论燃气管道定向钻穿越技术

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 论燃气管道定向钻穿越技术 摘要：水平定向钻技术发展迅速。 本文旨在分析水平定向钻技术，从设备、 技术等方面分析问题，解决问题。 中国论文网 /2/view-12895055.htm 关键词：定向钻 燃气管道 穿 越技术 钻具 Abstract: directional drilling technology is developing rapidly. This paper aims to analysis directional drilling technology, equipment, technology from analyze and solve problems. Keywords: directional drilling technology of gas pipeline through drilling tools -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号： TU996.7 文献标 识码：A 文章编号： 引言 在日常的生活中，越来越多的 家庭开始使用天然气。可以说，在当今 社会，天然气已经逐渐取代了煤气，成 为人们生活所必需的消耗能源。因此， 在目前的城市建设施工中，常常需要打 造地下输送管道用以输送天然气。这些 管道通常需要较长的施工，也需要穿过 地下的各种障碍物。为了能过更加安全、 高效、稳定地完成建设任务，一种新的 穿越方式被工程人员使用，那就是水平 定向钻穿越技术。 1、水平定向钻技术概论 水平定向钻敷管技术是一种现 代非开挖敷设管道的施工新技术，它利 用水平定向钻机，按预先设定的轨迹钻 一个小直径导向孔，随后在导向孔出口 端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 扩孔达到要求后，在扩孔器的后端连接 旋转接头、拉管头和管道，回拉敷设地 下管道水平定向钻具有以下优点：导向 准确，效率高；能绕开障碍物，不破坏 生态环境，不影响交通；施工速度快， 可进行更加大型的施工；成本低，施工 安全性好。 2、水平定向钻设备特征 现今使用的水平定向钻设备主 要由主机、钻具、导向系统、泥浆系统 以及智能辅助系统构成。为了更好地使 用定向钻穿越技术，了解设备及其组成 部分的特性至关重要。 2.1 主机 主机的动力系统一般为柴油发 动机。柴油机作为动力源，其功率是衡 量钻机施工能力的指标之一。但在钻机 的钻进与回拖过程中往往需要钻机以恒 定的荷载运行，因此发动机的连续功率 显得更为重要。目前最新钻机都有自动 液压锚固系统，靠自身功率把锚杆钻入 土层，在干燥土层一般用直锚杆，在潮 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 湿土层用螺旋锚杆。这样钻机在施工过 程中是完全固定的，以防止钻进拖拉过 程中发生的位移，从而防止主机的损坏 以及能量的损耗。 2.2 钻具 钻杆作为钻机与孔底钻具之间 的动力传递件,应当有足够的强度，以免 扭折、拉断，又要有足够的柔性，才能 钻出弯曲的孔道。在长距离穿越中，钻 杆的长度直接影响钻进效率，特别是采 用有线导向时，长度长的钻杆，钻杆的 连接次数的减少将明显节约连接时间。 钻头一般 为楔形断旋转，则钻进轨迹 为直线。当钻头想绕过障碍物或以一定 的曲率半径前进时，钻头停止转动，使 楔面停留在某一角度再推进。这样，钻 头就是以与楔面相背的方向前进。钻头 的选择应该依据土层特性，在粘土层要 使用较大尺寸的钻头，便于在推进过程 中改变方向。而在较硬的土层要使用较 小的硬质合金钻头。 2.3 导向系统 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 导向系统包括无线导向系统和 有线导向系统。由于电线必须由人工通 过钻杆一根根搭接起来，因此有线导向 仪的使用将相当耗费时间。现在多在使 用无线导向系统，无线导向系统由手持 式地表探测器和装在钻头里的探头组成。 探测器通过接收探头发射的电磁波信号 判断钻头的深度、楔面倾角等参数，并 同步将信号发射到钻机的操作台显示器 上，以便司钻及时调整钻进参数以控制 钻进。 使用无线导向系统可以简化工 程设计以及施工。又由于不需要线路的 连接，系统稳定性得到了进一步保障。 2.4 泥浆系统 泥浆系统是保证扩孔以及管道 回拖顺利进行的重要环节。膨润土、水 以及添加剂等在泥浆罐里充分搅拌混合 后，通过泥浆泵加压，经过钻杆从钻具 喷嘴喷出，冲刷土层并把钻屑带走，起 到辅助钻进的作用。钻进泥浆可以冷却 孔底钻具，以免钻具过热加剧磨损。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 钻进泥浆的另一重要作用是在 回拖管道时降低管壁与孔壁之间的摩擦 力。理想状态下，管道是悬浮在泥浆中 被拉进。因此，在实际工程中，若钻孔 成型好，管道所需的拉力比预料中要小 得多。 2.5 智能辅助系统 随着科技技术的更进一步发展， 水平定向钻设备逐步向智能化发展。智 能辅助系统将更加简化施工过程，降低 施工难度。 3、水平定向钻在燃气管道铺设 中的应用 3.1 水平定向钻适用的环境 水平定向钻适合黏土、沙土和 不太硬的岩石。卵石层、砾石层和流沙 层是水平定向钻的三大禁区，尽量避免 在这三大禁区进行水平定向钻，如果不 能避免就要采取必要的措施。如对卵石 层和砾石层，要精确控制导向，加强泥 浆配制，在入土处采用套管技术、出土 处采用开挖方法等。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 3.2 地质勘探和现场勘察 周密的现场勘察是钻进成功的 先决条件。现场勘察包括地面勘察、地 下管道和设施的勘察。如何安放设备需 要通过地面勘察确定，地面勘察包括对 地形、地貌的测量等。地下勘察包括地 质条件的勘探和地下管线及设施的探测， 可以保证施工的安全进行。 3.3 管材和防腐的选择 水平定向钻的钻孔轨迹有弯曲 部分，所以应选用具有较好韧性的管材， 如钢管和 PE 管。钢管的防腐材料除具 有防腐材料的一般特点外，还需具有足 够的强度、良好的抗弯曲性和耐磨性。 所用的材料、结构等级以及涂层厚度应 符合设计要求，施工应符合现行的行业 标准。宜选用环氧粉末和聚乙烯防腐， 优选聚乙烯防腐。施工中要注意选择端 面成型好且防腐没有损伤的管道。 3.4 施工工艺介绍及分析 在穿越马路时，地下管线的情 况往往是错综复杂的，既有污水管、给 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 水管、煤气管，还有高压电缆，甚至军 用通信电缆。因此，在穿越施工时，一 定要做到技术环节万无一失。这对施工 工艺有很高的要求。 首先，根据穿越长度和管段埋 深的要求，通过计算选择合适的曲率半 径和入土角、出土角。穿越管段曲率半 径应尽量取大一些，以 1500D 为宜(D 为穿越管段的外径) ，最小不应小于 300m。一般入土角控制在 912，出 土角控制在 48 。其次，根据以上数 据计算拖管所需要的拉力，以便选择钻 机型号。足够的拖力是保证拖管顺利进 行的前提，因此很重要。最后，对长距 离大管径和复杂地段的穿越，要根据实 际情况对钻具与脱钩及脱钩与管道的连 接进行必要的拉力和扭力试验，确保回 拖时不发生断裂脱离。仅凭以往的施工 经验不能满足处理复杂地形、地貌和地 质条件下的穿越工程的要求。 4、穿越难点及应对措施 4.1 扩孔速度缓慢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 扩孔速度慢的主要原因是钻具 选择不合理，泥浆排量偏小，设备老化 维修时间长，泥浆池太小，不能实现连 续作业等。为此采取以下措施：增大 出土点泥浆池的容量，保证设备正常的 情况下连续作业。对钻具进行优化， 比较软的泥岩和砂岩层采用铣齿牙轮， 进入较硬的砂岩层后采用镶齿牙轮。 增加有经验的设备维修人员，并与专业 厂家积极联系，备足设备配件，保证设 备的正常连续运转，从而保证穿越施工 连续进行。 4.2 地质断裂带附近扩孔困难 地质断裂带附近地质十分破碎， 取芯率相对较低。此时应该按照地质 构造通常的规律和专家的建议进行施工。 4.3 入出土点高差大 因为入出土点高差大，泥浆空 洞过长，在管道回拖过程中容易对防腐 层造成损害。这时可采用如下措施： 对设计曲线进行了调整。在原穿越深度 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 基础上，在入土角不变的前提下，尽量 延长穿越水平段的长度，使泥浆空洞长 度尽量缩短，减少对防腐层的损害。 在回拖过程中，在出土点一侧注入高黏 度泥浆，以减少空洞长度，减少摩擦阻 力。 4.4 回拖过程中卡钻 在回拖过程中常常会遇到特殊 地理情况，在某些地段，因为土层碎屑 过多而导致拉力增大，产生卡钻现象。 可采取的措施是：在条件允许的情况 下，无论是在钻导向孔还是在扩孔阶段， 都应尽量增大泥浆排量，提高泥浆黏度。 在穿越入、出土点必须配备泥浆回收 装置和泥浆配置装置，以提高泥浆回收 率，有利于保证泥浆的性能。对于复 杂地质的大型河流定向钻穿越工程，应 该在洗孔正常的情况下试回拖，在试回 拖成功