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岩层水平定向钻进铺管施工工艺


岩层水平定向钻进铺管施工工艺 在短距离穿越工程中的应用
关键词:岩石钻机、页岩、风化岩、水平定向钻、山区、短距离 导读: 岩层水平定向钻进铺管技术是目前水平定向钻进铺管施工技术 的热点和难题。 我国地域辽阔,不少区域的地层是由岩石构成,因此对 岩层水平定向钻进铺管施工工艺进行研究显得尤为迫切和必要。 我公 司地处皖南山区,本地的地层大多有岩石、页岩、风化石构成,岩层 水

平定向钻进铺管施工工艺在本地区显得其为重要。 本文针对岩层水 平定向钻进铺管施工工艺在短距离穿越工程中的应用作简单的介绍。 概述: 近年来,随着国家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 挖行业如日中天,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, 本讲的内容是根据皖南山 区穿越工程特点和我公司对岩石穿越技术的理解, 对现有岩石导向方 案加以总结,同时对岩石扩孔技术加以探究,希望能够对业界同仁能 有所帮助。下面以皖南某地燃气管道穿越工程为例作简单说明。 工程简介: 池州市东外环(清溪大道-大学城)中压天然气管道工程,本次 燃气管道安装工程中有 13 处需用水平定向钻进铺管施工工艺进行铺 设。 经过我公司组建的勘查小组现场勘查结果其中有 4 处需用岩层水
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平定向钻进铺管施工工艺进行铺设, 每段长度从 45 米到 300 米不等。 施工组织: 项目组织机构 针对本工程规模、特点和技术要求,我公司选派施工经验丰富、 责任心强、曾多次承建燃气管线工程施工的项目负责人,配备技术水 平高的技术人员,组建导向钻进燃气拉管项目经理部,具体组织机构 如下: 项目经理 :章海云

生产副经理 :钱彬

技术负责人

:程晋双

工长 钱 彬

材料员 踞 珂

技术员 毛 宇

质检员 豆省委

安全员 周勇

管线 勘察 队

拉管 施工 队一

拉管 施工 队二

工作 坑施 工队

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专业施工队与人员构成: 2 专业施工队与人员构成: 组建操作水平较高的专业施工队伍:导向钻进铺管队,确保工程 的高效、高质量并按期完成。每支专业队人员构成如下表:
管线勘察队 负责人 管理人员 测量工 电工 焊工 机械工 壮工 2 4 程晋双 2 2 1 拉管施工队一 钱彬 1 2 1 1 2 8 拉管施工队二 张光耀 2 2 1 1 2 8 工作坑施工队 杨金生 1 2 1 2 2 8

所用主要机械设备和仪器: 3 所用主要机械设备和仪器:
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 设 备 名 称 管线探测仪 非开挖钻机 钻杆 导向泥浆马达 回扩、拉管钻具 泥浆泵 导向仪 对讲机 经纬仪 水泵 Eclipse Motorola 索佳Ⅲ Ⅲ BW-500 规 格 数 量 1套 2台 200 根 1套 各1套 1台 1套 2对 1套 10 台 RD4000 ZT-25 3m×Φ73mm Ф90mm Ф320、Ф420

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施工方法 钻机由地面导向穿过探坑钻进到接收坑位出土。 然后回扩孔至探 坑,扩孔完成后,由接收坑开始回拖管线至探坑完成管线铺设作业。 本次工程有 4 段岩石钻进,现以 300 米段施工方法做简单说明。 1 管线探测、测量放线 由专业管线探测、测量人员将施工现场地形及地下管线测绘成 图,并按照设计图纸将拟铺管线位置、探坑位置测放到施工现场,固 定好定位桩。 2 水平导向孔钻进泥浆马达导向钻进法 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。适用 于各类地层。泥浆马达也称螺杆钻具,一般与牙轮导向钻头和有线或 无线探棒仓配合使用。正常钻进时,钻杆与马达一起旋转,打直孔; 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%之间,根据管线设计轨迹曲率不同选择不同的弯角。

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针对此段工程特点,我们选择泥浆马达钻进系统完成导向作业。 导向施工是将钻机放在地面, 进行导向施工, 首先将泥浆马达连接好, 连接顺序:牙轮导向钻头与泥浆马达转子连接,导向仪器舱连接在马 达后面,然后连接钻杆。仪器探棒安装在导向仪器舱里,调整仪器方 位角 12 点的位置与马达造斜弯点的方向一致;再将钻杆按预先设计 好的位置固定,按入射角 20%钻进,并严格按设计轨迹钻进到斜槽,调 平钻杆进行拉管段导向孔施工,一定要保证导向的科学合理。 导向孔的钻进先在地面沿钻进方向测放标高点,每 3 米一个,再 按预先设计的钻孔轨迹在 Eclips 导向探测仪监测下进行钻进,导向 探测仪跟踪测量每钻进 3m 钻头的实际位置,若发现钻孔轨迹与设计 轨迹不符时,立刻进行纠正,保证钻孔的准确性,并做好记录;控制 坡度利用导向仪的测得的深度、倾角(最小增量 0.1%) 、面向角等值, 控制钻机钻进及泥浆供给,确保坡度的准确性。 3 回岩石扩孔钻进 导向孔钻完以后,就要根据管道直径大小进行扩孔了(本次管材 为φ250 燃气 PE 管) 。本段工程距离 300 米,扩孔排渣要求高,选用 岩石扩孔器选用固定牙轮式扩孔器。 牙轮式扩孔器的优点: 水力破岩、 排渣顺畅,减少岩渣堆;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。

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当导向钻头到达下管探坑以后,在钻孔轨迹与设计轨迹符合时,及 时停止泥浆给进及钻进,挖好集水坑,当预扩孔至Ф420 孔径后(本 次拉管不加套管,应甲方的要求,加清洗孔一遍) ,再做好拉管头, 依次连接扩孔钻头、分动器、拉管头,拟铺管线。拟铺管线在场地全 部焊接起来,管直接放置在地面上,一次性拉管完成。 4 泥浆配制与控制 钻进中使用的定向钻专用泥浆可冷却、润滑钻头,软化地层,辅 助破碎地层、调整钻进方向,携带钻屑,稳定孔壁,回拖时润滑管壁。 配制泥浆应使用中性水,保证泥浆中无固结物质存在,以防堵塞 导向钻具及扩孔钻头上的水眼,还要注意水化时间,还要根据工序及 地层按比例添加纯碱等泥浆添加剂,及时调节泥浆的粘度、比重等指 标,确保泥浆性能可靠。回拉管时除了控制泥浆的粘度、比重等指标 外,还要根据返浆情况:泥浆携带的钻屑粒径、粘度、返浆量控制泥 浆泵的流量及压力;由于回拉管需要的钻进泥浆量大,应预先准备不 少于 5 立方的泥浆,存放在泥浆池内,随时根据使用量补充。管线下 减小泥浆压力、流量,放慢拉管速度。 泥浆的选择、配比以及使用说明:本次工程施工选用由铜陵纳基 膨润土技术开发有限公司生产的 API 高效膨润土, API 高效膨润土性能:高浓缩,高造浆率、易于混合,低固相含量,高 悬浮力,清除输送钻屑,冷却润滑钻具,稳定钻孔 。

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API 高效泥浆产品参数: 产品 产品描述 造浆率(bbl/ton) 滤失量/cm3 胶凝强度(10min) 含沙量(%) ZH801 高造浆率型 220 <10 >10 <1.5

高效土用于不同地层配比方案:一般地层:15-30 公斤/立方;砂砾 地层:30-42 公斤/立方;高漏失地层:42-48 公斤/立方。

后语:

岩层水平定向钻进铺管施工工艺 穿越工程是一项高风险
的系统工程,对钻机的穿越能力、钻机的固定、钻具的选择、导 向系统的选择以及穿越过程中各个环节的配合有很高的要求。 在 施工过程有效的解决各个环节出现的技术难点是整个穿越工程 的关键。

合肥隆科兴非开挖工程有限公司 工程技术部:程晋双 2010 年 9 月 5 号
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