水平定向钻穿越施工通用工艺

1、压力管道安装通用工艺文件水平定向钻穿越施工通用工艺HNYJ PQC 22-20101 适用范围适用于岩石、砂土、粉土、粘性地质条件的水平定向钻穿越工程。2 引用标准油气输送管道穿越施工验收规范GB50424-2007油气长输管道工程施工及验收规范GB50369-2006石油建设工程质量检验评定标准 管道工程穿跨越工程SY/T4104-19953 一般要求3.1 穿越作业应向当地河流/公路/铁路管理部门申请并经批准后方准实施。3.2 穿越作业应编制专项HSE措施方案。3.3 穿越施工时应设置施工警告标志，夜间设警示灯。3.4 定向钻穿越应满足以下规定：3.4.1 穿越深度规定：1) 穿越河流等水

2、域时，穿越管段管顶埋深应在河流最在冲刷线2.5m以下，且穿越管段管顶距河床底部的最小距离应大于穿越管径的1015倍，且不小于6m。对防洪等级高的河流，应根据不同的地质类别，适当增加穿越深度。2) 穿越公路/铁路时，穿越管段管顶埋深应符合公路/铁路等相关部门的有关规定。3.4.2 与建筑物、地下管线的距离规定：1) 与建筑物基础的水平净距不得小于设计规定；2) 与现有地下管线水平铺设时，200mm以上的管线，净距应为最大扩孔径的2倍以上；200mm以下的管线，净距不得小于0.6m；3) 从现有地下管线上部交叉铺设时，垂直净距应大于0.6m；4) 从现有地下管线下部交叉铺设时，垂直净距应符合下列要

3、求：u 粘性土地层应大于扩孔直径的1倍；u 粉土地层应大于扩孔直径的1.5倍；u 砂土地层应大于扩孔直径的2倍；u 小直径管道（110mm）垂直净距不得小于0.5m。3.4.3 定向钻出、入土角及穿越曲率半径规定：1) 穿越施工时出、入土角大小应根据地质、地形条件和穿越管段的材质、管径来确定。入土角度一般为820，出土角一般为412。2) 水平定向钻穿越的曲率半径应符合设计要求。曲率半径不宜小于1500D，最小不得小于1200D。3) 在管道入土端和出土端外侧各预留保持不少于10m长直管段。3.4.4 地质资料准备规定：施工前，应向设计或业主索取穿越段的地质报告。其内容至少包括如下内容：u 勘

4、察目的、任务要求和依据的技术标准；u 拟建工程概况；u 勘察方法和勘察工作布置；u 场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性；u 各项岩土性质指标，岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；u 地下水埋藏情况、类型、水位及其变化；u 土和水对建筑材料的腐蚀性；u 可能影响工程稳定的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价；u 场地稳定性和适宜性的评价；u 若有不足部分，施工单位可向建设单位提出补勘申请报告。u 勘探点平面布置图；u 工程地质柱状图；u 工程地质剖面图；u 原位测试成果图表；u 室内度验成果图表。4 理论计算4.1 导向孔轨迹计算 4.1.1 定向钻导向孔轨迹应包括

5、下列内容：u 钻孔类型和轨迹形式；u 选择造斜点；u 确定曲线段的曲率半径；u 计算各孔段钻孔轨迹参数。4.1.2 定向钻导向孔轨迹宜由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成。其设计应根据生产管线技术要求、施工现场条件、施工机械等进行轨迹综合组合。4.1.3 定向钻导向孔轨迹设计可采用作图法或计算法确定。u 作图法：入、出土角和曲线段的确定可进行。图中：1入土角 2出土角 A入土点 D出土点 B第一曲线段和直线段轨迹变化点 C直线段和第二曲线段轨迹变化点 h轨迹（铺管）深度 L1+ L2+L3定向钻铺管水平长度u 计算法：入、出口角和曲线段的计算可按上图及下列公式计算。L1 (3.5.1.1)=2

6、arctg (3.5.1.2)L3 (3.5.1.3)=2arctg (3.5.1.4)4.2 回拖力计算水平定向钻回拖时的拉力宜按下式计算： (3.5.2) 式中：计算的拉力（t）； 穿越管段的长度（m）；摩擦系数，0.10.3；管子的直径（m）；泥浆的密度（t/m3）； 管子的壁厚（m）；粘滞系数，0.010.03。4.3 泥浆喷射孔个数计算：应根据泥浆泵排量确定切割刀、扩孔器的泥浆喷射孔的个数，泥浆喷射孔的个数应按下式计算： 式中：N泥浆喷射孔的个数（个）； V要求泥浆的喷射速度（m/min）； Q泥浆泵的正常排量（m3/min）； r喷射孔的半径（m）。4.4 钢管最小允许曲率半径的计

7、算：定向钻铺设钢管最小允许曲率半径应采用下式计算，也可用不小于1500D估算。 (3.5.4)式中：Rmin最小曲率半径（m）206常数（MPam） D钢管外径（mm） S安全系数，一般取12 K2钢管屈服极限（MPa）4.5 PE管最小允许曲率半径的计算：定向钻铺设PE管的最小允许曲率半径可采用下式进行计算： (3.5.5) 式中： 曲率半径（cm） E弹性模数（MPa） DH管外径（cm） 弯曲应力（MPa）铺设PE管时，钻孔轨迹的曲率半径应同时满足钻杆的曲率半径。5 水平定向钻机具选取5.1 水平定向钻机的选取：宜根据回拖力计算值的1.53倍来选择。5.2 控向系统的选取：5.2.1 手

8、持式跟踪系统：经济、使用方便，但要操作人员直接到达钻头上方的地面，易受地形、电磁干扰及探测深度的限制，多在中小型钻机上使用；5.2.2 有缆式导向系统：可跨越任意地形，不受电磁干扰，但复杂，使用麻烦，效率低，价格高。5.2.3 导向系统配置应根据机型、穿越障碍物类型、探测深度及现场测量条件等选用。5.2.4 导向系统使用前应满足如下要求：1) 操作人员应熟悉仪器性能、适用范围、操作方法；2) 导向仪应经过校验并在有效期内，并在施工前进行现场调校。5.3 钻具的选取5.3.1 孔底钻具组合应依据所采用的导向系统、土层条件、穿越深度等要求确定；孔底钻具组合形式，可参照表5.3选用。表5.3.1 孔

9、底钻具组合形式导向系统土层条件钻具组合手提步履式导向仪软土层提供倾角、方位角、深度的泥浆喷射铲式钻头、探头（棒）室及钻杆组合中、硬土层铣齿牙轮钻头、提供倾角、方位角、深度的方向控制的弯接头，探头（棒）室及钻杆组合硬土或岩土层铣齿牙轮钻头、预先安置的泥浆马达无磁钻铤和钻杆组合有缆式导向仪软土层钻头、弯接头、浮动接动、装有探头（棒）的定向钻头、泥浆马达、无磁钻铤和钻杆组合硬土或岩土层钻头、泥浆马达、浮动接头、定向接头、无磁钻铤和钻杆组合5.3.2 导向钻头类型和尺寸应按岩土类型、岩土层造斜能力、造斜配套工具等要求确定钻头类型和尺寸，可参照表5.3.2选用。表5.3.2 钻头类型和尺寸岩土类型钻头类

10、型和尺寸淤泥较大掌面的铲形钻头淤泥质粘土中等掌面的铲形钻头粘土较小掌面的铲形钻头，掌面宽度应比探头室直径大12mm以上，铣齿钻头或马掌面冲击钻头砂层小锥形掌面铲形钻头砂、卵、砾石层镶焊硬质合金、中等尺寸弯接头钻头岩层孔底动力钻具5.3.3 扩孔钻头类型选择，可参照表5.3.3选用。表5.3.3 扩孔钻头适用的地层钻头类型适用地层挤压型扩孔钻头松软地层切削型扩孔钻头软土层组合型扩孔钻头地层适用范围较广，属普通型扩孔钻头牙轮型扩孔钻头硬土和岩石5.4 钻杆的选取5.4.1 钻杆机械性能主要是强度和扭矩，其规格、型号应符合孔底钻具的工作扭矩、钻机顶力及回拉管道时总拉力要求。5.4.2 钻杆曲率半径应

11、不小于钻杆外径1200倍。5.4.3 钻杆丝扣应保持洁净，旋扣前应涂上丝扣油。5.4.4 弯曲和损伤钻杆不能使用，钻杆内应避免杂物进入。5.5 泥浆配方：应依据钻进的土壤、地层情况确定。6 工艺流程，见图6。开工前准备测量放线场地及作业带平整设备安装调试泥浆准备钻导向孔预扩孔、洗孔主管道组焊管道回拖强度及严密性试压设备拆除管道严密性试压恢复地貌防腐补口图6 定向钻施工工艺流程图7 工艺控制7.1 测量放线7.1.1 测量放线准备工作1) 备齐放线区段完整的施工图（平面图、断面图、测量成果表）、交接桩记录、标准规范以及测量放线记录用表。2) 准备完好、精度符合要求并经检定合格且在有效期内的GPS

12、或全站仪、盘尺等。3) 准备足够的木桩或钢筋桩等测量放线的工器具。7.1.2 管道测量定桩1) 现场成立测量放线工作组，由测量队长或测量工程师主持具体施工工作。2) 测量人员依据线路平面、断面图、设计控制桩、水准标桩进行测量放线。测量放线中应对测量控制桩进行保护。3) 在放线过程中，应与业主委托的其他承包商联系，核实管线征地与穿越公路、河流、光缆、地面及地下障碍物、林区、经济作物区等的通过权。4) 放线桩应标明管道中心线、出入土点位置、出入土点场地、钻机位置、回拖场地和泥浆池占地的位置和几何尺寸等。5) 划线：预制管线轴线和施工作业带边界线定桩后，测量人员沿测量点拉放线绳，沿绳撒石灰线进行划线

13、，放出管线轴线及边界线。6) 测量精度要求：轴线测量的导线距离允许误差小于0.1；高程测量的闭合差小于50mm。7.1.3 测量放线完毕及时与监理联系和报验，填写相关记录。7.2 施工场地平整7.2.1 施工场地清理准备工作施工前，必须同业主或监理及地方政府一起，对施工场地内植（作）物林等进行清点，对重要地形、地貌、重要构筑物进行录像作为将来恢复依据。7.2.2 施工场地清理1) 不允许堵截的沟渠、河流，应铺设水泥涵管过水并搭设便桥通过；2) 应采取相应保护农田、果林、植被及配套设施，减少或防止水土流失，同时保护保护线路控制桩，如有损坏，测量工立即进行补桩恢复。3) 出、入土点场地清理采用挖沟

14、机、推土机扫线，人工配合清理，将征地范围内的树木、石块、构筑物等予以清除、平整并进行夯实处理，保证施工顺利进行。7.2.3 钻机场地要求1) 水型水平定向钻机的安装场地可为40m40m，大型水平定向钻机的安装场地一般约为60m60m。安装场地应根据钻机及附属设备的要求，结合现场条件进行布置。2) 钻机场地内应设泥浆池，其大小应根据泥浆用量确定。泥浆池不宜放在穿越中心线上。7.2.4 管段预制场地要求1) 穿越管段预制场地宜设在出土点附近，在出土点设一个30m30m的钻具操作场地。2) 管段预制场地宜与入土点、出土点在一直线。穿越管段的预制场地的长度宜为设计水平长度加20m，宽度应符合有关规定。

15、3) 若因场地限制预制管段不能直线布置，应在出土点保持不少于100m的直管段，方可采取弹性敷设。7.3 主管道组焊、防腐补口等施工满足设计图纸或相关标准的要求。7.4 强度及严密性试压7.4.1 水平定向钻穿越回拖前，应对主管道进行清管、测径、试压，回拖后还应再进行测径。7.4.2 管道清管、测径、试压前应编制施工方案，制订安全措施，并充分考虑施工人员及附近公众与设施安全。清管、测径、试压作业应统一指挥，并配备必要的交通工具、通信及医疗救护设备。7.4.3 穿越管道宜采用水作为试压介质。7.4.4 试压前，用清管球（器）进行清管，清管次数不少于两次，以开口端不再排出杂物为合格。7.4.5 清管

16、球充水后直径过盈量为管内径的5% 8%。7.4.6 如果清管合格后需进行测径，测径宜采用铝质测径板，直径为试压段中最小内径的90%，当测径板通过管段后，无变形、褶皱为合格。7.4.7 油气穿越管道水压试验时的压力值、稳压时间及合格标准应符合表7.4.7的规定。表7.4.7 水压试验压力值、稳压时间及合格标准分类强度试验严密性试验油气穿越管段压力值1.5倍设计压力设计压力稳压时间4h24h合格标准无泄漏压降不大于1%试验压力值，且不大于0.1MPa7.4.8 试压宜在环境温度5以上进行，否则采取防冻措施。7.4.9 试压合格后，将管段内积水清扫干净。清扫以不再排出游离水为合格。7.4.10 试压

17、用的压力表经过校验并在有效期内。压力表精度就不低于1.5级，量程为被测最大压力的1.52倍，表盘直径不应小于150mm，最小刻度能显示0.05MPa。试压时的压力表不少于2块，分别安装在试压管段的两端，稳压时间应在管段两段压力平衡后开始计算。试压管段两端各安装一支温度计，且避免阳光直射，温度计的最小刻度小于或等于1。7.4.11 试压装置，应经过试压检验合格后方可使用。7.4.12 试压时的升压速度不应过快，每小时升压不应超过1MPa。当压力升至0.3倍和0.6倍强度试验压力时，分别停止升压，稳压30min，检查系统，如无异常情况继续升压。7.4.13 试压中如有泄漏，应泄压后修补，修补合格后

18、重新进行试压。7.5 钻机设备安装、调试7.5.1 钻机设备安装1) 挖、砌排浆池及地锚坑1个，大小按实际需要，一般排浆池尺寸为15m10m3m，排浆池内铺塑料彩条布，并在池内四周用砖砌加固墙，墙高1m，用水泥将排浆池四周与加固墙连接，防止排浆池塌方。地锚坑中心线在穿越主管和光缆套管的中心线上，地锚坑尺寸为8m6m4m，挖排浆池及地锚坑时要留出足够边坡，出土点处排浆池及地锚坑尺寸见图7.5.1所示。地锚坑深4m8m6m 15m 泥浆池深为3米10m图7.5.1-1 地锚坑及泥浆池示意图（坡比1:0.67）2) 地锚坑开挖完成后，先用砖在四周砌三七墙，将地锚放入后，地锚与墙的余空填混凝土加固。然

19、后开始安装挡板，在挡板前打6米长，壁厚为6mm、间距0.5m的108mm管桩进行加固，同时将地锚、挡板、管桩和钻机下所垫钢板用20#槽钢进行连接，保证在回拖管线过程中地锚的稳固。地锚形式见图7.5.1-2。图7.5.1-2 地锚形式示意图3) 设备应安装在生产管中心线延伸的起始位置；4) 调整机架方位应符合设计钻孔轴线；5) 按设计入土角调整机架倾斜角度；7.5.2 钻机设备调试用探测器测量控向参数，探测器应摆放在管道穿越中心线上，在中心线上选择远离干扰源的地方，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。并满足下列要求:1) 实际测量获得最佳

20、控向参数后，做好原始记录。2) 调试泥浆搅拌系统，检查泥浆搅拌系统各搅拌枪是否工作正常，检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，发现问题及解决。3) 检查调试泥浆泵工作是否正常，泥浆泵压力表是否正常工作。4) 检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当。所有设备检查完后进行设备试运转。5) 磁方位角测量、泥浆配制6) 根据设计入土点、出土点，严格按控向系统调校程序进行调校。7.6 试钻及泥浆配制7.6.1 钻机及配套设备就位:钻机就位后应进行系统连接、试运转，确保设备正常工作。7.6.2 钻机试钻：各系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕后试钻，钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进

21、。7.6.3 泥浆配制、施工过程中的控制及处理1) 泥浆用料准备：施工取淡水放入水罐，经沉淀后利用；膨润土及必要的添加剂及时运到。2) 依据穿越地质、穿越长度及穿越管径进行泥浆配制，并在钻导向孔、预扩孔及回拖各阶段采取相应措施，泥浆配比，参见表7.6.3（用马氏漏斗计每两小时测量一次泥浆粘度）。表7.6.3 泥浆粘度值表项目管径（mm）地质粘土亚粘土粉砂 细砂中砂粗砂 砾砂岩石导向孔354035404045455050554050扩孔及回拖426以下3540354040454550505540504267114045404545505055556045557111016455045505055

22、5560608050551016以上4550505555606070658555653) 水平定向钻斜孔段：泥浆的流动性能要好，结构性要强，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、降失水剂含量。4) 水平定向钻水平孔段：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。5) 水平定向钻扩孔段：增强泥浆的造壁性能，防止孔壁塌陷；需增大固壁剂、降失水剂剂量。6) 水平定向钻回拖段：提高泥浆的润滑性，降低摩擦阻力，增强携屑效果；需提高润滑剂剂量。7.7 钻导向孔7.7.1 导向孔曲线要求：定向钻穿越

23、施工应严格按油气输送管道穿越工程施工规范GB50424执行，定向钻钻进曲线应严格按照穿越施工规范和设计图纸曲线要求，其中穿越实际曲线与设计曲线的偏差不大于1%，且纵向偏差3m，上下偏差+1m2m，出土点横向偏差3m，纵向偏差孔+9m3m。钻孔阶段尽量将岩屑携带出孔，同时维持孔壁稳定，减少推进阻力。7.7.2 导向孔钻进施工应满足如下要求：1) 导向操作应由经过培训合格的人员操作，控向系统的功能应满足工程的需要；2) 钻机开启后应进行试运转，确定机具各部分都运作正常后方可钻进；3) 导向孔应根据设计曲线钻进；4) 第一根钻杆入土钻进时，应轻压慢转稳定入土位置，符合设计入土角后方可实施钻进；5)

24、导向孔钻进时，造斜段测量计算频率一般情况每0.51.0m/次，直线段测量计算频率一般每根钻杆一次；测量参数应符合设计轨迹要求，且应按下列要求进行数据记录：u 采用手提步履式导向仪钻孔轨迹测量方法的现场记录内容，并按记录绘制钻孔轨迹剖面图。u 采用有缆式导向系统钻孔轨迹测量，钻孔轨迹监视和调控应随时观察计算机处理的随钻数据，且应进行采集。7.7.3 根据采集的控向数据，及时调整偏差，使穿越曲线符合设计要求并满足下列要求：1) 曲线段钻进时，应按地层条件调整推进力，避免钻杆发生过度弯曲；2) 造斜段顶进时，一次顶进长度宜小于0.51.0m，同时应观察延伸长度顶角变量，顶角变量应符合钻杆极限弯曲强度

25、要求，采取分段施钻，使延伸长度顶角应变化均匀；3) 导向孔相邻两测量点之间轨迹偏离误差不得大于最终扩孔的孔径，发现偏离误差应及时纠偏。7.7.4 钻杆折角要求：导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，在导向孔钻进过程中，应严格按设计给出的穿越曲率半径进行。在钻进过程中折角不宜过大，见表7.7.4。 表7.7.4 钻杆折角管径(mm)每根钻杆最大折角（ ）4根钻杆累加折角（ ）325以下2.16.03771.75.74061.65.45081.44.36101.23.67111.13.08131.02.69140.92.41016以上0.82.27.8 扩孔7.8.1 扩孔孔径的确定最终扩孔直径应根

26、据管径、穿越长度、地质条件和钻机的能力确定。终孔孔径一般应为所敷设管径的1.21.5倍，最小扩孔直径与穿越管径的关系应符合表7.8.1的规定：表7.8.1 最小扩孔直径与穿越管径关系（mm）穿越管段直径最小扩孔直径219管径+1002196101.5倍管径610管径+300注：管径小于400mm的管线，在钻机能力许可的情况下，可直接扩孔回拖。7.8.2 扩孔应满足如下要求：1) 扩孔宜连续进行，当意外停止扩孔时应注意：停止扩孔器回拉并前推，消除扩孔器的扩孔工作钻压；2) 扩孔钻头（扩孔器）小眼孔正常喷浆时，方能开始扩孔，严禁干扩；3) 按配套扩孔钻头由小到大逐级扩孔。中、大型钻机在松软土层中扩孔，可跨越一级钻头直径扩孔；4) 扩孔中出现钻机扭矩、拉力较大时，应先进行洗孔，洗孔结束后，再继续进行扩孔，扩孔结束后，如发现扭矩、拉力仍较大时，可再进行洗孔作业。5) 转速和工作钻压应符合钻具使用技术参数的要求；6) 启动时旋转、回拉钻杆的速度应缓慢；7) 旋转和行进速度应均匀；8) 控制泥浆流量和扩孔扭矩。7.9 发送沟开挖、发射座安装7.9.1 穿越管