水平定向钻穿越技术论文

水平定向钻穿越技术论文（精选8篇）

水平定向钻穿越技术论文 篇1

随着长输管网建设进程日益加快, 长输油气管道工程的施工工艺也随之不断更新。当施工对象为不可拆迁建筑物或者大型河流时, 施工不能对地貌状态造成破坏, 要对环境进行保护。因此, 在必须进行施工的情况下, 可以采取水平定向钻穿越技术, 这也是最理想的一种施工方法。定向钻穿越施工工艺的穿越设备比较先进, 具有较高的穿越精度, 而且容易对敷设方向进行调整和埋深。同时, 管线弧形敷设的距离比较长, 能够满足设计对埋深的要求, 也能够使得管线绕过地下障碍物。

一、长输油气管道定向钻施工特点分析

在长输管线施工中, 定向钻穿越施工并不会对交通造成阻碍, 不会对绿地、植被造成破坏, 也不会对周边商场和建筑物基础等造成影响。定向钻施工没有水上和水下作业, 不会对江河通航和江河河床结构、两侧堤坝等造成影响。定向钻施工具有施工周期短, 施工人员少, 施工安全可靠, 成功率高等特点, 而且不受季节限制。定向钻施工比其他施工方法的进出场速度快, 并且可以对其施工场地进行灵活调整, 占地较少, 工程造价低, 施工速度较快[1]。

二、水平定向钻施工技术分析

1. 前期准备

(1) 施工道路

应该在施工现场的两侧配置重型施工设备, 从而减少施工成本。尽可能利用现有道路以通往两侧施工现场, 从而将新修建道路的距离减少, 也可以利用管道线路的施工便道通往施工现场, 对现有道路进行充分利用。由施工企业提供相关道路使用权协议, 而且应该在投标之前将此项工作做好。

(2) 施工场地

在钻机一侧施工场地的面积不应该小于45m×30m。而在管道一侧需要注意的是其施工现场应该有足够的长度, 从而有利于成品管道的预制。施工现场的宽度应该在12米-18米范围内, 从而达到管道施工的相应要求。另外, 在出土点一侧其施工现场的面积应该为45m×30m。施工地点确定之后, 应该对其进行勘测, 并且将其地质地貌的图纸详细准确地绘制出来。勘测之后得到的结果精度如何对最终施工精度发挥着决定性作用。

(3) 施工设计

如果在施工中需要穿越的是河流, 则在考虑覆盖层厚度时, 应该考虑其流量特征、该河流季节性洪水冲刷深度以及该河道未来的加深与加宽等方面的因素。另外, 还需要考虑现有电缆和管道的位置, 从而确定覆盖层厚度。确定了施工地点之后, 应该做好地质调查工作, 确定穿越层的厚度, 覆盖层的厚度通常都不少于6米, 在钻进角与曲率半径方面, 穿越施工的入土角一般在80-180范围内。多数施工都应该首先钻一段斜直线, 再钻一段大半径曲线, 并且由管线弯曲特性来决定其曲率半径, 如果管段的穿越方式是弹性敷设, 则曲率半径至少应该是1200倍钢管外径, 而穿越施工的出土角范围应该在40-120, 从而有利于回拖管道[2]。

2. 钻孔施工

在钻孔施工方面, 对其进行测向控向, 一般都会采取地面接收设备和地下测量电子设备。通过测向控向可以得到钻头所处位置的磁方位角, 并且用于左右控制。同时, 通过测向控向还可以得到钻头所在位置的倾斜角以及钻头的钻进方向。其中, 该倾斜角用于上下控制, 在穿越施工的精度方面, 磁场变化如何对其产生决定性作用, 比如大型钢结构与电力线路可以对磁场读数造成影响, 穿越出土点的导向孔目标偏差值的范围应该控制在长度3米-10米, 宽度3米之内。通常来说, 在钻导向孔时, 要对其进行测量与控制, 就应该在每钻进一根钻杆或者相隔9米对其进行一次计算。另外, 可以采用替代方法来进行定位工作, 比如穿地雷达、陀螺仪和智能清管球等等。

三、水平定向钻穿越施工流程分析

首先是钻导向孔, 即按照预定角度在水平方向沿着预定的截面而钻进的孔, 主要有一段大半径弧线和一段直斜线。另外, 承包商可能会在钻导向孔的时候选择更大口径的钻杆来对导向钻杆进行屏蔽。其次是预扩孔。通常在使用直径大于300毫米的小型钻机时, 就会进行预扩孔。如果使用的是大型钻机, 而且该钻机的产品管线的直径大于DN350毫米, 这个时候也应该进行预扩孔, 而预扩孔的次数以及直径应该根据地质情况以及具体的钻机型号来确定。最后就是回拖产品管线。应该先将钻杆、扩孔器、回拖活节以及被安装的管线依次进行连接, 再进行回拖作业, 而且通过钻机转盘带动钻杆旋转, 从而后退, 开始扩孔回拖。在这个阶段, 旋转接头能够防止成品管道随着扩孔器旋转, 而且在回拖的过程中, 产品管线也不会旋转。在已经扩好的孔里面会充满泥浆, 使得在孔中的产品管线悬浮。产品管线的管壁四周与孔洞之间通过泥浆润滑之后, 可以将回拖阻力减少, 从而为管线防腐层提供保护。在多次钻机预扩孔之后, 最终成孔与管子相比其直径通常会大200毫米。因此, 不会对防腐层造成损伤[3]。

结束语

综上所述, 目前国内的管道建设正处于发展阶段, 能源结构由石油逐渐向天然气转变, 有利于输气管道工程更进一步发展, 并且为长输管道的建设与发展带来更多的机会。同时, 也对长输管道工程的设计与施工提出了更高的要求, 因此, 要不断创新新技术和新工艺实现高效的管道施工, 尽可能降低施工对环境带来的影响, 实现长输管道建设与环境保护的和谐发展。

参考文献

[1]唐云.长输管道定向钻穿越施工技术和管理[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2014 (4) :25-26.

[2]金灿, 巴端.水平定向钻技术在长输管道施工中的运用[J].内江科技, 2012 (10) :37-38.

[3]文俊.浅谈管道水平定向钻施工技术[J].石油化工建设, 2009 (10:43-44.

管道施工的单面坡定向钻穿越 篇2

关键词：管道施工;单面坡;定向钻穿越法

随着我国经济的发展，我国的管道施工行业也得到了极大的发展。在我国目前的管道施工中，主要采用的是单面坡定向钻穿越施工法来对管道进行施工建设，这种方法的应用具有一定的优势，但同时也具有一定的限制，其需要采用相关的控制手段对数据实行控向处理，从而保障施工钻进的速度，进而能够有效保障管道施工的质量。

1.测量放线

这种方法主要应用于冲沟或者是黄土坡中，主要对黄土坡的两端点以及坡面进行有效的处理。而在测量的过程中，至少需要采用三点位置来进行测量工作，这样能够有效保障测量的准确性，而在测量的过程中，主要需要对高程以及坐标进行测量工作，通过测量来对管道穿越坡度以及深度等进行位置的确定，在对现场进行作业布置的过程中，也需要对占地的范围进行确定，一般需要将场地的范围控制在40m×30m，然后再用木桩对入土点进行位置定位，确定管线中心轴线以及占地边界线利用木桩进行界限的划分，这样的目的就是为了能够保证钻机可以沿着中心线进行钻入工作。

2.施工场地平整和便道修筑

在施工现场，需要施工设备进行合理的利用，而要想保障施工设备能够顺利的进入现场进行运用，就需要保障施工现场地面的平整度。对于现场地面出现的小型沟壑或者是各种土坑，进行及时有效的填补，以保障施工设备可以顺利的通行。同时可设置相应的施工便道，施工便道在设置的过程中，也需要对其施工的宽度进行有效的控制，一般来说，施工便道宽度要控制在5-8m之间，而且在坡度的設置中，坡度必须要小于20°，并且其与管道中心线要保持一定的距离，两者之间的距离最好在6m以上，这样才能够有效的使得机械设备可以正常的进入。对于钻机运行的场地，需要利用推土机进行填平处理，并且要注意压实，在进行钻进工作时，需要摆放好钻机的位置，可控制好放坡的角度。同时要对地面的实际称重能力进行合理的测试，保障地面能够承受机械的重力，在对蓄水池等一系列设施进行建设的过程中，需要合理的利用锚固箱来进行地锚施工，在进行施工的过程中，还要注意对出、入土点施工现场设置围栏，从而达到隔离的效果。

3.钻机就位和试钻

在开展钻进工作时，需要先对钻机进行就位处理，提前对钻进的位置进行有效的确定，将钻机工作时所需要的相关配套设备进行合理的安排，将设备安置到预定好的位置，在对系统进行有效的连接，通电后对钻机进行试运转，通过试运转来保障钻机的应用质量，使得其可以在实际的施工中，能够正常的应用。

在施工开始之前，需要对泥浆进行有效的配置。在对泥浆进行配置的过程中，要按照相关管径的大小以及相关设计的要求，来制定合理的泥浆配比方案，保障泥浆配置的有效性，在泥浆配置的过程中，需要对选用的材料进行次序的安排，根据不同地层的不同要求，使用清水进行泥浆的配置，每隔两个小时对泥浆的性能进行测试，从而保障其能够在相应的参数上符合泥浆配比的标准。

4.钻导向孔和预扩孔

开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，认真分析各项参数，预设好符合设计要求的钻进轨迹。钻进时的入土角控制在15°～25°。施工过程中，谨慎处理控向数据，适当控制钻进速度，随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，确保导向孔成孔良好。在地表用月蚀控向仪（接收机）对钻头进行监测，随时进行纠偏，以确保导向孔按预设轨迹钻进，使出土点偏差控制在规范允许范围内，并做好施工记录。导向孔完成后，装上扩孔器进行预扩孔。为方便下一步的穿管施工，可适当加大扩孔孔径。

5.穿管施工、回填和水土保护

5.1平台修筑。在完成扩孔施工后，即可进行穿管作业平台的修筑。对作业坑周围堆积的土方进行清理、平整，保证穿管作业时管段预制、安装的顺利进行。

5.2管道组装。穿管作业过程中，收缩套与防腐层保护是关键控制点。在施工中，用柔性物（草袋、毛毡）将管道包裹好，外表再用竹片保护，用铁丝捆扎牢固，以确保收缩套与防腐层不受到损伤。用吊车（或吊管机）直接将管道吊放到孔洞内，当第一根管道尾端接近洞口时停止穿管，用吊带将管道端部捆扎牢固，并与两侧的地锚相连，防止管道下落。用吊车吊装第二根管道，在作业坑内进行连头焊接作业。如果穿越段较长，重复以上步骤，直至达到要求的长度。穿管完成后，在沟底连通两侧穿越段管道，并按设计要求进行试压。

5.3回填。管道安装就位且光缆敷设完成后，在孔洞顶端口将细土由上向下填人洞内，直至填满整个洞。如果回填土不密实，可向洞内注水加快沉降。完成孔洞回填后，自顶端沿管道向下再人工开挖约3 m深度，分层回填灰土（灰土比为3∶7），在填灰的过程中，需要对其进行一层一层的夯实处理，在保障灰土层夯实度的基础上，提高填灰土施工的质量。

5.4水土保护。钻进工作主要是采用的定向钻穿越法，这种方法的应用能够减轻实际的工作量，对现场无需大规模的开挖，只需要在冲沟、黄土坡的顶端砌筑浆砌石挡土墙、排水沟，利用所砌筑的浆砌石挡土墙以及排水沟，在底端做散水保护即可。

6.安全措施

在施工场所周围布置警示带，并设置醒目警示标志，严禁非工作人员进入施工现场。在设备和材料进出场时，安排专人统一指挥车辆进出和装卸。现场工作人员不得擅自离岗，做到岗位分明、责任明确。对于危险品或危险区域，贴有危险性标志牌（尤其是钻机），在施工现场消防器材齐全，并放置于显眼位置。在孔洞口作业坑外搭设遮雨棚，防止雨水进入孔洞，遮雨棚外设置挡水墙，并沿墙挖排水沟。扩孔完成后，若不能立即进行穿管作业，应用钢板或木板盖住孔洞口，防止落入杂物。

7.结语

综上所述，在管道施工的过程中，采用单面坡定向钻穿越法进行钻进工作，按照相关的程序进行执行，可以有效保障钻进工作开展的有效性，同时也能够对管道施工的质量形成有效的提升。本文通过管道施工的单面坡定向钻穿越的应用具体步骤进行了合理的探究，从而明确了单面坡定向钻穿越法应用的优势，相信在未来的管道施工中，这种方法的应用将会更加的广泛和有效。

参考文献：

[1] 张健.  长输管道水平定位向钻施工技术及配套装置研究[D]. 东北石油大学 2014

[2] 伍小兵，童雯，杜保军，陈力.  钱塘江定向钻一次穿越的应力分析[J]. 油气储运. 2003（01）[3] 李西军.  定向钻在西气东输江南水网段施工中的应用[J]. 油气田地面工程. 2003（10）

[4] 宋玉银.  定向钻技术在天然气管线建设中的控制重点[J]. 上海煤气. 2003（05）

水平定向钻穿越技术论文 篇3

1 定向钻穿越施工

对于管道的水平定向钻穿越技术施工过程来说, 首先在进行施工的时候, 要按照设计好的钻孔曲线, 使用定向钻进技术, 依靠钻机或者是钻具, 先钻出一个水平度较高的导向孔, 当导向孔钻机从障碍物的另一端出土后, 将导向用钻头和仪表单元进行拆卸, 再参考所需的待铺管线的地理条件和直径大小, 挑选合适的钻具或钻具进行组合, 实施反向扩孔。一直到孔道达到管线回拖要求之后, 再利用钻机把预制及格的待铺管线通过钻杆, 从钻机的出土点到成型孔道, 再拉到其入土点, 这样管道的铺设就算完成了。所以, 实施定向钻穿越工程成功与否要从这几个环节着手:钻导向孔、预扩孔、回拖管道[1]。

2 钻导向孔

实施钻导向孔施工需要按照设计曲线进行, 但是在实际操作中, 穿越曲线也需要符合相关要求。当钻机入土后, 要按照已经设计好入土角度进行, 钻井过程要按照设计好曲线直到出土场地。整个穿越过程最重要的就是这道工序, 穿越曲线是否圆滑、导向孔能否成功出土等条件, 都对管线的回拖具有很大的影响, 所以这道工序是整个穿越过程中所需重视的重点问题。

2.1 做好工程施工前的准备

(1) 对设计图纸和地质资料进行详细分析, 进行设计曲线时需要充分考虑穿越所经过的地理情况, 分析穿越地质的详细资料, 为施工能够顺利进行提供保障。

(2) 必须要以设计图纸和现场交接的控制桩为参考, 进行水平定向钻穿越的工程测量, 主要内容要以确定穿越水平长度、出入土点位置和施工场地的布置, 并给测定控向磁方位角提供依据。

(3) 参考设计图纸, 对测量结果和设计参数进行多次就按, 进行多方面比较, 借鉴类似地质穿越成功施工经验, 设计出符合要求的穿越曲线图。

(4) 组织技术人员, 研究穿越所经地层, 并进行充分研讨, 制定出完善的穿越工程的施工组织设计和应急方案[2]。

2.2 控向实际操作

(1) 在什么时候进行直线钻进和曲线钻进, 都是需要控向员进行指挥。在发出指令的时候需要依据事先制定好的控向曲线和随钻测量的技术参数来进行设定。所谓的随钻测量指的就是把测量探头安装在钻具内, 使其在钻井工作中可以及时反映出钻具倾角、高程、水平长度、方位角、横向偏差、纵向偏差等数据, 并且将相关数据传递到相关操作人员手中。使用这种技术能够及时控制和调整在钻井过程中的具体情况。

(2) 穿越控向施工中要重点把握曲线控制, 需要按照设计好的穿越曲线进行操作和调整。若穿越线偏离了设计曲线:连续三根钻杆左右偏差和高低偏差都超过3m, 而且有进一步偏离的发展趋势时, 需要立即停止, 把钻杆撤回, 然后重新导孔, 直到满足设计曲线。只有使用这种方法, 才能使钻出的曲线圆滑且没有拐点。曲线圆滑度会作用于钻杆的推力和扭力的传递;只有曲线圆滑度越高, 才可以更好的减小阻力, 便于推力和扭力的传递。

(3) 施工中要根据地理情况对泥浆配比进行调整, 泥浆配比又需要依靠其成分配方, 能够减少磨损和润滑钻头, 使地层变软易钻进, 还可以将产生的碎屑带回工作坑, 能够起到稳定孔壁的作用, 泥浆配比的性能的高低, 会影响到穿越成功与否。如果穿越经过易液化地质的时候, 可以适量增加泥浆添加剂, 将泥浆的流变性改变, 提高泥浆的携砂性能, 使钻具避免被泥浆包裹, 减少钻进过程中的阻力, 并让钻孔能够通常, 在很大程度上保障了下道工序的进行。

(4) 钻导向孔主要是需要依靠控向员与司钻共同配合完成。控向员需要按照设定好的控向曲线发出控向指令, 司钻根据控向员的指令对钻具的推进进行调整。一方面需要对地层的软硬程度进行详细了解, 对钻进速度进行控制和调整, 当勘探资料和地质条件出现偏差的时候, 控向员要对控向方案进行修改;另一方面司钻要和控向员对导向孔的实际曲线进行密切配合。参考曲线所需, 导向孔出现偏离时要进行纠正, 纠正量需要进行严格控制, 泥浆的排量和压力也要进行调整和控制, 保证曲线、钻进速度和泥浆压力之间的关系可以及时进行调整, 起到降低推力和扭力的作用。

3 预扩孔

预扩孔指的就是当钻头出土之后, 使用扩孔钻具将钻孔进行扩大, 达到所需的标准, 再扩孔完成之后, 应该要保障不能出现塌方、缩径等现象;这道工序在整个穿越工程中属于中间工序, 起着十分重要的作用;这道施工工序需要依据地层情况、管径大小和钻具配套等要求进行扩孔施工。若在进行长距离穿越或是管径较大的施工中, 预扩孔施工工序会因为分级扩孔需要较多级数, 钻具会产生极大扭矩, 再加上其他因素的影响, 为保证预扩孔的施工质量, 要从下面几个方面入手。

进行大口径穿越过程中, 因为需要较多的预扩级数, 为了降低成本和增加效率, 关键是要采取合适的扩孔钻具:通常在前三级预扩孔使用盘式扩孔器实施切屑式扩孔, 后三级扩孔和清孔的施工中使用锥装通式扩孔器进行挤扩。导向孔钻井成功后, 开始逐级扩孔, 根据不同的地层选择合理的扩孔器十分重要。对于土质较为疏松的底层, 因砂多不易成孔, 易塌陷包钻, 所以我们使用切削半径较大的扩孔器, 以利用泥浆的冲刷、固壁、润滑及扩孔器后部对孔壁的挤压作用使孔径比较稳固。因此, 若钻具组配和使用都合理, 能够充分降低扭力, 使预扩孔能够顺利完成, 同时也帮助在管线回拖能够顺利进行。

4 回拖管道

回拖管道指的就是使用钻具把成品管道回拖到扩完的孔径中, 整个穿越工程就完成了。在进行回拖的时候, 成品管道和旋转接头与扩孔器相互连接, 并因为钻杆的回拖拉入使孔径扩大。这道工序在整体穿越施工中是最后一道工序, 同时也使关键点, 重点就是要减小回拖阻力。

(1) 因为是进行大口径的管道回拖, 管道本身重量就较大, 因此会在地表产生较大的摩擦力, 若要降低回拖阻力, 可以使用发送沟贮水漂管回拖管道, 可以有效减少回拖阻力, 而且能有效避免管道受损。

(2) 回拖时要增加泥浆润滑性, 因此必须要添加泥浆润滑剂, 泥浆配置高效可以行之有效减低回拖阻力, 提高施工进度。

(3) 为了避免管道在入土过程中, 因为折角较大而导致钻具折断。除了是因为地质不均和钻具疲劳等影响因素之外, 最主要的原因还是因为管道进孔不顺畅, 管道在入洞后, 因为预制管段的弹性形变, 使得管段和钻具不在同一条轴线上, 导致局部薄弱环节因为其交变应力的作用而产生碎裂。为避免出现这种现象, 在进行回拖的时候, 尽力保证管线入洞角度与出土角度一样, 使发送道与管孔充分结合, 使曲线更加圆滑便于管道入土。

5 结语

大口径、长距离的定向钻穿越施工作业中, 需要运用科学的方案、合理的施工安排、严谨的现场管理, 在每个细节都需要进行严格控制, 认真对待, 出现失误要及时纠正, 才能够保证工程可以顺利完成。

摘要：如今, 我国的经济和工业都得到快速发展, 石油化工行业发展也越来越快, 从而也使得越来越多的管道需要进行建设, 在管道施工中应用定向钻穿越技术也大大增加, 但是在施工过程中难免会遇到各种各样的问题, 本文介绍了在大口径管道水平定向钻穿越施工中所需重视的几个问题。

关键词：大口径管道,导向孔,预扩孔

参考文献

[1]熊勃, 隆威.某通信工程中的非开挖水平定向钻进技术应用探讨[J].探矿工程 (岩土钻掘工程) , 2010年12期

水平定向钻穿越技术论文 篇4

1 基本认识

水平定向钻穿越施工技术是当前管道工程、河流工程和铁路工程等施工中穿越障碍物的一种施工技术。水平定向钻穿越施工技术对施工条件的要求不高, 而且其施工对地面环境的影响也非常小, 施工速度非常快, 所以, 在穿越障碍物的各种工程施工中被广泛应用。但是, 与其他施工技术相比, 水平定向钻穿越施工技术对施工设备、钻具等有较强的依赖性, 在穿越施工中的扩孔、管道回拖等工程中存在不可见性, 因此, 大大增加了施工风险。

2 施工技术

采用大口径管道定向钻穿越施工技术时, 在施工前, 要先设计好施工钻孔曲线, 然后钻机就位, 从障碍物的一端入土钻导向孔, 从障碍物的另一端出土, 出土后拆卸钻头、仪表等, 然后按照所需钻具的需要, 选择合适的待铺设的管线直径和要铺设的位置、合适的钻具等实施反向扩孔。综合大口径管道水平定向钻穿越施工工艺流程, 可以将大口径管道的定向钻施工分为钻孔、扩孔和管道回拖3部分。

2.1 钻孔

在大口径管道水平定向钻穿越施工中, 需要按照施工设计方案完成相关的操作施工。在使用定向钻机进行导向孔钻孔前, 需要做好施工前的准备工作, 详细阅读和分析施工设计图、设计方案, 充分考虑大口径管道施工穿越的地理位置条件, 仔细阅读和分析施工地区的地质资料, 为大口径管道的水平定向钻穿越施工的顺利进行提供保障。为了保证大口径管道钻孔穿越障碍物的顺利进行, 必要时可以从施工设计方案中选择1个控制桩作为参考, 并以此为标准水平定向钻穿越试验, 测定需要穿越的长度、出入点的位置和施工场地的布置等。

完成试验后, 参考大口径管道施工的设计方案和施工图纸, 测量相关的数据, 并设计施工中的相关参数, 多方面比较水平定向钻穿越施工, 从而设计出最佳的穿越障碍物的路线图。在确定施工设计图之后进行实际的导向孔钻孔施工, 钻导向孔需要在钻孔导向员的指令下, 按照事先预定好的曲线、钻测量等参数钻孔。将探头安装在钻具中, 测量钻孔过程中出现的倾角、高程、方位角和横向偏差等, 并将这些数据传递到操作员手中, 及时控制和调整钻孔中出现的情况。

在大口径管道的水平定向钻穿越施工中, 需要控制穿越的曲线, 在实际的钻孔穿越中, 需要根据先前设计好的穿越曲线进行相关的操作, 并调整穿越曲线。在穿越施工中, 需要根据大口径管道水平定向钻穿越施工的地理条件调整泥浆配比。泥浆配比在一定程度上是依靠配方成分组成的, 有效的泥浆配比和配方成分能够减少在钻孔施工中对钻头产生的磨损和其他影响。在钻孔施工中, 产生的碎屑会通过泥浆回到泥浆坑中, 同时, 泥浆对孔壁能起到一定的稳定作用。在导向孔钻孔施工过程中, 钻孔操作人员、指挥控制人员需要有效配合才可以完成钻孔穿越工作。两者一个负责了解地质软硬程度, 控制和调整钻头的钻进速度, 另一个制订、修改和纠正钻孔方案, 以保证钻孔工作能够顺利进行。

2.2 扩孔

大口径管道水平定向钻穿越施工的第二个施工环节是分级扩孔, 又被称为分级回扩。这就是钻头从钻孔中出来之后, 使用扩孔钻具将先前钻的孔扩大, 使钻孔达到大口径管道水平定向钻穿越施工的要求。在分级扩孔施工时, 需要保证在钻孔时不会出现塌方等情况。分级扩孔是大口径管道水平定向钻穿越施工的中间环节, 它在其中发挥着非常重要的作用, 其施工需要根据施工场所的环境、地质条件、大口径管道的材质等相关资料进行。

在大口径管道水平定向钻穿越施工中, 因为管道的口径大、铺设距离长, 所以, 扩孔施工需要分级进行。而较多的分级扩孔级数会增加扩孔中产生的扭矩, 同时, 还会受到其他方面因素的影响, 因此, 为了保证分级扩孔的顺利进行和扩孔的质量, 需要加大对这些方面的施工监管力度, 具体可分为以下2点: (1) 完成导向孔的钻孔之后, 在逐级扩孔施工时, 根据不同的地层需求选择不同类型的扩孔器。 (2) 在分级扩孔中, 前几级的扩孔施工使用盘式扩孔器进行切屑式的扩孔施工, 后几级的扩孔施工和清孔使用锥桶式扩孔器进行钻孔的挤扩。扩孔钻具组合的有效使用可以降低扩孔中产生的扭力, 进而顺利完成扩孔工作。

2.3 管道回拖

在大口径管道水平定向钻穿越施工中, 管道回拖是最后一个施工工序。在管道回拖的过程中, 主要使用回拖钻具将成品管道回拖到已经完成扩孔施工的孔洞中, 这样整个大口径管道水平定向钻穿越施工则完成了。在大口径管道回拖的过程中, 成品管道、旋转接头、扩孔器需要相互连接, 在钻杆回拖拉力的作用下使管道就位。管道回拖工序是整个大口径管道施工中的最后一道施工工序, 同时, 这也是施工中的重点, 因此, 在管道回拖的过程中, 要尽量减小回拖产生的阻力。

3 结束语

总而言之, 近几年, 在城市发展和建设的过程中, 燃气管道、供暖管道等施工规模不断扩大, 大口径管道的应用越来越广泛, 水平定向钻穿越施工技术在大口径管道施工中的应用频率也逐渐加大。为了更好地在大口径管道施工中应用水平定向钻穿越施工技术, 本文主要分析和研究了大口径管道水平定向钻穿越施工技术的相关内容, 为日后相关工作提供参考。

参考文献

[1]曾志华, 杨威, 马红昕, 等.大口径管道定向钻对穿工程设计优化与施工[J].油气储运, 2011 (07) :471, 542-544.

[2]解滨.论大口径管道水平定向钻穿越施工技术[J].安徽建筑, 2009 (03) :69-70.

水平定向钻穿越技术论文 篇5

岩石穿越工程导向钻进主要有简易施工法, DITCH WITCH双壁钻杆钻进法, 气动或液动潜孔锤冲击回转导向钻进法, 泥浆马达导向钻进法。

其中泥浆马达驱动导向钻进法是目前国内外最通用的岩石导向钻进方法。适用于25t以上各型非开挖钻机, 尤其是大型非开挖钻机。

泥浆马达也称螺杆钻具, 一般与牙轮导向钻头和有线或无线探棒装置配合使用。正常钻进时, 钻杆与马达一起旋转直线钻进;当需要导向时, 马达弯点母线与探棒12点方向调整一致, 钻杆及马达外壳不旋转, 只提供反扭矩和给进力, 马达转子在泥浆泵的液力驱动下带动钻头旋转, 从而实现导向钻进。水平定向钻用的马达弯角一般在1.5-3度之间, 根据管线设计轨迹曲率不同选择不同的弯角.

马达驱动导向钻进连接形式:

无线:钻杆—仪器仓—马达—牙轮钻头

有线:钻杆—无磁钻铤—仪器仓—无磁钻铤—马达—牙轮钻头

2 岩石穿越扩孔钻进

导向孔完成后, 根据管径大小进行扩孔。

目前的岩石扩孔器大致分为两种类型:

一是固定牙轮式扩孔器, 应用石油用牙轮钻头牙轮掌为切削具, 通过焊接的方式与扩孔器中心轴和底盘相连。

二是可更换滚刀扩孔器, 以可更换滚刀为切削具。滚刀以安装方式不同分为刀架安装式和悬挂式安装。

2.1 牙轮式扩孔器的优缺点

优点:

(1) 加工周期短。

(2) 适用于各种直径岩石扩孔器 (更适用于中小直径) , 适用于各种地层 (口径220-1600mm) 。

(3) 根据钻机特点及不同地层情况, 选择最合适的齿型及轴承结构。

(4) 掌背倾斜, 冷镶防磨合金, 减轻磨。

(5) 独有的牙轮防脱技术, 防止牙轮轴承损坏后牙轮落在孔内造成孔内事故。

(6) 水力破岩, 排渣顺畅, 减少岩渣堆积。

(7) 焊接工艺保证, 防止焊接过热伤害牙轮轴承。

(8) 钻头本体导向螺旋带设计, 导正及导渣效果好, 减少钻头重复破碎。

缺点:

(1) 由于牙轮的结构特点, 掌背磨损无法彻底解决, 在钻进砂岩砾岩时现象尤其明显。

(2) 牙轮密封集中在牙掌与牙轮结合部。牙掌背部尤其是与牙轮结合部磨损后, 轴承就要失效了。常导致牙轮的过早损坏。

(3) 更换牙轮比较困难, 要先切下旧轮子, 修磨好后再焊上新轮子。时间较长。

(4) 扩孔器本体修几次后就要报废了。

(5) 牙轮轴承损坏后, 牙轮容易掉入孔内, 形成孔内事故。需要时可加装防掉轮装置。

2.2 中小型钻机用刀架式可更换滚刀岩石扩孔器

这种双支点刀架支撑结构可更换滚刀岩石扩孔器, 适合中小钻机使用, 具有以下特点:

(1) 解决了牙轮式结构扩孔器掌背磨损问题。

(2) 成本与橡胶密封牙轮式扩孔器相差无几, 降低了使用成本。

(3) 彻底解决了掉轮问题。

(4) 金属密封, 寿命长。

(5) 换轮方便。

(6) 安全可靠。

2.3 大型钻机用可更换滚刀式扩孔器

可更换滚刀式岩石扩孔器的特点:

(1) 我公司最初采用进口美国SHAREWELL公司岩石扩孔器, 后经廊坊钻王科技深远穿越有限公司改进国产化, 使用效果比国外的要好, 主要解决了三方面的问题:

(1) SHAREWELL公司轴承采用橡胶密封, 改进后滚刀轴承密封采用金属密封, 寿命从国外的40-60小时提高到目前的100小时以上。

(2) 解决了掉轮问题, 体现在三点, 一是滚刀悬挂丝扣本身防脱, 二是滚刀加装互锁装置, 三是轴承本身的特点是轴承损坏后, 滚刀外壳不会脱落。

(3) 与国外同类产品相比, 价格也大幅降低。

(2) 该系列钻具适用于大钻机重载荷的大直径穿越工程, 适用于各种岩石地层。

(3) 扩孔器采用大直径金属密封滚刀作为切削具。本体可多次使用, 只需换轮即可。滚刀轮分为A, B, C三种, 可以调整达到不同扩孔直径, 为多个工程使用同一套钻具本体提供了方便。

(4) 滚刀轮损坏后换轮容易, 一般可在半小时内换轮完毕.方便快捷。

(5) 长期综合成本优势明显。

(6) 回扩滚刀全部采用金属密封, 同时, 滚刀直径大 (ABC轮大端直径均在346, 360, 372) , 回转过程中, 滚刀线速度低, 尤其适合于大管径施工。与钻头最大线速比为4.5倍 (相对66”回扩孔径) , 即钻头转一圈, 滚刀转4.5圈, 保证滚刀轴承在低速范围内, 所以滚刀寿命长, 正常情况下在100小时以上, 除非岩石特别硬或异常情况, 扩孔时间长需要换轮, 基本上不需更换滚刀, 实现一次性回扩。

(7) 不存在掌背磨损问题。

(8) 滚刀全部采用¢19大合金, 进尺快, 可根据不同地层选用不同齿型。硬岩采用钝齿齿型, 软岩采用锥齿齿型。

(9) 优秀的水力学设计, 充分考虑流道排渣通畅, 同时实现水力破岩。

(10) 钻头本体材质采用优质合金钢精锻, 可焊性好, 方便现场修补。

(11) 38寸以上钻头本体导向采用螺旋带设计, 导正及导渣效果好, 减少钻头重复破碎, 同时起到保护本体滚刀刀座的作用。

(12) 充分考虑减重问题.最大一级66扩孔器重量控制在3.5T以内, 对于减小钻进扭矩, 降低轨迹变线倾向有着决定性的影响

可更换滚刀式岩石扩孔器的缺点:

(1) 加工周期长, 一般在30-50天。

(2) 不适用小钻机, 适合的扩孔直径在600以上。

(3) 单只钻具成本较高, 只有在长孔距, 大孔径, 长期使用情况才有较大综合成本优势。

3 岩石扩孔钻进的常用级差、参数及注意事项

3.1 扩孔级差

小钻机常用扩孔器级差:

导向152或165—300-400—500—600—700—800—900

大钻机常用扩孔器级差:

导向孔216或241-

扩孔器直径根据管径的1.3-1.5倍选配, 一般长管线取大值, 短管线取小值.复杂地层取大值, 稳定地层取小值.小管径和大管径取大值, 中等管径取小值.

3.2 钻进参数

3.2.1 钻压

理论上钻进压力视地层岩石硬度、钻孔直径、钻进速度、钻机、钻具能力及钻头结构强度等因素而定。地层越硬, 直径越大, 所需钻压也越大。钻压越大, 钻进速度也越快。但是如果钻压太大, 滚刀压入岩石太深, 会导致钻头蹩钻, 不能回转, 对钻机钻具及钻头造成损坏, 引起孔下事故。同时切削具轴承寿命与钻压大小有直接关系。所以应限定钻进压力。

具体操作时以钻杆承受正常扭矩值的1/2--3/4匹配钻压, 以不超过扩孔器厂家推荐值为限。

3.2.2 转速

钻机转速随钻头直径变化而变化, 一般要求钻头最外边争削具回转线速度不大于3m/s。正常情况下控制钻杆转速在40RPM以内。

3.2.3 泥浆排量

泥浆的作用在于携带岩屑, 冷却钻头。理论上泥浆排量越大越好。在砂岩地层为了减少钻头磨损, 应尽可能加大泵量

3.3 扩孔钻进注意事项

(1) 岩石钻进不同于土层钻进, 一般造价较高, 成本也较高。所以必须以扩孔安全及工程的可靠性为最高原则, 不能冒险冒进。

(2) 钻头在孔内运动过程中应始终保持正转状态, 避免钻头空甩, 防止钻杆及扩孔切削刀具脱落。

(3) 钻头在开始工作时应轻压慢转半小时以上, 使钻头切削具与孔底岩石充分接触后再缓慢加压至正常压力钻进, 以避免钻头跑偏造成轨迹变线。

(4) 钻进过程中应严格按照钻进规程钻进。如扩孔拉力过大或转速过高, 产生阻滞现象, 应及时停钻, 调整钻压和转速, 直至钻进正常。

(5) 遇卵砾石地层及破碎地层时, 应控制进尺, 使得钻屑尺量小, 方便泥浆携带, 减少孔内大颗粒岩屑堆积, 为下一级扩孔或拖管创造便利条件。

(6) 如果扩孔器寿命已到, 或孔内异常需要回退时, 应及时退出, 而且应注意钻头回退过程中, 钻杆始终保持正转状态, 回退不得过快, 回退推力不得过大, 防止发生断钻杆事故。

(7) 为了扩孔正常, 理论上在每一级扩孔前应至少洗孔一次, 以使孔内清洁, 减少钻具磨损及钻进时的阻卡。这一点尤其在大级别扩孔时非常重要。

(8) 切记:严禁用岩石扩孔器托管, 必须用桶式扩孔器带管。因为岩石扩孔器与孔壁产生新的切削作用, 牙轮或滚刀交替接触孔底产生较大震动, 对尾端丝扣产生较大扰动, 容易伤扣或脱扣。

4 结束语

水平定向钻岩石层穿越应根据地层条件、钻机及配套设备的功率配备、扩孔的最大直径、穿越长度以及泥浆的状况来选择结构合理的岩石扩孔器及正确操作控制, 经过实践经验, 可更换滚刀式岩石扩孔器在结构强度, 切削具的切削性能及轴承寿命, 防掉轮性能, 扩孔器的重量控制方面具有优越性, 特别在大管径扩孔工程中是非常适宜的, 同时, 应在科学计算的基础上科学施工, 降低岩石穿越风险。

摘要：水平定向钻穿越技术最早出现在20世纪70年代, 近年来, 随着我国输油输气管道工程的大规模铺开, 以及城市建设中燃气, 电力、电信, 水源及污水管道的大发展, 使得我国的非开挖行业发展迅猛, 非开挖穿越工程施工技术, 装备逐渐成熟。但岩石穿越技术对很多施工单位来讲还是很陌生, 根据我公司对岩石穿越技术的应用与总结, 同时对岩石扩孔技术加以探究, 以期在地质条件适合的类似工程推广应用。

关键词：水平定向钻,岩石,扩孔器

参考文献

水平定向钻穿越技术论文 篇6

1. 定向钻同孔穿越的原因

(1) 导向孔和光缆孔两孔互为备孔, 当一个孔成功出土时, 由于溶洞及其他地质风险原因, 有可能发生再次成孔失败的情况。为避免定向钻穿越工程导向孔钻进过程中遭遇未探明的溶洞, 致使导向孔曲线发生较大变化无法满足管道回拖的要求, 造成重新打导向孔的情况发生, 因此采用同孔回拖的方式可以有效的降低施工潜在风险;

(2) 本工程管道定向钻穿越工程工期紧、任务重, 为了有效的缩短工期, 保证管道工程的如期贯通, 故采用同孔回拖的方式进行施工;

(3) 沿线河流穿越位置地形大多为丘陵, 光缆管定向钻场地受限。

1.2定向钻同孔穿越的设计理念

定向钻双管同孔回拖有两种设计理念:一种为双管全部套入一根套管中进行回拖;另外一种为双管无束缚回拖方式, 即两个工作管前端套入1根套管, 套管后端的工作管处于自由状态下回拖。双管组合穿越管道具有重量大、管径大等特点, 因此, 对工艺的要求更高, 要求减少回拖过程中的摩擦阻力, 采用高质量的泥浆等方法。

二、同孔穿越回拖施工方案

1. 施工准备工作各工序

(1) 放线

根据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。施工测量放线工作要严格遵守测量标准规定, 使用经过校验的GPS、全站仪等设备, 并及时收集、整理测量放线记录和有关穿越测量资料, 妥善保管。

(2) 钻机作业场地

入土侧场地内要摆放钻机及配套设备、泥浆罐、泥浆泵等, 平整入土侧场地, 总占地面积为:60×60=3600m2, 其中泥浆池占地面积共为:30×30=900m2。

出土点场地要摆放钻杆及泥浆设备等, 总场地占地面积为:50×44=2200m2, 其中泥浆坑占地面积为20×20=400m2。

出入土点两侧各挖砌深度为2m的1个泥浆池。泥浆池内铺塑料花格雨布两层, 在池子周围修封闭式梯形护堤并夯实, 护堤高1m, 防止泥浆外泄。

(3) 泥浆配制

由于穿越经过地层主要是石灰岩层, 穿越对泥浆性能的要求高, 为克服对付这种不利因素, 建议将采取以下措施:

a.水源采取抽取河水, 用水泵输送至水罐内, 在水罐中沉淀、过滤后配浆。

b.按照实验室确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂, 配出高效护壁、润滑等殊性的泥浆, 提高回拖成功率。

c.为了确保泥浆的性能, 使膨润土有足够的水化时间, 使用两套泥浆储存罐和泥浆快速水化装置。

d.泥浆的回收利用:钻机场地和出土点场地各有一个泥浆收集池, 泥浆通过泥浆池收集, 再经过泥浆回收系统回收再使用。

e.保持泥浆性能稳定, 使泥浆性能稳定在75s-80s。

2. 施工过程各工序

(1) 钻导向孔

导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键, 硅管套管穿越导向孔完成后直接进行回拖。

控向对穿越精度及工程成功至关重要, 开钻前仔细分析地质资料, 确定控向方案, 泥浆与司钻重视每一个环节, 认真分析各项参数, 互相配合钻出符合要求的导向孔, 钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况, 达到出土准确, 成孔良好。

(2) 扩孔

由于是输气管道与光缆套管同孔穿越, 为保证输气管道外防腐不被损坏, 关键因素在于扩孔直径足够大, 扩孔直径必须大于两管外径之和的1.5倍, 使孔有足够的空间容纳两条管道, 防止管道发生相互挤压, 摩擦损坏防腐层。岩石穿越防腐层的损坏很大部分来源于管道与凸凹不平的孔壁同和软硬交接处台阶的摩擦。针对这种情况, 最后一道修孔工序至关重要, 通过修孔可以有效的清除掉孔壁的凹凸不平部分和软硬交接处的台阶, 使孔顺直平滑以尽可能的保护管线防腐完好无损。

(3) 管线回拖

由于是同孔回拖, 为防止光缆套管焊口处凸起的焊口损坏输气管道防腐层, 建议采取光缆套管焊口处补口的方案, 使用热收缩带隔离焊口与输气管道防腐层的接触, 可以有效的防止光缆套管焊口凸起在与输气管道的接触摩擦时损坏输气管道防腐层。

为防止光缆套管在回拖过程中发生自转缠绕在输气管道上, 采取输气管道与光缆套管分别单独安装万向节的方案, 使光缆套管在有旋转应力时可以沿自身轴线自转, 而不会缠绕到输气管线上。

为保证回拖的顺利和防腐层不受破坏, 将采取以下措施:

a.全部管线均采用滚轮支架发送, 防止管道防腐层损坏。

b.回拖前后, 准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪, 安排专人巡视管线, 发现防腐层破损立即进行补伤。

3. 同孔穿越回拖风险分析和控制

根据地质勘查报告, 钻探揭露场区内沉积物主要为第四系冲洪积黏性土、圆砾, 下覆石炭系灰岩, 地层变化复杂, 局部比较破碎。完成的24个钻孔中有溶洞的有8个, 占总数的33.3%, 溶洞大小不等, 形状不规则, 并伴有裂隙。因此施工难度和风险很大。在管道回拖过程中存在以下风险:

卡钻

由于溶洞、裂隙等原因在地层出现软硬交界面时可能出现扩孔台阶, 或由于泥浆质量不稳定造成岩屑堆积在孔内而放生管道回拖遇卡现象.

应对措施:在回拖前做好管道解卡的应急措施准备。一旦发生管道回拖遇卡的情况, 我们将及时地安装动滑轮组, 将其与回拖管道的尾部连接, 将管道及时从孔洞中拽出, 重新进行修孔和清孔作业, 在钻孔顺直平滑后, 并将岩屑清除干净后在进行回拖作业。

钻具断裂

岩溶和裂隙经常会引起扩孔扭矩的突然变化, 应力瞬间集中在钻具的某一点上从而造成钻具断裂, 钻具疲劳是发生钻具断裂的一个主要原因。

应对措施:在管道回拖前对参与回拖的钻具再次进行无损检测, 确保钻具完好无损, 回拖一次成功。

三、泥浆质量不稳定造成穿越失败

泥浆质量的不稳定是造成卡钻、回拖遇卡的最主要原因, 为了保证鲤鱼江定向钻穿越施工的顺利进行和成功回拖, 必须保证泥浆质量的稳定。

根据规范及地层特征, 确定整个工程施工期间泥浆粘度稳定保持到75s-80s, 现场用马氏漏斗测量, 每两小时测一次。配比用一级膨润土加上环保型增粘剂及堵漏剂, 配出高效护壁、润滑等特殊性的泥浆。

为了确保泥浆的性能, 使膨润土有足够的水化时间, 配备泥浆快速水化装置, 并在现场设置蓄浆池, 规格为30m×15m×2m。根据现场实际情况, 增加泥浆罐数量或新增蓄浆池, 满足高质量泥浆配比需要。

四、同孔回拖保证管道防腐完好和回拖顺利施工的关键点

1. 泥浆粘度75s-80s, 并保持稳定, 以有效携带岩屑, 保持钻孔干净。

2. 扩孔至管道外径总和的1.5倍以上, 使钻孔有足够的空间容纳输气管道和光缆套管。

3. 使用多个扩孔器串联修孔, 使钻孔平滑顺直, 防止回拖遇卡和刮伤输气管道防腐层。

4. 光缆套管焊口补口, 防止焊口刮输气管道防腐层。

5. 光缆套管分别单独安装万向节的方案, 使光缆套管在有旋转应力时可以沿自身轴线自转, 而不会缠绕到输气管线上。

6. 全程使用滚轮支架发送管道, 防止损坏防腐层。

双管同孔穿越是定向钻施工过程中的一种新型施工方式。目前广西境内多条河流、等级公路和铁路在定向钻穿越中均采用双管同孔穿越, 同孔穿越应该避免管道在回拖过程中相互缠绕、刮擦和挤压, 能够实现双管同孔穿越。

摘要：西气东输二线支线工程中的广西支线某定向钻穿越, 由于地质情况复杂、岩溶发育严重, 在勘探的24个探孔中, 其中揭露溶洞的探孔有8个, 占总数的33.3%, 且大部分为半填充溶洞, 定向钻穿越施工风险很大。极可能发生输气管道和光缆套管不能同时穿越成功的情况, 为保证工程按期投产, 提出将输气管道与光缆套管变为同孔回拖的方案.

关键词：定向钻穿越,地质复杂,溶洞,双管同孔穿越

参考文献

[1]《油气输送管道穿越工程设计规范》GB 50423-2007.

[2]《输气管道工程设计规范》GB 50251-2003.

[3]《油气输送管道穿越工程施工规范》GB 50424-2007.

水平定向钻穿越技术论文 篇7

1 长输管道定向钻穿越施工技术的主要优势

传统管道施工过程中需要开挖管道路线后再进行埋管,这种施工方式很容易破坏周围自然环境,而且对于地质也具有很高的要求。长输管道定向钻穿越技术是一种新兴的管道施工技术,对于环境的破坏比较小,这主要是由于施工人员在实际施工之前全面调查、了解了周围施工环境状况,而且应用了定向钻技术,因此基本上不会影响到其他建筑物。长输管道定向钻穿越施工技术直接在地下钻孔,管道铺设的针对性更强,这样可有效确保管道公共质量。长输管道施工过程中,对于环境并没有很高的要求,而且在实际施工时并不会影响到河流通航,也不会破坏江河的植物以及堤坝,更重要的是这种施工技术的施工周期相对比较短,有利于提高工程建设效益。如果在陆地施工工程中采用定向钻穿越技术时会把管道敷设在地下3m以下,这样道路压力基本上不会破坏管道。假如是江河以下施工的话,管道穿越深度在合川的10m以下区域,腐蚀性不高,可以很好的保护管道。由此可见,相对于传统的管道开挖施工技术而言,定向钻穿越施工技术的优势更突出。

2 长输管道定向钻穿越施工技术要点分析

2.1 施工前预制技术

长输管道定向钻穿越技术包括两个阶段:按照设计路线通过定向钻安装一个导向孔,然后再适当扩展这个导向孔,慢慢的完成长输管道穿越工作。在整个施工过程中,一定要高度重视钢管预制技术,选择在钻孔部位5m的地方预设一根大概5m左右的管道预制品。全面检测其外观以及质量确定没有损坏,质量合格后一定要进行严格的封闭性检测以及耐压性检测。而且正式进行定向穿越前应该做好接口的反腐处理,最后还需要进行防漏检测,以备不时之需。假如管道预制的过程中有场地方面的限制,可以采用连接多个管道的方式铺设管道,这个过程中也应该注意加强管道预设技术管理。其次,钻导向孔过程中,管道穿越程序对于整个管道路线布局以及管道施工质量会有直接的影响。因此,导向孔安装之前一定要结合管道建设中提出的地质要求选择合适的地下泥浆马达、导向板以及钻头等材料,穿越施工时,钻头不断往前穿越的过程中一定要时刻都检测钻孔方向、钻孔大小等,确保可以严格根据导向孔路线进行管道穿越。

2.2 管道焊接以及泥浆控制

长输管道施工的过程中常常会受到多方面因素的影响,在管道铺设的过程中常常会牵涉到管道焊接,因此一定要加强焊接环节质量控制。焊接的过程中,一定要选择具有较高技术水平的焊接工人进行操作,严格控制焊接环境大于0度,而且应该严格控制风速为8m/s,假如风速比较大的话一定要采用适当的防风处理,从而确保营造一种良好的焊接环境,可以一次性成功焊接。回拖管道的过程中如果可以合理利用管道连接技术对于确保可以成功实施定向钻穿越技术具有极其重要的现实意义。实施管道穿越技术的过程中对于泥浆具有很高的要求,流过泥浆如果流行状况不好可能会导致钻机中途停顿,这样会对施工质量造成很大的影响,同时也会导致孔内沉积泥土和钻具,不利于管道回拖的顺利开展。管道回拖的过程中一定要仔细观察泥浆运行情况,合理利用泥浆循环处理系统、制浆系统等,适当调整泥浆浓度,确保其比例可以达到相应的施工要求,这样也可以确保充分利用各种资源,尽可能避免污染环境。

2.3“多接一”工艺

“多接一”技术目前被广泛应用到长输管道定向穿越施工中,成品管道回拖后衔接另一成品管道守卫的过程中,应该先暂停回拖,焊接、修复预制管道,并且检测预制管道防腐性等,完成这些工作后再继续回拖,最后再根据预设路线铺设管理。“多接一”工艺施工的过程中为了防止时间过长造成钻机卡钻,出现巨大损失,一定要控制实施“多接一”技术的时间在5h以内,保证可以全面落实各项工作。“多接一”环节中焊接耗费时间是最长的,因此在实际施工过程中一定要严格控制焊接时间以及焊接质量。控制以及规避“多接一”回拖定向风险的时候,一定要做好施工技术控制和管理,这为长输管道工程顺利施工打下良好基础。

3 进一步完善长输管道定向钻穿越施工管理的策略

3.1 加强施工技术人员的管理

相对于传统管道开挖施工而言,长输管道定向钻穿越施工技术难度更大,而且施工过程比较复杂,因此要求相关施工人员也要具备较高的素质。长输管道穿越施工过程中会遇到山川水域、大江大河等比较复杂的自然因素,因此施工人员的工作难度比较大,这就要求施工人员一定要具备乐于奉献、吃苦耐劳的精神。正式进行长输管道定向钻孔施工技术之前,一定要强化控向人员的素质培训,不断提高工作人员的整体素质,而且应该做好各环节施工人员之间的相互配合工作,避免由于人为错误判断而出现穿越路线偏移等严重失误,对管道施工进程造成严重影响。

3.2 加强施工过程质量管理措施

正式进行长输管道施工的过程中,一定要密切注意气象信息,防止在大风、大雨等恶劣天气施工而对施工质量造成影响。而且应该注意当地环境以及气候,防止管道及焊接过程中会由于大风、暴雨等恶劣环境操作会受到腐蚀,为此也应该做好潮湿施工环境的防护管理措施,可以改在天气好的时候施工或者专门建立一个防雨棚。介于长输管道钻穿技术具有一定的特殊性,因此在实际施工过程中一定要严格遵循相应的施工标准,实际施工时也需要做好预设技术检测,仔细检查施工技术标准有没有达到管道穿越设计过程中要求达到的标准要求。选择材料的过程中,相关人员也应该严格把关,确保其质量达到长输管道定向穿越施工提出的技术标准。其次,一定要严格管理焊接程序以及防腐蚀程序质量,实施“多接一”技术的过程中因为增加了节段布管,因此一定要注意做好焊接工艺,焊接过程也应该合理控制环境以及温度,尽可能避免外界环境造成的干扰,不断提高焊接合格率。

综上所述,长输管道定向钻穿越施工可以克服传统开挖管道施工破坏环境的缺陷,但是该种施工技术施工过程中会面临复杂的施工环境,因此施工风险较大,一定要严格加强定向钻穿越施工技术以及质量管理,有效确保整个工程施工质量。

参考文献

[1]汪杰,陈晨.定向钻穿越施工风险防范措施[J].管道施工,2013,15(09):14-19.

[2]石崇东,杨碧学.油气管道定向钻穿越勘查设计和施工中存在的问题及对策[J].中国工程建设,2014,13(18):18-21.

[3]郭请元,曾强,康升蓝.长输管道定向穿越施工技术和管理探讨[J].管道施工技术,2013,22(67):57-58.

[4]曾强,陈杰,亢会明,康胜.油气管道定向钻穿越勘察设计和施工中存在的问题及对策[J].石油工程建设.2012(01).

水平定向钻穿越技术论文 篇8

忠县—武汉输气管道是国家的重点基础设施项目,沿途经重庆市、湖北省16个县级以上行政区,管道长718.9km,包括支线总长1 347.3km。工程中定向钻穿越河流42处,其中的城陵矶大堤、汉江分洪道等大型定向钻穿越属关键控制性工程,具有地质复杂多样、穿越距离长、施工难度大等特点。由于开工前做了充足的技术准备,得以顺利解决了施工中的技术难题。

2 复杂地质条件下长距离钻进技术

2.1 穿越精度控制

为保证穿越位置的精度,使穿越管线的敷设完全符合设计要求,前期的测量定位、各项控向参数调校的精度是密不可分的。施工时使用新型拓普康全站仪进行桩点测量放样,对穿越桩点进行加密定位,同时采用石油物探专用的高精度GPS全球定位技术对放样点进行校核,确保数据准确。

穿越过程中全程最大范围的使用人工交流磁场,选用行业内公认的VECTOR公司高精度的控向系统及其P2控向软件,减小系统误差,提高穿越精度。

2.2 科学选配钻具

施工中如汉江分洪道穿越长距离通过以中风化砂岩为主并夹杂粉质粘土、粉砂的复杂软硬夹层地层时,如何穿越并保证导向孔曲线的平滑减小DL弯成为关键,经过科学分析结合以往的各类地质施工经验,选用泥浆马达+保径好和牙轮轴承寿命长的537型宽齿牙轮钻头的钻具组合,解决了长距离钻孔当中由于地质构造变化频繁、地层分布极不规则所造成推力传递损失的问题;长距离穿越(1km≤一次穿越距离≤1.6km)钻杆前800m采用S-135型5″钻杆,其它采用S-135型5-1/2″钻杆,避免长距离穿越因推力过大时钻杆发生弯曲产生施工风险。穿越时每500m～800m间加设喷浆短节,确保导向孔空洞充满泥浆润滑,减小钻杆摩擦阻力。

2.3 助推保护套管

由于穿越时入土段部分钻杆在地面处于悬空状态,长距离穿越角度调整时推力增大钻杆易产生弯曲变形,推力传递不畅时角度变化无规律,无法按设计曲线控制穿越轨迹,采用助推保护套管辅助技术在入土点侧将∅273mm×10mm的钢管沿钻杆推入地下20m～30m距离(见图1),控制钻杆弯曲量在最小范围内,减小推力损耗,使推力传递顺畅,达到合理操控钻进轨迹的条件。

2.4 合理调整泥浆、钻速与曲线的关系

针对变化不规则的地层和曲线要求,合理调整钻进速度,控制泥浆的压力和排量,以排量控制钻速,使曲线角度的改变符合规范要求。当在岩层中钻进时阻力大、泥浆马达的动力要求高,需提供大于300psi(100psi=7kg)的泥浆压力;反之,当在粘土层中钻进时,地质较软,需用小于150psi的低压力钻进,确保穿越轨迹的角度变化控制在设计和规范要求之内。

2.5 建立科学泥浆体系

鉴于在岩石、土层交错的复杂地层中穿越难度大,如何优化泥浆配比,提高携砂能力,将直接影响穿越的成败。借鉴国外先进技术成果和成功的施工经验,针对不同地质特性,建立了科学的泥浆体系,以钠基膨润土为主,配合使用CMC、PVC等一系列添加剂,显著提高泥浆的携砂能力。根据采购的不同厂家各类泥浆添加剂,在4%的钠基膨润土的基础上,加入不同量的C M C和P V C进行基本的性能参数测试;分析表1的实验数据可以看出,当CMC加量增加时,表观粘度和动切力增长较快,失水量明显降低。

备注:AV—表观粘度,PV—塑性粘度,YP—动切力,FL—滤失量,MF—漏斗粘度

1)当C M C加量为0.3%时,塑性粘度为10mPas,动切力为14.5Pa,漏斗粘度为60s,滤失量也不太大,在岩石段地层进行穿越时,可以满足泥浆携带岩屑的技术要求。

2)C M C加量为0.4%时,塑性粘度为9.5mPas,动切力增加到了22.25Pa,漏斗粘度达92s,同时滤失量只有11.6mL,既能有效地维护孔壁稳定,并可通过返浆及时将切屑携带出地表,还能抑制其中部分具有流塑特性的粉质粘土和粉砂的分散,可以满足该地层穿越施工技术要求。

本次工程的泥浆体系根据穿越的不同地质段进行调整,按照泥浆体系测试数据进行配比,因此具有表观粘度高、泥浆的流动性好且动切力高特点。由于泥浆体系建立科学有效,穿越孔径清洁、畅通,顺利完成了钻孔及管道回拖。

3 跑冒泥浆控制

定向钻穿越施工过程中发生跑冒泥浆现象较普遍,极易造成污染,影响环境,预防和控制处理跑冒现象是定向钻穿越急需解决的技术问题。其主要成因:(1)地层本身存在裂隙或地下植物根系发达;(2)钻进过程泥浆压力失衡;(3)穿越参数选取不合理。

科学分析跑冒浆现象的产生原因,采取分类预防和事后控制相结合,可以取得理想的效果。

3.1 采用泥浆添加剂增加堵漏效果

对于地层本身存在裂隙或地下植物根系发达地段,泥浆配制中添加堵漏性化学试剂,使之渗透至地层裂隙中或植物根系周围形成封堵;增加泥浆的相对密度(比重)和其它性能指标,使孔壁形成坚实泥饼有效护壁,有效增加漏失通道的流动阻力,产生封堵效果。

3.2 采用计算机软件控制钻进压力平衡

为避免由于泥浆压力过大破坏地层稳定,诱导地层裂隙产生冒浆现象,采用自行开发的以防治冒浆为主要目的的泥浆智能计算软件,不仅可以根据地质资料查询各穿越岩土的性质及获得各穿越点处的临界破坏压力,更重要的是在施工之前可根据各穿越点处地层的临界破坏压力、泥浆沿程阻力损失及压力分布曲线,做出施工过程中是否冒浆的判断。在施工过程中,指导泥浆的配制设计,帮助完成泥浆泵量与钻速合理匹配操作,避免冒浆。

3.3 优化穿越参数减少冒浆发生

经过设计单位认可后对穿越轨迹进行优化,使穿越轨迹避开不利的或易产生冒浆的地层;同时在保证穿越长度不变的原则下,调整曲率半径加大穿越管道埋深,管道覆土厚度的增加可有效降低冒浆情况的发生。

3.4 跑冒浆的堵漏控制

定向钻穿越施工中出现局部小范围冒浆现象,采取专业堵漏措施有效进行控制。

1)防“管涌”法在冒浆范围内进行三级导滤,杜绝了砂粒外冒,减少了对地层的破坏。

2)芦柴反滤层在散浸部位上,先铺稻草一层,实厚5cm,上铺芦苇厚10cm～20cm,盖草袋1层或铺1层稻草,然后填土夯实;所铺芦柴或稻草,一定要露出外面,以便排出渗水。

3)砂石反滤层先将冒浆部位面层湿土挖除厚约30cm,再回填粗砂1层,厚15cm～20cm,上盖碎石1层,厚10cm～15cm,再盖2cm粒径的碎石1层,厚约10cm～15cm,最后盖上小片石1层,让渗水从片石隙缝流入附近的滤水沟。如果需要培厚的话,在片石上盖上1层草袋,再在上面填土。

应用以上各项技术措施,忠武输气管道定向钻穿越施工时有效的减少和控制了跑冒泥浆现象,为成功穿越河流提供了安全保障。