水平定向钻专项施工方案

松滋市赛洛天然气有限公司

DN159*5松滋河天然气管定向钻穿越工程

施工方案

编制人：石雄

审核人：王稳齐

审批人：李向南

中太建设集团股份有限公司

编制日期：2016.1.10

目录

一、施工概况

二、定向钻施工工艺流程

三、穿越管道施工技术措施

四、定向钻穿越施工方案

五、雨季施工措施

六、HSE管理

一、施工概况

宜都市转供松滋的天然气从枝城交接计量站出来后，以2.5MPa高压沿红东公路敷设，经洋溪镇至车阳，经周家湾、观音阁、白虎岭，沿木天河到松滋的公路到马鬃岭松滋门站。管道全长28公里，需要穿越农用机耕道、小河、沟渠、厂区铁路、焦柳铁路等。本工程为天然气管松滋河穿越工程。

1.1.编制依据：

1.1.1、《松滋河穿越燃气管道工程线路施工图》

1.1.2、《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》（SY/T4079-95）

1.1.3、《输油输气管道线路工程施工及验收规范》（SY0401-98）

1.2.施工总体方案

1.2.1进行专业分工，提高工序质量。每道工程的指挥及协调管工序设专人负责，抓住影响质量的关键工序，层层把关，干出让业主满意的工程。

1.2.2对现场进行详细的踏勘，配备适应性强的施工机具，优化施工程序，提高现场预制化程度，合理利用人力和物力，力争缩短工期。

1.2.3使用计划网络技术指导施工，确保关键线路按时完成，作到同步与立体交叉相结合、特殊与普通相结合，综观全局，点面配套，缩短有效工期。

1.2.4施工营地一般就近选择，可租用先用民房或招待所。

1.2.5施工营地设置传真、固定电话方便与业主、监理沟通、联系，施工现场和主要施工管理人员配备移动电话，保持通讯畅通。

1.3.施工任务划分

1.4.施工进度计划表

1.4.1.施工工期：

根据业主要求及我公司的施工能力和组织安排，施工工期暂定为日历天数20天，在该工期内完成松滋河定向钻穿越工程，满足业主提出的工期要求。

1.5. 工程概况

1.5.1工程概况

根据工程设计资料，入土点位于水田，出土点位于水田，主要穿越松滋河，设备可到达施工点附近，施工便道120米，进场条件较好。定向钻穿越入土角为6°，出土角为5°。

工程总工期暂定20天。

1.5.2定向钻穿越设计

考虑管道穿越松滋河，适合定向钻穿越，穿越长度448m。

1.5.3线路概况

松滋河定向钻穿越工程段采用φ159mm钢管，管道外防腐均采用环氧粉末聚乙烯复合结构（三层PE）外防腐层，同时结合强制电流系统为主、牺牲阳极保护系统为辅的综合保护方案。

1.5.4主要工程量

二、定向钻施工工艺流程

三、穿越管道施工技术措施

3.1测量放线

3.1.1根据施工图、设计控制桩进行测量放线。对于丢失的控制桩，根据交接桩记录、测量成果表等资料进行补桩。

3.1.2测量放线要放出线路轴线和施工作业带边界线，并在其上设置百米桩；

3.1.3测量放线过程中做好各项记录，包括控制桩测量（复测）记录，放线加桩记录。

3.1.4线路轴线和施工作业带边界线定桩后，用白石灰沿桩放出边界线。施工作业带边界线在作业带清理前放出，线路轴线在布管前放出。

3.1.5在出土点前后范围内放出60m长、40m宽的预扩孔作业场地。

3.2施工便道的修筑

根据现场踏勘，松滋河定向钻穿越管道、穿越施工设备进场施工经过的不平整的道路，需进行道路平整，必要时采用布设油管排强化路面，以保障运输设备通行。

五、定向钻穿越施工方案

5.1地层的选择

5.1.1地层的选择

根据松滋河定向钻穿越工程区域地质构造及定向钻穿越对地质条件的要求分析，设计穿越曲线主要经过的地层为强风化泥质砂岩。选择这样的地层主要是由于这些地层分布比较广，无其他地层出现的断层现象，而且这些地层分布均匀，较利于导向和扩孔的成孔，使得回拖顺利进行，且符合水平定向钻穿越曲率半径应符合设计要求。曲率半径不宜小于1500D，而且满足工程要求的埋地深度，也能在规定的工期内完成施工。

5.2 场地修筑

5.2.1钻机场地：

入土点场地占地20m×40m，用挖机配合人工平整场地，铺垫管排。根据现场条件，设备无进场道路，需铺设5m×130m油管排。

5.2.2出土点场地：

平整10m×30m出土点场地及长为448m，宽为10m的布管作业带。

5.2.3入土点处挖地锚坑1个：长3.5m、宽2.5m、深1.5m；同时采用锚固箱固

定。以确保固定钻机。预留地锚空间（2.5m×1.5m×1.5m）。

5.2.5现场开挖部分发送沟，沟底宽1m，深1m，注水深0.7m，穿越管在发送沟内回拖，以确保管材的防腐层不被破坏。

5.3定向钻穿越

5.3.1钻导向孔

针对本穿越工程，我公司拟使用美国DCI公司生产的SST无线控向系统，可在整个穿越过程中采用地面布置线圈系统进行控向数据校正，使出土位置偏差控制在规范允许范围内。

由于本工程穿越距离为448m ，穿越地层主要为细砂，为此我们选用专用的合金镶齿钻头进行导向施工，此钻头能够适应此地层钻进。钻导向孔的钻具组合如下：镶齿钻头+造斜短接+φ165无磁钻艇+探棒室 +6 1/4″无磁钻艇+φ127普通钻杆；

5.3.1.1在正式钻导向孔之前，查明所有地下设施（管线、电缆等），并根据实际情况采取相应的技术措施，同时向业主汇报；沿穿越路径设置警示带，安排专人巡回检查，以防在钻孔期间意外情况的发生。

5.3.1.2当具备开钻条件后，召开技术交底会，要求按事先制订设计图纸和作业指导书钻导向孔，严格控制导向孔偏差。

5.3.1.3接单根作业：

在钻导向孔期间，每钻进一根钻杆后需再接单根，由挖机负责钻杆的吊装作业，并安排钻工予以协助，在钻机主推架上实现自动对扣和上扣。在接单根时要重新接控向线，确保控向信号的畅通；钻进速度视地层情况而定，一般控制在10－30min/根左右。

5.3.1.4施工测量：

在接单根时通过控向系统反馈的数据信息，进行一系列钻井数据的测量，监测导向孔的钻进路径。需采集记录数据有：进尺、方位角、倾斜角、推拉力、转速、泥浆压力、排量、位置和高程等。

5.3.2导向控制：

5.3.2.1控向工程师根据反馈的控向数据，结合地层情况，及时调整钻井参数，控制钻进速度，直至钻头在预定位置出土。在此过程中，司钻要根据控向工程师的指

令，完成相应的操作，保证导向孔质量。

5.3.2.2导向孔实际穿越曲线与设计穿越曲线的偏移量半径不应大于2m；出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的l%，且不大于10m；横向偏差应不大于穿越长度的2%，且不大于2m。

5.3.2预扩孔

导向孔完成后，既可进行扩孔的施工。由于本工程穿越泥岩，在底层存在不均匀的情况下，为了保证扩孔的顺利进行，计划本工程扩孔级别每100mm为一个级差。本工程穿越主管管径为φ159mm，为了保证主管的顺利回拖，计划扩孔至管径的 1.5倍，既350mm。

本工程扩孔计划分七级进行：第一级采用273mm牙轮扩孔器，进行第一次预扩孔，第二级采用350mm牙轮扩孔器，第三级采用350mm桶式扩孔器进行清孔。

本工程在扩孔过程中，严格控制回扩速度，认真监控钻机扭矩及拉力，使扩孔过程能够保持匀速进行。

钻具连接和拆卸：出土点井口工在回扩过程中负责人工接单根作业（挖机配合），在入土点通过钻机拆卸钻杆，吊车负责钻杆的吊装。出、入土点钻杆的上卸扣要求同步作业，并通过对讲机保持联系畅通，以免意外情况的发生。

技术控制：首先根据地层情况优选扩孔器和扩孔次数；其次回扩过程中严格控制回扩速度和泥浆排量、压力；再次优选优质膨润土，合理添加聚合物、CMC和纯碱等添加剂，精心配置钻井液；最后在回扩中保证连续作业，确保井眼不塌方。通过一系列的技术措施，努力提高扩孔质量，井壁稳定性好，井眼成形好。

5.3.3管线回拖

扩孔完成之后，确认扩孔过程完成后，孔内干净，没有不可逾越的障碍后，开始回拖管道。管道回拖时，为减少钢管对地面的摩擦阻力并保护钢管的防腐层，采用开挖发送沟，沟内注水，加强回拖时管道与地面的润滑作用，确保管线顺利回拖、就位。发送沟应确保与穿越线保持在一条直线上，避免因管道与钻杆夹角过大造成回拖过程中拉力过大。

回拖前的准备工作，首先检验回拖预制管外防腐层是否完好，并用电火花检漏仪检漏，如有损伤应及时补伤。管子下沟前，检查发送沟内及管墩上是否有坚硬物块、杂物，如石头、砖瓦等，清除干净后方可回拖，以免损坏管道外防腐层。

回拖时的技术措施，在回拖时应连续作业，避免因停工造成阻力增大。一般地平均回拖速度控制在15min/根，同时加大泥浆排量，尽可能地将泥砂带出，保护井眼。

回拖时采用的钻具组合是：

钻机+钻杆+φ400扩孔器+ 120 T回拖分动器+120 T卸扣+φ159穿越

管段

管道回拖时要沿线巡回检查，发现泥浆泄漏要及时处理，清除易滑落的硬物；局部不易清除的，应用厚胶皮覆盖其表面，防止管道与其硬性接触，损坏防腐层。

5.3.4泥浆措施

泥浆是定向穿越中的关键因素，我们将针对不同的地层采用不同的泥浆，按管径大小、设计要求及地质情况预设配制方案，确定正确的混合次序，按不同的地层用清洁的淡水配制出符合要求的泥浆，并每两小时检测一次泥浆性能参数。根据本工程现在的地勘情况，及施工地点地表情况为确保工程，我们决定采用优质的泥浆料和进口添加剂按照表5.3配制泥浆。

表5.3 泥浆粘度（s）

为提高泥浆的配制质量，我们将采取以下措施：

a.水源采用经净化处理后的水，，在水中加纯碱，提高水的PH值。

b.根据不同地层，按事先确定好的泥浆配比，膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要

求的泥浆，粘度控制在40～60s之间。

c.所用的泥浆添加剂有：纯碱、万用王、雷膨、CMC。

d.为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不变的情况下，我们2

座泥浆罐。废泥浆的处理：钻机场地内挖一个泥浆回收池，回收不了的泥浆委托专业人员进行环保处理。

5.3.5施工注意事项及措施

5.3.5.1钻导向孔

导向孔是定向钻穿越施工过程中重点控制的关键工序，导向孔质量的好坏直接影响钻机回拖时回拖扭矩与拉力的大小。因此，导向孔与设计穿越曲线是否重合是关系到管道最后回拖成功的关键。导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因可以归纳为四类：第一，钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差，造成在导向孔钻进的过程中其轨迹逐渐偏离设计穿越曲线；第二，受外部磁场的影响，控向方位角非管线走向的真实方位角，从而控向软件计算钻头方位的参数发生变化，导致从计算机采集的数据非钻头的真实位置；第三，受地质结构的影响，导向孔在钻进过程中要穿越不同的地层，由于各地层地质特征差异很大，即使是同一地层其硬度分布也会软硬不均，因此，钻头在钻进的过程中比较容易偏向相对较软的地层，造成与设计曲线发生偏移。针对以上造成曲线偏移的原因，我们采取了如下应对措施：

①保证钻机就位方位与设计管线中心线重合

钻机就位前，根据在入土点处已放出的控制点即管线穿越中心线点，根据穿越入土角、钻机尺寸算出钻机就位的精确位置，并用白灰或用线绳予以标记。在钻机就位过程中，除了利用白灰或线绳标记作为就位的标准外。就位后还要用测量仪器测量钻机就位偏差，经计算钻机就位方位相对于管线中心线的角度偏差如果超过0.1时。需要根据偏差情况重新调整钻机，经多次就位—测量—调整—再测量，直到偏差控制在0.1度范围内。钻机就位后，计算出精确的偏差数值。在开始钻导向孔时及时调整此偏差为零。

②在穿越不同地层时预防偏移的措施

在穿越过程中，不同的地层其岩性也不同。即使同一地层也会不同程度的存在软硬不一的情况。这必然会影响钻孔倾角与方位角角度的调整。遇到这种情况时，每次调整的角度不应过大，调整范围控制在每次1。6%左右，每根钻杆多次调整以获得需要的倾斜角与方位角。

5.3.5.2扩孔

扩孔能否顺利进行对管道回拖成功至关重要。由于本次穿越主要地层为泥岩。针对以上情况我们采取了以下措施：

①在扩孔施工前，检修所有的施工设备，确保在扩孔回拖时不出现机械故障，在回拖开始后，严禁无故停工；

②认真检查钻机锚固是否发生位移，如果发生了位移应立即采取措施进行加固处理然后才能继续进行回拖扩孔作业；

③在导向孔钻进时，严格按设计曲线施工，采用曲率半径为1500D保证钻孔的平滑；

④在扩孔时严格控制泥浆压力、粘度及排量，根据地质条件，当扩至裂隙地带时，在泥浆中掺加适量堵漏剂以避免泥浆沿裂隙流失，减少河水倒灌，保证孔内泥浆粘度，提高泥浆的携渣能力及护壁作用。在经过砂层时，在易产生塌孔地段，应确保泥浆粘度达到45～60s，减少塌孔的可能性。并在最后一次扩孔作业时，向泥浆中添加适当的润滑剂，以便在管线回拖过程中减小回拖阻力

5.3.5.3管道回拖

管道回拖是整个工程的重心，在回拖过程中，具体采取以下几点措施：

①回拖时将管道放在发送沟内，发送沟里灌水。发送沟中心线应与管道穿越中心线相重合，便于管道顺利进行回拖。发送沟沟底纵断面曲线应与管道自由弹性曲线半径一致：

②回拖时扩孔器直径一般比穿越管道直径大100rnm。这样即减小回拖力。又可保护防腐层，本次穿越采用273扩孔器带管回拖；

③在扩孔作业完成后管道回拖之前，应再次采用273mm桶式扩孔器对孔道进行回拖前清孔，以将孔内孔底沉积物清出孔内。同时对扩好的孔壁再次进行护壁加固处理，保证管道的顺利回拖。在管道回拖中，塌孔一般发生在回拖管段的前端，此时应增大泥浆量，适当降低泥浆粘度，提高泥浆的润滑性能，将塌孔部位泥浆置换出去，确保管道顺利入孔。

④保持与有关部门通信畅通，发现问题，随时汇报沟通。

5.5钻机场地布置图（各附属设备位置在具体施工时可根据场地情况摆放）

穿越施工入土点平面布置图穿越施工出土点平面布置图

六、雨季施工措施

6.1雨天焊接作业

6.1.1在雨天无任何防护措施，严禁任何施焊作业。

6.1.2因工期比较紧张，需要雨天施焊，必须经业主代表和监理工程师同意并采取相应措施后再进行施工。

a、雨天焊接必须设防雨棚，并用液化气烤把烤干雨水淋湿的焊口，焊缝完成后，在焊缝的温度降至室温后方可撤去防雨棚。

b、降雨时，除设防雨棚外，地面还应设隔离垫。即使雨停了，但地面很湿时，也应铺设隔离垫隔断人与湿地的接触。

c、雨天在防雨棚中焊接，虽无雨水直接流入焊接区，但空气的湿度较大，使用焊接材料，必须严格按要求使用焊条。

d、雾天虽然不象雨天那样明显降水，但空气的湿度往往很大，当相对湿度超过90%时，要与雨天一样采取保护措施，并在焊前对管口进行烘干处理。

6.2雨天防腐作业

因工程急需在雨天进行防腐作业时，必须采取有效的防护措施，制定严格的防腐作业规程的条件下才能施工。

a、设立防雨棚，以保证雨水不流到防腐区，且棚内有较好的照明度，并便于操作。

b、雨天防腐管的除锈，也必须在防雨状态下进行。除锈和防腐过程必须在干燥

状态下一次连续完成。因此，除锈前先用烤把将钢管表面及防腐接茬处的水气烤干。

c、雾天虽无明显降水，但空气湿度很大，易造成除锈管重新锈蚀和在管表面结露，所以雾天除锈前要将钢管表面均匀加热以除去表面露水，除锈后尽快防腐，防止重新生锈和结露。

七、HSE管理

7.1 HSE工作目标

健康：保证所有员工身心健康；

安全：防止一切事故的发生；

环境：防止施工作业对居民生活及环境造成恶劣影响。

7.2现场文明施工

7.2.1在施工前期作好施工宣传工作，把施工给周围的居民和企业带来的不便向群众解释说明，争取群众的理解和支持。

7.2.2加强对职工作好文明教育、安全教育工作，加强文明施工管理，对参加施工的人员进行HSE教育，并根据施工进度等情况对施工人员进行新知识新技能等培训教育。

7.2.3施工现场设防护栏、路障、安全告示牌；设备、照明和防火防爆装置要有安全警示标志；显示仪表要齐全、有效。

7.2.4在施工阶段，由于本工程昼夜施工，并且在施工过程中会使用有一定噪音的设备，故在施工时应事先向周围群众致歉并说明情况，尽量避免与群众发生矛盾，而作为施工单位则要作好设备使用的调度工作，尽量减少噪音的夜间使用次数。

7.3环境保护措施

7.3.1建立施工现场环境保护制度，并认真贯彻执行。严格按照施工工艺施工，做好现场人、机、料管理，减少废气、废水、废渣的产生和影响。

7.3.2加强质量管理和施工责任心，减少跑、冒、滴、漏。并合理安排作业时间，尽量减少对周围居民的影响。

7.3.3现场保养、维护、维修机械设备，产生的废机油、废柴油等不得随地遗弃，集中回收处理。

7.3.4施工现场做到道路通畅，排水要良好，材料堆放整齐，弃土及时外运，保证施

工现场干净、整洁。

7.3.5每日每班施工开始前和结束后，都对现场和现场周围环境进行卫生清扫工作，作好现场和现场环境区的卫生工作。

八、地貌恢复措施

8.1测量放线时，在设计范围内尽可能的不损伤耕地。

8.2连头处管沟开挖时，表层土与下层死土要分开堆放。回填时，先回填死土，再回填表层土。

8.3应尽量减少施工占地，施工后立即恢复。

8.4 在工程验收前，把作业带内及设备、车辆行走经过的公共通道、排水沟中的所有施工材料和杂物清理干净。

九、施工进度计划

松滋河定向钻穿越工程施工总体进度计划