水平定向钻长距离穿越沪宁铁路

水平定向钻长距离穿越沪宁铁路

摘要：本工程是在2005年1月施工的，回拖管段的长度创造了江苏省的第一。本文通过对工程全过程的详细介绍，阐述了长距离水平定向钻的施工工艺。

关键词：导向钻进扩孔回拖管段

1、工程概况、

沪宁铁路穿越施工是镇江市天然气利用工程沿江公路天然气项目关键部分，穿越东风河、鱼塘、公路及沪宁铁路，铺设管材规格为Φ610×11.9mm的螺旋缝双面埋弧焊钢管，总长度1000米。这样的长度在江苏省内尚属首次。拟建场地为丘陵地貌，工程地质层主要是由坡积形成的黄～褐黄色的粉质粘土组成，可塑～坚硬，含铁锰质结核及砂姜。从正式开工到撤场总计12天。

2、施工设备

鉴于这次施工的难度及重要程度，我公司选用轮式拖车型式HY –1300

型水平定向钻机，回拖力为128t(连续)／142t(最大)，额定推力45.2T，额定扭距58000N·m；钻杆Φ127mm

×9.6m，导向钻头Φ200mm，使用MP –

1000型泥浆泵组，采用有线导向系统。导向线使用19芯4平方的PVR电缆线。现场投入的设备还有斯太尔卡车一辆，8t吊车一辆，挖掘机两台，小型客车一辆。施工现场平面布置因地制宜，设备控制在50米作业带内施工。

3、施工准备

依据施工图纸，确定穿越入土点位置，并打桩做好标记。在保证穿越各处障碍的前提下，根据计算，在满足曲率半径1500D(取750m)，设计入土角6°、和出土角7°，入土点和出土点的最短穿越水平距离为1000m，曲线分第一直线段，第一曲线段，水平段，第二曲线段和第二直线段，沪宁铁路下埋深15m。根据设计的入土角确定钻机的摆放位置，并使钻机的中心线与穿越方向重合。用经纬仪配合控向系统准确的测出该穿越段的地理方位角，根据周围的干扰情况对测得的方位角进行修正。选用适合本次施工的参数设计穿越曲线，在穿越曲线上每隔10m左右设数据控制点，以此控制导向孔不偏离设计曲线。开钻前采集水样，进行分析试验，水样合格后进行合理的泥浆配制，为导向和扩孔做好准备。

4、施工过程

(1)导向孔施工

导向是定向钻穿越的中心环节。鉴于本次工程的特殊性，导向孔施工极其重要，导向钻头实际穿越曲线是否圆滑有无拐点直接影响到管线的回拖成功率，影响到工程的成败。在施工前详细分析了设计图纸和地质资料，着重研究计划穿越的地层状况。导向时，严格按照设计曲线控制导向钻头钻进轨迹，按照一根钻杆最大可以改变0.6度来控制倾角变化。导向过程中，泥浆粘度保持在40～50秒。由于钻机的机械误差，第一次导向结束后，导向钻头在距离设计出土点偏右6m的位置出土。接着抽回12根钻杆，进行第二次导向，出土点距离设计出土点0.2m，达到设计预期目的。

(2)扩孔及清孔

扩孔是定向钻穿越的必要环节，起着承上启下的作用。扩孔采用四级扩孔成孔，分别是直径450毫米、直径650毫米、直径800毫米及直径900毫米的板式扩孔钻头，为使扩完的孔成型较好，扩孔速度不能太快，每根钻杆的扩孔时间大于六分钟。泥浆粘度控制在30～35秒，并保持在孔内有足够的泥浆。扩孔完毕后，为保证钻孔孔径均匀完整和孔内无泥块，从而减小扭距和拉力，使用直径90()毫米的板式扩孔钻头进行两次清孔，当最后一次清孔时，钻机

的扭距和拉力分别为12MPa和4MPa，满足了回拖管道的要求，在最后一趟清孔时泥浆粘度应保持在40～50秒。在扩孔和清孔过程中使用聚丙乙酰作为添加剂。

(3)回拖管段

拖管是整个工程的最后一道施工工序，是定向钻穿越的关键环节。拖管时，由于施工现场不具备挖发送沟的条件，采用打土平台并洒水的方法减小回拖阻力和保护防腐层，土平台形状近似梯形，土平台用挖机压实，以有足够强度承受管段重量，每个平台的间距不大于10m，靠近出土点架设一个辊轮，以便管段顺利进洞。同时组织专人对管段进行防腐的检漏和补漏。回拖前管段应与钻具连接，连接顺序为管段——万向器——扩孔器——钻杆。回拖管段时，初始拉力为29MPa，钻机的扭距和拉力分别为17MPa和7MPa，均在正常范围内。回拖管段时间共计9小时。

5、施工管理

本项目在施工前制定了质量保证措施和技术管理措施，施工中采用项目HSE管理的方法，实行项目经理、QHSE工程师、施工队、班组安全员梯状管理，制定施工安全措施，编写了施工进度计划，在施工中严格执行有关规范规程和各项计划。这些都对工程正常、有序、安全、经济地施工提供了必要的条件。

6、小结

从该工程全过程来看，在较短的工期内，在没有同类施工经验的情况下，圆满地完成了每一道施工工序，受到业主和监理单位很高的评价，这与我公司长期积累的施工经验和雄厚实力是分不开的。

(1)本工程使用了HY –

1300型大型非开挖钻机，该钻机扭距大，拉力推力大，动力头行程长，使用长度为9.6m的钻杆减少了钻进、扩孔及拖管时的辅助时间，这是工程能够圆满完成的物质保证。

(2)泥浆的功能是护壁、携渣和润滑钻头，从而减小钻具的扭距和拉力。在施工过程中，配制优质的适合工程需要的泥浆是工程施工的重要环节。

(3)导向前，应详细分析地质资料和设计图纸，准确测定地理方位角，选用最有效、安全、合理和经济的参数设计曲线，导向时应严格按照设计曲线钻进。导向钻头的实际钻进曲线将关系到拖管的成功与否。

(4)扩孔时司钻手在熟悉地质条件的同时，应严把操作关，控制钻具的回拉钻进速度、扭距和拉力，注意钻机各个岗位的协调，发现问题及时处理。扩孔结束后，钻机的扭距和拉力如不能达到同拖管段的要求，可进行清孔，以达到拖管要求时为止。

(5)拖管时，采用打土平台和架设辊轮的方法减小回拖阻力和保护防腐层，注意初始拉力的大小和拖管过程中拉力和扭距的变化。

(6)高效、可行和完善的管理是施工不可或缺的要素。