水平定向钻施工技术交流

水平定向钻施工技术交流

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近年来随着国家对能源政策的调整、石油天然气项目的投入，加大了石油天然气长输管线项目的开工建设。为了保护环境，节约成本，减少对已建公共设施、构筑物的破坏，水平定向钻施工技术以其明显的经济效益、环境效益和安全效益，被广泛地应用于石油天然气长输管线工程施工中。在大、中河流穿越施工，中小型水库穿越施工，高速公路、铁路的穿越施工以及城镇市政工程中通信电力管道施工、天然气管道施工、自来水管道的施工中随处可见定向钻施工的设备及机具，本文就是通过简析水平定向钻的施工方法，并通过胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司陕西分公司与陕西省天然气股份有限公司在“气化陕西”工程中“大北沟定向钻”、“美阳河定向钻”、“泾河定向钻”及“杨家河定向钻”的工程实例，总结的施工经验的进行交流。

随着现代文明意识和环境意识的逐渐增强，交通、环境保护问题已经越来越多的受到人们的关注，非开挖施工的水平定向钻技术就越来越多地被人们所接受。近几年来水平定向钻穿越技术在世界各国、各个行业得到了广泛的应用，尤其在管道穿越大型河流、高速公路、铁路等工程项目上更加显示了独特的优势。水平定向钻施工过程是通过计算机控制进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，把预制好的管线回拖到扩大的导向孔中，从而完成管线穿越施工。采用水平定向钻技术进行管道穿越施工，是油气长输管线施工中穿越大、中型河流，中、小型水库，高速公路，铁路及管线光缆敷设的最佳方案；是不破坏地貌状态和保护环境的最理想施工方法。

一、水平定向钻的特点

与传统施工工艺相比，水平定向钻施工有很多明显的特点，现归纳如下：

1、定向钻施工不阻碍交通，不破坏植被，减小了传统开挖对居民生活的干扰以及对交通、周边建筑物破坏和不良影响。

2、现代化穿越设备的穿越精度高，敷设方向及埋深易于调整，管线弧形敷设距离长，完全可以达到设计埋深，并且可以使管线绕过地下障碍物。

3、定向钻施工穿越河流时，埋深在较深，对周围的环境没有影响，不破坏地貌和环境，符合环保要求。

4、采用水平定向钻穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响通航，不损坏堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短、人员少、成功率高，施工安全可靠性高等特点。

5、与其他施工方法比较，定向钻进出场地速度快，施工场地可灵活调整；尤其在城市施工时可以充分显示其优越性：施工占地少、工程造价低。

6、大型河流穿越时，由于管线埋深较深，地层深部的氧及其他腐蚀性物质很少，能够起到自然防腐和保温的作用，可以保证管线运行时间更长。

二、水平定向钻的施工工艺

1、水平定向钻施工工艺

定向钻穿越施工一般分为：钻取导向孔、扩孔、管道回拖三个阶段。

第一阶段是按照设计曲线尽可能准确地钻出导向孔。

导向对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地质资料，确定导向方案，认真分析各项参数，互相配合，钻出符合要求的导向孔。

第二阶段是根据管线规格选取不同级别的扩孔器，进行逐级多次扩孔，以达到管线回拖所需的孔径。

第三阶段是管线回拖。将预制好的管线沿着扩好的管孔，将管道回拖至导向孔，完成管道穿越工作。

三、施工过程控制

1、施工场地的合理布局

入土点是定向钻施工的主要场所，钻机、泥浆池、发电机组、钻杆、原材料堆放在该侧，所以施工占地比较大。管线规格、钻机型号的不同决定了场地的大小不同，所以合理的布局可以节省占地面积，控制成本。

出土点一侧主要作为管道焊接场地，一般选用一块不小于30×30m的场地作为预扩孔、回拖时接钻杆和安装其他发送设备用即可；在出土点之后轴线位置上要有一条长度与穿越长度相当的作业带，用以预制穿越管段。

2、地质条件的分析

地质条件的不规律，这会增加钻进难度。因此，施工过程中要认真、全面掌握地质勘察资料。为使工程能够圆满成功，施工中要严格按照设计规范要求进行，各工种、各岗位员工要认真负责，密切配合；做好充分准备，仔细分析各种可能发生的情况，制订相应的处理措施；导向人员、司钻制定钻进方案，保证导向孔曲线平滑；泥浆岗位全面掌握地质资料按地层配制，保证钻孔需要，确保钻孔成型良好。导向孔钻取过程中，要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况。

3、测量放线的控制

根据施工图纸、控制桩进行测量放线,确定定向钻轴线、钻机轴线和施工作业带边界线。根据施工区域周围环境可选用经纬仪、全站仪或RTK进行放线，放样钻进路线,每隔20米至50米做一个标记桩；沿途做好重要控制点的高程，并作好记录以供导向孔钻进时使用。

4、泥浆的控制

泥浆是水平定向钻施工中的关键因素，其作用主要是稳定孔壁、润滑钻杆（柱）、冷却钻头、排除钻屑、降低钻进扭矩和回拉力。施工时应按照事先确定好的泥浆配比配出符合要求的泥浆，根椐穿越地段地层情况,在不同的阶段,控制好泥浆的黏度。

5、钻导向孔的控制

钻导向孔的钻具组合为:钻头+造斜短接+钻杆。导向传感器装在钻头后舱内并紧固，在导向孔钻进过程中使用无线导向系统,在出入土两侧地面布置地面信标系统,钻头内传感器发射的信号将钻具的位置反馈到导向控制室便于司钻随时掌握方向,利用地面信标系统可以准确找出穿越中心线的方位角,同时可以记录钻头与地平面的夹角值。

6、扩孔质量的控制

完成导向孔工作后,根据所施工管线的规格不同依次进行扩孔，循环操作直至预扩孔和清孔工序完成，预扩孔一般至管径的1.5倍。根据钻孔机的能力和待铺设管线的直径大小以及地质情况，须进行多级扩孔（每级扩孔级差一般情况下为4－6英寸）。扩孔过程应平稳缓慢,随时监视钻机的各项参数并做好记录。根据穿越管线的直径、土层地质条件以及钻屑、钻进液返回的间隙和铺设管线的弯曲半径，扩孔需要一次或多次分级完成，不同地层应采用不同的扩孔器，遇有地质情况发生变化钻机参数不稳时，应分析情况,调整扩孔速度。

7、管线回拖

扩孔、清孔完成后进行管线回拖。管线回拖前,需要安装与最终孔径相同的扩孔器、分动器及拖拉头，与预制的管线连接,检查扩孔器水眼是否通畅,确认无误后开始回拖。回拖管线沿线设专人看护,防止管线在前进过程中出现意外。管线回拖过程中随时观察各种参数的变化，注意管道发射沟及管线防腐层的情况。

8、泥浆的回收处理

施工过程中从导向孔钻取到扩孔，以及管线回拖过程都需要大量的泥浆。泥浆的处理，作为环保施工技术，对水平定向钻进的钻进液应进行适当处理重复利用，也可在地表处理。使用后的膨润土泥浆（不含有害处理剂）最常用的处理方法外运至废弃沟内或农田外的废弃场地进行掩埋处理.