燃氣設計中水平定向鉆設計的軌跡優(yōu)化探討

賴文光

【摘 要】燃氣設計工作中，經常會遇到需要設計水平定向鉆的情況。本文主要探討在進行水平定向鉆設計時，如何對軌跡進行優(yōu)化。從而得到相對合理的設計軌跡，為實際工程施工提供更合理的指導。

【關鍵詞】燃氣設計；水平定向鉆；軌跡；優(yōu)化；探討

中圖分類號： U175 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0206-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.100

【Abstract】In the gas design work，we often encounter the need to design horizontal directional drilling. This paper mainly discusses how to optimize the trajectory when designing horizontal directional drilling.Thus a relatively reasonable design trajectory can be obtained，which will provide more reasonable guidance for actual engineering construction.

【Key words】Gas design；Horizontal directional drilling；Trajectory；Optimization

1 燃氣設計中水平定向鉆設計的軌跡優(yōu)化方法

圖1為某燃氣工程（管徑為D508*9.5）定向鉆穿越河流的縱斷面軌跡方案圖。 從圖上，我們可以看到同一項目，可做出多種方案。本文僅列其中四個方案進行說明：

方案一：假設為原始方案（基準方案）。

不可變參數(shù)為：底部直線段長度d=12米、曲率半徑R=762米。

可變參數(shù)為出、入土角度（α2、α1）（主控因素1），出、入土端斜直線段長度（L2、L1），出、入土弧線段長度（S2、S1），底部直線段距離河床底部的高度（H1）（主控因素2），跨距（L）。出、入土角度均為8°，出、入土端斜直線段長度為54.9米，弧線段長度為106.4米，底部直線段距離河床底部的高度為10.85米?？缇郘=332.7米。

在方案一的基礎上，改變出、入土角（主控因素1），不改變底部直線段距離河床底部的高度（主控因素2）。得出方案二，具體參數(shù)如下：

方案二：出、入土角度均為10°，出、入土端斜直線段長度為20.0.米，弧線段長度為133.0米，底部直線段距離河床底部的高度為10.85米?？缇郘=317.9米。

在方案一的基礎上，改變底部直線段距離河床底部的高度（主控因素2），不改變出、入土角（主控因素1）。得出方案三，具體參數(shù)如下：

方案三：出、入土角度均為8°，出、入土端斜直線段長度為69.2米，弧線段長度為106.4米，底部直線段距離河床底部的高度為12.85米?？缇郘=362.3米。

在方案一的基礎上，既改變出入、土角（主控因素1），又改變底部直線段距離河床底部的高度（主控因素2）。得出方案四，具體參數(shù)如下：

方案四：出、入土角度均為10°，出、入土端斜直線段長度為31.5米，弧線段長度為133.0米，底部直線段距離河床底部的高度為12.85米。跨距L=339.6米。

通過分析四個方案，得出如下結論：

（1）跨距最長的為方案三，即出、入土角（主控因素1）最小，底部直線段距離河床底部的高度（主控因素2）最大的方案。

（2）跨距最短的為方案二，即出、入土角最大，底部直線段距離河床底部的高度（主控因素2）最小的方案。

（3）方案一和方案四的跨距大于方案二的跨距，小于方案三的跨距。其中，方案一的跨距小于方案四的跨距。

通過分析，我們得出如下優(yōu)化方法：

為了節(jié)省投資，減少工程穿越長度，最佳方案為出、入土角度選擇小角度，底部直線段選用小深度，這個是最理想的方案；

然而，如上是理論分析出來的情況，實際工程中，常見情況是施工場地受限的情況，這時候我們將跨距L為定值考慮。（當然L值不能無限小，跨距在選擇時還應滿足最小曲率半徑的要求，斜直線段長度的要求等）。這種情況下我們可根據改變出、入土角（主控因素1）和底部直線段距離河床底部的高度（主控因素2）的值，以及改變底部直線段長度的值，做出多種方案。

圖2列出了實際工程中某項目的優(yōu)化方案，這里做一下分析。

本項目跨距為317.9米，為不變值。為了躲避已建雨水管道，以及防止穿越曲線段經過鵝卵石層。對曲線1方案進行了優(yōu)化。

曲線1為優(yōu)化前的方案，底部直線段距離河床底部的高度為10.85米，出、入土角度為10°，底部直線段長度為12米。

優(yōu)化后，得出曲線2的方案，底部直線段距離河床底部的高度為6米，出、入土角度為8°，底部直線段長度為61.9米。

優(yōu)化后，管道距離河床底部深度變淺了，但仍能滿足《城鎮(zhèn)燃氣管道穿跨越工程技術規(guī)程》CJJ/T 250–2016中燃氣管道距離河床底部不小于3米的要求，同時出、入土角度在規(guī)范允許范圍，出、入土端斜直線段長度也均大于10米，所有指標均能滿足規(guī)范要求。

2 優(yōu)化注意事項

為了使得定向鉆曲線符合規(guī)范的相應要求，我們在對定向鉆軌跡進行優(yōu)化的過程中，應注意如下幾點：

（1）優(yōu)化后的曲線應符合規(guī)范中曲率半徑大于允許的最小曲率半徑要求，通常是鋼管不宜小于1500D，不應小于1200D；PE管不宜小于800D，不應小于500D（D為管道外徑）；

（2）優(yōu)化后的出、入土角度在規(guī)范允許范圍內盡量取小角度，大角度施工難度較大。

（3）優(yōu)化后的曲線底部直線段以及任何曲線上的點的埋深，都應滿足相應規(guī)范的要求，如底部直線段距離河床底部不應小于3米或6米等（按不同規(guī)范要求不同）；

（4）優(yōu)化后的出、入土斜直線段長度應大于10米，部分大型項目，建議應大于20米；

（5）優(yōu)化后的曲線應不經過地質不良地段，與其他專業(yè)管線不出現(xiàn)沖突；

（6）在滿足規(guī)范和后期安全使用的前提下，優(yōu)化后的曲線應盡可能短。

【參考文獻】

[1]《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028-2006.

[2]《城鎮(zhèn)燃氣管道穿跨越工程技術規(guī)程》CJJ T250-2016.

[3]《油氣輸送管道穿越工程設計規(guī)范》GB 50423-2013.