水平定向钻穿越施工方案.doc

1、滨河西路（迎宾桥）中压燃气管工程水平定向钻施工方案编制日期： 2016 年 5 月 - 1 -1、工程概况本工程为滨河西路（迎宾桥）中压燃气工程，219 的钢管，直线距离 84 米，定向钻穿越拖拉管施工。2、施工准备计划2.1、临时设施、水源、动力准备a现场施工人员的办公、住宿房采用临时租用民房；b施工用电采用市电或部分地段采用自带发电机（50KW） ；c施工用水就近取河水；d泥浆处置：水平定向钻进施工会产生大量的泥浆，泥浆处理租用灌车外运弃泥。2.2、材料准备本工程采用水平定向钻方式敷设管道，由于水平定向钻进为长距离穿越铺管，工程开工前，拖管设备、管材、各种焊材需提前进场。2.3、设备准备拟

2、采用 DH-450/900-L 非开挖导向铺管钻机，本钻机为履带式全液压铺管钻机，具有机动性能好、质量可靠、结构紧凑、整体性强、扭矩大、效率高、自动化程度高、操作简单可靠、装卸钻杆方便省力等特点。特别适合复杂地形，大口径、长距离管道穿越施工。性能参数见下表，以DH-450/900-L 型为例。动力头输出速度：0100rpm最大输去扭矩：21000N.m最大推拉力：450/900KN主机自重：20T 外形尺寸：7200*2400*2600mm泥浆循环系统容量：510m 3 - 2 -DH-450/900-L 型非开挖导向铺管钻机性能参数序号 名称 规格型号 备注1 导向钻头 100 导向钻孔2

3、扩孔钻头 300600 分级 反扩成孔3 钻杆 894500 导向、扩孔、拖管4 动力 168KW 康明斯柴油发动机5 液压马达 FY4-4500FD 径向柱塞马达6 液压油泵 80-40-25 三联齿轮油泵3、水平定向钻施工工艺及方案3.1、水平定向钻进铺管施工程序设计水平定向钻孔轨迹开挖拉管工作坑施工配制钻液钻进导孔回拉扩孔清孔回拉铺管清场。拖管施工对场地的要求主要是在管道焊接时，需要有场地摆放管道，无障碍物，方能满足施工段的正常拖拉。3.2、施工工艺水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻导向孔、回拉扩孔、回拉铺管。3.3、关键技术（1）、地层勘探及地下管

4、线探测地层勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。其内容包括：土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等。可采用查资料、开挖和钻探方法获取。地下管线探测主要了解有关地下已有管线和其它埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。一般采用物探法和现场勘察法等。- 3 -（2）、钻进轨迹的规划与设计导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管线的性能等，给出最佳钻孔路线。目前我单位有制造

5、商提供钻机轨迹规划进行设计计算，通过采集所需的全部信息，利用最优化钻孔轨迹。大大提高了轨迹的科学性和施工效率。造斜段： 造斜段距离 L：Lh(2R1-h) 0.5式中：h埋深，R1造斜段曲率半径，取 1500d 钻杆入射角 a：a 0.5tg-1h(2R1-h)0.5/h（3）、配制钻液钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。钻液具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线

6、提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。在不同的地质条件下，需要不同成份的钻液。钻液由水、膨润土和聚合物组成。施工中用水做钻液的主要成份，膨润土和聚合物用做钻液添加剂。钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。本工程施工中施工人员配制适合地层性能的钻液，在类似工程中我- 4 -们已能够熟练正确使用钻液。特别是当施工中遇到不同地层时，能及时调整钻液的性能以适应工程要求。（4）、钻导向孔钻导向孔的关键技术是钻机、钻具的选择和钻进过程的监测和控制。可根据不同的地质条件以及工程的具体情况，选择合

7、适的钻机、钻具和钻进方法来完成导向孔的钻进。导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。通过人机协调控制，严格按已设计的轨迹完成导向孔施工。钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的；钻头板以及安装板上的钻牙，在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用，在钻杆推进时起变向作用；发射器容纳管（探棒室）用来放置发射器（探棒） ，在容纳管上开有通磁槽，并用非金属材料密封以防止高压钻液进入，发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。导向钻头的组成部分如下图所示。导向钻头钻机与钻具的选择：钻孔主要靠钻机产生的推力、旋转扭矩以及所提供的钻液的流量、压力来

8、完成施工。特别是长距离穿越，一方面，由于管线及钻杆自重较重，钻杆与地层之间产生的摩擦阻力较大，因此，- 5 -钻机的回拉力及扭矩必须足够大；另一方面，为了确保本工程的顺利进行，应尽量避免工程施工中途停钻，钻机连续运转时间相对较长，就必须要求钻机具有良好的性能，因此，在我单位的技术人员的研讨下特意为本工程拟定了一台适合本工程地理条件的钻机。（5）、回拉扩孔铺管在回拉扩孔铺管施工中的关键技术是根据不同的土层、地下水位以及最终成孔直径正确地选择回扩钻具和每次的进刀量，正确的选配钻液和确定钻液的流量。当导向孔钻进完成后，卸下导向钻头、发射器容纳管，接上反向扩孔钻头和旋转接头（分动器） ，然后在旋转接头

9、后接上回拉钻杆，进行回拉扩孔钻进。对直径较大的孔，可进行多次扩孔钻进，使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。扩孔钻具如下图所示。钻具组成图扩孔器类型有桶式、飞旋式、刮刀式等：穿越淤泥黏土等松软地层时，选择桶式扩孔器较适宜，扩孔器通过旋转，将淤泥挤压到孔壁四周，起到很好的固孔作用；当地层较硬时，选择飞旋或刮刀式扩孔器成孔较好。本项目要求两管在同一孔内进行回拖，选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的 1.51.8 倍，这样能够保持泥浆流动畅通，保证管线能安全、顺利的拖入孔中。水平定向钻进铺管中，泥浆作用尤其重要，因此钻孔中不可缺少泥- 6 -浆。一般地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间

10、的摩擦力增大，导致拉力增大。要保持在整个钻进过程中有返浆，这对回拉扩孔施工的顺利进行尤其重要，在本工程中如遇到地层条件是硬岩、泥灰岩和砾石交替变化，施工技术人员可及时调整钻液以产生不同的泥浆。当扩孔钻进完成后，在回拉钻杆后接上回扩头和旋转接头，在旋转接头后接上拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。回拉铺管的钻具组成如下图所示。回拉铺管钻具图3.4、拉管施工准备3.4.1、测量定位根据施工图纸要求和现场踏勘情况，放出入土点、出土点和管线中心轴线的位置，在入土点端测量并确定钻机安装位置。同时，确定穿越管道东、西两侧管头的具体位置。为了施工过程中不能出现任何差错。因此首先对施工区域进行地下障碍物探测，对

11、穿越沿线进行详细地质勘查，采取有效地措施确保穿越施工的顺利进行。- 7 -3.4.2、钻机就位和调试 钻机安装在入土点和出土点的连线上。钻机导轨与水平面的夹角一般比设计的入土角大 1。因为在钻孔时，钻杆来回抽动，钻杆要下沉，所以事先留 1的余量。 钻机安装牢固、平稳，经检验合格后进行试运转，并根据穿越管径的大小、长度和钻具的承载能力调整拖拉力。 对控向系统进行仔细准确校正，校正至完全准确。3.4.3、泥浆配制钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。钻液具有冷却钻头

12、（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。 采用清洁的淡水来配制泥浆，用水量为 1.5m3/min。 泥浆由膨润土加泥浆添加剂与水搅拌而成，因所用泥浆在施工中有较大的损耗，即在搅拌膨润土泥浆时需拌制原有泥浆量的 1.5 倍。 泥浆的粘度符合下列要求：a根据地质情况和管径大小确定泥浆粘度。泥浆粘度值表- 8 -粘度值（s）管径 （mm）粘土亚粘土粉砂细砂中砂粗砂软岩石钻孔导向 3040 3540 4045 4045 4550 50

13、55 4550273 3040 3540 4045 4045 4550 5055 4550273426 3040 3540 4045 4045 4550 5560 5055426529 4045 4045 4550 4550 5055 5560 5055大于 529 4550 4550 5055 5565 5565 6570 5565b采用马氏漏斗测量泥浆粘度，每两小时测一次。3.4.4、钻液混合搅拌与泵送系统（1） 、钻液混合搅拌与泵送系统是钻机施工系统的重要组成部分。混合搅拌系统是将水、膨润土、聚合物等按一定比例加入混合仓，而后进行充分搅拌形成钻液。泵送系统是由钻液泵将钻液通过中空钻杆输送

14、至孔底钻头，并与孔中钻屑混合形成泥浆在孔底流动。其发展趋势是能够回收泥浆，经再生处理可反复循环使用，既节省资源又实现环保。搅拌系统应具有搅拌快速均匀、提供大流量泥浆、可调节泥浆配比、搅拌与输送同时进行等功能，搅拌系统装置包括料斗、汽油机泵、搅拌罐、车载泥浆泵、相关管路等。（2） 、水平定向钻的泥浆泵送系统由随车泥浆系统与泥浆搅拌系统组成；泥浆搅拌系统用于泥浆混配、搅拌、向随车泥浆系统提供泥浆，随车泥浆系统将泥浆加压，通过动力头、钻杆、钻头打入孔内，以稳定孔壁，降低回转扭矩、拉管阻力，冷却钻头、发射探头，清除钻进产生的土屑等。各泥浆泵送系统如下图所示。地质状况- 9 -泥浆泵送系统如下图3.4.5、泥浆污染的防范措施泥浆是水平定向穿越的血液。其主要功能包括润滑、冷却钻头钻具、稳定孔壁和悬浮、携带泥屑等。由于在较大口径管道的水平定向穿越泥浆使用量非常之大（一般都在 1100m3/条次以上） ，除出、入土两端的泥浆池存储的泥浆需要之外，穿越沿程的冒将、跑浆可能造成路面的污染。因此，在施工中主要的防范措施是控制泥浆压力、减少泥浆总量、及时清收和控制跑冒的泥浆，选择适宜的弃浆场所，有效地覆盖作业场地。泥浆循环、处理泥浆程序如下框图所示。水弃渣外运出、入土端泥浆坑内的泥浆用返输泵分别通过循环管或直接返输进制浆罐 储浆罐 泥浆泵 定向钻机 泥浆坑泥浆处理装置 泥浆循环管 泥浆反输泵