沙漠油田管道的设计

1管道穿越

沙漠地区公路分布较少，油气管道在沙漠中穿越时遇到的公路大多是油区公路。从我国油田开发初期到现在，油区公路经历了由砂石路到沥青路再到沥青混凝土路的发展历程。目前，管道在沙漠地区穿越［2］油区公路时，沥青路需采用加套管穿越，而砂石路则需开挖管沟，架设盖板穿越。沙漠地区地表土的稳定性差，加之风沙对路面的侵蚀作用较大，加套管和加盖板穿越沙漠公路能够有效的保证管道在其穿越段的稳定性。保护套管的顶部距公路路面的距离不应小于1．0m;套管要比公路边坡的底长2．0m以上，套管与铁路、公路中心线的交角最好是90°，一般不应小于60°，以减少穿越长度。

2管道埋深

埋地管道的埋设深度，应综合考虑管道所经地段的冻土深度、农田耕作深度、地下水深度、地形和地质条件、地面车辆所施加的荷载及管道稳定性的要求等因素。针对沙漠地形特点和抗震要求，沙漠油气管道主要以浅层埋地敷设为宜。这里对沙漠管道的敷设方式做了一定的分析:若将管道敷设在地表，地表浮沙流动性大，不利于保护管道;若采用半埋式敷设，埋管后形成的沙堤易受风沙侵蚀，造成管道，且管道在冬季容易受冰冻影响而发生冻胀开裂;如果管道埋置太深，又可能会受到沙漠地下高含盐水的作用，加速管道的腐蚀，同时管道敷设过深也增大了土石方工程量，导致工程的建造费用增加。因此，管道敷设深度具体应视沙漠地区冻土层厚度和其他相关因素而定，就新疆古尔班通古特大沙漠而言，管道敷设一般在自然地坪以下1．80m～2．10m范围。

3管道覆土

一般的，对于岩石、砾石、冻土区的管沟，需先在沟底敷设0．2m厚的细土和细砂地层;管道下沟后，还需用细土或小于3mm粒径的砂掩埋至管顶以上0．3m处，这样处理可以保证管道的受力均匀，避免管道与较大粒径砂石接触，造成机械损伤;最后能用原土回填至高出地坪面0．3m。沙漠地区许多地带的沙土粒径很小，管道在这些地带下沟后可用原土回填或就近取土回填。在沙质较细的地区，管沟开挖时可以不考虑管道底部的挖深裕量，管道下沟后用原土回填即可。管道挖沟作业因施工条件的限制或是施工现场的一些特殊情况造成管沟挖深不足或是挖深过大。重新补挖或是补填管沟不仅会增长工期，还会增加施工成本，因此施工时可以通过改变回填土的填埋厚度来满足管道敷设要求。根据相关规范［3，4］，管沟的回填土应高出地面0．3m，用以保证管沟的沉降裕量。当管沟挖深不足时，可以增加顶部回填土的厚度，如图1(a)所示;而当管沟挖深过大时，则可以减小顶部回填土的厚度，如图1(b)所示。

4固沙措施

沙漠地区由于风多、沙的流动性大，埋地敷设的管道如不采取防风固沙措施，可能会使管道处于冻土层内，严重时甚至会导致管道在外，遭受风沙的侵蚀。因此管沟回填后需要考虑顶部回填土和周围平整地的防风固沙问题。现行已知的固沙措施主要包括草方格沙障、高立式沙障(即阻沙栅栏)、化学固沙方法和植物固沙方法等，其中前两种的防风固沙效果较好。国内经常采用草方格沙障和高立式沙障或是两者结合运用的固沙方法［5］。

5管道纵断面设计

油气管道纵断面图设计应以石油与天然气工程设计中的相关规定、规范为基础，结合管道属地的具体情况，本着安全、经济、环保的设计原则，对管道纵断面图进行综合设计。纵断面图的设计大多采用一些专业软件，例如CPE新疆采用GY－CAD软件设计管道纵断面，该软件优势如下:(1)可根据测量专业提供的地面测量图自动读取地面设计参数。(2)依据覆土埋深或管道标高进行管线纵断面的设计，可采用全自动批量设计或交互方式。并且可随时对地面和管道进行拖动修改或参数修改，管线纵断面同时自动连锁更新。(3)根据管道纵向角自动计算并标注出各种弹性敷设、冷弯弯管、热煨弯头等，并检查判断直管段长度，自动统计汇总各种弯头、公路穿越套管、管道实际长度。(4)全自动进行土石方量的统计。针对沙漠地带的特殊性，专有一整套设计模式，并可全自动进行沙漠扫线土方量的统计。

6纵断面设计注意事项

结合油区沙漠的特点以及现场施工具体要求，总结了纵断面图设计时的注意事项如下。(1)设计过程中单相坡度不宜超过150‰，变坡点坡度变化不宜超过180‰;变坡点的坡度变化大于50‰时，需加设弹性敷设(或是加设冷弯管或热煨弯头);纵断面设计时不能存在空间转角，即在变坡点位置不能设有水平转角;水平转角大于3°时，需在图上加设转角桩。(2)地面线规整时，需保证土石方量的平衡，一般要求挖方量和填方量之比为3:2。(3)管线穿越沥青路时需加设套管，穿越碎石路时需加设盖板;管线加设阀室时应设置在比较平缓的地方，并且要保证前后50m都在一个坡度上。

本文作者：梁金强 赵晓梅 孙 松 王 登 苏红莉 工作单位：中国石油工程设计有限公司新疆石油勘察设计研究院