定向钻扩孔器
非开挖回扩器及联动配件连接方式示意图：
1、钻杆 2、八方连接杆 3、背母 4、八方套 5、扩孔器 6、公拉头
7、销轴 8、螺母 9、分动器 10、销轴 11、螺母 12、公拉头 13、钻杆
选配回扩器：
回扩器有切削式、挤压式、流道式、筒式、岩石扩孔器等不同种类回扩钻头，用户可根据不同地质结
构选用适合的扩孔器。也可以根据地质工况，以不同回扩器回拖多次，实现孔道达到设计要求。切扩
齿选用特殊的合金，抗冲击耐磨性好，采用分体水道设计，使筒内不进泥浆，大大减少回拖时的回扩
器重量，降低钻机负荷，根据不同施工工况可更换不同口径的喷水口。
挤扩式回扩器：
分动器一体回扩器：
筒式回扩器：
流道式（铸件）回扩器：
切削式回扩器：
岩石扩孔器：
水平定向钻的风险规避与故障处理
水平定向钻的风险规避与故障处理【摘要】风险规避意味着在规划阶段识别出主要风险因素，并且规避这些风险因素。
如果无法规避或者避免，则需要采用合理的方法进行故障处理并成功的对其加以解决。
如果现场发生问题，则承包商必须具有充分的智慧、应变能力和创新能力对其加以解决。
本文明确了水平定向钻施工过程中可能发生的风险，阐述了故障处理途径，提出了减轻所遇问题的指导意见。
【关键词】水平定向钻;风险规避;故障处理随着我国经济和城市化建设的迅速发展，非开挖技术的应用越来越广泛。
水平定向钻机就是被广泛使用的一种非开挖设备，主要用于穿越公路、铁路、建筑物、河流，以及在闹市区、文物保护区、农作物和植被保护区等不易开挖的条件下，进行供水、煤气、电气、电讯、天然气、石油等管线的铺设或更新。
其工作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，把管线回拖到扩大了的导向孔中，完成管线穿越的施工过程。
1.潜在风险一般来说，业主、管理部门和承包商最关心的重大风险包括：钻孔失败施工人员和普通民众的安全对环境、自然资源或者历史文化资源的破坏地表隆起以及建筑物或道路损坏地表的塌陷和沉降冒浆破坏已有的公共设施2.故障处理和减轻损失2.1钻孔失败业主主要担心的就是钻孔的失败。
如果管线的安装并非至关重要的考虑，那么项目一般都会被搁置。
如果项目无法完工，那么通常就是拖延和索赔，而业主仍然必须找到一种方式来满足预期项目的功能，例如开挖或跨越管线。
以下因素都有可能导致钻孔的失败。
循环钻井液的漏失障碍物液压锁穿越曲线线性度问题钻孔坍塌管线破裂钻杆故障或孔底钻具故障2.1.1 循环钻井液的漏失如果遇到空洞或者裂缝较发达的地层、钻孔坍塌、钻进或者回扩过快以及采用的钻井液配比不正确，会发生循环钻井液漏失。
尤其重要的是钻井液的性质、钻井液的体积以及钻进的速度等因素一定要与地层的情况相符，这样对于保持钻井液的环流和钻孔的稳定性具有至关重要的意义，因而可以最大限度地提高穿越的成功概率。
水平定向钻施工方案
水平定向钻施工方案一、编制依据2.1工艺流程图2.2工艺流程说明2.2.1施工准备2.2.1.1现场勘查（1）现场勘查资料既是导向孔轨迹设计的重要依据也将决定施工难易程度，同时也是计算造价的基础。
主要应确定以下内容：钻孔轴线和地面走向，地面相对高度，确定导向孔造斜长度和入钻点位置，铺管长度，布管位置；钻机等设备进出场路线、道路情况以及钻机和配套设备布置所占用的场地和空间。
（2）测量施工所在地的地形地貌、地下管线走向及埋深情况，找准入钻点的准确位置。
（3）调查落实设备进场路线、钻杆倒运路线，行人来往通行规律，应采取安全措施，确保管线工程顺利施工。
（4）复查施工所在地的污水管、自来水管、高压电缆和通讯电缆位置及埋深是否和本次工程穿越的管线交叉。
2.2.1.2穿越曲线设计导向孔穿越曲线依据管材的曲率设计；钻孔长度一般以50～300m左右为一段，并根据路面及地下构筑物的情况现场调整，选择适当的出入点、入土点。
PE管线沿正在施工修筑的路边摆放、熔接。
2.2.1.3钻机设备就位前准备（1）施工设备进场前要求场地达到三通一平，确保施工设备顺利进场。
（2）对施工管线所经过的地段周围管线及障碍物进行观测，路面所有井孔都要下井查清。
（3）根据施工现场情况，确定导向孔轴线。
（4）因施工现场路面是沥青和混凝土路面，钻机地锚直接用铁桩锚固。
（5）入土端开挖2.0×1.5×1.0m的工作坑，出土端开挖4.0×2.0×1.5m的泥浆储运坑，具体位置视现场而定；如路面以下路基的构成为不宜穿越的砂砾石层，则工作坑须适当地延长并加深，以使入出土点及穿越曲线能够在土层中。
（6）为避免由于泥浆流量太大，对周围环境造成影响，施工中要及时清理泥浆。
钻机设备就位前准备2.2.1.4场地准备（1）施工设备进场前要求场地达到三通一平，确保施工设备顺利进场。
（2）对施工管线所经过的地段周围管线及障碍物进行观测，路面所有井孔都要下井查清。
煤矿专用定向钻机定向钻进技术与装备
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
13000钻机优势
岩石钻孔深度 定向钻孔直径 孔底马达转矩
钻杆直径 给进/起拔力
最大转矩 电机功率
≥500m
≥800m
提高钻孔效率，降低孔内事故
96mm
120mm
提高钻孔瓦斯抽放效率
450N.m
800N.m
提高了钻机岩石钻进效率
73mm 160kN 6000N.m
89mm 280kN 13000N.m
ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
2.定向钻机系列简介——钻机
（3）ZYWL-4000D定向钻机（标准型）
项目
钻进深度 开孔直径 终孔直径 钻杆直径 额定输出转速 额定输出扭矩 给进/起拔力 给进行程 正常给进速度 调斜角度 制动扭矩 爬坡能力 电机功率
外形尺寸
整机重量
单位
m mm mm mm r/min N.m kN mm m/min ° N.m ° kW
为降低钻机成本，对普通履带式钻机的进行定向化改进，设计了经济型 定向钻机，钻机结构尺寸进一步缩小，开孔角度调斜范围进一步扩大，性价 比大幅提高。可配备履带式泵车（进口）或底座式泥浆泵（国产）。
ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
履带式泵车（进口泵）
国产泥浆泵
2.定向钻机系列简介——钻机
（4）ZYWL-4000D定向钻机（经济型）
水平定向钻施工技术方案
（7）测量控向参数：按操作规程标定控向参数，本穿越工程穿越诸多市政设施，现场地形复杂，不利于测量，为保证数据准确，在管中心线的五个不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。
（8）泥浆配制：按本次穿越泥浆工艺要求及地质情况编写配制方案，确定正确的混合次序，按不同的地层配制出符合要求的泥浆。
(5)钻导向孔：导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，我们用海瑞克水平定向钻机进行本次穿越工程的施工。
控向设备采用英国DCI控向系统公司生产的月蚀定向系统，在整个穿越过程中采用地面信标系统进行准确跟踪定位，确保出土位置准确无误，曲线平滑。
(6)预扩孔：为了整个穿越万无一失，整个预扩孔过程采用八级扩孔。
2.3.2 定向钻施工工艺及措施
(1)穿越段地质主要为较硬岩层。
(2)穿越入土角为8度，出土角为8度，符合规范要求。
(3)测量控向参数：按操作规程标定控向参数，要求细心并尽可能多测取参数并做好记录，进行对比，选择最佳参数值。
(4)钻机试钻：各系统运转正常后试钻，钻进1-2根钻杆后检测各部位运行情况，各种参正常后按次序钻进。
本次穿越地层为较硬岩层，对设备要求较高，钻头要求较高，如钻孔控制不好，会造成抱管现象。综合分析考虑本次穿越泥浆粘度在45S～65S（马氏漏斗）并添加抗滤失增粘剂等辅助添加剂，所有材料均为天然材料提取，可降解，无毒害无污染。
2.3.1 钻机场地施工程序
（1）测量放线：根据设计交底（桩）与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。
(6)泥浆在各个阶段所起的作用如下：（1）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻力；（2）预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力；（3）清孔和扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻和扭矩；
定向钻施工工艺
定向钻施工工艺1、水平定向钻穿越施工工艺：使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个时期：第一时期是按照设计曲曲折折线尽可能正确的钻一个导向孔；第二时期是将导向孔进行扩孔，并将产品管线〔一般为PE管道，光缆套管，钢管〕沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。
1.1钻导向孔:要依据穿越的地质情况，选择适宜的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准进土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转〔或使用泥浆马达带动钻头旋转〕切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲曲折折线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。
见示意图一：钻导向孔。
钻机被安装在进土点一侧，从进土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从进土点到出土点的曲曲折折线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲曲折折线。
1.2预扩孔和回拖产品管线：一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。
回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中布满泥浆，因此产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四面与孔洞之间由泥浆润滑，如此即减少了回拖阻力，又保卫了管线防腐层，通过钻机屡次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，因此可不能损伤防腐层。
见示意图二：预扩孔和示意图三：回拖管线。
在钻导向孔时期，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了，需要用扩孔器从出土点开始向进土点将导向孔扩大至要求的直径。
地下孔通过预扩孔，到达了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至进土点为止。
水平定向钻穿越硬质岩层大口径天然气管道正向扩孔施工工法
水平定向钻穿越硬质岩层大口径天然气管道正向扩孔施工工法摘要：在大口径天然气管道铺设过程中，水平定向钻不需要地面“开膛破肚”、管沟开挖就可以完成管道铺设，具有施工周期短、效率高、不影响交通、不破坏环境、安全性好等优点，因此在城市道路、山区、河流和地面障碍穿越中应用较为普遍，发展迅速。
然而在面对需要铺设距离长，管径大且复杂地层环境下，特别是硬度较大的岩石地层，常规的水平定向钻施工方案即用传统钻机、钻杆和扩孔器的施工方式，扩孔孔径小，效率低，本文结合具体项目实践，创新性地提出了水平定向钻穿越硬质岩层大口径管道正向扩孔施工工法，解决了传统钻机回转扩孔施工弊端，具有较好的推广应用价值。
关键词：水平定向钻硬质岩层天然气管道正向扩孔施工工法0引言随着我国经济的持续稳定发展，我国的基础设施建设工程也越来越多。
地下管线是一个城市赖以发展的“生命线”，因此地下管线的施工方案和建设水平常常标志着一个国家的基建能力和现代化水平。
传统的地下管线施工技术采用开挖施工法，这种方法对地面交通影响极大，而且由于开挖土方量大，带来的环境污染问题越来越受到人们的关注，因此在绿水青山就是金山银山的今天，从某种意义上来说这种施工方法并不适合社会的长远发展。
近些年发展迅速的非开挖技术很好弥补了这些缺点，水平定向钻属于非开挖工艺中的一种，具有施工周期短、效率高、不影响交通、不破坏环境、安全性好等优点，因此在城市道路、山区、河流和地面障碍穿越中应用较为普遍，发展迅速。
但是常规的水平定向钻施工方案即用传统钻机+钻杆+扩孔器的施工方式，扩孔孔径小、扩孔扭矩小、扩孔级差小、钻进效率低、钻杆断裂和牙轮脱落等事故多、风险大，施工速度慢、工期长，笔者在工程施工中通过实践应用、创新研究、分析总结形成了水平定向钻穿越硬质岩层大口径天然气管道正向扩孔施工工法，很好地解决了上述问题。
1工法特点及适用范围1.1 工法特点⑴本施工方法相对于常规的水平定向钻利用传统钻机、钻杆和扩孔器反向扩孔的施工方法而言，其推进动力大，钻进扭矩大，扩孔级差大，钻头抗频繁冲击能力强，尤其避免了反向扩孔时由于钻杆在预先的长距离导向孔中与周围土产生的摩擦力过大而形成了动力损失。
定向钻管道穿越施工工艺
定向钻主要用于穿越河流、湖泊、铁路、公路和山体或建（构）筑物等障碍物，敷设大口径、长距离的石油和天然气管道。
定向钻施工时，按设计的钻孔轨迹，采用定向钻进技术先开一个导向孔，随后在钻杆端部换接大直径的扩孔钻头和直径小于扩孔钻头的待敷设管线进行扩孔和管道回拖。
在扩孔回拖的同时，将待敷设的管线拉入导向孔，完成敷管作业。
有时根据钻机的型号和待敷设管线的直径大小，可先进行一次或多次扩孔后再回拖已试压、检漏合格的管段。
定向钻进过程中，多数工作是通过回转钻杆来完成的，选择钻机的扭矩与轴向给进力和回拖力同样重要。
定向钻法是一种经济实用，可以做到管道埋深达到安全可靠目的的敷管方法，宜作为管道穿越的第一优选方法。
定向钻的优点为：对地表的干扰较小；施工速度快；可控制铺管方向，施工精度高。
定向钻的不足之处在于对施工场地要求较高，在砾石层中施工比较困难，一般不适用于成孔困难的地层。
1）施工占地（1）定向钻施工占地包括钻机场地、管线场地、蓄水池及泥浆池占地、管线焊接占地。
（2）钻机安装场地的大小根据钻机型号而定。
泥浆池和蓄水池占地根据管径的大小、场地及地质情况而定，尽量节约用地。
（3）在出土点一端，应根据管道中心轴线、占地宽度和长度（为穿越设计曲线管道长度加50m ）,本着节约用地的原则，放出管道场地、泥浆池占地及管道焊接占地边界线，并标出拖管车出入场地的路线和地点。
（4）管道预制应在穿越中心线上。
如地形不允许，从出土点起200m 后方可弯曲，弯曲半径应不小于1500D（D 为管子结构外径尺寸）。
2）施工准备施工准备的工作内容为：修筑施工便道、平整场地、仪器设备的检查维护、施工辅助用料的准备和钻机锚固系统的建立等。
（1）修筑施工便道：根据穿越地点的地理环境，在施工场地（入土点与出土点）与公路主干线之间修筑施工便道。
施工便道的承载能力应不低于最重车辆或设备的重量，并在适当位置找一开阔地平整压实，以方便车辆调头进入钻机场地。
（2）平整场地：在入土点，以穿越中心线为中线，平整场地，安放钻机、泥浆系统、钻杆和泥浆池等；在出土点平整作业场地，安放钻杆、钻具、挖掘机和泥浆池，并设置合适大小的管线预制作业带。
大口径管线定向钻穿越管理要点和措施
大口径管线定向钻穿越管理要点和措施赵杰(廊坊中油朗威工程项目管理有限公司，河北廊坊065000)摘 要:本文以陕京四线输气管道工程黄河定向钻穿越为例，同时结合其他项目定向钻穿越的管理经验，从定向钻穿越设计、钻具创新选择、钻杆的管理、泥浆系统研究、工艺卡的建立、管段回拖存在的主要问题和应对措 施以及应急管理七个方面进行探讨，以解决长距离、大口径管道定向钻施工可能存在的难题，提高穿越成 功率。
关键词：水平定向钻；穿越;管理中图分类号:TE832文献标识码:B 文章编号:1009 - 282X(2021)01 - 0040- 051项目概况陕京四线输气管道工程已于2017年11月顺利 投产，并平稳运行至今。
其中控制性工程黄河定向钻穿越工程,其长度、管径、工作压力、管材强度等指标均 居定向钻穿越工程前列(管径1219 mm X80(L555),3PE 外防腐层厚3. 7 mm 设计压力12 MPa 壁厚26. 4 mm,穿越水平长2680. 4 m),主管道采用2次连续定向钻+基坑连头方式穿越黄河,与主管道并行10 m位置穿越1条通讯光缆套管，套管直径168 mm 0本文以陕京四线输气管道工程黄河定向钻穿越(图1)为例，同时结合其他项目定向钻穿越的管理 经验，从定向钻穿越设计、钻具创新选择、钻杆的管 理、泥浆系统研究和工艺卡的建立、管段回拖存在的主要问题和应对措施以及应急管理等方面进行探 讨,以解决长距离、大口径管道定向钻施工中可能存在的难题，提高穿越成功率。
幵1E 基坑104m整蚩土点伺岸詳越人土点 \ *—■-恳V 严讐浮•北岸穿延祜桃场堆/乍趣岀七訂•北岸手吵■土点寸―J\南岸穿越图1陕京四线输气管道工程黄河定向钻穿越Fig. 1 Directional drilling crossing of gas transmission pipeline project Yellow River on Shaanxi-Beijing fourth line2穿越施工管理要点2. 1 施工方案设计初期的地质勘察资料是编制定向钻施工方案中的钻具组合、泥浆配制、穿越地层选择等关键控制点 的基础依据。
高强硬度岩石地层定向钻穿越铺设管道的操作要点
高强硬度岩石地层定向钻穿越铺设管道的操作要点一、定向钻进的基本原理定向钻进是一种在管道敷设遇到自然障碍、人为障碍、成本剧增的情况下的一种地下穿越形式的非开挖施工方法，穿越对象多以河流、山体、自然设施等。
首先按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉铺设地下管线。
当遇到不适宜地层是采用套管进行隔离，两侧均需要安装套管时或穿越距离过长时，导向要进行双钻机对接钻导。
二、钻机设备的安装、调试、试钻（1）、钻机设备安装钻机及配套设备就位：钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。
检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当。
所有设备检查完后进行设备试运转。
（2）、钻机设备调试测量控向参数：根据设计入土点、出土点，严格按照控向系统调校程序进行调校。
按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在中心线的五个不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。
对所有钻杆进行测量编号，做好统计，为钻导向提供基础数据。
（3）、泥浆系统及用料准备：施工用淡水取江河水放入水罐，经沉淀过滤后利用；膨润土及必要的添加剂及时运到；调试泥浆搅拌系统，检查泥浆搅拌系统各搅拌仓是否工作正常；检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，发现问题及时解决；检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当；检查调试泥浆泵工作是否正常，泥浆泵压力表是否正常工作。
（4）、泥浆配制及施工工程中的控制1、泥浆的配制泥浆配置在钻导向孔、预扩孔及回拖中采取不同的措施，除保证传统配比外，再按一定比例加大泥浆材料用量，从而达到提高泥浆粘度，保证孔壁。
2、强化各施工过程泥浆性能调整a.斜孔段：泥浆的流动性能要好，结构性要强，保证钻屑携带和孔眼清洁；控制泥浆的失水，防止塌孔。
需增大固壁剂、降失水剂剂量。
b.水平孔段：及时提高润滑剂剂量，适当降低粘度和切力，保证泥浆的流变性能良好，使钻屑顺利返出地面；增强泥浆的润滑性，减小钻机旋转及推进阻力。
定向钻穿越施工方案
供水管DN630PE管定向钻穿越工程施工方案文件内容：施工方案编制人：审核人：日期：年月日一、工程概况1、本工程为沛县五段区域供水工程，管径为DN630PE管，穿越地段不便进行开挖，现采用定向钻定向穿越施工。
2、穿越地段土质为沙土，穿越长度约为130米。
二、主要施工设备及主要材料计划设备主要为定向穿越钻机及辅助设备；主要施工机械一览表序号1 2 3 4 5 6 7机械或设备名称水平定向钻机发电机泥浆泵导向仪水箱水泵货运汽车型号规格XZ32032kw100立升月蚀5吨2吨数量2台3台2台1套2套3套2辆用途定向钻施工提供电源配置泥浆导向盛装施工用抽水运输主要材料、预制加工产品需求量计划表序号物资名称规格型号单位数量1 2环保膨润土工业纯碱TT102.53 4 5 6 7 8 9纤维素柴油汽油水龙带钻头及螺杆钻具钻杆挤压式扩孔器4″91/″2150米Φ180，Φ280，Φ380TTTm套根个1.50.512002503三、专业施工人力资源组织本工程共投入一个定向钻施工队9人。
水平定向钻穿越施工队序号工种人数1施工队长2人2司钻2人3导向1人4技术工6人合计11人四、施工工艺定向钻穿越工程的施工程序为：测量放线工作坑开挖主管导向孔扩孔洗孔管道与钻具连接拖进管道管道焊接管道发送拆卸钻机、清场1、施工准备1）在非开挖穿越施工中确保优质工程的关键技术是做好导向孔路线的设计勘察工作。
导向孔的设计和施工受许多因素的制约，其中最主要的是施工现场的地上和地下条件，地上条件包括地形，地貌以及周围建筑物、可见管道等；地下情况包括原有地下管线，地下水和地质结构等。
因此，在导向孔设计和施工前必须进行详细的现场勘察，取得第一手的详尽的地质资料。
现场勘察内容包括：原有地下管线及设施的直径和埋深，原有电缆线路的走向等情况，并在地面作好标记，穿越地层的土质类型、含水量、透水性。
对地下管线的勘察主要是三种方法：1.人工勘察2.仪器勘察3.间接勘察第一步施工人员根据提供的图纸位置，对需要施工的路段的电信、电力、天燃气、供水、热力管道等管线位置进行现场勘查。