3、定向钻穿越无名河(ⅲ)施工技术方案东岗河

3、定向钻穿越无名河(ⅲ)施工技术方案东岗河内容摘要：

混合搅拌泥浆。 植物胶价格低，是一种优质泥浆材料。  搅拌泥浆时必须加纯碱，泥浆 PH值达到 8即可 ,  为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不改变 的情况下，我们采取增加泥浆储存罐的数量，在此工程中我们使用 1 个配浆罐和 2 个泥浆搅拌罐。 对于泥浆护壁功能的特殊要求，目前使用的护壁堵漏材料主要有： ，如：脲醛树脂、丙烯酰胺、水玻璃、硅酸盐和各种合成乳胶。 这类化学材料注入不稳定地层，形成凝胶，可以封堵漏失通道，提高孔壁的力学稳定性。 这类浆液的特点是：凝结时间可以自由调整，可以实现瞬时固化，渗透性和流动性好，浆液可以固化，价格较贵。 ，如：各种水泥浆及水泥混合浆液。 在定向钻施工中，当形成回流或比较严重的漏失地 层时，可以采用这种方法堵漏。 穿越所需泥浆根据地质情况不同，泥浆粘度有所变化，按不同的地质层配制出符合要求的泥浆。 泥浆浓度检测使用马氏漏斗，每间隔 20 分钟测试一次，使泥浆粘度符合下表： 泥浆粘度值表 管径 Φ 不同地质泥浆粘度（ s） 粘土 粉砂 细砂 中砂 粗砂 软岩石 钻导向孔 30～ 40 40～ 45 40～ 45 45～ 50 50～ 55 45～ 50 273 30～ 40 40～ 45 40～ 45 45～ 50 50～ 55 45～ 50 273～ 426 30～ 40 40～ 45 40～ 45 45～ 50 55～ 60 50～ 55 426～ 529 40～ 45 45～ 50 45～ 50 50～ 55 55～ 60 50～ 55 529 以上 45～ 50 50～ 55 55～ 65 55～ 65 65～ 70 55～ 65 注：泥浆粘度为马氏漏斗测量。 泥浆粘度： 在粘土、淤泥质土地层时，泥浆马氏漏斗粘度控制在 40～ 45s，在砂土、砂层时，粘度可适当大一些，泥浆马氏漏斗粘度控制在 45～ 50s，因为沙砾颗粒较大，密度较重，需要更强的悬浮泥浆体系。 而且，在不同阶段，根据返浆情况，泥浆配置也要及时调整，如 ：在洗孔阶段泥浆粘度要提高 5～ 10s。 防冒浆、防污染措施 17 第Ⅵ标段湖北黄冈江西九江段线路工程 无名河 （Ⅰ） 定向钻穿越施 工技术方案 在定向钻穿越工程中，很容易发生泥浆跑、冒现象，给工程施工和地方协调造成很大困难，同时又增加了施工风险。 、冒浆原因 在进行导向孔作业时，孔洞较小，孔洞与钻杆及钻头形成一个环形空间，此内的泥浆处于高压状态，如果长时间处于这种状态，环空压力就会越来越高。 一旦此压力超过地层所能承受的极限压力，泥浆就会向地层的缝隙或松软部位挤压，从而返回到地面，就产生冒浆。 、冒浆措施：  导向孔钻进工艺方面： 在进行导 向孔钻进过程中，我们需要不停的对钻头进行推进或旋转控制，这也就造成了导向孔的环形空间不规则，很容易就会产生一个相对封闭的空间，也就会增大冒浆的几率。 因此，我们可以在钻完一根钻杆后旋转回抽再旋转推进，这样可使环形空间增大，降低冒浆的概率。  泥浆配比方面 采用高效膨润土，增加泥浆添加剂的用量，保证泥浆性能的同时提高泥浆的流动性；建议采用分散的泥浆体系，即：水 +膨润土 +纯碱 +正电胶干粉 +CMC+润滑剂。 泥浆密度：进洞密度应控制在 为佳， 返出泥浆密度在 — 比较 理想。 泥浆粘度： 在粘土、粉土地层时，泥浆马氏漏斗粘度控制在 60～ 65s，在沙土、砂层、岩层时，粘度可适当大一些，因为沙砾颗粒较大，密度较重，需要更强的悬浮泥浆体系。 而且，在不同阶段，泥浆体系也要及时调整，如：在预扩孔和回拖阶段泥浆粘度要提高 5～10s。  扩孔作业工艺方面： 在进行扩孔作业时，应时刻注意泥浆压力表，当泥浆压力突然增大时，应及时处理，减小排量，同时略微回退一下扩孔器，使其空间增大，从而降低冒浆的几率。 在扩孔时，应尽量做到匀速回拖，避免忽快忽慢造成孔洞内泥浆压力不平衡而产生冒浆。 也可增 加漏浆短节，即可降低泥浆压力，也可起到清孔的作用。  其他方面 在施工前计算地层压力曲线图，施工过程中严格按照曲线图控制泥浆压力，压力突破极限值时及时进行洗孔作业。 18 第Ⅵ标段湖北黄冈江西九江段线路工程 无名河 （Ⅰ） 定向钻穿越施 工技术方案 增加临时漏浆点，减轻地层泥浆压力，在入土点和出土点前各 30 米左右开挖泥浆漏失收集池，收集漏失跑冒的泥浆。 发生漏失：泥浆液面下降迅速或孔口不返浆； 冒浆：泥浆液面下降迅速且孔口不返浆，同时泵压激增，后又急剧下降。 在进行穿越作业过程中，应增加人员在穿越中心线巡视，一旦发现冒 浆，应立即对冒浆处进行围堰，避免泥浆四处流动，尽量减小泥浆污染面积。 挖沟导流，将泥浆排到泥浆池内。 如果距离较远，可以在冒浆地点附近挖临时泥浆存放池，内铺彩条布，将泥浆引至池内，以便处理。 为了保证泥浆的环保性，我们在配制泥浆时，必须使用环保无害无毒的添加剂，允许使用的有：正电胶干粉、纯碱、 CMC、水基润滑剂。 其中，水基润滑剂仅限于最后一遍扩孔及管线回拖时使用。 钻导向孔 打导向孔时钻具的连接顺序：钻机 +钻杆 +无磁钻铤 +钻头控向系统实时跟踪和 MGS 系统进行跟踪定位，可以确保 出土位置准确。 为保证钻孔曲线与设计穿越曲线吻合，开钻前需测试控向系统软件，所有测试并调校完后，才能进行正常钻进施工；所有设备安装调试好并在泥浆配制好后可以启动钻机进行试钻，检查钻头水眼是否堵塞，如果没有堵塞，则可以继续钻进。 打导向孔是穿越施工一道关键工序。 导向孔应严格按设计及有关规范规定的穿越曲率半径进行，本段穿越曲率半径为 486m(1500D)，在开钻前先根据设计要求绘制 1:1 设计曲线图（在电脑上绘制），并根据设计入土角、曲率半径计算出每根钻杆的钻进角度为 1176。 7′（钻杆每根按照 计）；导向孔推进 过程中，应实时跟踪测量，在穿越曲线上每根钻杆设数据控制点，为了增加测量频次，可在一个钻杆中间间隔一定距离进行一次测量。 以此控制导向孔的钻进 ,并做好记录，测量记录数据包括：起始方位角、线性方位角、起始倾斜角，钻进方位角、钻进倾斜角、左右偏移量、等；控向人员根据钻进记录及时绘制控向曲线，并与设计曲线、设计钻进倾斜角和方位角进行比较 ,如果发现钻进曲线偏离设计曲线，应根据偏离大小采取适当的措施进行纠正。 19 第Ⅵ标段湖北黄冈江西九江段线路工程 无名河 （Ⅰ） 定向钻穿越施 工技术方案 钻导向孔完成后实际出土点与设计出土点的误差：纵向不大于穿越长度的 1%，横向不大于穿越长度的 %。 导向孔钻进 示意图如下： 控制穿越曲线偏移的措施 钻导向孔是定向钻穿越施工过程中重点控制的关键工序 , 导向孔质量的好坏直接影响钻机回拖时回拖扭矩与拉力的大小。 因此，导向孔与设计穿越曲线是否重合是关系到管道最后回拖成功的关键。 导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因可以归纳为四类： ，造成在导向孔钻进的过程中其轨迹逐渐偏离设计穿越曲线。 ，控向方位角非管线走向的真实方位角，控向软件计算钻头方位的参数发生变化，导致从计算机采集的数据非钻头的真 实位置。 导向孔在钻进过程中要穿越不同的地层，由于各地层地质特征差异很大，即使是同地层其硬度分布也会软硬不均，因此，钻头在钻进的过程中比较容易偏向相对较软的地层，造成与设计曲线发生偏移。 ，由于钻机操作人员（司钻员、控向员）人为操作有误，使穿越轨迹与设计曲线发生偏移。 针对以上造成曲线偏移的原因，我们特制定了如下预防措施： ① 钻机就位方位与设计管线中心线重合的措施 钻机就位前，用测量仪器（如全站仪）放出管线穿越中心线，根据穿越入土角、钻机自身尺寸（车长、车宽、轮距 等）等参数计算出钻机就位的精确位置，并用白灰或用线绳予以标记，并以此标记作为钻机就位的依据。 在钻机就位过程中，除了利用白灰或线绳标记作为就位的标准外，就位后还要用测量仪器测量钻机就位偏差，经计算钻机就位方位相对于管线中心线的角度偏差如果超过 176。 时，需要根据偏左偏右情况重新调整钻机，经多次就位 测量 调整 再测量，直到偏差控制在 176。 范围内。 钻机就位后，计算出精确的 20 第Ⅵ标段湖北黄冈江西九江段线路工程 无名河 （Ⅰ） 定向钻穿越施 工技术方案 偏差数值，在开始钻导向孔时及时调整此偏差为零，从而保证导向孔轨迹与设计穿越曲线重合。 ② 外部磁场对方位角的影响及控制措施 外部磁场主要由地下 管道、地下光缆、刚性建筑物（构筑物）、大型船只、地上高压线等产生，这些外部磁场将影响地磁场强度和地磁角度，从而影响控向方位角，控向方位角的不确定最终导致钻孔时方向失控。 根据现场确定的外部磁场的位置，在钻孔时，探测器到达外部磁场前，钻孔方向不能出现过大的左右偏移量，保持实际方位角与控向方位角的偏差在允许的范围内，在进入外部磁场时，实际方位角发生变化，此时的方位角与控向方位角不同，钻进时暂不考虑干扰后的方位角而直接按直线钻进，在进行数据测量时，根据控向工具面的位置输入与控向方位角接近的方位角。 钻头穿越过磁场干 扰区后，计算机控向数据恢复正常，此时导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差应当在许可范围内，万一两者偏差较大，首先计算出实际偏差量，然后将经过磁场干扰区的钻杆抽出后重新钻进进行偏差调整。 在已知偏差量的情况下进行调整是很容易的，通过调整消除磁场影响，使导向孔轨迹与设计穿越曲线重合。 ③ 采用人工磁场与地磁场相互结合进行钻孔控向消除偏移 钻机控向系统是依靠地磁场进行方位控制，通过钻头后面的探头将导向孔参数传输到计算机。 地磁场容易受到地下管线、地下电缆、地面高压线等金属构件的干扰，从而造成控向参数不准确。 人工磁场是在穿越中心 线两侧布设的闭合线圈，布设简单方便，在施工中既经济又有效，其优点是它不受外部磁场的干扰，可以准确无误的将钻孔数据反映出来，当探头到达此闭合的线圈区域内 ,接通直流电源产生磁场 ,通过人工磁场可以测得穿越轴线的左右偏移和穿越标高。 通过人工磁场与地磁场左右偏差的比较 ,可以确定目前钻头方位角 ,从而确定下一根钻杆的行进方位。 由于人工磁场在地磁场受干扰的情况下可以提供准确的管线穿越方位角，在地磁场不受干扰的情况下可以校正控向方位角的正确性，从而能够很好的控制导向孔与设计穿越曲线偏移，并能保证穿越曲线的平滑性。 ④ 在穿越不 同地层时预防偏移的措施 在穿越过程中，不同的地层软硬性不同，即使同一地层也会不同程度的存在软硬不一的情况，这必然会影响钻孔倾角与方位角角度的调整。 遇到这种情况时，每次调整的角度不应过大，调整范围控制在每次 176。 左右，每根钻杆多次调整以获得需要的倾斜角与方位角度，这也是防止导向孔轨迹与设计穿越曲线轨迹偏移的有效措施。 ⑤ 控制人为因素造成导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差的措施 21 第Ⅵ标段湖北黄冈江西九江段线路工程 无名河 （Ⅰ） 定向钻穿越施 工技术方案 开工前，加强对控向人员与司钻操作人员的培训，提高工作人员的素质，加强控向人员与司钻人员相互间的配合，司钻人员以控向人员的指令为准，按照指令 进行操作，防止人为操作导致钻孔出现偏移设计曲线。 控向人员应严格按照设计曲线计算每次倾角的调整度数，认真掌握并注意穿越过程中的轨迹变化，通过轨迹变化确定控向方向的变化。 从而控制导向孔轨迹与设计穿越曲线的偏移。 钻导向孔时，主要以现场测量的方位角为依据来控制钻头的钻进方向，如果控向方位角发生变化，钻进的方向将出现偏差。 为了保证导向孔的出土点偏差在设计出土点范围内，必须保证控向方位角的正确性。 控向方位角的测量：在施工作业带内无外部磁场干扰的情况下，尽量在设备进场 前测量放线后进行，因为所有的施工设备都会对方位角产生干扰。 在施工占地范围内，可利用单斗挖掘机配合完成方位角的测量，探测器装入无磁钻杆内，在入、出土点沿穿越中心线多测点（ 10 个测点以上）取平均值的方法，确定初步控向方位角；再将探测器取出，单独用探测器直接测量控向方位角，取平均值与上一个控向方位角进行比较，如场地内没有外部磁场的干扰，两个测得的控向方位角相差应在允许的范围内，如相差较大，必须重新测量。 在测量方位角时，探测器的前端与后端必须与穿越中心线重合，以保证测得方位角的正确性。 在单斗挖掘机无法配合的情况下 ，直接用探测器测量控向参数，探测器必须完全摆放在管道穿越中心线上，在中心线上选择远离外部磁场干扰源的地方，在入、出土点的不同位置测取 10 个以上的数据，差别不大时取平均值，差别大时，分析原因后重新测量。 实际测量获得最佳控向参数后，做好原始记录。 在导向孔钻进时，在无外部磁场干扰的情况下实际测量的方位角应与控向方位角相差不大，而且必须控制钻进的方向，保证每根钻杆的偏移量在允许的范围内，且累加值不能超过 1m，在实际操作时，每次调整偏移量不能过大过急，以保证实际穿越的出土点偏差在设计出土点范围内。 预扩 孔 22 第Ⅵ标段湖北黄冈江西九江段线路工程 无名河 （Ⅰ） 定向钻穿越施 工技术方案 导向孔钻成后，卸掉钻头、无磁钻铤，安装扩孔器进行预扩孔、试泥浆，确定扩孔器、泥浆喷孔没有堵塞后开始扩孔。 扩孔器和钻杆必须确保连接到位、牢固才可回扩，以防止回扩过程中发生脱扣事故。 扩孔时钻具组合顺序为：钻杆 +扩孔器。