四川益謙建筑工程有限公司
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1、施工準(zhǔn)備
1.1測量放線
根據(jù)施工圖、設(shè)計(jì)控制樁進(jìn)行測量放線，定向穿越往往是施工困難地段，測量時入土點(diǎn)、出土點(diǎn)兩點(diǎn)大多不能通視，屬于放線的特殊段處理。操作過程中，定好了出、入土點(diǎn)，***需要利用坐標(biāo)控制，來回倒點(diǎn)，將入土點(diǎn)、出土點(diǎn)之間的直線在現(xiàn)場標(biāo)出。而且，定向穿越對測量放線的精度要求高，這***需要在操作過程中精益求精，盡量減少人為操作誤差，主要控制手段有：
①在測量木樁上畫交叉點(diǎn)，定樁定向時使用對中桿；
②進(jìn)行多次測量來減少誤差——“一定二測三校驗(yàn)”；
1.2控向參數(shù)的設(shè)定
控向參數(shù)是定向鉆穿越工程成功的關(guān)鍵工序，是定向鉆穿越必不可少的步驟。在施工前，根據(jù)穿越管道的設(shè)計(jì)位置（包括入土點(diǎn)和出土點(diǎn)、入土角和出土角）來測定管道穿越的中心線，并在入土側(cè)和出土側(cè)分別標(biāo)示出中心樁。利用探頭在該中心線上測定穿越施工中需要的各種初設(shè)參數(shù)，為穿越施工提供基準(zhǔn)。首先將探頭安放在兩根帶有“V”型槽的木條上，將探頭和接口單元、控制電腦和電源（110V 交流）連接起來。電源以后，開啟接口單元上的供電按鈕，給系統(tǒng)供電，通電以后探頭會將獲取的定位參數(shù)傳輸?shù)浇涌趩卧ㄟ^接口單元再傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)顯示屏上會顯示探頭的各種參數(shù)和當(dāng)?shù)氐卮艌鰪?qiáng)度和地磁夾角，為了測量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，應(yīng)將探頭放置在無外界磁場干擾的地方（包括作業(yè)人員、高壓電纜、通訊電纜和其他金屬等），而且要使探頭遠(yuǎn)離這些障礙物至少60m，探頭不能直接放在地面上，并盡可能的離地面高些。探頭放置在V型木架上時，方位角的測定過程中，應(yīng)按入土端、出土端分組測量，每組將探頭順時針旋轉(zhuǎn)90°和180°進(jìn)行多次測量。測量完成以后，利用測量所得的數(shù)據(jù)計(jì)算值，通過每組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來判定探頭誤差。誤差值如果在規(guī)定范圍之內(nèi)，證明探頭精度復(fù)合工程需要，可以使用。如果誤差值超出比較大，應(yīng)將探頭送廠家進(jìn)行校正和修復(fù)，如果誤差值超出規(guī)定值較小，可以在測定參數(shù)時進(jìn)行修正。（附注：方位角：定向穿越直線與地球磁場北極的夾角。順時針為正，逆時針為負(fù)。）
1.3導(dǎo)向孔軌跡的控制設(shè)計(jì)
施工前要根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及穿越管的管徑、長度設(shè)計(jì)出***優(yōu)化的導(dǎo)向鉆進(jìn)的軌跡，在長距離巖石地層穿越曲線的設(shè)計(jì)時，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，適當(dāng)?shù)胤糯蟠┰角€的曲率半徑，這樣使穿越曲線比較緩和，并在控向過程中有更大的空間對穿越軌跡進(jìn)行校正。
設(shè)計(jì)穿越軌跡時一般要考慮三方面的要求：
①鋪設(shè)管線的深度和水平距離；
②避開的地下障礙物和石塊等復(fù)雜地層段；
③鉆進(jìn)角度或出鉆角度的弧度變化控制。
1.4泥漿配制
泥漿是定向鉆穿越工程中非常重要的因素，泥漿一般由水、膨潤土及泥漿添加劑等配成，根據(jù)穿越工程的實(shí)際情況，泥漿的成分配比需要作適當(dāng)調(diào)整。如果地質(zhì)情況復(fù)雜、穿越直徑和長度較大，對泥漿的性能要求***比較高，相應(yīng)要采取不同的措施，以確保能夠穿越成功。
①泥漿應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃有?，攜帶鉆屑能力要強(qiáng)，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態(tài)，通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面。
②泥漿應(yīng)該有比較強(qiáng)的護(hù)壁作用，能夠提高孔壁的穩(wěn)定性，尤其對于孔徑較大、容易坍塌的地層，更應(yīng)如此。
③泥漿應(yīng)該具有較強(qiáng)的潤滑性能，為管線回拖提供有效的潤滑作用，特別是當(dāng)穿越長度較長，加入潤滑劑降低摩擦系數(shù)可以降低管線的回拖力。
④在穿越經(jīng)過不同地層和穿越施工的不同階段，調(diào)整泥漿的壓力和流量，滿足穿越施工的需要。
2、施工過程工藝的技術(shù)控制
2.1導(dǎo)向孔
導(dǎo)向孔曲線控制至關(guān)重要，根據(jù)穿越地層的類別選擇***優(yōu)的鉆具組合，在巖石施工過程中針對巖石層強(qiáng)度高可采用：（三牙輪鉆頭＋動力鉆具＋探棒室＋無磁鉆鋌＋加重鉆桿＋普通鉆桿）的鉆具組合在施工過程中總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：
①定向鉆穿越距離長時，摩擦阻力增大，鉆機(jī)推力不易到達(dá)鉆頭，點(diǎn)可采用了套管技術(shù)和使用加重鉆桿配合鉆進(jìn)的措施，能夠有效提高鉆進(jìn)效率同時也防止鉆桿因距離長在井口及粘土層部分變形、失穩(wěn)。
②由于巖石地層地質(zhì)比較堅(jiān)硬，打?qū)蚩讜r鉆進(jìn)困難，我們使用泥漿馬達(dá)作為動力鉆具，其運(yùn)轉(zhuǎn)******依靠泥漿驅(qū)動。由于泥漿壓力大，流速快，對控向線的接頭的絕緣收縮套不斷地沖刷，使其與鉆桿內(nèi)壁反復(fù)摩擦而破裂，形成短路或斷路，造成信號中斷。在打?qū)蚩讜r，通過泥漿的鉆桿內(nèi)腔加設(shè)擋圈緩解泥漿對控向線的沖擊力保護(hù)控向線，可有效防止由于控向線破損而丟失信號，此措施有良好的效果。
③鉆導(dǎo)向孔情況分析地面設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。此次導(dǎo)向孔距離長地層復(fù)雜,巖屑與鉆壓．扭矩．機(jī)械鉆速．壓力等地面儀表都能直接反映井下情況，打?qū)蚩讜r應(yīng)密切注視，特別是扭矩．泵壓．機(jī)械鉆速和巖屑,記錄導(dǎo)向過程中的重要數(shù)據(jù),分析判斷地層的變化。
④泥漿的配制。泥漿除有清洗、冷卻鉆頭，攜帶巖屑和輔助破巖的功用外，主要目的是保護(hù)井壁。清潔的井底不僅能提高鉆進(jìn)速度，而且可減少鉆頭的磨損，我們根據(jù)不同地層配制適合地層的泥漿，在打?qū)蚩讜r嚴(yán)格控制泥漿的粘度、比重、排量、壓力的大小，以泥漿為輔助配合系統(tǒng)，調(diào)整泥漿配制比率，發(fā)揮泥漿在控向中的作用，使穿越曲線做到“平、滑、圓、緩”。
⑤導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時候，很難摸到規(guī)律，施工時，在施工規(guī)范允許的范圍內(nèi)，及時調(diào)整每根鉆桿鉆進(jìn)速度，控制每一根鉆桿的控向參數(shù)，******每一根鉆桿的偏差量為***小值，因?yàn)槿绻麑?dǎo)向孔偏差過大，在抽出部分或全部鉆桿重新鉆進(jìn)糾偏時，鉆具很難脫離原孔鉆制新孔，即便能夠鉆進(jìn)新孔，也會在原孔、新孔交匯處形成折角很大的曲線，無法滿足管道的穿越曲率半徑要求。
2.2預(yù)擴(kuò)孔、清孔
預(yù)擴(kuò)孔前，應(yīng)制定優(yōu)化的擴(kuò)孔方案，根據(jù)設(shè)備能力、地層條件和現(xiàn)場的情況來確定******擴(kuò)孔直徑和擴(kuò)孔次數(shù)，（***終的擴(kuò)孔直徑應(yīng)該是待鋪管線直徑的1.25～1.5 倍）。預(yù)擴(kuò)孔時選擇合理擴(kuò)孔器類型和直徑的大小，根據(jù)上一次擴(kuò)孔的情況確定下一級的擴(kuò)孔方式。
①巖石擴(kuò)孔器的選擇要點(diǎn)：
根據(jù)穿越地層的類型選擇巖石擴(kuò)孔器：穿越地層的類型是正確選擇巖石擴(kuò)孔器的尺寸和型式的重要因素，軟巖地層擴(kuò)孔時允許使用更大直徑的擴(kuò)孔器和更少的擴(kuò)孔次數(shù)，相鄰兩級擴(kuò)孔器的尺寸差距也可以更大，級差100～200mm；硬巖地層擴(kuò)孔時要求的擴(kuò)孔直徑變化不能太大，級差50～150mm并采取多次擴(kuò)孔的方式，以達(dá)到******的擴(kuò)孔效率及鉆屑的順利排出。
（使用牙輪擴(kuò)孔器請咨詢李蒙， 電話15131758158）
②擴(kuò)孔操作控制要點(diǎn)
不同直徑和不同形式的巖石擴(kuò)孔器對鉆壓的要求也各不相同，尤其是在長距離巖石層擴(kuò)孔期間，一定要控制合理的拉力和扭矩，以避免擴(kuò)孔器的過度磨損造成嚴(yán)重后果。大多數(shù)巖石層擴(kuò)孔事故都是因?yàn)檫^度追求擴(kuò)孔速度，施加的鉆壓過大造成的。巖石擴(kuò)孔操作應(yīng)遵循的一個重要原則是：需破碎的巖石越硬，需要的鉆壓***越大，要求的鉆速也***越低。相同的鉆機(jī)鉆速條件下，擴(kuò)孔器直徑越大，外邊緣的線速度也***越大，磨損也越嚴(yán)重。
③擴(kuò)孔泥漿控制要點(diǎn)
進(jìn)行巖石層擴(kuò)孔時，泥漿也是非常重要的因素，此時泥漿的主要作用是冷卻擴(kuò)孔器和攜帶鉆屑。泥漿一般由水、膨潤土及泥漿添加劑等配成，泥漿應(yīng)具有適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃有?，攜帶鉆屑能力要強(qiáng)，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態(tài)，通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面?？變?nèi)返漿與孔內(nèi)的暢通情況有一定的關(guān)系。如果沒有返漿現(xiàn)象，可能會導(dǎo)致鋪管失敗，要分析實(shí)際原因。如果孔內(nèi)不暢通，泥漿中水也漏失，則剩下泥皮越積越厚，管線易被“抱住”，給拉管造成很大的阻力。在正常拉管情況下，一般會有返漿現(xiàn)象出現(xiàn)。泥漿的實(shí)際排量應(yīng)根據(jù)每級擴(kuò)孔產(chǎn)生的鉆屑量和泥漿的攜帶能力進(jìn)行計(jì)算后確定。
④擴(kuò)孔關(guān)鍵點(diǎn)的控制
擴(kuò)孔器進(jìn)巖石層的施工方法：當(dāng)巖石擴(kuò)孔器從軟土層進(jìn)入巖石層或從軟巖層進(jìn)入硬巖層時，操作要點(diǎn)是首先放慢擴(kuò)孔速度，降低鉆壓，待擴(kuò)孔器本體******進(jìn)入巖石層或硬巖層后再加大鉆壓。如果此過程中施加的鉆壓過大，***很可能造成卡鉆，從而損壞擴(kuò)孔器。預(yù)擴(kuò)孔時，在擴(kuò)到導(dǎo)向孔曲線不理想和地層交界的地方要放慢擴(kuò)孔的速度，適當(dāng)修整曲線。
⑤在清孔的過程中要控制好泥漿的排量，******限度地?cái)y帶出鉆屑。此外，為把孔內(nèi)的鉆屑清理干凈，防止孔內(nèi)泥漿水化，鉆屑沉淀，為回拖管線爭取時間，更重要的是檢驗(yàn)導(dǎo)向孔沿線拉力、扭力是否正常。
2.3管線回拖
定向鉆穿越的目的是按照設(shè)計(jì)和規(guī)范要求敷設(shè)管道，導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔等所有工序都是為回拖管道打基礎(chǔ)，如果管道回拖失利或者回拖過程控制失誤，則前期所有工作都是徒勞，必造成巨大的損失，因此回拖控制尤為重要。
①鉆具組合
管線回拖時，先將鉆具連接好，鉆具組合包括：回拉鉆桿，擴(kuò)孔鉆頭，旋轉(zhuǎn)接頭（也叫萬向接）和拉管頭。對于組裝的順序應(yīng)該注意，順序接錯會給施工帶來麻煩，也容易發(fā)生事故。其中擴(kuò)孔鉆頭與萬向接連接處有一起固定作用的螺母，螺母一端專門設(shè)有插銷孔，組裝鉆具時必須在插銷孔中穿入鐵絲或大鐵釘作為插銷，以防止螺母在回拉鋪管過程中松動脫落。
例如：管徑為φ508 穿越的管線回拖使用：鉆桿+φ650的巖石擴(kuò)孔器+200T 回拖萬向節(jié)+卸扣+φ508穿越管線。
②鉆機(jī)固定
回拉鋪管時，鉆機(jī)是不能移動的，而長距離穿越情況下，鉆機(jī)的自重根本無法與鋪管的回拉力相抗衡，因此鉆機(jī)必須牢牢錨固住。如果回拉力很大，在必要情況下，采用鐵葫蘆和鐵鏈套住鉆機(jī)大梁，然后打錨桿錨固在地面。
③發(fā)送溝處理
管線回拖前應(yīng)對穿越管線采用挖發(fā)送溝注水的方式增大浮力,減少回拖阻力,出土點(diǎn)管線入土?xí)r，有必要用吊車將穿越管線吊起一個角度或使發(fā)送溝與入土點(diǎn)處成一個順勢入孔的角度，使管線順利入孔，使管線與出土的角度一致。防止回拖管線時出現(xiàn)重新擴(kuò)孔的現(xiàn)象。特別是穿越管線回拖到巖層與土層交界的地方，可以有效防止管線回拖到此處時擴(kuò)孔器過多地與巖壁摩擦，甚至出現(xiàn)卡管事故。
④泥漿控制
為了防止產(chǎn)品管線在回拖過程中與巖壁摩擦而損壞防腐層，調(diào)整泥漿的膠凝強(qiáng)度和潤滑性，使穿越管線孔中處于懸浮狀態(tài)，這樣即減少了回拖阻力，又保護(hù)了管線防腐層。主管回拖前及時將泥漿池內(nèi)泥漿處理干凈,******回拖過程中泥漿池有足夠的空間盛泥漿,確保主管回拖的連續(xù)。
⑤回拖連續(xù)性
回拖的連續(xù)性至關(guān)重要，應(yīng)盡量不采取“二接一”的焊接預(yù)制措施，避免回拖時“二接一”的時間風(fēng)險。另外，加強(qiáng)鉆機(jī)設(shè)備保養(yǎng)、維修，******設(shè)備的完好，并盡其量縮短交接班等間隙停頓時間，同時杜絕無故停工，確?；赝献鳂I(yè)的連續(xù)性。
3、結(jié)論與建議
3.1長距離巖石定向鉆穿越時，施工前的準(zhǔn)備工作要求比較高，對所穿越物的地質(zhì)情況仔細(xì)分析，做好測量放線、控向參數(shù)采集、導(dǎo)向孔軌跡的控制設(shè)計(jì)等的基礎(chǔ)工作，制定優(yōu)化的施工方案；
3.2為了******定向鉆穿越的成功率，應(yīng)在施工過程中對控向參數(shù)、泥漿性能、排量參數(shù)、鉆機(jī)拖拉力、扭力參數(shù)等數(shù)據(jù)及時的收集與整理，根據(jù)數(shù)據(jù)的對比，判斷井下情況，及時做出合理調(diào)整，做到層層嚴(yán)格把關(guān)，做到萬無一失。
3.3導(dǎo)向過程中應(yīng)使穿越曲線做到“平、滑、圓、緩”，施工時，嚴(yán)格控制每一根鉆桿的控向參數(shù)，******每一根鉆桿的偏差量為***小值，（使用泥漿馬達(dá)導(dǎo)向時應(yīng)考慮信號變化的滯后性）因?yàn)槿绻麑?dǎo)向孔偏差過大，在抽出部分糾偏時，在巖石層中鉆具很難脫離原孔鉆制新孔，即便能夠鉆進(jìn)新孔，也會在原孔、新孔交匯處形成折角很大的曲線，無法滿足管道的穿越曲率半徑要求；
3.4巖石地層穿越采用的鉆具組合，在出土端鉆出巖石地層進(jìn)入土層時，由于動力鉆具自重較大，土層比較軟，鉆頭會出現(xiàn)難抬頭的現(xiàn)象，導(dǎo)致滯后出土。因此使鉆頭傾斜角在巖層里可提前太高2°左右，以防止進(jìn)入土層后角度掉的太大出土滯后；
3.5巖石地層穿越預(yù)擴(kuò)孔時，鉆具分級細(xì)致均勻，每次下井前認(rèn)真檢查鉆具，確保鉆具的合適與性能良好。根據(jù)控向數(shù)據(jù)和上一級擴(kuò)孔數(shù)據(jù)，可以大致了解到地層的變化情況，擴(kuò)孔時要放慢速度，在擴(kuò)到導(dǎo)向孔曲線不理想和地層交界的地方要放慢擴(kuò)孔的速度，適當(dāng)修整曲線；
3.6根據(jù)穿越工程的實(shí)際情況配制******的泥漿是穿越成功的保障，地質(zhì)情況復(fù)雜、穿越直徑和長度較大，對泥漿的性能要求***比較高，相應(yīng)要采取不同的措施，對泥漿的成分配比需要作適當(dāng)調(diào)整以確保能夠穿越成功。
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