卵砾石地层定向钻穿越中的泥浆工艺研究

定向钻进砂层的泥浆技术研究

定向钻进砂层的泥浆技术研究作者：刘正颐来源：《科学与技术》 2019年第4期■刘正颐摘要：砂层为机械分散地层，颗粒间缺乏胶结，水平定向钻进时孔壁很容易坍塌。

文章分析了砂层特点，阐述了泥浆功用和性能，总结了水平定向钻进砂层的泥浆体系设计方法和施工中的注意事项。

关键词：水平定向钻进；砂层；泥浆设计1 砂层对穿越施工的不利影响由于砂层颗粒之间的粘结力弱或没有粘结力，地层在钻进成孔后，原受力状态被打破，在砂层进行定性穿越施工最容易出现塌孔事故。

钻进过程中若出现塌孔，直接的后果是钻具被埋，造成埋钻、卡钻施工；若塌孔发生在回拖过程，则可能导致拉管阻力过大甚至失败。

在砂层中，造成塌孔的原因主要有以下几个：①地层胶结少，一旦裸露，失去原有平衡，产生坍塌；②泥浆冲刷，在钻进过程中，泥浆从喷嘴高速射出，对砂层强烈冲击造成坍塌；③回拉扩孔（回拖铺管）过快，开泵过猛，孔内产生大的压力激动；④钻具的不断碰撞、挤压孔壁；⑤泥浆压力过大，将地层压裂造成塌孔。

2 泥浆体系选择2.1 泥浆的基本功用泥浆工艺技术是HDD工程的重要组成部分。

随着HDD施工难度的逐渐增大，该项技术在确保安全、优质、快速施工中起着越来越重要的作用。

泥浆最基本的功用有以下几点：①携带和悬浮钻屑。

泥浆首要和最基本的功用，就是通过其自身的循环，将孔内的钻屑携至地面，以保持钻孔清洁，使给进回拖畅通无阻，并保证钻头在孔内始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。

在上卸钻杆或因故停泵时，泥浆可保持其中的钻屑稳定悬浮，防止钻屑在孔内大量沉积。

②稳定孔壁和平衡地层压力。

孔壁稳定、钻孔规则是实现安全、优质、快速施工的基本条件。

性能良好的泥浆可对松散性地层起到一定的胶结作用，并阻止泥浆往地层持续渗漏，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度，增加孔壁的稳定性。

与此同时，泥浆的液柱压力能够平衡部分地层压力，降低孔壁坍塌的风险。

③冷却和润滑钻头、钻具。

在钻进中钻头旋转并破碎岩层，产生很多热量。

海上定向钻穿越中的泥浆工艺浅析

海上定向钻穿越中的泥浆工艺浅析吕旭鹏１，刘艳辉２，何　银２，张兴洲２，熊　翦２，蒋　卓３（１．中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海　２０００３０；２．中国石油天然气管道局穿越分公司，河北廊坊　０６５０００；３．湖北汉科新技术股份有限公司，湖北荆州　４３４０００）摘　要：近年来，随着我国海洋油气田、海岛以及周边海域资源开发力度的加大的同时，海底管道建设的步伐也不断加快。

随着管道建设的发展及需求，定向钻穿越在其中起到至关重要的作用。

定向钻穿越在陆上应用较多，泥浆在陆地作业过程中已经发展成熟，但海上施工相对较少。

本文根据泥浆在定向钻穿越中的作用，结合海上作业环境，介绍了海上定向钻穿越泥浆材料选择、作用机理及性能要求，对海上定向钻穿越现场泥浆作业具有一定的指导和借鉴意义。

关键词：定向钻泥浆；海水泥浆；生物聚合物；环保材料中图分类号：ＴＥ２４３文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７９８１（２０１６）０６—００５９—０２随着我国管道技术的发展，定向钻穿越技术已经成为一种成熟的非开挖技术。

它是利用水平定向钻机，以可控钻孔轨迹的方式，在地下不同深度和地层进行钻进，并通过专用的控向仪使钻孔沿设计轨迹前进，最后抵达设计位置，然后进行回扩、回拖，从而达到铺设地下管线目的的施工方法［１］。

定向钻穿越技术的限制条件主要是管径、穿越长度、工程地质状况地及施工场等。

泥浆被视为定向钻穿越的“血液”［２］，是决定定向钻穿越施工成败的重要因素之一，其在定向钻穿越施工过程中所起的作用主要为：①携带和悬浮砂颗粒、岩屑；②稳定孔壁和平衡地层压力；③冷却和润滑钻头、钻具；④传递水动力，进行水力切削。

１　海上定向钻穿越泥浆面临的问题在海上进行定向钻穿越施工，使用淡水泥浆可能会受到海水污染，进而影响泥浆性能，并且在海上施工时，由于受到海上勘探平台空间、载荷等条件下限制，淡水供应相对困难，如果能直接采用海水拌制泥浆，可大大降低工程的成本和难度。

水平定向钻穿越过程中泥浆压力与土体变形的控制

—
３泥浆的特性
如果泥浆已将孔洞中的岩土置换，那么泥浆必
６％。０由于驱动地下钻具和维持孔洞稳定的需要，泥浆进入钻管时需要增加一定的压力，压力范围一
须具有足够的携带能力和流动能力，才能将岩土钻屑携带至孔洞外。泥浆的携带能力是指泥浆在非流动状态下，使钻屑悬浮的能力，这种能力与泥浆的
至少能驱动泥浆马达的转动和钻头的钻进切削，也是带动孔洞中泥浆旋转流动的基本条件。假设泥浆在孔洞中是静止的，那么，点的静该
液压力为：＝Ｐｇ叮１ｈ
足上述条件的泥浆经过高压泥浆泵增压，输送到泥
带能力和流动能力，就必须提高泥浆的压力，以用
克服增加的流动阻力。
如果是在钻杆接续、更换钻头或钻进停止时，
悬浮在泥浆中的钻屑沉入孔洞底部，将钻孔堵塞，这将是很危险的事情。然而，泥浆的变性特征会在
一
浆马达后开始发挥作用。在这个过程中泥浆压力不仅传输泥浆，促使泥浆流动，而且为泥浆剪切岩土
下沉变形，也可能会引起地表或河底的隆起变形。变形的原因较为复杂，一般地，变形易发生在土质疏松的回填土地段、土体不连续地段、地质不均匀分布的地段等。水平定向钻在钻导向孔、预扩孔和敷设穿越管
本文将重点探讨水平定向钻穿越过程中，如何调整泥浆配比和泥浆压力来控制和减少土体的变形问题。因此，泥浆的流动性、絮凝性、降滤失性、防
第５期
２１年１０１０月
非开挖技术
ＣｈｎｅｃｌｓｃｎｌｇｉａＴｒｎｈｅｓＴｅｈｏｏｙ

砂卵_砾_石层中注浆模拟试验研究_杨坪

第28卷第12期岩土工程学报 Vol.28 No.12 2006年 12月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Dec., 2006 砂卵（砾）石层中注浆模拟试验研究杨坪1，唐益群1，彭振斌2，陈安2(1. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；2. 中南大学地学与环境工程学院，湖南长沙 410083)摘要：通过在模拟的砂卵（砾）石层中进行注浆试验，研究分析注浆压力p、注浆时间t、浆液水灰比m、地层渗透系数k、孔隙度n的单因素和多因素对浆液扩散半径R、注浆后结石体抗压强度P的影响规律及它们之间的相互关系。

试验结果表明：R随着p、t、k、m的增加而增大，影响R的显著因素是p，其次是k，t和m；P随着p、t、n的增加而增大，随着m的减小而增加，p对注浆后P有较大的影响，n、t次之，而m则占有明显的优势。

利用计算机优化回归实验数据，得出了它们之间的关系式。

关键词：砂卵（砾）石；注浆；模拟实验；扩散半径；抗压强度中图分类号：TU472.6 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2006)12–2134–05作者简介：杨坪(1977–)，男，四川泸州人，博士，从事注浆工程、地基处理等方面的研究工作。

Study on grouting simulating experiment in sandy gravelsYANG Ping1，TANG Yi-qun1，PENG Zhen-bin2，CHEN An2(1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Institute of Geology & EnvironmentalEngineering, Central South University, Changsha 410083, China)Abstract: By the grouting simulation test in sandy gravels, the influences of grouting pressure p, grouting time t, water cement ratio m, permeability coefficient k, porosity n upon grout diffusion radius R, concretion strength P and their correlation were analyzed. It was shown that R increased with the increasing of p, t, m and k. Distinct influencing factor on grout diffusion radius R was p and k, but the influences of t and m was small. Strength P of grouted gravels increased with the increasing p, t, n, and decreased with the decreasing of m. By regressing test data with computer, the theoretical relation was educed.Key words: sandy gravel; grouting; experiment; grout diffusion radius; compressive strength0 概况1802年Charles Berigny把注浆法用于Dieppe冲刷闸的修理之后[1]，注浆技术被引进世界许多国家，应用范围越来越广。

水平定向穿越工程泥浆配制

水平定向穿越工程泥浆配制水平定向穿越工程泥浆配制的钻井液是水平定向穿越中重要的材料，被视为定向钻井的“血液”，其主要作用是携带和悬浮钻屑并排到地表、稳定孔壁和降低钻进时所需的扭矩和推拉力、冷却和冲洗孔底钻具。

而泥浆又是非常昂贵的，所以我们在使用泥浆时应采取一些措施来高效地利用泥浆。

而在钻导向孔、预扩孔和回拖各阶段均需泥浆保证良好的成孔、有效的携砂性能和润滑性能，这对泥浆的性能提出了很高的要求。

泥浆的主要工艺性能是流变性和失水造壁性，现场控制的主要因素是泥浆的粘度、各种添加剂的配制以及泥浆的压力和流量。

水平定向穿越工程泥浆配制注意事项：1）泥浆配制钻导向孔阶段注意事项：导向孔钻进阶段是管线穿越的关键，因为管线穿越孔还没有贯通，因此在导向孔钻进的过程中，穿越泥浆是在管孔中向入土点返出，如果入土点前端孔堵塞，则有可能在穿越沿线冒出泥浆，因此在管线导向孔的前100米，将采取较大的泥浆量，泥浆的流量较大以便于携带出破碎的泥土，使孔洞保持畅通，在导向孔的后半段，泥浆压力应尽量减小，因为穿越距离越长泥浆很难再从入土点孔洞返出。

2）泥浆配制扩孔阶段注意事项：增强泥浆的造壁性能，防止孔壁坍塌，需要增大周壁剂，降低失水剂剂量。

开始扩孔的前半段，要采取比较大的泥浆量，充分利用泥浆的流入涂、动性把孔内的泥土带到出土点。

当扩孔中段，泥浆量应减小，因为距离出土点与入土点都比较远。

泥浆从这两点返出需要的压力较大，如果采取大的泥浆压力可能从沿线位置出泥浆。

在回扩到距离入土点较近时泥浆排量应再次加大，泥浆将从入土点孔洞返出。

3）泥浆配制回拖阶段注意事项：回拖是定向穿越的最后一步，也是较为关键的步骤。

在管线回拖阶段，因为整个穿越孔内已经充满了泥浆，在回拖管线的过程中，泥浆的排量与压力均不应太大，随着管线进入穿越空洞，孔内的泥浆将被管线挤出，因此管线回拖应缓慢进行。

以上通过三个方面介绍了水平定向穿越工程泥浆配制的注意事项，配制泥浆在钻导向孔、扩孔、回拖阶段的工艺技术也是非常重要的。

水平定向钻穿越施工风险及控制措施分析

水平定向钻穿越施工风险及控制措施分析摘要：通过对水平定向钻施工工艺的简述，对定向钻的危险有害因素进行了分析，并提出了风险控制措施，特别是对前期地质勘探调查、定向钻路由设计进行了强调，为定向钻的施工提供有益的帮助。

关键词：水平定向钻；施工风险；控制措施作为一项新兴的管道非开挖施工技术，水平定向钻穿越（HDD）以其导向准确，成功率高；对河床表面没有干扰，不影响河床底部的状况和结构；对周围环境及生态影响小；施工时不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝，施工不受季节限制，施工周期短；管道埋的深度大，能够避免因船只抛锚造成破坏管道的可能性和被流水冲刷发生裸露管现象的可能，确保所敷设管道安全；施工占地少、工时短、社会效率高、综合成本低等众多优势，具有其他穿越无法比拟的优点，尤其是忠武管道48处定向钻穿越、西气东输管道工程多处使用定向钻后，在天然气、石油等相关行业管道工程穿越中得到越来越广泛的应用。

水平定向钻与大开挖施工相比，因对设备、钻具较强的依赖性和地下钻进、导向孔、扩孔、回拖的不可见性，如遇到弱风化砂岩，钻具磨损大，难以通过；在卵石（砾石）地层中，如果卵石直径、含量超过一定数值后也难以成孔，使水平定向钻穿越具有较大的风险。

同时，工程管径大、设计压力高、管壁厚、安全性要求高等特点，使定向钻穿越技术的应用面临更大的风险和挑战。

为了把定向钻穿越施工的风险降低到最小，就要求在施工中采取一定的风险控制措施。

同时定向钻施工动用的机械设备、车辆、油料及材料较多，如大型钻机、大功率泥浆泵、挖掘机、焊管机和配套发电机等。

工程施工中又包括钻导向孔、拉拖管线、泥浆处理、电气焊、气割、管线防腐、管线试压等主要的较危险的技术环节与内容。

特别是在野外潮湿的环境中，接触电、易燃、易爆、有毒有害物品，施工技术等级和复杂程度又要求较高的特殊作业，安全工作更是重中之重，尤其要强调按规定审批和现场监护，制订安全作业指导书。

因此，必须分析研究定向钻技术施工中的危险有害因素，才能采取科学、合理、有效的风险控制措施。

定向钻穿越的冒浆分析及对策

42当代化工研究Chenmical I ntermediate石油化工2019•01定向钻穿越的冒浆分析及对策*杨肖(中石化石油工程设计有限公司北京分公司北京100192)摘要：定向钻穿越技术已经被广泛的应用到石油天然气管道建设施工的过程中，但是其在施工过程中也存在一些问题，比如钻杆折断、地表坍塌、冒浆等问题。

特别是冒浆问题，不仅会影响施工质量，同时还会对环境造成很大的影响。

本文首先介绍了定向钻穿越施工技术，然后探讨了定向钻穿越的冒浆问题，并且提出了一些相应的解决对策。

关鍵词：定向钻穿越；石油天然气管道；冒浆中图分类号：T文献标识码：AAnalysis and Countermeasures of Mud Spillover in Directional Drilling CrossingYang Xiao(Beijing Branch of Sinopec Petroleum Engineering Design CO.,LTD.,Beijing, 100192) Abstract'. Directional drilling crossing technology has been widely used in the construction o f o il and gas p ipelines, but there are also some problems in the construction p rocess, such as broken drill p ipe, surface collapse, mud s pillover and s o on. Especially f o r the mud s pillover p roblem, it will not only affect the construction quality, but also have a great impact on the environment This p aper f irst introduces the construction technology o f directional drilling crossing, then discusses the mud spillover problem o f directional drilling crossing, and puts forward some corresponding countermeasures.Key words i directional drilling crossing；oil and g as p ipeline \mud s pillover随着科学技术的不断发展，石油天然气管道施工过程中出现了很多新的施工技术，其中比较广泛的一种施工技术就是定向钻穿越施工。

小凌河卵石地层的定向钻穿越

ｓｏｌｖｅｄｉｆｉｃｕｌｔｈｏｌｅｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍａｎｄｕｓｉｎｇｂｏｔｈｗｉｒｅｄａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｎｔｒｏＩｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔＯｓｏｌｖｅ
ｍｅｔｈｏｄＩＳｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｔＯｓｏｌｖｅｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｗｈｉｃｈｊｎｃｌｕｄｅｓｏｌｉｄｉｌｙｉｎｇｇｒａｖｅＪｓｔｒａｔｕｍｗｉｔｈｃｏｎｔｒｏＪｐｉｌｅｓｆＯ
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ห้องสมุดไป่ตู้
ｓｈｏＧｅｎｓｍｏｒｅｔｈａｎ６０ｄａｙｓｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄ，ａｎｄｓａｖｅｓｍｏｒｅｔｈａｎ３０００ｋｉｌｏｙｕａｎＲＭＢｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
水平定向钻穿越技术作为管道建设的一种非常重要的非开挖技术，已被广泛应用于道路、湖泊、沼泽、森林、江河、古迹保护区、水源地和环境保护区等不允许或不能开挖条件下的管道穿越。经过几十年的发展，该技术越来越成熟，应用领域越来越广泛，对地层的适应
定向钻穿越卯石地层技术缩短施工工期６０ｄ以上，节约施工投资３００多万元。

卵石地层定向钻穿越技术的应用

卵石地层定向钻穿越技术的应用【摘要】本文将结合卵石地层的地质特征，以某定向钻穿越施工工程为例，对于卵石地层定向钻穿越施工技术及其在该工程施工中的具体应用进行分析论述，以促进卵石地层定向钻穿越技术在工程施工中的推广应用。

【关键词】卵石地层；定向钻穿越；施工；水平；困难；优化改进；应用；分析定向钻穿越施工是工程施工中比较常见的一种施工技术和方式。

由于卵石地层穿越施工中，需要穿越的卵石粒径以及厚度比较大，因此，卵石地层一直是定向钻穿越施工的技术难点与应用禁区，在实际施工建设中的应用实现相对比较少，成为定向钻穿越施工中研究和关注的重点。

尤其是在应用常规定向钻穿越技术进行施工过程中，由于卵石地层中泥浆不能够对于施工进行支持，导致其施工应用困难性更为突出。

针对这种情况，下文将以某定向钻穿越施工工程为例，对于卵石地层定向钻穿越施工应用进行分析。

1 工程概况1.1 定向钻穿越施工工程概况分析某定向钻穿越施工工程位于我国北部地区，施工地区属于典型的冲洪积倾斜平原，并且整个定向钻穿越施工地段的东端呈现较高且陡的地势特征，而西端地势则相对比较平缓，整个穿越施工地段的地面高差变化比较小，穿越施工长度达到500多米。

1.2 定向钻穿越施工的地质特征分析在对于该定向钻穿越施工工程的地质情况进行勘测分析后显示，该工程的定向钻穿越施工段以卵石和砂层岩性地质为主，整个定向钻穿越施工段的地质岩层按照地质时代以及岩性特征、力学分布等的不同，可以分为卵石层、粉细砂层、砾砂层以及粉质粘土层四个结构地层。

其中，卵石层主要以卵石分布为主，呈现不连续性特征，并且相对比较密实，卵石层的层底埋深约为2.4到13.6米，卵石层厚度约为5米，定向钻穿越施工中的野外标准贯入实验锤击数达到35至49击；其次，定向钻穿越施工段的粉细砂层的湿度相对比较大，并且呈现中等密度分布，向下部逐渐变粗，以连续分布为主，整个粉细砂层的层顶埋深约为7.6至13.6米，厚度约为3米，定向钻穿越施工中野外标准贯入实验的锤击数量达到15至25击；再次，该施工地段的砾砂层以砾砂分布为主，呈现连续分布状态，并且中间夹杂有卵石和中细砂等，湿度相对比较大，分布密集，整个砾砂层的层底埋深达到22至25米，厚度约为8米，贯入锤击数量达到22至23击；最后，粉质粘土层的湿度也相对比较大，并且具有较强的可塑性，呈现连续性的分布，整个土层的层顶埋深达到22至25米，厚度约为2米，贯入实验中锤击数达到24至27击。

定向穿越泥浆控制方案

泥浆控制方案一．泥浆主要成分：水、膨润土、添加剂二．泥浆作用：润滑钻具、降低钻具摩擦产生的温度、携带钻屑、固孔三．泥浆技术控制3.1 泥浆配置根据芦荡河定向钻穿越地址勘探说明可知，该穿越工程主要穿越粉质粘土、淤泥质粘土及粘土层。

泥浆粘度值表参照上面泥浆粘度值表并结合以往穿越施工经验建议：①钻导向孔（9 ″井眼）阶段主要问题分析导向孔的顺利完成是整个施工的基础，通过导向孔取全取准各项资料将指导扩孔过程中方案的制定，因此必须保证在导向孔的施工过程中井眼稳定，以利于形成规则稳定的井壁，同时要保证泥浆具有良好的井眼净化能力。

钻井液技术措施* 粘土层地层较稳定，成孔性较好，岩屑易造浆、分散，防泥包是关键问题，解决了防泥包问题也就解决了流变性稳定问题。

尽量采用低坂土含量泥浆，控制适当低的粘度、切力，提高泥浆中的SDX大分子聚合物浓度，以提高泥浆抑制性防泥包；加入SDJ防漏失；同时，SDX和SDJ加入泥浆中后，还能降低摩阻以减少钻井扭矩及推进阻力，从而达到提高机械钻速目的。

施工时要求钻井液G1≥2Pa以利携砂，粘度在40～50s 之间有利于提高泵排达到提高携砂效率的目的a. 入井泥浆配方及泥浆性能b. 配制工艺（1）按标准配方，先按地面容积预配40 方泥浆开钻，取淡水39 方，加入钠土1.6 吨，SDX 40公斤，SDJ 40公斤。

2）处理剂加入方案* 粉质、淤泥质粉质粘土地层地层疏松，胶结差，成孔差或放置时间长容易塌孔。

钻井中容易出现泥浆窜漏情况，施工中采用适当高的粘切，较低泥浆失水，致密泥饼，要求泥浆滤液粘度高，尽量减少泥浆滤液进入地层降低胶结力，进入浅层中的SDX和SDJ增强近井壁的胶接能力，增强地层强度，有效支撑井壁，从而达到稳固井壁的目的。

同时，具有封堵能力的SDJ进入地层后亦可有效的堵塞地层中的孔道，阻止泥浆窜入地层，从而避免因泥浆窜流掏空地层而造成的坍塌情况。

c. 入井泥浆配方及泥浆性能d. 配制工艺（1）按标准配方，先按地面容积预配40 方泥浆开钻，取淡水39 方，加入钠土2 吨，SDX40公斤，SDJ40公斤。