水平定向钻泥浆拖拽阻力对回拖力的贡献权重
水平定向钻泥浆拖拽阻力对回拖力的贡献权重
颜道根1，王聪2 (1.西安石油大学机械工程学院，陕
西西安710065；2.西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049) 摘要：泥浆拖拽阻力对回拖力贡献的权重问题是研究水平定向钻管道穿越回拖力时一项重要的内容。在目前的计算模型中，泥浆拖拽阻力的贡献权重不一致。针对这一问题，文中采用了与实际工程较接近的ASTM法进行计算研究，提出了新的权重计算公式，并结合3个工程实例，对泥浆拖拽阻力的权重进行计算分析。结果表明，泥浆拖拽阻力引起的回拖力计算结果差值为10%左右，泥浆拖拽阻力在回拖力中贡献的权重不能忽略。关键词：水平定向钻; 回拖力；泥浆拖拽阻力；贡献权重；管道；泥浆0 引言泥浆拖拽阻力是指管道回拖过程中泥浆作用在管道上的动切力，泥浆拖拽阻力对回拖力的影响大小需研究[1-2]。G. Duyvestyn[2]对回拖载荷的影响因素进行研究，提出将泥浆拖曳阻力纳入分析，可以更准确地预测回拖载荷的动态变化过程。泥浆拖曳阻力的贡献权重有3种模型(AGA 模型[3]、ASTM 模型[4]、Polak 模型[5-6])。M. E. Baumert[7]进行的水平定向钻穿越管道安装实验中监测模拟出的泥浆拖拽阻力占总回拖力的
很大部分，最高可达77%，然而与此对应的Polak模型实例计算得出的泥浆拖拽阻力仅占整个回拖力的0.11%[5]。主要
原因是泥浆流变参数选取不一致，导致回拖力计算波动较大，孔底泥浆的剪切速率在较大范围内波动，而计算所用流变参数则基于特定剪切速率的实验数据回归而得[8]。S. T. Ariaratnam 等开展HDD 泥浆的流变特性检测研究，着重分析钻屑含量的影响规律[9]；所得数据在随后的HDD 导向孔泥浆压降研究中得以运用，但分析中并未采纳W. C. Chin 的建议[10]。M. E. Baumert[11]等继续W. C. Chin[8]的工作，基于S. T. Ariaratnam[9]的成果，分别采用高剪切速率(300、600 r/min)与低剪切速率(6、100 r/min)下的剪切数据回归流变参数，结果显示2次计算的压降值相差70%，分析认为
低剪切速率下的流变参数更适合在回拖载荷的计算中应用。
1 泥浆拖拽阻力计算泥浆是典型的非牛顿流体，确定其流
变特性是进行泥浆拖曳阻力计算的前提。目前，泥浆拖拽阻力的计算主要存在2种思路：经验法确定，即根据现场施工经验直接确定管道外表面所形成的泥浆剪切应力值(D. P. Huey[12]，J. S. Puckett[13]等的相关研究)，根据管道外表
面积大小确定整个流体阻力值，或是根据活塞效应，基于孔底压力的监测数据反算出流体阻力(I. D. Moore等[14]的相
关研究)；解析法确定，该方法主要是基于流体力学推导而来，分析泥浆流体在管道与孔壁间的流动规律，推导出管道与泥浆界面之间的剪切应力的计算公式[5]。解析法的基础为假定泥浆流动符合幂律流体在同心环形空间中的稳定流动，如图
1所示，泥浆拖拽阻力计算公式为: (1) (2) Q=2πrv(r)dr (3) 式中：(Td)i为第i段的泥浆拖拽阻力，N；K为泥浆稠度系数，Pa·sn；n为泥浆流性指数(无量纲)；Rp为回拖管道的半径，m；D为管道外径，m；Lk为管道在钻孔内的回拖长度,m;v(r)为泥浆流速分布规律，m/s；Rl为环形空间中泥浆的最大流速处半径，m；Rb为终孔半径，m；vp为管道的回拖速率，m/s；dp/dz为沿管道轴线方向的压力梯度，Pa/m；Q为泥浆流量，m3/s。图1 泥浆流体钻孔流动模型联合式(1)～式(3)，迭代计算可求解相应的流体阻力(Td)i。管道回拖期间，泥浆拖拽阻力与泥浆、泥浆流速、管道及钻孔的几何尺寸有关。实际施工中，为了简化泥浆拖拽阻力的计算，一般用泥浆拖拽系数进行简化。ASTM模型假定泥浆对管道外表面、导向孔孔壁剪切力相等，则泥浆拖拽阻力Td等于泥浆总剪切力的一半，即[4]：(4) 式中：Td为泥浆拖拽阻力，kN；ΔP为导向孔内泥浆压降，kN/m2，推荐取70 kPa；Dhole为钻孔直径，m。2 泥浆拖拽阻力对回拖力的贡献权重分析管道回拖力的分析计算涉及工程力学、流体力学、土力学、弹性力学等方面，其计算的精确度影响工程施工。目前，实际工程中的回拖力计算大都采用经验估算法，如卸荷拱土压力计算法、净浮力计算法和绞盘计算法。涉及到的标准包括GB 50424-2007 《油气输送管道穿越工程施工规范》[15]、GB 50268-2008 《给水排水管道工程施工及验收
规范》[16]、ASTM F1962—2011《Standard Guide for Use of Maxi-Hori-zontal Directional Drilling for Placement of Polyethylene Pipe or Conduit Under Obstacles，Including River Crossings》等。文献[17]表明，《油气输送管道穿越工程施工规范》计算的回拖力值相对实际回拖力值偏小，虽然在实际施工中会按照回拖力计算结果的1.5～3倍选择钻机，但范围太宽，可操作性差；《给水排水管道工程施工及验收规范》和美国燃气管道研究会的计算方法得出的回拖力值偏大；美国材料试验学会采用的ASTM标准计算结果与实际工程较接近。因此，本文在研究泥浆拖拽阻力与回拖力关系时采用ASTM方法进行。ASTM计算方法的思路是将穿越管段近似为一条部分缠绕在巨型卷筒上的柔性钢索，其穿越包含了直线段和弯曲段的组合。在水平钻孔内回拖时的摩擦阻力即为回拖力：Fp=fWsL (5) 式中：Fp为回拖力，kN；f为管道与泥浆之间的摩擦系数(无量纲)，通常平均值取0.3，管道与地面之间的摩擦系数通常取0.5，采用滚轮时取0.1；Ws为单位长度管道重力方向上的合力，kN/m；L为钻孔长度，m。弯曲段受力应用绞盘效应，回拖力计算公式如下：Fc=eμθ(μWsL′) (6) 式中：μ为管道与泥浆之间的摩擦系数(无量纲)，通常取0.3；θ为管道的弯曲角，rad；L′为回拖长度，m。由于水平定向钻穿越可分解成直线段和弯曲段，因此可将式(5)和式(6)应用到钻孔的各个直线段和弯曲段中。如
图2所示，钻孔轨迹中4点处回拖力TA、TB、TC、TD可采用式(7)～式(12)进行计算，并取其中最大值作为设计回拖力。图2 管道回拖力计算的钻孔轨迹
TA=exp(vaα)[vawa(L1+L2+L3+L4)] (7)
TB=exp(vbα)[TA+vb|wb|L2+wbH-vawaL2exp(vaα)] (8)
TC=TB+vb|wb|L3-exp(vbα)[vawaL3exp(vaα)] (9)
TD=exp(vbβ){TC+vb|wb|L4-wbH-
exp(vbα)[vawaL4exp(vaα)]} (10) wa=πD2ρwγa (11)
wb=πρwγb-wa (12) 式中：L1为钻孔外额外需要的管道长度，m；L2为管道入孔点距离管道预定深度的水平距离，m；L3为水平段的长度，m；L4为水平段终点至管道出土点的水平距离，m；H为钻孔埋深，m；va为管道与地面之间的摩擦系数，无量纲；vb为管道与钻孔孔壁之间的摩擦系数，无量纲；wa为单位长度空管道的重力，kN/m；wb为单位长度管道重力方向上的合力，kN/m；α为管道入土角，(°)；β为管道出土角，(°)；ρw为水的重度，kN/m3，取值9.8 kN/m3；γa为管道材料的相对密度，如PE为0.955，钢材为7.85；DR为管道径厚比，无量纲；γb为泥浆的相对密度。由ASTM 方法可知，将泥浆拖拽阻力分别加入到式(7)～式(10)可得4个关键点处的回拖载荷预测值：
=exp(vaα)[vawa(L1+L2+L3+L4)] (13)
=exp(vbα)[TA+Td+vb|wb|L2+wbH-
vawaL2exp(vaα)] (14)
=TB+Td+vb|wb|L3-exp(vbα)[vawaL3exp(vaα)] (15)
=exp(vbβ){TC+Td+vb|wb|L4-wbH-
exp(vbα)[vawaL4exp(vaα)]} (16) 在A、B、C、D点处，将考虑泥浆拖拽阻力的回拖力与未考虑泥浆拖拽阻力的回拖
力之间的差值和未考虑泥浆拖拽阻力的回拖力的比值作为
泥浆拖拽阻力在各关键点对回拖力的贡献权重，即可以用式(17)计算：Pi=×100% (17) 3 实例计算与分析3.1 西气东输管道穿越西气东输管道工程采用水平定向钻方式穿越江苏无锡的北兴塘河。穿越地质为黏土和粉质黏土层，穿越管段总长564 m(管道附加长度L1=14.4 m，下行段水平长度
L2=250.48 m，中间水平段长度L3=19.39 m，上升段水平长度L4=278.23 m)，外径D=1 016 mm，壁厚δ=26.2 mm。最终扩孔直径Dhole=1 320 mm。管道入土(钻杆出土)角
α=7.1°(0.123 92 rad)，出土(钻杆入土)角β=9.2°(0.160 57 rad)。穿越深度H=21.3 m。取va=0.1,vb=0.3，γa=7.85，γb=1.15，将有关数据带入上述计算公式中求得：Td=19.52 kN，TA=356.94 kN，TB=492.72 kN，TC=496.64 kN，
TD=516.06 kN，=356.94 kN，=512.98 kN，=536.42 kN，=578.29 kN，PA=0，PB=4.1%，PC=8%，PD=12.1%。实际回拖力Tmax=658 kN。3.2 武汉天然气干线管道穿越武汉天然气干线管道工程采用水平定向穿越汉江。穿越地质为
冲填土、黏土、粗砂和部分砂夹卵石层。穿越管道总长853 m(管道附加长度L1=0，下行段水平长度L2=227.65 m，中间水平段长度L3=406.05 m，上升段水平长度L4=216.30 m)，外径D=711 mm，壁厚δ=11 mm。最终扩孔直径Dhole=1 067 mm。管道入土(钻杆出土)角α=6°(0.104 72 rad)，出土(钻杆入土)角β=10°(0.174 53 rad)。穿越深度H=35.2 m。
取va=0.1，vb=0.3，γa=7.85，γb=1.15，将有关数据带入
上述计算公式中求得：Td=17.40 kN，TA=159.85 kN，
TB=399.90 kN，TC=639.48 kN，TD=711.40 kN，=159.85 kN，=417.86 kN，=674.84 kN，=766.99 kN，PA=0，
PB=4.5%，PC=5.5%，PD=7.8%。实际回拖力Tmax=997 kN。
3.3 苏丹3/7区原油外输管道穿越苏丹3/7区原油外输管道工程采用水平定向钻方式穿越阿特巴拉河。穿越地质为砂性黏土和砂夹砾石层。穿越管段总长483 m(管道附加长度
L1=0，下行段水平长度L2=207.34 m，中间水平段长度
L3=84.92 m，上升段水平长度L4=187.96 m)，外径D=813 mm，壁厚δ=18.9 mm。最终扩孔直径Dhole=1 067 mm。管道入土(钻杆出土)角α=6°(0.104 72 rad)，出土(钻杆入土)角β=10°(0.174 53 rad)。穿越深度H=16.67 m。取va=0.1，vb=0.3，γa=7.85，γb=1.15，将有关数据带入上述计算公式中求得：Td=13.13 kN，TA=176.02 kN，TB=284.16 kN，TC=308.68 kN，TD=343.41 kN，=176.02 kN，=297.71 kN，
=335.35 kN，=385.34 kN，PA=0，PB=4.8%，PC=8.6%，PD=12.2%。实际回拖力Tmax=681 kN。4 结束语通过以上的分析和对工程实例的计算，可以看出：(1)由于ASTM 法建立的力学模型考虑了摩擦阻力、泥浆拖拽阻力、绞盘效应力等，因此与管道实际受力情况比较符合。但是计算值与实测值不完全相符而较实际值小，主要原因为：模型忽略了管道抗弯刚度的影响，未考虑弯曲效应引起的阻力；模型假定了管道出土点与入土点之间高度差为零、穿越曲线中间段为水平直线，从而建立了一个理想化的力学模型，然而实际施工中管道一直处在一个动态回拖环境中。(2)ASTM法建议管道与地面之间的摩擦系数va取值0.5，管道与钻孔孔壁之间的摩擦系数vb取值0.3，如果地表的管道采用滚轮支撑，则va取值0.1。在上述3个实例的计算过程中发现，va取值0.5和0.1时回拖力计算值差别很大，va越小回拖力计算值越小，因此在实际工程中一般对孔外的管道采取支撑以尽可能地降低va。(3)根据以上3个实例数据计算可知，出土点的回拖力均为最大值，分别计为其设计回拖力。在出土点处泥浆拖拽阻力引起的回拖力计算差值为10%左右，比较稳定。因此泥浆拖拽阻力在回拖力中贡献的权重不能忽略。参考文献：[1] CHIN W https://www.360docs.net/doc/136498463.html,putational rheology for pipeline and annular flow[M].Boston：Gulf Professional，2001：37-67.
[2] DUYVESTYN https://www.360docs.net/doc/136498463.html,parison of predicted and observed
HDD installation loads for various calculation
methods[C].ISTT NoDig，Toronto，2009. [3] HUEY D P，HAIR J D，MCLEOD K B.Installation loading and stress analysis involved with pipelines installed in horizontal directional drilling: International No-dig 1996 Conf，[C].North American Society for Trenchless Technology，Chicago，1996. [4] Standard guide for use of
maxi-horizontal directional drilling for placement of polyethyene pipe or conduit under obstacles，including river crossings：ASTM F1962-2011[S].ANSI，2011：10-11.
[5] POLAK M A,LASHEEN A.Mechanical modeling for pipes in horizontal directional drilling[J].Tunnelling and Underground Space Technology，2002，16(S1): 47-55. [6] CHENG E,POLAK M A.Theoretical model for calculating pulling loads for pipes in horizontal directional drilling [J].Tunnelling and Underground Space Technology，2007，22: 633-643. [7] BAUMERT M E.Experimental investigation of pulling loads and mud pressures during horizontal directional drilling installations [D].London：The University of Western Ontario，2003. [8] CHIN W
https://www.360docs.net/doc/136498463.html,putational rheology for pipeline and annular
flow[M].Boston：Gulf Professional，2001. [9] ARIARATNAM
S T,STAUBER R M,BELL J,et al.Evaluation of rheologic properties of fluids returns from horizontal directional drilling[C].NASTT/ISTT No Dig Conference,Arlington，2003.
[10] ARIARATNAM S T，HARBIN B C,STAUBER R
L.Modeling of annular fluid pressures in horizontal boring [J].Tunnelling and Underground Space Technology，2007，22: 610-619. [11] BAUMERT M E,ALLOUCHE E
N,MOORE I D.Drilling fluid considerations in design of engineered horizontal directional drilling installations [J].International Journal of Geomechanics，2005，
5(4):339-349. [12] HUEY D P，HAIR J D，MCLEOD K B.Installation loading and stress analysis involved with pipelines installed in horizontal directional
drilling[C].Proc.of No-Dig 96，New Orleans，1996：37-60.
[13] PUCKETT J S.Analysis of theoretical versus actual HDD pulling loads[C].Proc of the ASCE International Conference on Pipeline Engineering and Construction，Baltimore，2003. [14] MOORE I D,ALLOUCHE E
N,BAUMERT M.Investigations of pipe installation using directional
drilling[OL].https://www.360docs.net/doc/136498463.html,/publication/26719 5281_Investigations_of_pipe_installation_using_directional
_drilling. [15] 中华人民共和国建设部.油气输送管道穿越工程施工规范:GB 50424—2007[S].北京：中国计划出版社，2008：15-17. [16] 中华人民共和国住房和城乡建设部.给水排水管道工程施工及验收规范：GB 50268—2008[S]. 北京: 中国建筑工业出版社，2009：60-61. [17] 杨先亢,遆仲森,马保松,等.水平定向钻管道穿越回拖力计算公式的比较分析[J].石油工程建设,2011(1):1-6. Contribution Weight of Fluidic Drag Friction to Pull Forcein Horizontal Directional Drilling YAN Dao-gen1，WANG Cong2 (1.School of Mechanical Engineering，Xi’an Shiyou University，Xi’an 710065，China;2.School of Mechanical Engineering，Xi’an Jiaotong University，Xi’an 710049，China) Abstract: In the research pull force in horizontal directional drilling, the contribution weight of fluidic drag friction to pull force is an important content. Contribution weight of fluidic drag friction is inconsistent in the present calculation model. Aiming at this problem, this paper adopted ASTM method to compute and research which are closer to the actual engineering. The new weight calculation formula was put forward. Combining with 3 typical engineering examples, the contribution weight of fluidic drag friction was calculated and analyzed. It is indicated that the calculation
difference of pull force caused by fluidic drag friction is about 10%. The contribution weight of fluidic drag friction cannot be ignored. Keywords:horizontal directional drilling (HDD); pull force; fluidic drag friction; contribution weight；pipe；slurry 收稿日期：2016-11-28 中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：1004-9614(2017)04-0038-04 作者简介：颜道根(1983—)，硕士研究生，研究方向为水平定向钻在管道河流穿越施工中的应用。E-mail：471324321@https://www.360docs.net/doc/136498463.html,
水平定向钻施工作业中的有关计算
水平定向钻施工作业中的有 关计算 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
水平定向钻施工作业中的有关计算 2007年02月12日来源：中国水协设备网 [摘要]：本文结合实际施工实例，详细，全面，列举了水平定向钻施工作业中的有关计算，为施工的顺利完成提供了数据保障。对于工程施工有重要的指导意义。 [关键词]：水平定向钻钻径轨迹计算 随着全国市政建设的高速发展，市政公用设施——城市地下管线的修复更换，安装完善工作也得以高速发展。随着人们环境意识的增强，无开挖，无污染，高速高效施工方法——水平定向钻顶管敷管法已在全国范围高速发展，水平定向钻施工企业也在全国迅速膨胀，水平定向钻施工技术，实际操作经验也逐渐提高。为适应这样趋势，本文汇总了水平定向钻施工作业中的相关计算，与施工作业者讨论。 1 管重及回拖力计算 （1）．管子重量计算： 计算管子重量时，查找各种材料手册比较方便。也可用以下公式进行计算； Q= π ( DW- S ) S γ / 1000 对于钢管则用下式计算重量： Q= 0.02466 S ( DW - S ) 式中 Q——管子重量, ㎏/m DW——管子外径， mm S -——管子壁厚，mm γ-——管子材质密度，t/m3 ，如钢取7.85，铸铁取7.2 （2）．所需回拖力计算： 回拖产品管线所需回拖力也就是管壁和孔壁之间摩擦力w，其由下式计算；w = [ 2 p (1 + ka) + p0 ] f L 式中：w——管壁和孔壁之间摩擦力，KN p——土对每米管道压力, KN/m
ka——主动土压力系数，一般取0.3 p0——每米管道重量 , KN/m f——管壁和孔壁之间摩擦系数 , 02~0.6 L——管道长度，m 由上式可知，摩擦力主要取决于土对管道压力p和摩擦系数f的大小。土对管道压力主要与土层的性质和导向孔的曲率有关。沙土的粘聚力小，对管道的压力大，p一般按所敷管 线直径1~2倍高度土质量计算；粘性土的粘聚力大，对管道压力小，p一般按所敷管线直径0.5~1倍高度土质量计算。 导向孔的曲率半径R对p影响也较大，但当R﹥1200D（D为管线直径）时，可以不考虑其影响。 2、钻径轨迹的设计计算： 钻径轨迹的计算是施工作业成败的关键环节。其是顶钻施工实际操作的理论指导依据。只有合理的，切乎实际的正确计算，严格按其操作，才能保证施工作业的圆满成功。 钻径轨迹的设计计算是建立在回拖产品管线的抗拉强度，弯曲半径以及使用钻机大小，回拖能力，钻杆弯曲极限和施工土壤结构等众多因素基础之上的，是一项综合性计算。 在实际操作中，施钻人员应根据地下障碍管线，和场地具体情况，结合土壤结构等众多因素，合理规划计算出每根钻杆的顶钻角度，深度，然后按其逐步施工。对于实际操作中和设计计算不否者，要在满足地下障碍管线安全前提下，重新进行计算，以至施工完毕。 例如：进行一个特定的水下穿越，测量水最深处为6.0米，客户要求在水下留3.0米距离，回拖产品管线为de200pe管，进行钻进轨迹计算。 根据施工条件，我们选用回拖力为15吨钻机进行施工，钻杆为3.0米，弯曲度为3°/每根，每根3°的变化将改变深度变化为⊿y=sin3°×3M。 设定入钻角度为-15°，为作出过渡曲线及使钻头在目标深度水平，需要5根钻杆（如图）。要求计算钻机的最小回退距离L=？
完整版水平定向钻施工方法
本工程水平定向钻施工，非开挖穿越管材选用DN500PE管。 4.3.1水平定向钻穿越施工工艺流程 4-4 水平定向钻施工工艺流程图图水平定向钻施工场地布置4.3.2管水平定向钻穿越部位，在管道的起点设置一个工作坑，在管道的终点设置一个接PE 收坑，并在管道发送一端布置泥浆制作系统及管道发送系统。
坑 水平定向钻施工布置图图4-5 测量放线4.3.3）根据施工图要求的入土点、出土点坐标放出钻机安装位置线，入土点、出土点位1（20cm，沿管轴线方向误差不超过40 cm，并做出明显标记。置放线时左右偏差不超过（2）从出土点到回拖管线路必须保持直线。4.3.4工作坑开挖开坑前要认真调查了解地上地下障碍物，以便开坑时采取妥善加固保护措施。 以及砼垫层的厚度计依据管道高程、所用扩孔钻机尺寸，工作坑或接收坑开挖的深度，算确定，施工时用水准仪测量控制。钻机就位4.3.5钻机就位后，根据穿越中心线及入土角，由拖车头牵引钻机进入工作场，调整钻机就位，控向室相应就位。钻钻孔机安装在工作坑旁边，管道轴线可根据设计图纸及现场条件进行桩位放线确定，此时根据现场测得的井位深确定拉管机方位后，固定好钻孔机。杆中心与管道轴线应一致。。度以及钻孔机位置，确定钻杆造斜度，入土角不超过150借以检查钻机安钻机安装好后，试钻运转并检测运转后的机座轴线及坡度是否有变化，因此装的稳固性和固定可靠程度。钻机的安装质量和稳固性的好坏是成孔质量好坏的关键，必须认真细致的反复进行，直至符合要求后进入下道工序。4.3.6泥浆系统 泥浆系统主要由回收循环罐、储浆配浆罐、砂泵、泥浆除砂清洁器、泥浆除泥器、卧式
沉降离心机、搅拌器、射流剪切混浆等装置组成，为钻机设备提供满足要求的的泥浆。 将泥浆设备按工作流程顺序和使用说明书依次摆放在一起，并连接其管路、走道、护栏、电源线等。 进行设备全面检查，防止运输过程出现问题，检查完成后逐个进行单机试运。用清水进行泥浆系统整体联合试运，并调试直至正常。 4.3.7泥浆配置 搭设膨润土棚。棚内地面要高出地面0.2m，并铺上防湿塑料布。 膨润土用量主要根据管径、穿越长度及地质情况确定，并准备足够的余量，泥浆人员对上述情况详细了解和分析。 先对配置泥浆的用水进行选择和化验，水采用没有污染的清水，并化验水的PH值，以便确定添加剂的用量。对于粘土、粉质粘土的普通土质，在水质合格的情况下直接用一级钻井膨润土，只有当地质及水质不良时才使用添加剂。合格的泥浆标准：比重为1.02～，含沙量≤1%，PH 值=7～10；失水率<15%。31.05g/cm泥浆在循环过程中因失水，携带钻销而变稠，随时过滤及稀释。为此要对泥浆粘度用马式漏斗进行测定，一般每两小时测一次。遇有复杂地质和异常情况，随时测定。地质较好的位置，减少测定次数，测定结果做好记录。 泥浆的处理：首先通过泥浆回收循环系统装置对泥浆池中的泥浆进行回收处理，达到节约泥浆材料，降低穿越成本，减少废弃泥浆量的目的。穿越完成后，对无法回收的泥浆用重力沉降法进行沉淀，晒干水份并将剩余的泥浆用泥浆罐车运到指定地点进行深埋处理。 4.3.8导向孔钻进 导向孔钻进时钻具头部只安装略大于钻杆外径尺寸4cm的矛式钻头，对正既定孔位，检测对中
拖航阻力计算
海上拖航阻力计算 注：“华富708”空船平均吃水1.0m，每厘米吃水吨数约20T/cm，本计算按货物1500T、压载水1500T，总计3000T计算，上述状态下平均吃水为2.5m。货物正向迎风面积为14mX14m=196m2。 1．海上拖航总阻力经验计算公式： R t=1.15[R f+R b+(R ft+R bt)] 式中：R f-----被拖船（物）的摩擦阻力 R b-----被拖船（物）的剩余阻力 R ft-----拖船的摩擦阻力 R bt-----拖船的剩余阻力 2.被拖船（物）的阻力近似计算公式 R f=1.67A1V1.8310-3KN R b=0.147δA2v 1.74+0.15v KN 式中：V---拖航速度m/s δ---方型系数 A2----被拖船（物）浸水部分的中横面积 其中：A1如无详细资料，按下方法求： 正常船舶；A1=L（1.7d+δB）m2 驳船/首尾有线形变化的箱型船；A1=0.92L（B+1.81d）m2 无线形变化的箱型船及其他水上建筑A1=L（B+2d）
L----被拖船（物）的长度；m B----被拖船（物）的宽度：m d----被拖船（物）的吃水：m 3．拖轮的阻力计算---用拖轮的资料，如无详细资料，也可按被拖船（正常船舶）的近似公式计算。已知：V=6.0Kt（3.087m/s） 4．被拖物的阻力计算： 表一： 被拖船名L（m）B（m）D（m）δ 华富708 91.5 24.5 2.5 0.95 表二： 被拖船名A1（m2）A2（m2）V（m/s）δR f（Kn）R b（Kn）华富708 2699.25 61.25 3.087 0.95 35.5 102.1 5．拖轮阻力计算： 表三： 拖轮名L B d δ 华富219 44.0 10.4 4.8 0.63 表四： 拖轮名A1（m2）A2（m2）V（m/s）δR ft（Kn）R bt（Kn）华富219 647 33.8 3.087 0.63 8.5 29.8 海上拖轮总阻力为：175.9KN R t=1.15[R f+R b+（R ft+R bt）]=20.6t 结论一：当船组在静水中拖带航速为6节时，拖航阻力为20.6T，远小于“华富219”拖轮拖力38T，满足规范要求。
水平定向钻泥浆拖拽阻力对回拖力的贡献权重
水平定向钻泥浆拖拽阻力对回拖力的贡献权重 颜道根1，王聪2 (1.西安石油大学机械工程学院，陕 西西安710065；2.西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049) 摘要：泥浆拖拽阻力对回拖力贡献的权重问题是研究水平定向钻管道穿越回拖力时一项重要的内容。在目前的计算模型中，泥浆拖拽阻力的贡献权重不一致。针对这一问题，文中采用了与实际工程较接近的ASTM法进行计算研究，提出了新的权重计算公式，并结合3个工程实例，对泥浆拖拽阻力的权重进行计算分析。结果表明，泥浆拖拽阻力引起的回拖力计算结果差值为10%左右，泥浆拖拽阻力在回拖力中贡献的权重不能忽略。关键词：水平定向钻; 回拖力；泥浆拖拽阻力；贡献权重；管道；泥浆0 引言泥浆拖拽阻力是指管道回拖过程中泥浆作用在管道上的动切力，泥浆拖拽阻力对回拖力的影响大小需研究[1-2]。G. Duyvestyn[2]对回拖载荷的影响因素进行研究，提出将泥浆拖曳阻力纳入分析，可以更准确地预测回拖载荷的动态变化过程。泥浆拖曳阻力的贡献权重有3种模型(AGA 模型[3]、ASTM 模型[4]、Polak 模型[5-6])。M. E. Baumert[7]进行的水平定向钻穿越管道安装实验中监测模拟出的泥浆拖拽阻力占总回拖力的 很大部分，最高可达77%，然而与此对应的Polak模型实例计算得出的泥浆拖拽阻力仅占整个回拖力的0.11%[5]。主要
原因是泥浆流变参数选取不一致，导致回拖力计算波动较大，孔底泥浆的剪切速率在较大范围内波动，而计算所用流变参数则基于特定剪切速率的实验数据回归而得[8]。S. T. Ariaratnam 等开展HDD 泥浆的流变特性检测研究，着重分析钻屑含量的影响规律[9]；所得数据在随后的HDD 导向孔泥浆压降研究中得以运用，但分析中并未采纳W. C. Chin 的建议[10]。M. E. Baumert[11]等继续W. C. Chin[8]的工作，基于S. T. Ariaratnam[9]的成果，分别采用高剪切速率(300、600 r/min)与低剪切速率(6、100 r/min)下的剪切数据回归流变参数，结果显示2次计算的压降值相差70%，分析认为 低剪切速率下的流变参数更适合在回拖载荷的计算中应用。 1 泥浆拖拽阻力计算泥浆是典型的非牛顿流体，确定其流 变特性是进行泥浆拖曳阻力计算的前提。目前，泥浆拖拽阻力的计算主要存在2种思路：经验法确定，即根据现场施工经验直接确定管道外表面所形成的泥浆剪切应力值(D. P. Huey[12]，J. S. Puckett[13]等的相关研究)，根据管道外表 面积大小确定整个流体阻力值，或是根据活塞效应，基于孔底压力的监测数据反算出流体阻力(I. D. Moore等[14]的相 关研究)；解析法确定，该方法主要是基于流体力学推导而来，分析泥浆流体在管道与孔壁间的流动规律，推导出管道与泥浆界面之间的剪切应力的计算公式[5]。解析法的基础为假定泥浆流动符合幂律流体在同心环形空间中的稳定流动，如图
膨润土泥浆在水平定向钻施工中的应用及特点
膨润土泥浆在水平定向钻施工中的应用及特点 在几十年前，水平定向钻技术在西方就成为了一项重要技术。早期，这项技术只是应用于穿越河流铺设管线，而在这些地方，明挖铺设显然是不切合实际的。随着这项技术的进一步发展，水平定向钻技术成为了众多市政管线铺设工程的选择，应用范围逐渐扩大，被用于穿越公路、机场跑道以及地下管线，甚至穿越地下建筑。近年来水平定向钻技术发展很快，穿越纪录不断被打破，铺管直径已从几公分发展到一米以上 [1]泥浆是定向钻工程的血液，泥浆质量往往是决定工程成败的关键。随着水平定向钻市场需求的不断扩大，泥浆材料也拥有巨大的市场需求，而膨润土是水平定向钻泥浆的主要造浆材料。 1定向钻技术及泥浆功用 1.1 定向钻技术原理 (1)钻进。 在管道铺设的一端固定钻机，按照设定的角度，设备驱动钻杆带动钻头旋转前进，并在导向仪的控制下，按施工要求的深度和长度进行钻进，穿过地面障碍物后，穿出地面。在钻进的过程中，为防止钻杆被土层夹紧、抱死，需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥或泥浆，起到固化通道，防止塌陷，同时也能冷却钻头，润滑钻杆。 (2)回扩。 在钻头带着钻杆穿出地面后，卸掉钻头，将回扩头于钻杆安装固定，动力头回拖，钻杆带着回扩头反向回拖，扩大管道直径尺寸。 (3)回拖。 在回扩头回拖的同时，将管道固定在回扩头后，动力头拖动钻杆，带着回扩头和管道同时进行反向回拖运动，直至将管道拖出地面，完成管道铺设施工。 1.2 泥浆的功用 (1)悬浮和携带泥(岩)屑。 这是泥浆的基本功用之一，是把钻头或扩孔器破碎的泥(岩)屑带出孔道，保持孔道清洁，以利于管道回拖。 (2)稳定孔壁。 孔壁是否稳定和规则是水平定向穿越是否成功的决定性因素，是高速优质进行水平定向穿越的重要基础条件。 (3)润滑。 在钻导向孔和管线回拖过程中泥浆可以起到很好的润滑作用，在坚硬岩石地层扩孔时对扩孔器的润滑作用更加明显。 (4)冷却钻具。 在导向孔钻进和回扩过程中，钻头和扩孔器旋转破碎泥(岩)层产生一定的热量，钻杆不停地与孔壁摩擦，也产生一定的热量。泥浆能冷却钻头和钻杆，延长钻具使用寿命。 (5)了解地层。 对返出地面的泥浆进行分析，可以了解穿越地层的岩性，适时调整施工工艺[2]。 2水平定向钻泥浆特点及指标要求 2.1 泥浆特点 水平定向钻工程施工中泥浆的指标是变化的，不同的施工条件和底层环境对泥浆的要求不同，因此泥浆的现场配制方法和配方上可能有所不同。但从泥浆的功用上可以看出定向钻泥浆的一般性要求。 (1)粘度。 粘度可以被描述为液体流动的能力，良好的粘度性能保证泥浆在孔内适当的流动，粘度过高，
水平定向钻穿越施工方案
滨河西路（迎宾桥）中压燃气管工程 水平定向钻施工方案 编制日期：2016年5月 1、工程概况 本工程为滨河西路（迎宾桥）中压燃气工程，φ219的钢管，直线距离84米，定向钻穿越拖拉管施工。 2、施工准备计划 2.1、临时设施、水源、动力准备
a．现场施工人员的办公、住宿房采用临时租用民房； b．施工用电采用市电或部分地段采用自带发电机（50KW）； c．施工用水就近取河水； d．泥浆处置：水平定向钻进施工会产生大量的泥浆，泥浆处理租用灌车外运弃泥。 2.2、材料准备 本工程采用水平定向钻方式敷设管道，由于水平定向钻进为长距离穿越铺管，工程开工前，拖管设备、管材、各种焊材需提前进场。 2.3、设备准备 拟采用DH-450/900-L非开挖导向铺管钻机，本钻机为履带式全液压铺管钻机，具有机动性能好、质量可靠、结构紧凑、整体性强、扭矩大、效率高、自动化程度高、操作简单可靠、装卸钻杆方便省力等特点。特别适合复杂地形，大口径、长距离管道穿越施工。性能参数见下表，以DH-450/900-L型为例。 动力头输出速度：0～100rpm 最大输去扭矩：21000N.m 最大推拉力：450/900KN 主机自重：20T外形尺寸：7200*2400*2600mm 泥浆循环系统容量：5~10m3 DH-450/900-L型非开挖导向铺管钻机性能参数 3、水平定向钻施工工艺及方案 3.1、水平定向钻进铺管施工程序 设计水平定向钻孔轨迹→开挖拉管工作坑施工→配制钻液→钻进导孔→回拉扩孔→清孔→回拉铺管→清场。 拖管施工对场地的要求主要是在管道焊接时，需要有场地摆放管道，无障碍物，方能满足施工段的正常拖拉。 3.2、施工工艺 水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻导向孔、回拉扩孔、回拉铺管。 3.3、关键技术 （1）、地层勘探及地下管线探测
水平定向钻施工方案讲解
****工业园路口至****输水管道工程施工（标段1） 水平定向钻专项施工方案 编制单位： 编制人： 审核人：
编制日期： 目录 一、综合说明 (004) 1.1工程概况 (004) 1.2编制依据 (004) 1.3主要工程量 (005) 二、施工组织部署 (006) 2.1施工工艺流程 (006) 2.2施工组织与管理 (007) 2.3施工准备 (009) 2.3.1施工平面布置 (009) 2.3.2材料准备 (009) 2.3.3设备准备 (010) 三、主要分部分项工程施工方案 (012) 3.1测量定位放线 (012) 3.1.1测量定位放线 (012) 3.2定向钻穿越施工方案 (012) 3.2.1钻机就位和调试 (012)
3.2.2钻孔导向 (012) 3.2.3分级反扩成孔 (013) 3.2.4管道回拖 (014) 四、施工质量管理措施 (015) 4.1质量管理措施及管理网络 (015) 4.2针对本工程的质量保证措施 (016) 五、安全、文明、环保措施 (017) 5.1安全施工 (017) 5.1.1安全工作目标 (017) 5.1.2安全作业规程 (017) 5.2文明施工 (017) 5.3环境保护措施 (018) 、 一、综合说明 1.1工程概况 本工程输水管道为从化市西部明珠工业园路口至鳌头镇龙潭墟输水管道工程的一个子项工程。本工程输水管道东起355省道与明珠工业园交叉口，西至万宝加压泵站，输水管线敷设于355省道南侧绿化带内，全场约6公里。东接已建355省道DN800输水管及明珠大道DN600输水管，沿路敷设，接入万宝加压泵站加压后出水管与万宝加压泵站～X286路口段的DN600给水干管。 本工程输水管道采用K9级球墨铸铁管，外表喷锌、最后喷涂沥青涂层、内表面内衬水泥砂浆、零件、承插管接口处填充料和内防腐材料都要符合现行国家标准的规定。球墨铸铁管采用T型滑入式橡胶圈接口。局部牵引过路、过桥梁涵洞及过河处采用Q235B钢管，钢管连接采用焊接，钢管与球墨铸铁管连接处采用法兰连接。管道公称压力等级不小于1.0Mpa。根据管线布置及工程需要，为保证管
拖航阻力估算模板
“xx轮”拖带“xx轮”拖航阻力计算依据：中国船级社《海上拖航指南》附录 2 海上拖航阻力估算方法： 1.海上拖航总阻力 R T可按以下经验公式计算： R T=1.15[R f+R B+(R ft+R Bt)] KN ------被拖船的摩擦阻力，kN； 其中：R f R ------被拖船的剩余阻力，kN； B ------拖船的摩擦阻力，kN； R ft ------拖船的剩余阻力，kN； R Bt （1）被拖物的阻力按如下近似方法确定： a、摩擦阻力 R f=1.67A1V1.83×10-3（kN） b、剩余阻力 R B=0.147δA2V1.74+0.15v（kN） 船舶或水上建筑物的水下湿表面积，㎡； 式中：A 1 V 拖航速度，m/s （1 节=0.514m/s）； δ方型系数 0.8 A2浸水部分的船中横剖面积，㎡（舯剖面系数×船宽×吃水）； 如无详细资料，可按如下方法求得： 其中：湿表面积A 1 正常船舶：A = L（1.7d+δB）m2 1 =0.92L（B+1.81d）m2运输驳船、首尾有线形变化的箱型船：A 1 =L（B+2d）m2没有任何载重线型变化的箱型船及水上结构：A 1 式中：L,B,d 分别为船长、船宽、拖航吃水，m； δ=方型系数 0.8 （2）拖船阻力R ft和R Bt可使用拖船的设计资料，如无资料也可按上述（1）的近似计算公式计算。 R f=
R B= R ft= R Bt= R T=1.15[R f+R B+(R ft+R Bt)] KN= T 2.对于受风面积庞大的钻井平台或其他水上建筑，其拖航阻力尚应按下式计算，与R T取较大值： ∑R=0.7（R f+R B）+ R a + 1.15(R ft+R Bt) KN 式中：R f，R B，R ft，R Bt同上述计算 R a空气阻力，按下式计算： R a=0.5ρV w2ΣCsA i×10-3 KN 其中：ρ空气密度，按1.22kg/m3计算； V w风速，取20.6m/s A i受风面积，按顶风计算； Cs 受风面积A i的形状系数，取1.0 1.受风数据 受风面数据如下： 总宽： m 总高： m 2.空气阻力 Ra =0.5ρV w2ΣCsA i×10-3 KN Ra= KN 总拖航阻力：
定向钻施工中的泥浆控制
浅析定向钻施工中的泥浆控制 【摘要】水平定向钻穿越是管道建设当中非开挖穿越一种施工方法，在城镇、野外的特殊地域经常使用，定向钻穿越施工中泥浆是必然产物，废弃泥浆有着控制困难、泄露的随机性、污染水源、占地时间长等特点，对环境造成不利影响。随着社会不断进步，越来越多的人们将对泥浆来源逐渐认知和熟悉，为此控制减少泥浆使用量、排放量，采取科学的泥浆回收处里措施将成为定向钻施工中环境保护工作重点。 【关键词】定向钻；泥浆；泄露；处理 【 abstract 】 horizontal direction drill is pipeline construction through the excavation of a construction method, in towns, the special field regional often use, direction drill in construction of the mud is inevitable product, abandoned mud has a difficult control, reveal the randomness of the water pollution, covers an area of time, long, etc, adverse effects to the environment. as the society progresses, more and more people will gradually for the mud source familiar with cognitive and, for this control to reduce consumption, mud emissions, adopt scientific mud recycling disposal measures will be directional drilling environmental protection work in construction of the key. 【 keywords 】 directional drilling; the mud; leak;
水平定向钻施工方法
本工程水平定向钻施工，非开挖穿越管材选用DN5０0PE管。 4．3.1水平定向钻穿越施工工艺流程 图４－4 水平定向钻施工工艺流程图 4．3.2水平定向钻施工场地布置 PE管水平定向钻穿越部位,在管道的起点设置一个工作坑,在管道的终点设置一个接收坑，并在管道发送一端布置泥浆制作系统及管道发送系统. ?
工 作 坑 图４-5 水平定向钻施工布置图 ４。3。3测量放线 （1）根据施工图要求的入土点、出土点坐标放出钻机安装位置线，入土点、出土点位置放线时左右偏差不超过20cm，沿管轴线方向误差不超过４０cm，并做出明显标记。 （2)从出土点到回拖管线路必须保持直线. 4.3.４工作坑开挖 开坑前要认真调查了解地上地下障碍物，以便开坑时采取妥善加固保护措施。 工作坑或接收坑开挖的深度,依据管道高程、所用扩孔钻机尺寸，以及砼垫层的厚度计算确定,施工时用水准仪测量控制。 4．3。5钻机就位 由拖车头牵引钻机进入工作场,根据穿越中心线及入土角，调整钻机就位,钻机就位后，控向室相应就位。 钻孔机安装在工作坑旁边，管道轴线可根据设计图纸及现场条件进行桩位放线确定,钻杆中心与管道轴线应一致.确定拉管机方位后，固定好钻孔机。此时根据现场测得的井位深度以及钻孔机位置,确定钻杆造斜度,入土角不超过1５0。 钻机安装好后，试钻运转并检测运转后的机座轴线及坡度是否有变化,借以检查钻机安装的稳固性和固定可靠程度。钻机的安装质量和稳固性的好坏是成孔质量好坏的关键,因此必须认真细致的反复进行,直至符合要求后进入下道工序. ４．3。6泥浆系统 泥浆系统主要由回收循环罐、储浆配浆罐、砂泵、泥浆除砂清洁器、泥浆除泥器、卧式
大型水平定向钻穿越工程回拖方案
**** 定向钻穿越工程 管道回拖方案 编制： 审核： 批准： ******** 工程有限公司 **** 定向钻穿越项目部 word 完美格式
2015年5月12 日 目录 一、工程概况. (3) 二、编制依据. (3) 三、管道回拖前施工准备. (3) 四、管道回拖. (7) 五、管道回拖后作业安排. (9) 六、管道回拖受阻的应急措施 (10) 七、管道回拖注意事项. (10) 八、需求计划. (12) 九、主要安全技术措施. (14) 十、管道回拖施工计划. (25) 十一、管道回拖总平面图 (25)
一、工程概况 1、**** 穿越位于******** 与**** 岛南尾之间，管道采用定向钻方式穿越**** 与**** 上的鱼塘至**** 北端，然后以**** 北端为本工程定向钻入土点，采用定向钻方式，向北穿越****** ，进入**** 经济开发区境内，在**** 岛南尾出土。管线穿越两岸桩号为F 之间。定向钻穿越管道直径为Φ 3mm，材质为L485 LSAW钢管（加强级3层PE防腐），定向钻穿越入土点到出土点水平长度.88m ，管道实长2.09m。根据地质勘探报告分析，穿越断面地层岩性主要为粉砂和淤泥。 2、本次穿越管道预制场地借用**** 环岛公路其中的一条车道作为管道焊接场地，管道在公路上布置长度为2150 米，在耕地上布置长度为300米，管道回拖采用垫沙袋方式进行回拖。因大部分管道在已经投入使用的公路上预制，因此本次回拖需对公路和来往车辆进行重点防护。 3、由于**** 定向钻穿越断面地质状况为粉砂夹淤泥或淤泥质土，在回拖时存在塌孔、缩孔等风险，为确保回拖顺利，除在入土侧使用00 吨钻机进行牵引外，在出土侧安装00 吨推管机对管道进行助推，减小回拖风险。 二、编制依据 1 **** 管网二期工程**** 定向钻穿越施工图纸； 2 ****** 定向钻穿越施工组织设计方案； 3 ****** 定向钻穿越项目HSE计划。 三、管道回拖前施工准备 1、十字路口管道焊接、防腐 1.1 为保证**** 岛环岛公路的正常通行，在前期管道焊接时，管道分两段焊接，暂时未连接去渡口方向的十字路口管道，共余5 根管道及6 道焊口。根据施工计划，当**** 定向钻导向孔施工完成后开始连接两段管道，焊接剩余6 道焊口，布管、对口、焊接按之前焊接施工工艺进行。 1.2 因在十字路口焊接需要进行道路封闭，根据之前**** 公路管道焊接方案，所有行人车辆均需到管道两端绕行。 1.3 管道焊接探伤合格后，进行管道防腐补口，因本工程设计要求按干膜法防腐施 工，防腐补口应符合干膜施工的工艺要求。 2、管道试压、清管、测径 2.1 在管道回拖前应完成管道的试压、清管、测径作业，管道焊接防腐完成后，进行管道整
水平定向钻施工工艺
水平定向钻施工工艺 水平定向钻进技术又称HDD技术（Horizontal Directional Drilling），是近年发展起来的一项高新技术，是石油钻探技术的延伸。主要用于穿越道路、河流、建筑物等障碍物，它与传统大开挖埋管施工方式相比，具有施工速度快、精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设工程中。 一、施工工艺简介 水平定向钻机由钻机系统、动力系统、导向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成。使用水平定向钻机进行管道穿越施工，首先按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔，然后将导向孔进行来回扩孔，扩孔完成后将待铺管材沿着扩大了的导向孔进行拖拉，最终完成管线穿越工作，具体工艺如下图所示。 水平定向钻穿越施工需要两个分离的工作场地：钻机设备场地（钻进入土点工作区）和管线预制场地（钻孔出土点工作区）。每个场地的主要施工工序如下： 钻机设备场地：测量放线→三通一平→钻机设备进场→钻机组装调试→控向系统调试→钻导向孔→预扩孔→回拖→设备退场→恢复地貌。 管线预制场地：测量放线→三通一平→设备进场→运管布管→组装焊接等→设备退场→恢复地貌。 二、水平定向钻施工的优、缺点及适用范围 （一）水平定向钻施工的优点 1．采用定向钻穿越施工时，地上功能能够正常使用。例如穿越公路、铁路时，可不阻断交通；穿越河流时，可保证河流畅通，不阻断通航、排洪。 2．由于采用了非开挖施工，减少了大量工程土的开挖、运输和堆放，有利于环境保护。同时，也相应的减少了基础埋设、地面恢复等的费用。
3．施工周期短、作业安全迅速、综合成本低，社会效益显著。在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合，可用定向钻从其下方穿越。在城市建设高速发展的今天，避免重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，具有较高的社会及经济效益。 （二）水平定向钻施工的缺点 1．由于水平定向钻施工是一项新的生产工艺技术，目前我国尚无统一的技术标准和施工验收规范，造成对工程设计、施工质量的把控没有官方依据。一旦发生质量事故，对责任方的认定也造成一定难度。 2．由于采用定向扩孔拖拉，施工结束时，管材与回扩孔之间的空隙处理，不能像开槽敷设施工那样进行回填夯实。因此，对管材沉降要求比较高的工程在实际使用中存在着一定的风险。 （三）水平定向钻施工的适用范围 水平定向钻适用于城市道路、公路、铁路、河流及其它不宜在大开挖施工地段的管道穿越工程。可敷设天然气、热力、自来水、雨污水、电力、电信、有线电视、网络等各类地下管线，管材主要可分为钢管、PE管、铝塑管、铜塑管、电缆、光缆等。 三、水平定向钻施工造价构成及主要影响因素 由于水平定向钻施工的应用范围较广，因此涉及到的专业工程计价依据也较多。例如，市政定额、交通定额和石油天然气定额中均有相关的定额子目。由于施工工艺不同，计价的方法和内容均有所不同，但涉及到报价时所需考虑计价要素基本类似，笔者根据多年来工作经验，以石油天然气工程报价为例简要介绍如下。 石油天然气工程水平定向钻施工报价主要包括管线预制、定向钻穿越、土石方工程、三通一平、泥浆处理等费用，有的还包括了过渡段管线敷设及其他零星工程。招标文件及图纸一般只标明或说明定向钻穿越的材质、规格、及穿越的长度，预算人员还需要根据水平定向钻施工组织设计和施工方案，并结合施工现场实际情况计算分部、分项工程量，以保证报价的准确性和合理性。 （一）水平定向钻穿越主要工程量 1．安装部分 接桩测量放线：按设计图纸（自然地面入土点到出土点）计算穿越长度套用相应专业定额。 钻机安拆、调试：不分土质，套用相应专业定额，分大、中、小三种钻机。 钻具安拆：导向孔、扩孔、回拖的钻具安拆，不分土质，按钻机类型和穿越管径划分套用相应专业定额。 钻导向孔：按土质、钻机类型和穿越长度套用相应专业定额。 预扩孔：按土质、钻机类型套用相应专业定额。 管线回拖：按土质、钻机类型套用相应专业定额。
水平定向钻施工作业中的有关计算
作者简介：杭超军（1973—）男，助工，1997年毕业于北京建筑工程学院城建系燃气专业，长期从事水平定向钻施工工作。现任西安市天然气工程有限责任公司经营管理部副部长。 随着全国市政建设的高速发展，市政公用设施——城市地下管线的修复更换，安装完善工作也得以高速发展。随着人们环境意识的增强，无开挖，无污染，高速高效施工方法——水平定向钻顶管敷管法已在全国范围高速发展，水平定向钻施工企业也在全国迅速膨胀，水平定向钻施工技术，实际操作经验也逐渐提高。为适应这样趋势，本文汇总了水平定向钻施工作业中的相关计算，与施工作业者讨论。 1管重及回拖力计算 1．1管子重量计算 计算管子重量时，查找各种材料手册比较方便。也可用以下公式进行计算： Q=π(DW-S )S γ/1000对于钢管则用下式计算重量：Q=0.02466S (DW -S )式中Q ：管子重量,㎏/m ； DW ：管子外径，mm ；S ：管子壁厚，mm ； γ：管子材质密度，t/m 3，如钢取7.85，铸铁取7.2。1．2所需回拖力计算 回拖产品管线所需回拖力也就是管壁和孔壁之间摩擦力w ，其由下式计算： w =[2p (1+k a )+p 0]f L 式中：w ：管壁和孔壁之间摩擦力，KN ； p ：土对每米管道压力,KN/m ； k a ：主动土压力系数，一般取0.3；p 0：每米管道重量,KN/m ； f ：管壁和孔壁之间摩擦系数,02～0.6；L ：管道长度，m 。 由上式可知，摩擦力主要取决于土对管道压力p 和摩擦系数f 的大小。土对管道压力主要与土层的性质和导向孔的曲率有关。沙土的粘聚力小，对管道的压力大，p 一般按所敷管线直径1～2倍高度土质量计算；粘性土的粘聚力大，对管道压力小，p 一般按所敷管线直径0.5～1倍高度土质量计算。 导向孔的曲率半径R 对p 影响也较大，但当R ﹥1200D （D 为管线直径）时，可以不考虑其影响。 2钻径轨迹的设计计算 钻径轨迹的计算是施工作业成败的关键环节。 其是顶钻施工实际操作的理论指导依据。只有合理的，切乎实际的正确计算，严格按其操作，才能保证施工作业的圆满成功。 钻径轨迹的设计计算是建立在回拖产品管线的抗拉强度，弯曲半径以及使用钻机大小，回拖能力，钻杆弯曲极限和施工土壤结构等众多因素基础之上的，是一项综合性计算。 在实际操作中，施钻人员应根据地下障碍管线，和场地具体情况，结合土壤结构等众多因素，合理规划计算出每根钻杆的顶钻角度，深度，然后按其逐步施工。对于实际操作中和设计计算不否者，要在满 水平定向钻施工作业中的有关计算 杭超军 （西安市天然气工程有限责任公司） 摘要：本文结合实际施工实例，详细，全面，列举了水平定向钻施工作业中的有关计算，为施工的顺利完成提供了数据保障。对于工程施工有重要的指导意义。关键词：水平定向钻、钻进轨迹、计算 非开放技术Trenchless Technology 第22卷第2～3期2005年3月 Vol ．22，No ．2～3 March ，2005
浮船坞拖运沉箱相关计算
北海港铁山港西港区北暮作业区5＃、6＃泊位水工工程 浮船坞拖运计算书 一、计算说明 1、船坞拖航状态及航区 本次作业在我部铁山港区内预制场出运码头至5#、6#泊位码头前沿调头区水域，属于沿海近海拖航。 2、计算依据 中国船级社《海上拖航指南》1997-附录2“海上拖航阻力估算方法” 3、“防城港”号相关参数： 型长：52m；型宽：32m ；型深：3.6m；空载吃水：1.4m 二、浮船坞海上拖航阻力估算 计算公式如下： 1、R T=0.7×(R F+R B)+R A 式中：R T为总阻力，kN， R F为摩擦阻力，kN，R F=1.67×A1×V1.83×10-3； R B为剩余阻力，kN，R B=0.147×δ×A2×V-1.74+1.5V； A1为船舶水下湿水表面积，m2； A2为侵水部分的中横剖面面积，m2， V为拖航速度，为保证安全系数，按最大时速4节计算（2.06m/s）; δ为方形系数，本船吃水3.6米时，δ取1.0， R A为空气阻力，kN，R A=0.5ΡV2∑C S S满×10-3；
Ρ为空气密度，按Ρ=1.22kg/m3计算； V为风速，取V=20.7m/s计算； A I为受风面积，按顶风计算，m2； C s为受风面积形状系数，按1.0计算。 2、浮船坞装满沉箱时吃水深度为3.1m计算浮船坞露水部分受风面积S满。 S1坞墙面积=11×3×2=66m2 S2甲板下于水面上=（3.6-3.1）×32=16m2 S3沉箱迎风面积=18.15×17.2=312.18m2 S满=S1+S2+S3=394.18m2 3、浮船坞湿水面积计算 满载湿水面积计算：A1满=52×32+（52+32）×2×3.1=2184.8m2 浸水部分的中横剖面面积：A2满=32×3.1=99.2m2 4、摩擦阻力计算 RF满=1.67×A1满×V1.83×10-3=1.67×2184.8×2.061.83×10-3=13.7KN 5、剩余阻力计算 RB满=0.147×δ×A2满V1.74+0.15V =0.147×1×99.2×2.061.74+0.15×2.06 =64.1kN 6、空气阻力计算 RA满=0.5ΡV2∑C S S满×10-3 =0.5×1.22×20.72×1.0×394.18×10-3 =103.03kN
HDD(水平定向钻进)泥浆知识
HDD(水平定向钻进)泥浆知识 2008-06-25 17:31:05 作者：lieyaner来源：浏览次数：728 网友评论0条文字大小：【大】【中】 【小】评分等级：0 在十年前，HDD (水平定向钻进) 在西方就成为了一项重要的技术。早期，这项技术只是应用于穿越河流铺设管线，而在这些地方，明挖铺设显然是不切合实际的。随着这项技术的进一步发展，HDD技术成为了众多市政管线铺设工程的选择，铺管直径已从几公分发展到一米以上。现在，HDD进技术通常被用于穿越公路、机场跑道、以及地下管线，甚至穿越地下建筑。使用HDD技术可以在不阻断交通的情况下，在繁忙的商业区与工业区施工，从而减少由于阻断交通对这些 地区生产力的影响。 HDD技术被介绍到中国仅仅几年时间。现在中国已经成为这个世界上发展最快的HDD市场。在开始的几年中，Vermeer（威猛）以及一些其他的国外的钻机制造商主导了国内市场，近年来，一些国内的制造商也已经取得了一定的成功，而Vermeer不久将开始在中国组装钻机，以此来对付日益激烈的市场竞争。由此我们相信，在中国，随着HDD技术的日渐成熟，对HDD泥浆材料的要求也会越来 越高。 HDD泥浆概述 泥浆有几个重要的功能。它可以冷却润滑钻头、钻杆与其他孔内钻具；可以密封钻孔，从而保证钻孔稳定；最后，他们可以携带钻屑，把钻屑运出钻孔。一个好的泥浆系统应包含上述所有的功能。而更加先进的泥浆还应当能够有效抑制土壤的水化膨胀，能够输送更大的钻屑甚至石头。 在HDD泥浆材料中最广泛被使用的就是膨润土。世界上最好的膨润土是纯天然的西部钠基膨润土,如果BAROID的QUIK-GEL,BORE-GEL，它产自美国西部的一个地区。这些优质的泥浆材料已经通过百莱玛,无锡鼎隆等一些经销商进口到中国。但是大多数施工单位因为对泥浆不甚了解,不管实际需要,只看注重价格,一般使用国内生产的膨润土，甚至有一些施工单位用水去替代泥浆，这往往会发 生事故，从而产生更高的施工成本。 当然，国内生产的泥浆也可以用于一些简单的例如水井钻进等领域。但对于有更高要求的HDD来说，这些材料就不能充分满足了。中国的膨润土矿藏都是较为初级的钙基土，而钙基土的提粘性能较差，同时漏失量很高，并且国内大多数的矿藏都有很高的含沙量，这样的话就会增加设备维护的成本。 粘度可以被描述为液体流动的能力，使用厘泊作为计量单位。例如，奶油的粘度比水高，而蜂蜜的粘度又比奶油高。良好的粘度性能可以保证泥浆在孔内的适当的流动，从而把钻屑清出钻孔。膨润土的造浆率通常是指一短吨（2000磅）的膨润土可以制造多少桶（42加仑/桶）粘度为40厘泊的泥浆。钙基土的造浆率一般为35－45bbl/ton，标准的西部钠土最小为90bbl/ton，而一些先进的泥浆材料造浆率可达200bbl/ton。表面上看，使用钙土成本较低，但实际上如果比较造浆率的话，使用钙土反而会增加材料成本。
海上拖航拖带力计算
海上拖航拖带力计算 摘要 大型海洋工程设施与无动力船舶在海洋上的拖航需求已日益增多。但是海上拖航作业环境复杂多样，风和浪等多种不确定因素造成的阻力会影响到拖航作业所需要的拖带力，这影响到了海上拖航的安全性，本文主要研究在不同环境下船舶所受到的阻力影响，其中包括空气阻力和水阻力以及拖带时缆绳所受的拉力，以根据与此相关的经验公式计算船舶拖航时的各种阻力，从而规范配备相应得拖轮以符合拖航作业的需求，但由于目前对拖航阻力的计算方法各有不同，本文首先介绍《海上拖航指南2011》当中的经验公式并且进行相应的阻力分析，再综合比较其他计算方法的利弊。本文通过Excel软件实现拖航阻力的计算，以此来分析不同因素下以及不同计算方法所造成的拖航阻力的变化，并通过相关实例进行验证计算方法。 关键词：远洋拖航；阻力分析；拖缆拉力；分类计算
海上拖航拖带力计算 1引言 1.1课题研究的背景和意义 伴随着贸易的提升以及海运经济的发展，人们对资源的需求从陆地上的矿产资源转移了资源更加丰富的大海，这也促使了海洋资源设施的不断发展，而大型的海上工程往往都大型化、专业化、造价高，拖航作业需要大面积的水域，出于节约成本的考虑，大部分海洋不具有自航性，因此很需要有拖航来进行辅助作业，但是由于拖航作业执行的环境条件存在很多的不确定性，例如风、浪、通航环境等条件，多种因素的影响会导致拖带作业时发生碰撞、搁浅、偏航和断缆等意外。因此作业工程存在一定的风险。因此对拖航作业当中涉及到的拖航阻力需要进行较为精准的计算，从而选择合适的拖轮以满足被拖船的拖带需求，保证拖航作业有序安全地进行。但是由于拖航阻力的计算方法比较繁杂，在多种情况下的计算方式各不相同，目前大多数拖航作业都是的阻力估计只能依靠大概的数值，为了拖航的安全性，从而选择拖带力比较大的拖轮设备。 本课题研究在拖航作业过程中，在不同因素下拖船以及被拖船所受到的各种阻力以及缆绳所能起到的拉力，并探究不同阻力环境下所能达到的速度范围，为了保障海上的拖航安全，从不同的情况下探究拖航拖带力的计算公式，合理安排拖带方式、拖轮配备方案等，从而能够顺利得进行，拖轮拖带力的计算有助于模拟拖航作业环境，为有关科研人员提供阻力计算的参考，有助于更精确的拖航仿真系统的建立，从而预判可能出现的风险，在风险面前及时采取应对设施，保障拖航作业的实施，以及拖船与被拖物的财产安全。 1.1国内外研究现状 在国内，杨西阳在对海上的大型海洋结构的阻力分析上运用了多种计算方法。李昌伟对在狭窄区域拖航环境中风和流的作用力进行了更准确的计算。严似松、黄根佘在静水中以及风浪中的拖航运动建立了数学模型，并将悬链线模型应用到了拖缆阻力的计算上。沈浦根船长对拖航的阻力计算还考虑到了被拖物表面微生物和艏部形状不同对拖航阻力的影响，并且在《拖航指南》与《towing》对比空气阻力的估算上认为，比较合理的方式是风速V以现场迎风风速加上拖航速度展开估算。刘艳敏、周佳等对缆绳张力的计算方法做了一定的研究。李伟峰，史国友从风、流、波浪对平台的作用力角度出发探究了拖航阻力估算的方法。日本学者Yukawau研讨了拖带过程中的缆绳张力随两船间距变动的状况，以及分析拖航的航向角对拖航时运动的影响。Wulder 等人运用实时的仿真研究了港内大船操纵运动中拖船与被拖船的相互作用力与三种不同类型的拖航助操工况的关系。