陕西华伟建设：复杂地层下定向钻穿越技术的探讨

引言

如何解决复杂地层的穿越技术和降低风险，确保施工质量，成为工程成败的关键。本文结合洋浦一马村成品油管道工程$306定向钻穿越项目，针对“黏土一岩石一黏土”的台阶状地层及大厚度大粒径碎石堆积层的复杂地质情况，介绍了从提高技术精度出发，通过串联扩孔器以达到修正孔洞的方案，成功解决了该类复杂地层的穿越技术难题。

4 定向钻穿越工序

4.1施工前准备

① 出、入土点选择。出入土点选择见穿越平面图1。图1 穿越平面图

图1 穿越平面图

 

② 穿越底层选择。

按照规范设计要求管道穿越层距路面垂直距离为7m，穿越层为风化玄武岩石层，岩石多裂隙碎块。

③ 穿越曲线设计。

穿越管段的出、入土角应根据穿越地形、地质条件和穿越管径的大小确定，入土角控制在12°，出土角控制在8°。穿越管段的曲率半径以1500D为宜（D为穿越管段外径）。

④ 钻机选型。

钻机设备的能力按设计穿越长度计算，故对穿越长度为281m的穿越进行钻机回拖力核算。

其中：

F——计算回拖力；

I一穿越长度；

D—— 管道外径（包括防腐层厚度）；

Ds一钢管外径；

ds一钢管内径；

δ——钢管壁厚；

γs——钢管容重，7.85x104N；

γ1——泥浆重度，取12kN／m；

f——摩擦系数，一般在0.1～0.3之间，取0.2：

K—— 粘滞系数，一般在0.01～0.O3之间，取0.02。

经计算：回拖力F=147kN。

根据国内以往的施工经验，一般设计时取回拖力的值为计算回拖力的1.5～3倍，本工程取2倍的安全系数，设计回拖力取值为不小于294kN，即选取回拖力大于294kN的钻机即可进行本次穿越。

本穿越工程安排施工钻机为68T，***大回拖力为680kN，满足施工需要。

⑤光缆穿越。

本工程与管道同沟敷设有一条通信硅管。在定向钻穿越河流时，为保证通信光缆顺利、安全通过，光缆采用加套管进行穿越，光缆在套管内通过。光缆套管采用φ114x6.4 20#无缝钢管，3PE防腐层。本次穿越硅管与线路一同采用定向钻穿越。

⑥ 管道穿越断面图，如图2所示。

 

图2 管道穿越角度示意图

4.2定向钻穿越

4.2.1定向钻施工工艺流程

使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：***阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。

4.2.2钻导向孔

① 制定详细周密的导向计划，曲线半径要大于钢管的弯曲半径。经计算，管道穿越管段曲率半径以1500D为宜（D为穿越段管道外径）。

②把好控向关。在导向孔钻进过程中使用无线控向系统，在出入土两侧和沿途做好标记，每根钻杆至少要测量一次数据以保证在整个控向过程中及时纠偏，从而达到曲线要求。

③ 导向孔钻进精度目标：导向孔曲线与设计曲线的偏移差半径不大于0.3m：出土点沿设计曲线应不大于0.3m，***大不超过0.5m；横向偏差应不大干0.3m，***大0.5m。

④导向施工周期：2015／1／15-2015／1／19，长度300m。

4.3分级扩孔

因管道穿越段有黏土层和玄武岩石层，所以根据穿越管线的管径大小（φ323.9x7.9 mm）选用了φ400 mm、φ500mm和***00 mm三种回扩器对导向孔进行三级反向扩孔，既各回扩器各扩孔一次。每一级扩孔采用均匀旋转回拉和高压水射流相结合的方法，这样既能保证扩孔壁的厚度，又能排除过多的泥土；既能达到顺利拉管的目的，又能保证穿越之后被挤压的泥土在应力作用下自然回弹，使孔内不留下孔隙，地面不发生沉降。

① 扩孔的具体操作顺序如下：

导向孔施工完成→4O0 mm扩孔器扩孔→ 500 mm扩孔器扩孔→ 600 mm扩孔器扩孔。在实际施工时，可以根据施工现场的情况酌情增加扩孔的次数，但必须满足工程技术规范的要求。

② 回扩钻孔时流量计算与速率控制。回扩钻孔时，泥浆流量的大小是保证钻头在孔内充分破碎地层和排屑的前提，在计算时考虑钻孔的大小，回扩头的直径，回扩的速度来控制，在钻进过程中，泥浆流量与钻进速率成正比。

③ 钻孔回扩时的泥浆控制。在回扩钻进是时钻孔内泥浆的返流情况一直我们应注意的问题，泥浆返流是反映钻孔内成孔与清淤的好坏的***标准，回扩时我们应注意以下几点：

1）在配制泥浆时，一定要按照泥浆的指标进行配制，并派专人进行监管。

2）返出的泥浆要及时排出，保障孔内泥浆的流出通道，并且及时清理流动过程中的淤泥。

3）在钻进过程中，不断根据钻孔中泥浆的返流情况来确定泥浆量的大小，避免在钻进过程中出现液压锁。