèi)壁往復(fù)摩擦清理內(nèi)壁毛刺、銹蝕物等。套管組對(duì)焊接時(shí)，選用外對(duì)口器，減少錯(cuò)邊量。焊接工藝采用氬電聯(lián)焊，盡可能減少鋼質(zhì)套管內(nèi)焊縫出現(xiàn)的焊瘤。地面預(yù)制管段按要求進(jìn)行無損檢測。套管預(yù)制段按規(guī)范要求進(jìn)行試壓。套管焊縫防腐補(bǔ)口采用環(huán)氧瀝青2底2面+熱收縮套補(bǔ)口?？紤]到套管預(yù)制完成后，鋼絲繩穿入套管困難，在實(shí)施單管組焊時(shí)預(yù)穿了鋼絲繩。預(yù)制完成后的電纜鋼質(zhì)套管采用水平定向鉆穿越安裝就位，在穿越過程中平穩(wěn)鉆進(jìn)，防止造成拐點(diǎn)或較大偏離，并注意認(rèn)真記錄井斜和方位，以便對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行修正校核。

2.2 電纜穿進(jìn)套管施工

電纜穿進(jìn)套管入管端和穿出出管端的布置與模擬試驗(yàn)時(shí)相同。

（1）在電纜穿進(jìn)套管入管端施工時(shí)，須注意控制以下方面：電纜拖頭采用電纜專用網(wǎng)套拖頭+萬向節(jié)[4]，見圖3，由于萬向節(jié)可轉(zhuǎn)動(dòng)，便于牽引過程中電纜釋放扭力，防止電纜打扭；套管口與導(dǎo)槽連接處安裝喇叭口，保證電纜進(jìn)入管口時(shí)順滑，保護(hù)電纜與滾輪支架；由于電纜盤體積龐大，穿進(jìn)作業(yè)中電纜盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性極大，電纜敷設(shè)架必須提前加裝可靠的剎車裝置，防止因電纜盤慣性轉(zhuǎn)動(dòng)造成電纜亂盤現(xiàn)象。

圖3 電纜專用網(wǎng)套拖頭

（2）在電纜穿出套管出管端施工時(shí)，須注意控制以下方面：出管端牽引鋼絲繩固定在絞磨盤上，絞磨與地面不固定，采用可滑動(dòng)接觸，絞磨與后端地錨間安裝數(shù)字顯示測力計(jì)，讀出電纜穿套過程中的牽引拉力數(shù)值，人工實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止超過電纜的抗拉強(qiáng)度；電纜牽引時(shí)保持緩慢、平穩(wěn)。

（3）在電纜穿進(jìn)套管作業(yè)時(shí)，兩端需配備對(duì)講機(jī)，以便隨時(shí)保持聯(lián)系，同時(shí)應(yīng)設(shè)專人監(jiān)控指揮穿進(jìn)。

2.3 防水密封施工

在電纜穿進(jìn)套管施工完成后，套管端口與電纜的封堵在借鑒以往施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用了防水帽+聚氨酯發(fā)泡+防火膠泥組合式的新型封堵工藝，增加了電纜與套管間防水密封的可靠性。

3 施工安全和環(huán)保措施

施工現(xiàn)場位于重要水體管理區(qū)內(nèi)，安全環(huán)保要求高。穿越施工過程嚴(yán)格遵守國家安全環(huán)保法律法規(guī)，遵守安全施工的制度規(guī)定，建立項(xiàng)目安全和環(huán)保責(zé)任制，施工現(xiàn)場明確總指揮，配備專職安全員負(fù)責(zé)監(jiān)督管理。施工現(xiàn)場設(shè)明顯的警戒線、警示牌，嚴(yán)禁非施工人員進(jìn)入。

4 結(jié)束語

在江蘇油田高集油區(qū)，高二聯(lián)至高一聯(lián)淮河入江水道穿越電纜更新工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中，通過采取鋼質(zhì)滾輪支架支撐電纜的方式等，大大降低了電纜穿進(jìn)套管的摩阻力，從而順利地完成了長1 200 m，質(zhì)量28 t銅芯電纜整體穿越淮河入江水道的施工任務(wù)。另外，由于采用兩步法進(jìn)行施工（先采用水平定向鉆穿越的方法進(jìn)行電纜鋼質(zhì)套管的穿越，而后將電纜穿進(jìn)套管），使得將來的電纜維修或更換比較容易。

在實(shí)際施工中，由于按照方案精心地組織施工，因此電纜順利、安全、保質(zhì)地穿越到位。項(xiàng)目已通過相關(guān)測試，工程質(zhì)量符合設(shè)計(jì)圖紙和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，項(xiàng)目順利投產(chǎn)至今已經(jīng)正常穩(wěn)定運(yùn)行了三年多時(shí)間。

[1]丁自強(qiáng)，戚柏林.110kV電纜穿越380m河流施工方法[J].華東電力，2012（4）：604-607.

[2]李月東，聶義忠.定向鉆穿越技術(shù)用于高壓電纜穿越黃河[J].石油工程建設(shè)，2002，28（6）：24-25.

[3]丁紅梅.10kV電纜通道穿越沈馬公路工程施工計(jì)算分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（34）：40-41.

[4]廖喜，程科，李亞平.萬向電纜穿越技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2012（3）：115.

Construction technologyofcopper core cable across Huaihe-Changjiang Waterway

WANG Jiankai
Sinopec Jiangsu Oilfield Construction Engineering Co.，Ltd.，Yangzhou 225009，China

In the construction project of large scale electric cable across Huaihe-Changjiang Waterway in Jiangsu Oilfield，the adopted scheme is that the steel casing underwater crossing by horizontal directional drilling，then pulling the cable through the casing.In the scheme，preventing the cable broken during pulling and cable damage due to friction are the difficult construction points.Therefore，the hoop type internal supports with rollers are installed along the cable，which overcomes the construction difficulty.This paper introduces the primary construction scheme，reliability verified test and optimized scheme，then describes the construction course control with respect to steel casing crossing，pulling the cable through the casing and waterproofing，also the construction safety and environmental protection measures.This project has passed related examination，and its engineering quality has met the requirements of design drawings and codes.This project has operated smoothly for more than 3 years.

copper core cable；directional drilling crossing；electric cable casing；support with rollers；Huaihe-Changjiang Waterway

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.03.016

王健愷（1963-），男，江蘇泰州人，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，1990年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）開發(fā)系鉆井工程專業(yè)，長期從事鉆井、油建工程技術(shù)、安全和經(jīng)濟(jì)管理工作。

2017-03-15

Email：wangjk.jsyt@sinopec.com