1、长江定向钻穿越的泥浆控制来源：非开挖技术 作者：陈雪华 康新生 金键 日期：2009 年 08 月 26 日 访问次数： 2331、工程概况2002 年 2 月至 9 月，华东管道工程有限公司先后承揽了南京三江口等地 5 条管线的长江穿越工程。南京三江口长江穿越工程共有 3 条管线，分别为仪征金陵输油管道工程 406.48.7mm管线、甬沪宁原油管道工程 5089.5mm管线和 1218mm光缆套管，穿越长度均为 1688m，管线最大埋深达 52m。南京栖霞油库长江穿越工程共有2 条管线，分别为金陵 扬子原料互供管输工程 273.17.9mm和 1597mm 管线，穿越长度均为 1904m，管
2、线最大埋深为 50.6m。穿越入土角为 10，出土角为 67。5 条管线穿越的共同特点是穿越距离长，管线埋深大，地层条件复杂，设计穿越主要地层为粉土、粉质粘土、淤泥质粘土、粉细砂等软土层（个别地段夹有卵石层），管线敷设的大部分地层为粉细砂层。工程采用美国引进的 CMS55030 水平定向钻机进行施工，钻机最大推拉力为 275T，最大扭矩为 80.7KN.m。2、泥浆的作用及控制难点泥浆是定向穿越中的关键因素，被视为定向钻的“血液”，其主要作用是携带和悬浮钻屑并排到地表、稳定孔壁和降低钻进时所需的扭矩和推拉力、冷却和冲洗孔底钻具。泥浆的主要工艺性能是流变性和失水造壁性，现场控制的主要因素是泥浆的
3、粘度、各种添加剂的配制以及泥浆的压力和流量。长江穿越距离长，地质条件复杂，尤其是广为分布的粉细砂层成孔性差，易沉砂，且砂层的泥浆漏失率大；为达到将切屑较好地排出地面的目的，在管线埋深大、距离长的条件下，要求的泥浆压力和流量都会很大，但这样就不能排除江底冒浆的可能性，一旦冒浆，将打破孔内泥浆系统的良性循环，更易造成塞孔和塌孔，甚至会导致卡钻。而在钻导向孔、预扩孔和回拖各阶段均需泥浆保证良好的成孔、有效的携砂性能和润滑性能，这对泥浆的性能提出了很高的要求。3、采取的技术措施3.1 基浆的配置：按照事先确定的试验泥浆配比，使用国内造浆率较高的 NV-1 型定向钻专用钠基膨润土按 8-10%重量比加淡
4、水配出基浆（淡水基浆）。由于水平定向钻泥浆回收较低（相对油田钻井），施工过程中随时需要补充大量新配置的泥浆，选用造浆率高的优质钠基膨润土配浆，对保证钻进质量和提高钻进速度尤为重要。水源就近利用长江淡水，经过沉淀池沉淀后，抽入水罐内加碱（Na 2CO3）软化，降低水中的 Ca、Mg 离子含量，改善水质，同时提高水的 PH 值，水的PH 值为 910 时最适合膨润土的水化。3.2 泥浆性能的控制和调整：泥浆添加剂：为保证泥浆具有良好的流变性、高携砂性、固壁和润滑性能，在配出基浆的基础上，再按基浆重量的 2-4比例加入的各种泥浆添加剂，使用的泥浆添加剂有：增粘剂、固壁剂和润滑剂等。目前，国产和进口添
5、加剂品种很多，使用时应注意选择，一是应注意各种添加剂间的互溶性及添加剂与基浆间的互溶性，防止出现絮凝和混合失效现象，可采用现场配小样试验解决；二是针对定向钻泥浆混配时间短、现配现用的特点，应优先选用液态添加剂。粘度控制：根据穿越段地层情况，在钻导向孔阶段，泥浆粘度控制在 6065S；在预扩孔和回拖阶段泥浆粘度提高 510S，即达到 6570S；实际使用过程中，泥浆的配比随地层不同而随之变化，并选用不同的添加剂。各阶段泥浆性能调整：（1）导向孔斜孔段：为保证钻屑携带和孔眼清洁，控制泥浆的失水，防止塌孔。需增大固壁剂、增粘剂含量。（2）导向孔水平孔段：要及时提高润滑剂剂量，适当降低粘度和切力，保证
6、泥浆的流变性能良好，使钻屑顺利返出地面，增强泥浆的润滑性，减小钻机旋转及推进阻力。（3）扩孔段：为增强泥浆的造壁性能，防止孔壁塌陷，防止缩径，需增大固壁剂、增粘剂剂量。（4）回拖段：为提高泥浆的润滑性，降低摩擦阻力，增强携屑效果；需提高增粘剂和润滑剂剂量（润滑剂剂量可增至基浆重量的 10）。3.3 泥浆的搅拌混合和回收在扩孔和回拖期间，往往需要补充大量的泥浆，如何在短时间内配置出大量合乎要求的泥浆成为主要问题。现场采用了 2 套泥浆混配加料系统，6 台 20m3 泥浆搅拌罐和一台 28m3 泥浆主罐，同时增加泥浆循环管路长度，相对延长了膨润土及添加剂的熟化、混合时间，确保了泥浆的性能达到既定要
7、求。安装泥浆回收处理系统，通过对回流泥浆的筛选处理，使回流泥浆循环使用，一可更有效地保证泥浆的供应量；二可减少环境污染。3.4 泥浆压力和流量的控制定向穿越泥浆压力和流量的控制原则是高流量、低压力，通过调整高压泥浆泵的档位和转速、泥浆喷嘴的直径和数量、控制钻进和回拉速度等来实现。导向孔阶段：钻头泥浆喷嘴改一个 14mm为两个 12mm，提高流量。泥浆压力值根据钻进距离调整如下：0-300m 泥浆压力为 200-250psi，300-600m 泥浆压力为 300-350psi，600-1000m 泥浆压力为400-450psi，1000-1500m 泥浆压力为 500-550psi，1500m
8、以上泥浆压力为 550-600psi。导孔的钻进速度较慢，不作特别控制。预扩孔、回拖阶段：根据扩孔器泥浆喷嘴直径和数量、钻进距离、扩孔器与地面高差及地耐力等因素综合考虑。现场采用 Tulsa TT350 高压泥浆泵，最大泵送能力为 1.4m3/min，泵出口压力与泥浆喷嘴压力间存在压差，这与钻进距离和扩孔器与地面高差成正比，同时要考虑泥浆喷嘴压力尽量不要超过地耐力（长江穿越地层的地耐力值为 80220kpa），否则会造成泥浆压裂地层而冒浆。实际使用的泥浆泵出口压力范围为 200450psi。4、实施效果4.1 由于措施得当，5 次长江穿越钻导向孔最长至 750m 时，入土侧仍有泥浆回流，说明在
9、此距离内导向孔是一个良好的活孔，这对一个成功的长距离软土层穿越来说是非常有益的。后续钻进时因土层承载力低，加上压差的不断增大，导致泥浆漏失不返，但这并不影响后续的钻进。从预扩孔和回拖的拖力、扭矩压力反映，上述的泥浆配置方法是有效的和成功的。4.2 长江首次 406.4管线于 2002 年 2 月 25 日 9：00 开钻，至 3 月6 日 23：00 钻头顺利出土，历经 10 个昼夜，钻导向孔一次成功。预扩孔自 3 月 7 日 14：00 开始，至 3 月 11 日 4：08 结束，预扩孔前将入土侧的套管取出。管线回拖自 3 月 11 日 11：58 开始，至 3 月 12日 9：30 日出土
10、。历时 16 个昼夜，长江首穿宣告成功。4.3 继首穿成功后，4 月 6 日至 19 日历时 14 天完成了 508管线穿越，创造了同类管径软土层最长距离穿越的国内纪录。完成光缆管穿越后，移师栖霞油库分别用 9 天、6 天完成了 273.1、159 管线 1904米距离的穿越。5、结束语水平定向钻穿越工程是一项高风险的系统工程，泥浆的控制是决定长距离、复杂地层穿越成败的关键因素之一，施工过程中还须与司钻、控向密切配合，谋求各阶段工序之间的合理衔接，最大限度地降低穿越风险。同时泥浆的控制方法因穿越设备能力、地质条件的不同而不同，施工前应做好周密的安排，施工过程中要根据现场实际情况作调整，才能保证穿越的成功。
