定向钻穿越技术

定向钻穿越技术（精选10篇）

定向钻穿越技术 第1篇

1 大口径长距离定向钻穿越技术

定向钻穿越技术在国内已非常成熟, 单次定向钻穿越长度也在不断更新、创纪录。随着管道建设业的迅速发展, 管径在不断增大, 目前D1422管径的管道也进入了尝试、起步阶段, 甚至更大管径管道也将逐渐实施、建设。虽然定向钻穿越技术也在不断发展、更新, 但是仍有赶不上管道管径发展、更新迅速的势头, 这就导致了大口径定向钻穿越长度越来越受到制约。然而, 随着管道的建设, 遇到大河穿越的可能性却越来越多, 而河道管理部门也有逐渐倾向对河道影响较小的定向钻穿越方式的趋势, 因而如何准确、经济、有效的解决大口径长距离定向钻穿越技术, 已逐渐成为管道设计较为重要的设计难题。

2 大口径长距离定向钻穿越技术方案

根据陕四黄河定向钻穿越设计, 结合国内施工经验及业内专家、施工单位意见与建议, 能够有效解决大口径定向钻穿越长度能力不足问题的穿越技术有分多次连续定向钻加中间开挖连头方案及穿越段缩小管径多管代替一管穿越方案。

2.1 多次连续定向钻、中间开挖连头方案

陕京四线黄河穿越段管径为D1219, 两大堤间间距约为2000m, 定向钻出入土点需设在大堤外坡脚200m以外, 因而定向钻长度达到2500m左右, 这在D1219管径下一次定向钻是无法实施的。需采用2次连续定向钻、中间开挖连头的设计方案。为了满足管道安装, 连头坑底宽为18m8m;根据防洪评价要求, 连头坑最大挖深约为19.6m。

基坑的开挖施工可分为不加支护的常规开挖法及加钢板桩支护基坑开挖法两种。

2.1.1 不加支护常规基坑开挖法

按常规的开挖方案, 考虑长臂挖土机的机械性能以及基坑开挖的成型与安全性, 需要分5层开挖, 每层高度不宜大于4 m, 共需分5阶, 除最后一阶高度为3.6 m外, 其他各阶高均为4m, 每层四边均设置5 m的台阶供施工车辆行使和操作;连头基坑处河床地层从上至下主要为粉土、粉砂、粉质粘土, 地下水位深约为2 m, 根据规范要求, 地下水位线以上开挖边坡为1∶1, 地下水位线以下开挖边坡为1∶3。从而确定基坑上口尺寸约为170m160m, 开挖总土方量约为251000m3, 需倒土10次, 总倒土方量约为374000m3, 土方临时堆放高度为4 m, 共需要临时堆土场地约62500m2 (250m250m) 。连头基坑处地下水位较高, 因而在地下水位线以下的各阶开挖前需先进行有效降水, 采用深井井点降水和轻型井点降水结合的降水方式。经过核算, 综合考虑开挖面积情况, 至少需要采用20口深水降水井和102口轻型降水井完成基坑降水。即深水井分别布置在基坑顶部地下水位线上、第三、第五开挖层台阶上, 轻型降水井分别布置在第二、第四台阶上以及基坑底部上, 轻型井点间距10m。

2.1.2 加钢板桩支护基坑开挖法

通过咨询业内专业及穿越施工单位, 参考已经实施的西气东输二线渭河穿越工程经验, 对连头基坑开挖进行了优化, 将最底层8m采用拉森钢板桩进行支护开挖。按此方案, 连头基坑分4层开挖, 自上而下第一、二层层深为4 m, 第三层层深为3.6 m, 最后一层为有钢板桩支护层, 层深8 m, 各层之间四边均设置5 m的台阶, 从而确定基坑上口尺寸约为107m97m, 开挖总土方量约为63600m3, 需倒土6次, 总倒土方量约为69200m3, 土方临时堆放高度为4m, 共需要临时堆土场地约16900m2 (130m130m) 。

降水方式仍考虑采用深井井点降水和轻型井点降水结合的方式, 经核算, 综合考虑开挖面积情况, 至少需要采用16口深水降水井和50口轻型降水井完成基坑降水。即基坑上口边缘管道两侧各布置深水降水井4口, 共8口;第一层台阶四周布置型降水井4 0口, 间距约为9 m;第二层管道两侧台阶上各布置深水降水井3口, 共6口;第三层台阶四周布置型降水井10口, 间距约为9m;底层再布置2口深水降水井。

2.2 缩小管径多管代替一管穿越方案

为了实现定向钻一次穿越, 减小中间开挖连头, 也可采用多根较小管径管道并行敷设代替原1根较大管道。据相关公式, 当压力等其他条件不变情况下, 管道输量与近似与管道内直径2.5次方成正比。如当原管道管径为D 1 2 1 9时, 需要采用2根D1016或3根D864管道代替原来的1根D1219管道。然而2根D1016或3根D864管道的耗钢量要远高于一根D 1 2 1 9管道;同时2根D 1 0 1 6需要分别进行2次定向钻, 3根D 8 6 4管道则需要进行3次定向钻, 而一根D1219管道则只需要进行一次定向钻, 施工费用2根D 1 0 1 6或3根D 8 6 4管道也远高于一根D1219管道。

同时由于穿越处管径发生了变化, 输送工艺也需要作相应调整, 为了适应管道长期安全运营要求, 方便清管, 需要在穿越处两侧设置两座清管站。

综合以上, 不管是工程投资还是运行、维护、管理, 采用多根较小管径管道代替一根较大管径管道以实现一次定向钻穿越方案较复杂, 操作难度大。

3 结论

综合以上可以看, 在选择定向钻穿越方案时, 要充分考虑其穿越长度的能力以及需要采用的解决方案。一般来说, 多次连续定向钻加中间基坑连头方案能够有效解决大口径长距离穿越能力不足问题, 但是多次连续定向钻、中间开挖连头方案中关键基坑开挖技术需要综合比选来确定基坑施工方案, 合适的基坑施工方案可以很大程度降低工程投资及施工难度和风险。采用多根较小管径管道代替一根较大管径管道进行定向穿越也是解决大口径定向钻穿越长度能力不足的方案之一, 但由于其在工程投资及运行维护上无明显优势, 一般在中间无法实现基坑连头河流穿越中运用, 但也需要与隧道法、顶管法综合比选后确定。

参考文献

[1]陈连山, 尹辉庆, 赵杰主编.长输油气管道施工技术[M].北京:石油大学出版社, 2009

定向钻穿越技术 第2篇

关键词：燃气管道工程;定向钻越;施工技术;管理;应用

1工程概况

定向钻穿越技术 第3篇

1、穿越曲线设计

曲线设计应综合考虑定向钻穿越的入土角、出土角、曲率半径、地质状况等因素。

2、 管线回拖力分析计算与设备能力选择

根据穿越的长度、入土角、出土角、曲率半径、以及管材的管径、壁厚，利用经验公式计算分析穿越参数：

回拖力Fmax=F摩+F自

F自=f*P0*L其中：P0=1000ρgπ(D2-d2)÷4

F摩=π•D•τ•Ψ•L

公式说明：

Ψ为固相含量系数(10~40)( Ψ取15)

τ为泥浆的切应力(19.5pa)

f为管道和孔壁之问的摩擦系数(0.2—0.6)(f取0.25)

P0为每米管道的重量(N／m)

ρ为钢管密度 ρ=7.85×10-6kg／mm3

g为重力加速度 g=9.8N／kg

D为钢管外径mm

L为管道长度(m)

d为钢管内径 mm

根据计算的穿越管道回拖力进行穿越设备的选择。

3、穿越施工

3.1钻导向孔：钻具的连接：钻机——钻杆——钻头

待一切准备就绪，开始钻导向孔，钻导向孔使用的主要钻具有钻杆、钻头。在钻进过程中根据控向系统显示的数据随时调整钻头的走向。为确保钻进曲线圆滑，防止钻孔出现“S”形，每根钻杆所改变的角度要进行严格控制，控向过程中要严格按照设计曲线控向，如发生偏离原设计曲线，要及时作到调整

3.2 预扩孔：钻具连接：钻杆一扩孔器一旋转接头一钻杆

为了增大环形空间的有效尺寸，减小回拖拉力，确保回拖成功，根据管径大小决定预扩孔次数和孔径大小，依敷设Ф500管为例，采取3次预扩孔；第一次采用Φ300mm板式扩孔器扩孔，第二次采用Φ400mm板式扩孔器扩孔，第三次采用Φ600mm板式扩孔器带Φ500mm筒式扩孔器扩孔，再采用Φ500mm筒式扩孔器清孔。最后采用Φ500mm板式扩孔器带工作管线进行回拖。

3.3管线的回拖：钻具连接：钻杆——加强钻杆——麻花钻——板式扩孔器——旋转接头——U形环——工作管线。

预扩孔完毕后要进行管线回拖，为确保管线顺利回拖：在回拖前要仔细检查板式扩孔器的各通道及泥浆喷嘴是否畅通；在管线回拖过程中要根据钻机显示回拖力的大小控制好回拖的速度；根据管线回拖过程中地质变化情况配比合理的泥浆。管线回拖前为了保证管线清洁，要对管线牵引头进行封堵；就位管线时用两台吊管机或挖掘机，起吊点设在距离管道焊缝2.5m处，起吊高度不大于1m，起吊点的间距小于26m，吊具使用尼龙吊带。为了防止管线回拖过程中划伤防腐层，将回拖管线置于发送沟内，根据出士角和主管线的埋深，在工作管线入±点前端按一定比例放坡挖一条发送沟，发送沟内不得有石块、树根和硬物等，以避免管线底部与地层摩擦，划伤防腐层，并降低回拖拉力。在确认各项工序都到达到设计标准时开始回拖。

4、 定向钻穿越的泥浆工艺

优良的泥浆，是穿越成功的重要保证，它不但要稳定井壁，携带岩屑，还需对孔眼和管线起到高效的润滑作用以减少扭转阻力和轴向阻力；同时出、入土端的泥浆池泥浆，穿越沿程的冒浆、跑浆都可能造成耕地、水域等环境污染需要处理；管道穿越中孔眼清洁、稳定是关键问题，这就要求泥浆具有很好的悬浮，携屑能力，防止形成岩屑床。泥浆处理剂的选择，应依据所选择的泥浆体系，遵循高效，合理，经济，使用方便，无污染，无毒无副作用，配伍性强，品种少，加量少，能充分满足穿越施工在孔眼稳定性，悬浮携带性，润滑性，和安全，健康，环境保护等方面的要求。

4.1具体措施如下：

a. 通过加入固壁剂，封堵剂增加滤饼的强度与韧性，稳固孔眼。

b. 通过加入无毒害的植物油类润滑剂来降低摩擦阻力。

c. 通过控制泥浆压力，减少泥浆总量，有效覆盖作业场地来减少污染。

4.2设计依据

a. 穿越工程地质勘察报告

b. 室内泥浆小型实验

c. 借鉴穿越单位的经验教训

d. 泥浆摩阻力经验式

克服摩阻力F=RQLf，式中R，管径；Q，围包角；L，管长；f，摩擦系数

在这里，选择的润滑剂属植物油类改性，无毒害对泥浆流变参数影响不大，主要是降低泥浆润滑系数，减小摩擦阻力，一般润滑剂加量0.5--1%，摩阻系数降低25%。

e. 水平井段偏心环空清除岩屑床经验模式

岩屑床指数 PBI=（0.08×（D2-D1）× V/（L× VS）

式中D2钻头直径；D1管径；V流速；L岩屑水平移动距离；这里多颗粒沉速 VS=（（1-CS）2×VS1）/（1+（PS/PT-1）* CS）

式中VS1单颗粒沉速；CS环空颗粒浓度；PS颗粒密度；PT液体密度

从模式可以明显看出有效清除岩屑床减少和避免卡钻可以从两方面做工作。

一是提高环空泥浆轴向流速，即加大排量。

二是降低环空颗粒浓度，即控制钻进速度。

f. 水平井岩屑运移层结构模型

属多层流动包括悬浮质流动区，层移质流动区，含淤积质及过渡区（见图示）

4.3基础数据：

水平定向钻扩孔直径一般为管道直径的1.2～1.5倍，本次穿越扩孔直径采用管道直径的1.5倍。

4.4泥浆工艺设计

泥浆室内试验主要为解决穿越过程中，河水配浆，岩屑携带，岩屑悬浮，保护孔壁，防止漏，塌，卡，润滑等问题。选择最佳泥浆体系，确保穿越工程安全顺利进行，选择最佳处理方案，使泥浆成本控制在低限。试验方法；

(1) 选择配浆土在河水中的合适容量及有效水化时间；

(2) 选择增粘剂，防塌固壁剂在河水中的使用限量；

(3) 选择在河水中润滑剂的使用效果及限量；

(4) 泥浆性能参数；

泥浆配比

根据管线工程勘察报告，结合以往施工经验及相关知识配置以下泥浆配比表：

此外对泥浆配置用的水的PH值进行检测，若发现PH值<7或者过低者，通过加苏打粉将其PH值调到8—10。

5.风险分析、应急预案及规避措施

定向钻的施工的风险最主要的分别是：导向孔失败、卡钻、预扩孔塌方、管道回拖失败等几个主要的危险因素。想要规避和控制这些风险，就要加强对施工前及施工过程中的监控，对定向钻施工全过程实施监控：

5.1夯管施工的控制

夯管施工主要是应用到卵石层的处理，在入土端夯入钢套管隔离卵石层，防止卡钻或产生穿越的偏差。施工中应检查夯管的技术保证措施，夯管机和配套设施的性能以及就位情况，重点监控夯入点的位置和角度，是否与入土点的位置和角度吻合，并跟踪控制在夯进过程中的角度变化，必要时需进行调整。

5.2对钻具的监控管理

定期检查钻具的磨损及密封情况，采用测量、无损检测、试泵等方法，判定钻具是否报废或降低使用标准，使钻具在长距离穿越中保持良好状况，分级使用在不同长度和管径的定向钻中，使其发挥作用，做到物尽其用。

5.3导向孔的钻进及控向

钻导向孔是施工的关键工序，直接影响穿越的曲线及回拖的成功与否。遇到软地层时不得加快速度，增加压力，遇到硬地层时要减轻压力，所谓“软不加，硬要减，软硬交接面要划眼”。此段最容易造成倾角和方位角变化大而给后续工程留下最大隐患，一定保证按设计轨迹成孔并且是一个规则的剖面，避免形成键槽、台肩和井径变化率大而影响成孔质量。

5.4预扩孔、管线回拖的控制

預扩孔、管道回拖时，钻具中空造成浮力使其上浮行进，键槽和方位角变化率大的地点或地层，易塌陷形成卡钻，利用降扭接头或钻具直径变化率太大处加导向器。此外，泥浆性能好坏至关重要，控制泥浆密度、粘度、失水、切力、触变性、固相含量等参数，减少阻力，使其顺利通过。

在穿越过程中，应随时监控定向钻机推拉力、扭矩等参数，满足钻机、钻具的性能及施工技术要求，防止卡钻或因钻具断裂造成穿越失败。

5.5泥浆的配比、粘度、回收及处理的控制

穿越不同的地质结构，采用不同特性的泥浆。根据穿越管径和地质特点，进行泥浆的配方优选，用“强悬浮，弱凝胶”的泥浆可提高携带能力，用“弱抑制，严封堵”的泥浆可控制防塌，减少岩屑重复切削和沉淀；增加润滑添加剂，达到降低回拖力的目的。

结束语：

定向钻穿越技术 第4篇

东苕溪穿越工程是川气东送管道工程建设的难点, 也是整个川气东送管道建设的难点之一, 该工程位于湖州南浔区, 穿越地层复杂, 主要以含粘性土碎石、全风化粉砂岩等组成。其中碎石粘土层近500 m, 是保障川气东送管道主线按期贯通的瓶颈工程。该工程由华东管道工程有限公司承担施工任务。

东苕溪穿越入土点位于浙江湖州杨港村东苕溪东大堤东侧约150 m农田处, 出土点位于浙江湖州菰城村东苕溪西大堤西侧约200 m农田处。穿越水平长度579.20 m, 实长581.60 m, 入土角9°, 出土角6°, 穿越曲率半径为1524 m, 穿越段管线的最大埋深为26.8 m (入土点至最大埋深管底) 。主管线设计采用Φ101626.2 mm70的直缝埋弧焊钢管, 管线设计输送压力为10 MPa。

根据《南浔段东苕溪 (A) 穿越岩土工程勘察报告》及定向钻穿越对地质条件的要求分析, 软地层很薄, 河床以下只有2 m多的土层, 但这次川气东送的管径为Φ1016 mm, 如果在土层中穿越又达不到管线的埋深设计, 不利于安全, 因此管道应深置于含碎石粉质粘土、强风化粉砂岩层中, 这样穿越成功后, 管道与河水互为两个独立的系统, 安全性好。但在这种含碎石粉质粘土、强风化粉砂岩层中穿越的特点是两侧为软地层中间段为碎石层和硬地层, 地质条件复杂水平定向钻穿越难度极大。

2 碎石粘土层穿越特点

水平定向钻穿越主要有导向孔、预扩孔、回拖三个阶段, 与普通软地层定向钻穿越相比, 碎石粘土层穿越具有以下特点。

2.1 钻具要求高

大口径管道穿越有碎石层、岩石层等组成的复杂地质层导向孔需要岩石钻头、大排量泥浆马达;预扩孔施工需要专用岩石扩孔器。同时为降低穿越风险, 导向孔、单次预扩孔的钻具寿命应达到中途不更换的目的。

2.2 施工工艺复杂

(1) 控向工艺复杂:一方面由于采用泥浆马达进行导向孔施工, 为避免磁场干扰, 控向信号源离钻头的距离要比普通软地层施工时长12~12.5 m, 换句话说, 每次测量钻头防卫的数据比实际钻头位置的滞后量增加12~12.5 m, 加长了控向作业盲区, 增加了控向复杂程度。另一方面, 东苕溪河道船运非常频繁, 河面运输船只为铁壳船, 对导向磁干扰很大, 对控向作业干扰很大, 降低了定向工具的精确度。还由于穿越地层有近60 m的碎石层, 且卵石及碎石的比例占到了此段地层的60%~70%左右, 导向钻具在此地层中易跑偏, 导向作业极为困难, 水平定向钻穿越施工不适合在卵石、碎石层中穿越, 再者, 由于在岩石层扩孔器的修控能力很差, 为保证成品管的顺利回拖, 对保持岩石层导向孔圆滑的控向工艺提出了更高的要求。

(2) 钻进工艺复杂:尤其是软土层与碎石层、碎石层与岩石层、软岩层与硬岩层结合部位的钻进工艺要求高, 司钻手续密切关注地层变化可能对钻具造成的影响, 任何小的失误随时会对整个工程造成灾难性的后果。同时, 在碎石层、岩石层导向孔、预扩孔施工期间, 卡钻的危险随时都有可能存在。

(2) 泥浆工艺复杂:与普通软地层穿越相比, 碎石层、岩石层穿越的泥浆需用量会成倍增长 (增长量与岩石硬度、泥浆马达的功率有关) , 其原因是需要大排量的泥浆驱动泥浆马达工作, 从而带动钻头切削碎石、岩石, 岩石硬度越大, 钻头需要切削碎石、岩石的扭矩就越高, 需要的泥浆排量就越大。

2.3 施工周期长

根据碎石的含量、碎石颗粒的大小、岩石的硬度不同, 在这种复杂地层中穿越的施工周期是普通软地层穿越的2~5倍。

2.4 施工成本相对较高

由碎石层、岩石层等构成的复杂地质中穿越钻具配置高, 施工周期长, 泥浆等消耗的材料用量大, 相应的施工成本较高。

3 施工措施及实施效果

针对东苕溪定向穿越岩石管径大、穿越岩石、碎石距离长等施工的难点, 公司组织技术攻关组, 依据现有图纸资料, 分析穿越技术难点, 制定科学的施工方案, 施工中采取了以下措施。

3.1 钻机选择

根据东苕溪穿越工程地质条件、穿越长度和穿越管径, 选用美国制造的DD1100大型水平定向钻机进行穿越施工, 钻机最大推拉力为500 t, 最大扭矩力为136 kNm。

3.2 主要穿越工艺

针对东苕溪穿越的地质条件、穿越管径和穿越穿越长度, 采取了以下穿越工艺:图1主管线穿越工艺。

3.2.1 施工顺序

先施工光缆套管, 积累穿越地层经验, 然后进行主管线的施工。

3.3 施工专业技术措施

3.3.1 控向技术

(1) 在开钻前利用信号棒和全站仪找出东苕溪穿越中心线准确的大地磁方位角, 以次为基准控制导向孔的左右偏差, 以弥补因河面大范围水域无法布置Trutrack地面信标系统而可能产生的控向偏差。

(2) 钻导向孔使用1.75°泥浆马达, 减小造斜角度, 有利于导向孔曲线的圆滑过度, 预防扩孔和回拖期间卡钻事故的发生。

(3) 钻导向孔阶段钻具连接时采用两根无磁钻铤 (19 m长) , 以消除泥浆马达及后续一长串钻杆对信号棒产生的干扰。

(4) 在入土侧和出土侧陆域, 尽可能长地布置Trutrack地面信标系统, 以精确测量地下钻头的位置。

(5) 碎石、岩石段穿越时, 增加信号测量频率, 每钻进2~3 m测量一次, 以保证导向孔曲线符合设计曲线的要求。

3.3.2 泥浆技术

(1) 根据东苕溪穿越地层条件的变化, 泥浆工艺采用地钻专用膨润土, 辅以泥浆添加剂, 较好的解决携带岩屑, 控制漏失, 形成好的孔壁, 另外采取泥浆回收及废弃泥浆环保固化技术。主要采用复合泥浆配比技术, 将使用定向钻膨润土按8%~10%重量比加入淡水配出基浆, 使用的主要泥浆添加剂有:固壁剂、増粘剂、清屑剂和润滑剂等, 保证泥浆性能符合穿越地层的要求。施工过程泥浆性能调整要求如下: (1) 普通软土层穿越段:控制泥浆的失水, 防止塌孔, 需增大固壁剂含量。 (2) 含碎石地层:增加降滤失剂、胶凝强调和悬浮性提升剂用量, 达到固孔和浮流碎石、清洁孔道的目的。 (3) 岩石穿越段:为保证钻屑携带和孔眼清洁, 要及时提高清屑剂和润滑剂剂量, 保证泥浆的流变性能良好, 使钻屑顺利返出地面, 同时增强泥浆的润滑性, 减小钻具与地层的摩擦力。

(2) 为进一步保证东苕溪碎石、岩石层穿越大流量泥浆的供应, 现场配备泥浆回收处理系统, 使泥浆循环使用, 以减轻现场配置大量泥浆的压力, 同时可减少环境污染。

3.3.3 司钻及钻进工艺技术

(1) 针对东苕溪穿越存在软、硬底层结合的特点, 从软地层到碎石层、从碎石层到岩石层过渡穿越采用的施工方法为:首先放慢钻进速度, 减小钻进推力 (或拉力) , 调低钻机的旋转速度, 待钻头 (或扩孔器) 进入硬地层1~1.5 m后, 在加大钻进推力 (或拉力) , 调整钻机的旋转速度, 防止速度过快造成钻进曲线偏离预定的目标。

(2) 选用大扭矩钻机, 最大扭矩可达136 kNm;选用低扭矩的对开式岩石扩孔器, 以克服大口径、长距离岩石预扩孔扭矩大的难题。

(3) 由于碎石不易被钻头切削及被泥浆携带至地表, 就造成了钻机的扭矩和推力过大, 致使钻杆弯曲。于是在钻杆两边加桩固定, 防止钻杆弯曲, 以增加力量, 并增加了泥浆的排量及配比性。在对于方位角及倾角的难操控上, 在保证与设计曲线相近似的前提下, 采用了快速钻进, 少顶推, 每根钻杆的倾角都提前上抬, 当顶推不动时, 就旋进, 使得钻头向下自然施降在设计曲线范围内。

(4) 卡钻的预防措施:严格钻进工艺, 精心组织施工, 保证导向孔曲线的圆滑过渡, 预防扩孔和回拖期间卡钻事故的发生;预扩孔阶段使用比上一级孔径小11/2″~2″中心扶正器;主管线最后一次扩孔完成后, 用比回拖管径大、比成孔直径小的桶式扩孔器再清孔两次, 最后用同直径桶式扩孔器进行回拖。

3.4 特殊钻具配套

(1) 东苕溪穿越需要岩石钻头、泥浆马达、岩石扩孔器等特殊钻具, 根据东苕溪穿越的穿越长度、管径、地质条件及现有钻具状况, 专门定制一批东苕溪定向钻穿越的特殊钻具。包括9 7/8”TCL岩石钻头、9 3/4”弯角1.75°扭矩600~4000英尺磅泥浆马达、18″~54″岩石层扩孔器 (对开式钻头体) 、16″~52″岩层耐磨中心扶正器和300 t回拖旋转接头。

(2) 钻杆:5″S-135级钻杆规格为Φ1279.19, 壁厚较小, 使用该等级钻杆在存在碎石层、岩石层等复杂地质条件的导向孔施工强度不够, 主要表现为推力的传递受限制, 现场准备一批6 5/8”S-135级优质壁厚高强度钻杆用于钻导向孔。

3.5 实施效果

穿越于2009年5月14日开钻, 钻进至含碎石层 (154 m) 左右时遇到了“顶不动”且钻头方向不易掌握的钻进困难, 此时钻头处于含碎石粘土层中, 分析原因是在这次穿越中, 由于地层的特殊性, 这就不同以往我们在土层及岩层中穿越的方法。由于卵石不易被钻头切削及被泥浆携带至地表, 就造成了钻机的扭矩和推力过大, 致使钻杆弯曲。于是我们就在钻杆两边加桩固定, 防止钻杆弯曲, 以增加力量, 并增加了泥浆的排量及配比性。在对于方位角及倾角的难操控上, 在保证与设计曲线相近似的前提下, 采用了快速钻进, 少顶推, 每根钻杆的倾角都提前上抬, 当顶推不动时, 就旋进, 使得钻头向下自然施降在设计曲线范围内, 有效解决了难题。5月28日2:55钻头出土, 偏差符合设计要求。5月16日~5月26日期间虽然也遇到了扩孔器的磨损厉害、碎石和卵石难以被带出的问题, 但我们通过改进扩孔器和正确的泥浆技术, 最终顺利完成了扩孔作业, 5月27日成功的完成了川气东送东苕溪定向钻穿越主管的回拖, 实施效果良好。

4 结语

川气东送管道工程浙江南浔段东苕溪定向钻穿越工程是我国迄今为止大口径管道首次采用水平定向钻技术穿越碎石粘土层的项目。此次穿越的成功, 创造了我国水平定向钻穿越碎石粘土层管径最大 (Φ1016) 、碎石粘土层穿越距离最长 (500 m) 的纪录, 同时也为油气管道穿越河流、水域的方式提供了新的思路。

摘要：文章概述了管道水平定向钻穿越碎石粘土层的特点, 详细论述了东苕溪定向钻穿越碎石粘土层的地层状况、钻机选择、钻具组合、控向措施、泥浆控制、钻进工艺以及导向孔钻进、扩孔、回拖阶段的应急预案, 通过具体实施, 大口径管道首次成功采用水平定向钻技术穿越了碎石粘土层。

定向钻穿越技术 第5篇

关键词：定向钻 PE燃气管道

中图分类号：TU996.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（a）-0098-01

根据全市城区燃气管道铺设工程量较大的实际情况，我公司于2006年采购DDW-150K型定向钻机一台，在管道铺设过程中发挥了极大的作用，不但大大地缩短了施工工期，而且充分展现了其定向的功能。在无法开挖施工的地段，通过加大铺设深度或绕开障碍物的办法顺利解决了施工难题，2006、2007两年铺设各种管径燃气管道近20000 m，积累了丰富的施工技术经验。虽然定向钻施工技术比较成熟，相关文献资料较多，但我公司施工技术人员不局限于此，根据施工现场的实际情况尝试性的短距离铺设了90°角PE燃气管道，并取得了成功。

1 DDW-150K型定向钻机的特点及相关技术参数

1.1 特点

该钻机为橡胶履带式自行走一体式机，机动性好，短距离内靠自身橡胶履带行走不但方便而且减少了对城市道路的损坏，具有结构紧凑、整体性强、操作简单、传动可靠等特点，采用柴油机作为自带动力，施工方便。根据情况可一次性铺设DN600以下各种管道20～250 m。

1.2 主要技术参数

动力参数：使用75 kW/2500 r/min柴油发动机。

钻杆：单根钻杆采用∮63×3050 mm礅粗钢管，共计配套250 m。

履带自行走速度：0～1.0 Km/h。

控向仪：GUIDER V型（向导五型），接收信号棒传来的信号并将此信号发送到钻机旁的遥显仪。

信号棒：配备两根信号棒，9.5 kHz蓝色和38 kHz黄色，能分别探测5 m以内和10m以内的深度，可以根据深度和干扰情况分别选择使用。该工程采用蓝色信号棒。

2 工程概况

该工程为水平面90°角铺设De90PE燃气管道150 m，施工地点位于文化路双汇广场西南角、建设路和文化路交叉口；起点在交叉口东北角、文化路东侧、双汇广场大理石人行道上，向南穿过建设路后沿建设路南侧向东延伸，终点在建设路南侧的红日文景园大门口。该路段人员拥挤、车辆稠密、有早市和夜市、大理石和方砖人行道质量较好，不允许开挖，市政管理部门批复手续为非开挖。

3 地下管线勘察情况

经施工人员现场详细勘察，建设路中心线靠南侧地下有东西走向深3 m×宽2 m的大排水，在南侧人行道下有深1.5 m的移动通信光缆和长线局通信光缆；建设路中心线靠北侧地下有东西走向深1.5 m的中压燃气管道（市政批复不允许在此处开挖路面接管），北侧人行道下有东西走向深1.2 m的自来水管道并有向施工起点方向的分支管道，以及文化路东侧南北走向深2 m的市政排水管道与建设路大排水相连。情况非常复杂，施工难度很大。

4 施工过程及技术参数

4.1 钻进过程及技术参数

4.1.1钻进过程

根据现场勘测的实际情况，确定钻机的下钻位置，并开挖长2.5 m×宽0.75 m×深1.8 m的钻头入钻探坑，确保安全后钻杆按-30%的斜度入土，以3.0 m左右的深度穿越自来水和天然气管道及排水管道，然后逐渐增加深度到4.0 m左右，从第19根钻杆开始以9点方向点进入转向轨道，并连续18根以此方向点及4～5 m深完成90°角转向，同时穿越大排水和南侧通信光缆，随后逐渐调整方向和点数，顺利钻出地面。

4.1.2技术参数

（1） 压力参数。由于该工程地层属黄素土，土质较好，除进出钻压力稍大，仪表显示为4 MPa左右外，全程钻进时仪表显示为2 MPa左右，顶进时仪表显示在3～4 MPa范围内，增减平缓。

（2）转迹参数。钻进结束后对钻杆路由进行计算，得到该轨迹弯曲半径R=35 m，完全满足PE管施工规范中的相关规定，即当PE管直径50

4.2 回拖过程及技术参数

4.2.1回拖过程

由于地下土质情况为黄素土，便于施工，且正值夏季水位较高，加入较少的水就能达到要求，回拖阻力较小。采用快速回拖法回拖，历时3小时10分钟回拖完毕，顺利将150 mPE燃气管道铺入地下预定位置。同时一并铺入的金属示踪线完好无损。

4.2.2技术参数

由于该工程铺设的De90PE管道管径较小，地下土质较好，不需进行多级扩孔和清孔，直接连接∮240扩孔钻头，扩孔铺管一次完成。De90PE管自身重量较轻，且在泥浆中运动受力极小，回拖力主要是扩孔钻头回拖时对泥土的切削阻力。扩孔头入孔及出孔压力稍大为6MPa外，回拖全程压力显示在4MPa左右。

5 效益分析

该项工程能产生经济和社会两个方面的效益。经济效益方面采取全开挖施工工程投资约2.4万元与采取定向钻施工投资约1.3万元相比较可节约1.1万元；另外，该工程工期可提前10天结束，待供气居民可提前用上天然气，投资收益提前回收约0.3万元。在社会效益方面，该项技术的成功运用，最大限度的为按时向待供气居民区供气争取到了时间，同时反映了高超的施工技术水平，在居民用户中树立了公司的良好形象；另外，减少主要交通路面的多次开挖也在人民群众中树立了政府管理部门的执政水平，社会效益比较明显。

6 定向钻施工的不足

定向钻施工尽管优点非常突出，但在施工过程中由于要综合考虑各种地下设施的安全性，一般正常深度在1.5～2.5 m之间，过路或穿越光缆、大排水等设施时往往在4～5m左右，施工方便的同时为以后的接线和检修带来很大的难度。就该工程而言，在钻头钻出地面之后，要迅速连接待铺设管道进行回拖，不能停留时间过长，否则处在转向位置的18根钻杆有被弯曲的可能，会造成不必要的经济损失。

7 结语

该项工程的成功完成充分证明，定向钻在高速发展的现代化城市中施工具有不可替代的优势地位，尽管铺设深度有时不尽人意，但其快速和可定向的特性已经得到广大建设单位和施工单位的认可。

参考文献

[1]城镇燃气设计规范（GB50028-2006）[S].

[2]城镇燃气输配工程施工及验收规范（CJJ33-2005 J404-2005）[S].

[3]聚乙烯燃气管道工程技术规程（CJJ33-95）[S].

[4]型控向仪说明书（G5.1.12） GUIDER V[Z].

[5]型定向钻机操作说明书DDW-150[Z].

定向钻穿越技术 第6篇

定向钻穿越采用的泥浆是均相分散体系, 由清水十优质粘土 (膨润土) +处理剂 (若需要) 或清水+少量聚合物+处理剂 (若需要) 经搅拌而成的混合物。对它的基本要求是具有良好的稳定性和流变性。

泥浆的稳定性包括沉降稳定性和聚结稳定性 (絮凝稳定性) 。两者是相互联系的。只有保持泥浆的聚结稳定性, 使小颗粒不聚结成大颗粒, 能保持泥浆的沉降稳定性, 泥浆才不至于因聚结而下沉, 才能保持真正的均相分散。

泥浆把钻屑从孔内携至地表或在孔中悬浮钻屑, 主要是靠它的粘稠性, 粘稠性越好, 泥浆悬浮和携带钻屑的能力越强;对于易塌的孔道, 利用比较粘稠的泥浆还可以起到较好的护壁作用。但是, 泥浆的粘稠性太大又有不利的一面, 主要表现在:增加了泥浆流动的阻力, 增大了泥浆对孔壁的压力。因此, 不能盲目增大泥浆的粘稠性, 而应根据具体地层条件, 兼顾多方面的情况, 确定合适的泥浆粘度和动切力。

在实际施工中, 对泥浆的性能控制主要是控制密度、粘度和固相含量。当孔内情况有所改变时, 应及时调整这些参数。其中, 泥浆的密度和粘度取决于返浆的固相含量。为保证孔道的清洁通畅, 同时节约泥浆用量, 返浆的固相含量应保持在20%~25%范围内。返浆的固相含量高于25%时, 应适当降低供浆的粘度或提高泵量;返浆的固相含量低于20%时, 可适当降低泥浆的泵量。

2 大口径水平定向钻穿越易出现问题

在特殊河流堤坝、铁路、公路等穿越处, 由于穿越的特殊性, 扩孔孔径一般为穿越管径的1.5倍, 致使扩孔过程中若泥浆不能平衡地层压力, 及管线回拖成功后, 管壁周围存在的环形空间, 都有可能发生管涌、塌陷等安全隐患。

常见采取的措施是:目前拥有专业从事水平定向钻穿越泥浆技术研究的泥浆公司, 针对复杂地质条件下的固孔主要采取局部范围注水泥浆的方式, 沿用油田钻井中的固井技术, 由专业注井公司来完成, 加上其采用先进的检测仪器, 在水平定向钻穿越复杂地层及特殊河流堤坝防止管涌等领域有一定的应用。

在水平定向钻施工时, 由于地质复杂, 要求提高泥浆粘稠性和流动性, 以便增加携带钻屑的能力, 相应也加大了泥浆对孔壁的压力, 易造成孔壁破坏, 严重时会出现地面冒浆, 对施工工期、质量、环保极其不利。

常见采取的措施是:降低泥浆黏度, 减少泥浆住入量, 快速通过冒浆地层, 同时加入添加剂, 以便在孔壁形成泥浆桥架结构减少漏失量。但实际情况是控制配比较难同时选用合适的添加剂不易掌握。

穿越时, 出、入土点都得开挖一处面积较大的泥浆池, 以便存放从孔内还回的泥浆, 但是穿越回拖后泥浆池内废弃泥浆处理非常困难。

常见采取的措施是: (1) 传统方法是由环卫部门拉运至指定地点, 由业主或承包商支付处理泥浆的高额费用, 同时废弃的泥浆池泥浆也不能保证耕地指标。 (2) 聘请专业泥浆处理公司, 将废弃泥浆进行固化后达到环保要求, 但使用的固化泥浆添加剂大多是进口的, 供货周期长、价格高, 可行性低。

3 大口径定向钻穿越泥浆固化技术现场应用

3.1 工程简介

川气东送管道工程京杭古运河穿越位于南洋荡村东侧。根据本工程特点及施工要求, 投入本工程的主要施工设备为DD-1100水平定向穿越钻机 (最大回拖力为500吨) 及配套设备, 管线采用φ101626.270的直缝埋弧焊钢管, 定向钻穿越水平长度为730.00m。京杭古运河河面总宽度约70m, 最大水深约4.1m, 管道从河床底下19.6m处穿越, 最大深度23.7m。

3.2 穿越施工难点及特点

粉质粘土层地质结构松散, 吸水较强成孔性好, 可钻性好, 钻具在土中旋转推进、造斜和出土都能比较好的成孔, 但大口径穿越工程施工时易发生孔壁垮塌。

依据粉质粘土层特性, 选用复合型泥浆进行止水、护壁、防塌。“HL泥浆专用复合剂”产品为复合型泥浆材料, 采用优质膨润土和具有各种性能的胶体化学材料, 预先进行处理, 到达现场后, 只须短时间的搅拌即可使用, 这些胶体化学材料很快就能起到应有的作用。

水平定向钻孔洞洞壁稳定从以下几个方面得以保证。

悬浮稳定:非开挖施工是通过非开挖机械设备, 在地下掘进的同时注入泥浆, 将细颗粒钻渣悬浮使浆液密度升高并填充建筑空间, 平衡地层压力。

支撑稳定:哈利产品在现场配成浆液后, 其材料中带正电荷的胶体粒子与带负电荷的膨润土胶体粒子极水化后会形成复合体, 这种复合体浆液具有固/液双重性, 即静止时表现固态性质, 经剪切扰动时表现为液态性质。这种静止时的固态性质有利于支撑土体稳定。

止水稳定:哈利产品浆液渗透到粉质粘土层, 其材料中的膨胀材料遇水膨胀将间隙内的自由水排除, 降低开挖面周围土层含水量, 含水量降低有利于开挖面稳定。

泥饼稳定:材料中的高分子聚合物选择性吸附施工掘进土层的细颗粒钻渣, 使浆液的颗粒级配变宽, 形成的泥饼致密柔韧, 高分子聚合物存在的泥饼中形成网架结构, 增加了泥饼强度。

3.3 泥浆质量要求

在施工过程中, 现场每混配好一罐泥浆后的漏斗粘度, 要及时调整至满足施工要求为止, 泥浆监控是一个动态变化过程。 (1) 按施工泥浆性能要求严格掌握清水与泥浆添加剂比例。 (2) 控制返出泥浆密度, 防止孔壁垮塌。 (3) 导向扩孔施工适当提高漏斗粘度、静切力, 有利于孔壁稳定。 (4) 高的动切力有利于携带钻渣。 (5) 良好的润滑性能, 有利于降低拖管回拖力。

3.4 主要施工技术措施

孔壁稳定要求泥浆的漏斗粘度越高越好, 但过高的漏斗粘度会增加回拖力, 漏斗粘度控制在45s~60s。

导向钻进前在泥浆混配罐中加入清水至罐容量的2/3, 启动搅拌器后再启动剪切泵, 剪切泵运行正常后打开加料漏斗缓慢加入HL泥浆复合剂。关闭加料漏斗, 向泥浆混配罐中加人清水至有效容量。泥浆在混配罐中混配后使漏斗粘度控制在50s~55s。导向钻进开始先启动泥浆输送泵, 导向钻进推进和回转。泥浆都要保证正常输送。导向钻进砂性土时推力过大会造成导向曲线偏离正常值, 应及时加大泥浆泵流量发挥水动力协助导向钻进。

扩孔钻进施工时, 泥浆在混配罐中混配后使漏斗粘度控制在45s~50s。扩孔施工时, 泥浆在混配罐中混配后使漏斗粘度控制在50s~60s。拖管施工时, 按扩孔泥浆施工进行泥浆混配, 漏斗粘度控制在45s~50s。

4 结语

泥浆是定向穿越顺利进行的得力保证, 特别是大口径穿越工程施工, 泥浆的起着至关重要的作用。通过此次工程的顺利实践再一次证明了这一点, 对今后类似工程有一定的借鉴作用。

摘要：本文结合国家重点工程川气东送管道工程京杭古运河定向钻穿越工程实例, 论述了大口径管道定向钻穿越固孔技术研究与应用, 针对施工过程中出现的难点采取相应措施, 最终确保了定向钻穿越一次性回拖成功。

定向钻穿越技术 第7篇

关键词：单侧,长距离,定向钻,回拖

2015年7月25日, 由辽河油田建设工程公司承揽的金坛—溧阳天然气管道工程西旸河和连片鱼塘定向钻穿越工程Φ508×7.9mm主管线顺利一次回拖成功, 该定向钻采用单侧穿越的方式进行长距离穿越, 通过配套钻具选择、改进导向孔钻进工艺及使用套管隔离技术、安装喷射短接、增加泥浆泵传输动力、加固钻机地锚等方面进行研究, 最终实现导向孔钻进, 管线回拖一次成功。

1 工程概况

金坛-溧阳天然气管道工程西旸河和连片鱼塘定向钻穿越是全线路最长的一条穿越, 它包括2条管道并排穿越, 分别为天然气管道Φ508×7.9mm X60 直缝埋弧焊钢管, 硅管套管Φ114×6.4mm。该定向钻穿越实长为1538.2m。穿越场地位于江苏省常州市金坛区直溪镇。

穿越区域地质自上而下分别为:11 层素填土 (Q4ml) , 1-2层淤泥 (Q4ml) , 2-a层粉土 (Q4al) , 2-1 层黏土 (Q4al+pl) , 2-2 层淤泥质粉质黏土 (Q4al+pl) , 2-3 层粉质黏土 (Q4al+pl) , 3层粉质黏土 (Q4al+pl) , 4层圆砾 (Q3al) , 5层强风化泥岩 (E3s) 。

2 施工重点及技术措施

主管线施工前, 首先针对地层选择钻具及设备。通过《油气输送管道穿越工程设计规范》 (GB50423-2007) 5.2.4 条计算回拖力为216k N (选取2倍系数) , 因此, 现场选择使用GD4000-L钻机施工, 设计曲线水平段为强风化泥岩, 设计深度22.6 米, 导向孔并采用三牙轮钻头。在以往的定向钻穿越工程中, 导向孔施工采用5-1/2"钻杆, 当定向钻穿越长度达到1600 米时, 钻杆出现了一定程度的失稳现象, 施工风险极大。选用“钻杆失稳临界力计算公式”计算后得出钻杆所承受的临界力, 改为6-5/8″厚壁钻杆, 钻杆自身重量增加, 也增加了长距离穿越钻杆的稳定性, 使得钻杆的抗拉、抗压屈服强度、抗扭屈服强度增加, 施工长度可达到2905m, 且钻杆不易发生失稳。

本次西旸河长距离单侧定向钻穿越所需的推拉力相对较大, 施工工期长, 地锚必须采取牢固措施。普通地锚承载力不能满足施工要求, 需对地锚与地基余空填混凝土加固。混凝土地锚前放置10m长, 深度2m, 厚度0.188m的Φ89mm钢管排, 在钢管排前打12 个8 米长, 壁厚为δ10 的Ф219 管桩进行加固, 同时将地锚、挡板、管桩和钻机下所垫钢板用20# (高度200mm;脚宽70mm;腰厚7mm) 槽钢进行连接, 保证在回拖管线过程中地锚的稳固。

2015年6月9日Φ508×7.9mm主管线导向孔施工开始, 当钻头进尺到120米时, 上方鱼塘发现冒浆情况, 项目部当即要求机组暂停施工并分析冒浆原因。冒浆处距离地面深度15米, 处于粉质粘土层与圆砾层交界处, 属于易冒浆和潜在冒浆的地质环境, 为确保其不再冒浆及污染环境, 并防止在圆砾层卡钻, 必须在技术上保证导向孔的环形空间畅通, 并且入土点返浆顺利, 项目部决定在入土点进行套管物理隔离措施。6月11日, 抽出钻杆开始套管施工作业。通过增加套管可以对不良地层进行有效处理, 并确定套管尺寸为Φ323.9mm×12mm, 刀头采用专用套管切削头, 使用半自动焊接工艺提高套管焊接速度, 缩短套管安装时间。套管安装长度覆盖不良地层, 长度为140米。

由于本工程施工穿越距离较长, 导向孔施工时孔洞静止时间长, 易发生塌方造成“泥包”钻杆现象。施工过程中采取每钻进500m连接一个喷浆短接的方法, 加大泥浆排放量, 避免了“泥包”钻杆问题的发生, 降低了钻柱扭矩。同时, 可使孔中泥浆实现二次加速, 泥浆也可较快的返出地面, 利于泥浆的钻屑携带。

6月26日开始扩孔施工, 现场使用2台NBQ20-380泥浆泵并联工作, 提高了泥浆排量, 达到5m3/min, 泥浆传输动力达到1.5MPa, 确保泥浆携带效果及孔洞清洁度, 使孔内固相含量控制在3%以内, 从而确保了钻屑的排出, 提高了钻进及扩孔速度, 有效地降低了扭矩, 使得扩孔扭矩一直处于较理想的范围。7月23日扩孔及洗孔施工结束, 7月24日进行主管线回拖准备, 7月25日进行主管线回拖施工, 钻具组合为钻杆Φ800mm扩孔器+扶正器+万向节+U型环+管线。回拖前将管线前端焊接回拖头, 采用发送沟回拖管线方式, 发送沟内注水使管线完全漂浮, 当日主管线顺利回拖完成。

3 结语

关于定向钻穿越卵石层方法的探讨 第8篇

定向钻是在不开挖地表面的条件下, 铺设多种地下公用设施 (管道、电缆等) 的一种施工工艺, 它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中, 它适用于沙土、粘土、卵石等地况, 在我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-15℃~+45℃。定向钻穿越技术是将石油工业的定向钻技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术, 它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点。该种设备一般适用于管径φ300~φ1200mm的钢管、PE管, 适应于软土到硬岩多种土壤条件, 应用前景广阔。

一、常用施工方法分析

1. 现场勘察工艺

首先对施工工程相关资料进行查阅, 认真研究图纸, 确定卵石层位置与规模, 适当条件下可进行现场地质勘察。此外, 还要检查工地的进场路径、穿越地质条件、地表地形、有无障碍物、地下管线分布、交通状况、跟踪定位系统的干扰源 (如铁轨、埋地电缆等) 、供水条件等情况。详细查看施工图纸中有关参数, 如:开孔倾角、最小深度、最小造斜距离等。与其它公用管线公司联系, 让其对地下现有管线进行定位并做上标记。检测回拖材料的重量和刚性, 了解该材料弯曲半径, 是否与设计路径有出入, 再检查一下是否有合适的回拖器具。

2. 钻进轨迹设计

导向是定向钻穿越成功与否的关键, 在施工过程中务必严格控制, 确保导向曲线平滑, 符合曲率半径要求。导向孔的轨迹一般由三段组成:第一段造斜段AB、第二段水平段BC、和第三段造斜段CD, 如图1所示。

导向前先下地锚、调整钻进倾角, 钻进时启动泥浆泵输送泥浆, 以供钻进护壁、钻头散热需要。钻进导向是通过地表接收器接收无线探头体内的探测头发出的信号, 测出钻头位置。需要调整方向时, 动力头停止旋转, 调整倾斜钻头板朝向所需方向, 只给进而不旋转, 此时地面接收器接收信号, 监视给进方向, 待方向正确后, 继续钻进, 整个钻进过程可多次调整方向, 直至导向结束。

二、卵石层位于曲线段的定向钻穿越施工方法研究

卵石层位于定向钻出入土点附近的穿越施工, 为节约成本, 降低风险, 保证施工进度, 可采取将卵石开挖取出的方法处理卵石, 清除施工障碍。

1. 施工前准备

按照图纸要求测量放线, 合理布置出入土场地, 定向钻钻机、泥浆坑、泥浆泵摆放位置等。仔细研究图纸, 分析穿越段地层变化, 确定卵石段的准确位置, 必要时, 可以进行地勘标本采集, 以获取最全面详细的地勘资料, 并根据图纸要求的穿越深度及出入土角, 确定开挖区域、卵石堆放区域。根据现场需要, 结合图纸分析, 进行出入土点的卵石层开挖, 同时确定合理放坡比, 将沿管线方向开挖出的卵石堆放在安全位置。在开挖时, 可将开挖出卵石的位置作为泥浆坑, 通常情况下, 按照穿越曲线开挖, 以减少卵石开挖量, 如图2所示。卵石层开挖完成后, 可依照常用定向钻穿越工艺施工, 施工过程中, 根据泥浆池内的反浆情况, 适时调整泥浆配比及泥浆泵压力。在扩孔及洗孔完成后, 即可回拖。

2. 经济效益分析

以通常的Φ711管道定向钻施工为例, 入土端倾斜角8O, 水平段管线深度10米, 需开挖的卵石段长度为70米。进行费用对比如下 (价格参考2012年山东省平均价格) ,

(1) 采用传统的注浆固壁方案:

8000元/m*70m=560000元

(2) 采用卵石开挖方案:

卵石开挖量70m* (10m+2m) /2*8m=3360m3 (综合考虑放坡处理)

所需开挖及回填挖机台班3360m3/ (0.4*60*8) +3360m3/ (0.6*60*8) =29.2台班

堆放卵石所需临时征地3360 m3/4m=840m2 (按平均堆高4m计算)

所需临时征地费用2000元/亩*840 m2/667 m2=2518.7元

部分卵石外运处理10元/m3*70m*18m*2m=25200元

外购耕作土恢复地貌30元/m3*70m*18m*2m=75600元

费用合计:3500元/台班*29.2台班+2518.7+25200+75600=205518.7元

方案 (1) -方案 (2) , 节省费用63.3%。

三、卵石层位于水平段的穿越施工方法研究

对于卵石层位于定向钻穿越水平段或者底层较深, 卵石含量较大 (通常90%以上) , 不宜开挖的地段, 常用的施工方法为夯套管。

夯套管工艺是在定向钻穿越施工前进行测量放线, 延穿越中心线按设计入、出土角度分别从两端夯套管, 在套管端安装事先加工好的卡具, 利用夯管锤的瞬间、高频冲击力进行夯管。将套管按设计方向、角度夯过卵石层段, 夯管完成后开始进行导向孔、扩孔、回拖施工, 施工过程与非卵石层穿越相同。

与目前常用的夯套管工艺相比, 袖阀注浆 (即双套筒双柱塞注浆) 施工工艺是一种比较先进的注浆工艺, 其适应性强, 工期短, 造价低, 对砂层、卵石层、粉土、淤泥层等均能达到较好的注浆加固效果。能进行定深、定量、分序、分段、间歇、重复注浆, 集中了劈裂注浆法、压 (挤) 密注浆法与渗入注浆法的优点。

当钻进至卵石层层位置, 钻杆继续向前, 穿过卵石层后拔出钻杆, 按原孔下Φ114*4.5mm钢套管 (套管内下袖阀管) , 钢管下至卵石层位置。让后将钢管抽回, 将袖阀管留到导向孔内。开始利用袖阀管注浆, 待水泥浆固化后再完成剩余部分导向孔。

袖阀管注浆法使用的注浆工具为“袖阀管”, 袖阀管为内径50~60mm、一次性使用的塑料管, 由两部分组成, 注浆段为带射浆孔的花管, 注浆段以上为实管。袖阀管的结构如图3所示。袖阀管注浆法的基本施工工序可分为打导向孔、下Φ114*4.5mm钢套管、下袖阀管、撤回钢套管, 注浆等步骤。关键环节为注浆, 要多次间歇注浆, 压力控制在0.2Mp, 水泥浆渗透效果最佳。一般渗透距离可达到2-4米。利用此方法将穿越管道通过的中粗砂夹卵石土层段进行加固, 使之能够形成一个以导向孔为中心, 直径4-8米的柱形整体, 这样就可以解决了这段扩不成孔的困难。

1. 注浆工艺流程

2. 注浆技术要求

待注浆专用钻头钻进至卵石层后, 开始注浆, 袖阀注浆中注浆质量是影响施工的关键因素, 需确保注浆质量, 否则达不到预定效果。

(1) 浆液配合比为膨胀水泥:普通水泥:水=1:2:3。

(2) 注浆压力0.1~0.2Mpa, 在注浆泵压力表上观测。

(3) 注浆量:注浆量一般为注浆总体积的1/3。注浆时根据搅拌桶的容积和浆液流量确定注浆量, 在搅拌桶中配好浆液、测定体积后再将浆液输入注浆池中, 注浆池直接与注浆泵相连。注浆时再通过压力表和浆液流量来控制注浆量。另外, 通过计量现场水泥用量, 也是掌握注浆量的有效措施。

(4) 注浆时观测地面变化。保证地面不产生裂缝和隆起。

(5) 终注标准:在注浆压力下, 注入量<30L/min, 稳压15min。继续注浆压力超过0.2Mpa迅速上升, 说明周围渗透饱满, 注浆结束。在注浆过程中, 作好注浆记录, 包括注浆压力、注浆量、水泥用量等。

3. 经济效益分析

以常用的Φ711管道施工例, 假定卵石段长度100米, 穿越曲线造斜段100米, 采取以下不同方案施工时, 所需费用如下 (价格参考2012年山东省平均价格) :

(1) 采用传统的注浆固壁方案:

8000元/m*100m+4000元/m*100m=1200000元

(2) 夯套管工艺 (套管采用Φ1219钢管) :

材料:Φ1219*22mm*200m

设备:350型夯管锤 (含17~20m3空压机1台, 配套机具和管路1套)

按每台班顶进10m计算, 工期为20台班

所需费用:

钢套管8000元/T*129T=103.2万元

设备租赁费2000元/台班*20台班=4万元

合计:107.2万元

(3) 袖阀注浆工艺:

材料:膨胀水泥60T, 325普通水泥120T, Φ114*4.5mm钢套管300m, 袖阀管300m, 套壳料0.5T。

设备:无

按正常钻杆导向进度及水泥凝固时间计算, 工期为10天。

所需费用:

膨胀水泥800元/T*60T=4.8万元, 普通水泥500元/T120T=6万元, Φ114*4.5mm钢套管6000元/T*47T=28.2万元袖阀管20元/m*300m=0.6万元, 套壳料0.2万元。

合计费用:39.8万元

假定两种方案下, 机组配相同数量和素质的施工人员,

方案 (1) -方案 (2) , 节省费用10.67%。

方案 (1) -方案 (3) , 节省费用66.83%。

方案 (2) -方案 (3) , 节省费用62.9%。

在实际施工过程中, 卵石层往往呈不规则的分布, 长度也只是导向曲线中很小的一部分, 因此通常情况下考虑到工艺复杂程度及连续性, 袖阀注浆工艺只针对卵石层长度较大, 构造较复杂的情况。但是通过经济效益比对分析, 可以明确在有卵石层的定向钻穿越中, 袖阀注浆工艺具有较好的经济性及可操作性。

四、结论与展望

本文在既有的定向钻施工基础上, 结合实际, 针对穿越层中所含卵石位置的不同, 以卵石层分别位于导向曲线的曲线段和水平段为例, 以保证施工质量及安全为中心, 分别研究制定了新的施工方法, 并进行经济效益分析, 节省了工期, 节约了成本。随着定向钻穿越施工的增多, 含卵石层的施工将更加普遍, 如何采用新的科学工艺使施工更加方便快捷, 将是以后研究的重点。

摘要：随着定向钻穿越施工的普及和对定向钻穿越施工综合社会效益要求的不断提高, 在施工过程中遇到含卵石的地质情况越来越多, 针对含有卵石的定向钻穿越施工, 掌握科学合理的施工方法就显得尤为重要。本文在总结大量的施工经验的基础上, 结合实际, 开展了新的工艺研究和应用, 尝试新的注浆、固孔及卵石处理措施, 避免塌孔、冒浆现象的发生, 同时在管线回拖过程中能够有效保证施工质量及安全, 并在实际的施工中取得了良好的经济效益。

关键词：定向钻,卵石层,曲线段,水平段,固孔,袖阀

参考文献

[1]《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423—2007.

[2]闫相祯, 丁鹏《长距离复杂地层水平定向钻穿越管道施工技术》油气储运2007 (4) .

[3]Cheng, E, Polak, MA, 2007, Theoretical model for calculatingpulling loads for pipes in horizontal directional drilling.TunnellingandUnderground Space TechnologyJournal 22 (5-6) , 633-643.

[4]刘钰《定向钻夯套管技术在沿海城市天然气综合利用项目上的应用》中国石油和化工标准与质量2012 (9) .

[5]蔡亮学, 何利民, 吕宇玲, 薛振兴《水平定向钻管道穿越孔底泥浆的力学特性》油气储运2011 (1) .

[6]高河东《仪征-长岭原油管道工程长江穿越方式比选》油气储运-2009, 28 (4) .

长输管道定向钻穿越焊接质量监控 第9篇

1对焊接管理和操作人员开工前的监督

首先, 监督工程参建单位 (建设、勘察设计、施工、监理、检测) 是否执行了国务院《建设工程质量管理条例》, 执行了《石油化工工程质量监督工作程序》, 落实了住房城乡建设部《建筑工程五方责任主体项目负责人质量终身责任追究暂行办法》建质[2014]124号文件精神。

其次, 参建单位管理和操作人员是否有执业资格证、上岗证书。

1.1建设单位质量管理的监督

建设单位作为工程质量总负责执行人, 是监督管理重点对象, 工程监督师必须检查建设单位的质量保证体系, 是否有质量管理部门及质量管理师的岗位及职责。

1.2施工单位质量管理员、焊接作业人员监督

检查施工单位现场质量保证体系, 管理人员基本情况一览表, 专业技术执业资格证书, 上岗证书是否齐全。核查《特种设备作业人员证》, 应督促施工单位呈报合格焊工名录, 并要求监理单位确定每名焊工的资格。在施工过程中, 还应该对焊工进行动态的监督管理。

1.3监理单位焊接工程监理师的监督

检查焊接专业监理工程师岗位证书, 监理人员上岗证书。

1.4检测单位无损检测人员的监督

检查检测单位的资质, 射线探伤人员是否具备与所从事工作相适应的资格证书;超声波探伤检查探伤人员是否具有与所从事工作相适应的资格证书。

2对焊接检测设备、管材和焊接材料等物资的监督

物资质量没有达到规定要求, 会给工程留下永久的安全质量隐患。因此保证工程建设质量, 必须首先保证所使用的各类原材料、设备仪器仪表等物资的质量。

2.1焊接设备检查监督

施工机械设备、工器具完好状态登记, 施工用计量器具是否有检定记录。

2.2管材的检查监督

在交货地或施工现场对施工所用钢管的质量实施监督, 必须检查生产厂家是否具备资格生产设计要求的规格、型号钢管;产品出厂证明材料是否符合产品标准及采购合同要求;监督进入施工现场的管材的验收情况, 比如验收时应当进行无损检验和静水压试验的项目是否进行, 抽查的数量、方法是否符合规范要求等, 对验收后确定为不合格管材的处置情况进行跟踪检查, 对那些合格的管材的储存和防护情况进行查验。

2.3对所用焊接材料的监督

在质量监督过程中, 焊接材料的使用监督也是一个重要的控制点。监督人员应对焊材质量证明文件、复验报告、烘干记录, 焊材发放回收记录等资料进行检查。看看焊接材料的牌号、规格、质量是否符合设计、标准规范。

2.4检测器材的现场监督

(1) 现场射线探伤检测仪器设备的性能、精度、灵敏度是否满足承担检测任务的需要;射线探伤所使用的胶片、显影、定影药剂等耗材型号、规格、质量是否符合要求。

(2) 超声波探伤检测所使用的探伤仪、探头、试块、耦合剂等是否具备与检测任务相适应的技术性能;检查核对是否对超声检测设备定期进行检查校验, 检查其他在用仪器的技术指标是否符合要求。

3对安全环境检查监督

3.1安全人为环境监督

现场作业人员是否参加了安全技术培训, 是否持证上岗, 安全技术交底是否落实。焊接施工的场所是否有良好的光线, 有不能实施焊接有害物是否采取可靠的隔离或防护措施, 在人活动的区域进行焊接时, 是否设置挡光屏。作业人员的个人防护应满足安全作业规定, 高处焊接应满足登高作业有关要求。

3.2自然环境的检测监督

监督施工现场是否有人收集有关气象资料, 检测温度、湿度、风速, 注意收听天气预报和天气形式变化预报, 对天气的情况做到心中有数。根据天气的变化情况, 调整当日施工生产的作业计划, 拟定采取防雨、风棚措施, 最大限度减小恶劣气候对施工生产的影响。

4施工方法 (焊接过程) 的监督

为确保定向钻穿越输油管道焊接作业的质量, 防止或减少焊接缺陷的主要措施是制定并执行正确的焊接工艺、焊接过程中加强控制和焊后检验监督。

4.1施工准备阶段监督

(1) 质量管理体系运行监督。施工单位是否执行了《油气长输管道工程施工及验收规范》 (GB50369-2014) 、《油气管道穿越工程施工规范》 (GB50424) 和《钢制管道焊接及验收规范》 (SY/T4103) 的要求, 并制定详细的焊接工艺指导书和焊接技术措施。

(2) 焊接工艺评定的监督。评定报告应详细记录工艺程序、工艺参数、检测结果、试验数据和评定结论, 记录的数据应准确、齐全, 涵盖所施焊工程的全部工序内容, 并经焊接工程师审查和单位技术部门负责人批准。

(3) 焊接工艺参数的监督。监督现场设备焊接时, 低温钢、不锈钢的焊接工艺参数, Cr-Mo钢的预热、焊后热处理参数。高合金管道, 钛、锆合金管道、厚壁管道的焊接工艺参数, Cr-Mo钢的预热、焊后热处理参数。

(4) 超声波、射线探伤工艺的监督。检查无损检测单位的超声波检测、射线探伤检测是否建立了合同约定的规程或工艺文件, 与《石油天然气钢质管道无损检测》 (SY/T4109-2013) 的一致性如何。

4.2焊前检查的监督

(1) 焊接时检查。管道组对前, 管内是否已经清扫完毕, 管口是否除锈去除了污渍, 坡口是否打磨合格, 焊缝余高是否进行了打磨处理。焊接管口椭圆度及周长能够满足组对要求, 管道坡口角度是否控制在焊接工艺规程的范围内。

(2) 检查焊口的编号。焊口的编号是否依据合同约定的设计施工图的桩号或者里程桩, 在焊口焊好后及时编制, 并记录登记。

4.3焊接质量的监督

管道组对焊接是质量控制的关键环节, 工程监督师检查质量检验人员、焊接工程技术人员是否对焊工的操作进行技术指导、安全交底。在具体施焊过程中, 为了保证焊接作业过程的连续性, 一般不设停检点, 工程监督工作以现场巡视抽查为主。

(1) 管道组对焊接。是否依据设计施工文件及焊接工艺规程要求, 使用管道对口器, 在根部焊道全部完成后, 对管口组对的错边量进行检查, 其错边量是否不大于1.6mm, 其焊缝坡口宽是否在+2~4 mm范围内, 相邻的焊缝间距是否错开100 mm以上。

(2) 焊接过程中的检查。焊接工艺评定和焊接工艺参数符合要求, 预热温度、预热范围符合要求。焊接过程中焊工是否注意温度、电流、电压、层间温度的变化, 焊后热处理是否控制在焊接工艺作业指导书的范围内;焊接过程中, 及时填写检查记录和焊接工艺记录, 不是后补的资料。焊后热处理的加热宽度、保温宽度、热电偶放置、固定方法符合要求, 热处理参数包括升温速度、保温温度和时间、降温速度符合要求。

(3) 焊后焊口外观的检查。焊缝外观检查, 焊接完成后表面焊渣和飞溅物是否清除干净, 焊口编号, 焊缝宽度、高度、错边量合格, 焊缝外观没出现表面裂纹、气孔、夹渣、咬边、未焊透。

5管道焊接无损检测是质量监督

5.1射线探伤结果的监督

监督抽查检测报告内容、记录是否齐全、完整, 检查报告签发人员是否具备资格。核查射线检测人员是否按照《石油天然气钢质管道无损检测》 (SY/T4109-2013) 规定的比例对焊口进行了抽查, 抽样方法是否科学合理具有代表性。检测中发现的不合格焊口是否及时通知委托单位进行了处理, 不合格焊口修复后是否重新进行了检测。对抽查不合格的焊口, 是否对该焊口焊工所有焊口进行了追加抽查, 抽查的数量、位置是否符合《石油天然气钢质管道无损检测》 (SY/T4109-2013) 、《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》 (GB-3323) 的规定。

5.2超声波探伤结果的监督

超声波检验是否符合现行《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》 (GB-11345) 、《石油天然气钢制管道无损检测》 (SY/T4109) 中的要求的规定。

5.3焊接资料的质量监督工作要点

检查焊接资料的原始数据是否如实记载, 做到了准确、齐全、规范化, 使之能确切反映焊接的实际质量。焊接记录是否按照规范的要求经有关人员签字、审批。

5.4对监督结果的处理

工程监督师在长输管道定向钻穿越焊接质量监督时, 须做好记录, 发现工程参建单位 (建设、勘察设计、施工、监理、检测) 违法、违规、违章所规定的的质量责任和义务, 严重影响结构安全和使用功能的实体质量行为应及时阻止, 并按程序签发工程质量问题整改通知单, 情况紧急时按程序可以签发停工令和局部停工令, 监督责任单位整改。收集参建单位的违法、违规、违章不良记录证据, 给建设行政主管部门和委托单位提出对违法违规责任主体的处理意见。

定向钻穿越技术 第10篇

1 管材性能比较

在水平定向钻穿越管道施工过程中采用的钢管一般分为焊接钢管以及无缝钢管, 钢管的优点在于只要在使用期限内使用, 钢材的各项性能都不会受影响。下面列出的表一将对钢管管材的性能进行仔细的分析。

聚乙烯是由无极性的饱和脂肪烃长链组合而成, 钢管和聚乙烯管的管材性能和各项指标都不相同, 聚乙烯管制作材料具有应力松弛以及蠕变的特点, 因此, 聚乙烯的强度是时间的函数, 在水平定向钻穿越管道施工过程中, 普通材料的力学性能指数起不到任何作用。聚乙烯管材具备3条力学性能指标, 分别是耐慢速裂纹增加、耐快速裂纹扩散以及长期静液压强度。下列表二中是对聚乙烯管材性能的分析。

通过表中对管材性能的分析表明, 钢管具有屈服极限较高、抗拉强度较高等特点, 所以管道的抗破坏能力以及抗扭曲能力比较强大。虽然聚乙烯聚乙烯管的强度小于钢管, 但是聚乙烯管具有使用寿命长以及耐快速和耐慢速的裂纹扩散的性能较强, 可以有效的保障压燃气管道的安全性能。此外, 聚乙烯管材具有较强的柔韧性, 使聚乙烯管道断裂的延长率增加, 不但能增强抗划痕能力, 而且能有效的避免不均匀沉降以及提高抗震性能。此外, 由于聚乙烯材料的特殊性让它本身具有很好的耐腐性作用。

2 管道受力比较

管道在回拖的过程中, 会产生大量的局部阻力和摩擦阻力, 这些组合力被称为管道回拖力。钢管管材具有较大的抗拉能力, 因此, 它可以让管道自身承受比较大的回拖力, 使用钢管进行穿越可以对一些比较宽的障碍进行穿越, 最长可以达到1500m, 聚乙烯管抗拉能力相对较低, 管道所能承受的回拖力也非常有限, 因此, 穿越宽度比较宽的障碍有一定的困难。一般内定向钻穿越的深度为30m, 钢管的外径则为219mm, 钢管的厚度为6mm, 钢管的屈服极限是245 MPa, 在穿越钢管的过程中就不会发生径向屈曲失稳的情况。对于管道径向屈曲失稳的情况, 在聚乙烯燃气管道工程技术规范中并没有严格的规定, 聚乙烯管的材料具有一定的弹性, 管道弹性变形的临界压力与穿越管道时管道本身能承受的极限外压能力的确定, 一定要根据相关数据进行计算确定, 所以, 聚乙烯管道径向屈曲失稳也必须按照特定的公式进行计算。根据水平定向钻穿越管道施工的具体情况来看, 聚乙烯管在穿越城市道路的过程中, 穿越的平均深度在6到8米, 在穿越河流的过程中, 聚乙烯管穿越的平均深度为17.6米, 由此可见, 聚乙烯管在水平定向钻穿越管道施工过程中具有很好的穿越效果。

3 结论

综上所述, 随着水平定向钻技术的广泛运用, 在水平定向钻穿越管道施工过程中, 钢管和聚乙烯管是主要的穿越材料, 这两种材料使用比较广泛, 而且各具优点。聚乙烯管在城市范围内的小型穿越过程中, 跟钢管相比较, 聚乙烯管可以有效的缩短穿越长度, 而且能减少工程的成本以及减少施工时间。但是, 在遇到宽度较宽深度较深的工程时, 聚乙烯管缺乏一定的抗拉强度, 因此, 影响了穿越管道的稳定性, 在这种情况下, 不建议使用聚乙烯管进行穿越施工。对于聚乙烯管定向钻穿越, 目前缺乏科学的施工规范与施工设计, 并且没有准确计算管道径向失稳的标准, 因此, 在聚乙烯管定向钻穿越施工过程中, 只能根据一定的经验来判断穿越的可行性, 这样的弊端应该引起相关部门的重视, 并加以完善。

摘要：目前, 在我国的水平定向钻穿越工程中, 一般都会使用钢管来完成定向钻穿越管道, 但由于近年来聚乙烯材料技术的突飞猛进, 聚乙烯管材在水平定向钻穿越工程中也逐渐地的得到广泛的运用, 钢管与聚乙烯管拥有不同的特点, 因此, 在水平定向钻穿越工程中的应用也不相同, 本文将针对钢管与聚乙烯管在水平定向钻穿越工程中的管道受力以及材料性能等情况进行对比分析。

关键词：材质,管道,水平定向钻穿越技术,分析

参考文献

[1]闫相祯, 丁鹏, 杨秀娟.水平定向钻技术在管道穿越工程中的应用研究[J].石油学报, 2008, 29 (2) :292-295.

[2]蒋国盛, 张家铭, 窦斌.定 (导) 向钻进的轨迹设计[J].地质与勘探, 2000, 36 (2) :13-15.

[3]鲁琴.非开挖水平定向钻进轨迹设计与调控技术研究[M].长沙:国防科学技术大学, 2004.25-29.