水平定向钻施工工艺及重点环节

水平定向钻施工工艺及重点环节一、施工工艺二、泥浆配置泥浆是水平定向钻穿越工程中非常重要的因素，可以说泥浆的质量，很大程度上，决定了定向钻施工的成与败。泥浆一般由水、膨润土及泥浆添加剂等配成，根据穿越工程的实际情况，泥浆的成分配比需要作适当，调整泥浆的质量，主要从以下三个方面来控制：1、水。泥浆用水，宜用碱性的水2、膨润土。宜用钠膨润土，不使用钙膨润土3、配置好的泥浆pH值控制在8～10如果地质情况复杂、穿越直径和长度较大，对泥浆的性能要求就高，相应要采取不同的措施，通过添加泥浆添加剂改善泥浆性能，以确保能够穿越成功。2.1泥浆的作用：（1）泥浆具有适当的粘度和流动性，携带钻屑能力强，使钻屑在孔底呈悬浮状态，通过泥浆的流动使钻屑能够顺利返出地面。（2）泥浆有较强的护壁作用，能够提高孔壁的稳定性，尤其对于孔径较大、容易坍塌的地层。（3）泥浆具有较强的润滑性能，为管线回拖提供有效的润滑作用，特别是当穿越长度较长，加入润滑剂降低摩擦系数可以降低管线的回拖力。（4）泥浆能够对钻具起降温作用。2.2常用泥浆化学处理剂为了保证水平定向钻进泥浆的稳定性和提高泥浆的各种工艺性能，以适应各种情况下的钻进要求，泥浆中使用着各种各样的泥浆添加剂。水平定向钻进泥浆常用的泥浆添加剂有：A.纯碱；B.防塌剂；C.降失水剂；D.润滑剂。2.3泥浆在不同地层的配置2.3.1粘土层的泥浆性能要求及组成其主要特点：成孔性好，可钻性好，钻具在土中旋转推进、造斜和出土都能比较好的成孔，不易坍塌，是最适宜穿越的地层。泥浆的组成：膨润土+纯碱+降失水剂在一般的条件下，采用上面的配合比；施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。2.3.2砂层和细砂、卵石、砾石（少量的）地层的泥浆性能要求及组成其主要特点：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力强。导向孔和回扩孔时极易坍塌，泥浆含砂量高造成机具对岩屑的重复破碎，机具和设备磨损较重。泥浆的组成：膨润土（一级）+防塌剂（聚合物）+降失水剂+润滑剂。在一般的条件下，可采用上面的配合比；施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。2.3.3泥岩成孔性极好的泥岩，这类岩层在管径小、距离短的情况下，一般用清水就可以完成工程，但建议在清水中添加一些碱，提高造浆率和携带悬浮能力，能使工程更加顺利的完成。2.4泥浆粘度值表三、钻导向孔的原理按照设计图纸的入土点的角度，在动力头的作用下，钻头带动钻杆旋转前进，利用人工磁场法是在穿越中心线两侧布设闭合导线圏，通电后形成外加磁场，用以对控向参数的复核。人工磁场可不受任何外部磁场的干扰，准确1-3=1-1*9/10+2*9-7=3反映钻头所在的具体位置，左右偏移量和穿越点高程情况，人工磁场测得的数据是探头所在位置的真实反映，使用GPS对地面测向、定位，使两条边线相对于中心线对称，以进行穿越中心线两侧磁场线圈闭合，最终从出土点钻出。四、施工过程中注意的问题4.1设备就位、安装、调试定好穿越长度后，根据入土点、入土角度结合现场实际情况使钻机准确就位。钻机设备、泥浆设备安装完成后，对设备进行调试、检查、确保设备安全运行。导向设备仪器安装完成后，对其进行校准，确保导向孔的精度。4.2导向孔钻进要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头。在导向孔钻进时，每钻进一根钻杆，至少测量一次方向及钻头的实际位置，对探测点要做好标记。根据仪器显示数据进行及时调整，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求。司钻认真记录钻进过程中的扭矩、推力、泥浆压力。以便对地质情况有所了解，为扩孔器孔径及类型的选择提供依据，根据施工经验对扩孔速度进行控制。4.3扩孔扩孔次序：根据管径、钻机吨位及地质条件确定每级扩孔器的选择，一般扩孔至管径的1.3~1.5倍，根据扭矩及拉力的大小决定是否需要清孔。在扩孔和回拖过程中控制钻进速度，不宜忽快忽慢、甚至停钻，这样会导致所扩孔径严重变形，在软硬交界的地层中尤为明显，因此在施工过程中要保持匀速，当因故停钻时要定时活动钻具。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。根据各种不同土质配制不同浓度的泥浆，使其扩孔时回拖力的数值和扭距值控制在钻机正常工作参数之内。回扩过程根据不同地层地质情况以及现场出浆状况确定回扩速度和泥浆浓度及压力，确保成孔质量。4.4回拖管线回拖时连接顺序：动力头—动力头保护短节—钻杆—扩孔器—分动器—U型环—拖拉头—管线。原则上要求扩孔（或清孔）与铺管一气呵成，中间不允许有长时间的非作业停顿。回拖时钻机应先开泵打水，保证扩孔器排浆畅通，当扩孔器快要入土时，同时指挥钻机旋转，通过钻杆输送泥浆到扩孔器，一边旋转一边回拉。回拉铺管过程中，要密切注意拉力、扭矩、水压等参数的变化，同时还要随时关注现场有无异常情况出现，及时处理多余的泥浆。拉管中要派专人负责装卸及运输钻杆，以保持整个拉管作业的连续性。入土和出土之间密切配合，用对讲机互通信息，随时保持联系。另外，对出土处管线也要派专人进行维护，防止管线划伤，确保回拉时管线安全及行人安全。4.5回拖速度管线回拖快慢三个因素：1）孔壁的失水量泥浆从扩孔器流出后假如保留在了孔中，经过钻头的搅拌作用形成湿滑的泥，后面拖的管材经过时将起到一个很好的润滑作用，这样就减小了回拖阻力。回拖管材时出土坑中不停地有泥浆流出，那孔的失水量一定很小，润滑作用就好。2）钻屑的造浆性能不论是清水、泥浆，在扩孔时会切削下钻屑，水或泥浆与这些钻屑搅拌后就会使其性能改变。如果钻屑造浆性能本身就很良好的话，就会使原来的水或泥浆长时间保持性能，但如果造浆性能不好就破坏了原泥浆的效果，大大地降低了流动性、携带孔内残余物和润滑的作用，会使回拖力大为上升。3）管材的长度管材越长时摩擦距离越长，回拖阻力越大。措施：失水量大、造浆性能差、不论管材长短都宜保证回拖力不很大时快拖；失水量小、造浆性能差或失水量大、造浆性能好且管子长时宜用偏快速度回拖，管子短时宜用偏慢速度回拖。五、施工经验在定向钻铺管施工过程中，经常发生一些生产事故，给施工单位、建设单位及管线业主带来严重的经济损失。5.1钻杆方面5.1.1钻杆丝扣扭损钻杆的倾角远大于了钻机塔架的倾角，加钻杆时由于两根钻杆的夹角不同，丝扣不能对正，斜着往上拧，丝扣严重受损。5.1.2钻杆磨损定期对钻杆进行检查，如磨损，钻杆损伤、严重弯曲等，并做相应标记。5.1.3擅自加大动力头丝锥强度动力头丝锥强度提高，那薄弱环节就不在该处而在孔内的钻杆上了，动力头丝锥保住了，却把孔中的钻杆扭断了。5.2导向技术导向工作是定向钻铺管中的一个重点。虽然从施工流程来看只是一个施工环节，但是整个工程从扩孔、清孔、拖管都无一不受导向轨迹的影响。在导向施工前要做到“胸有成竹”，事先计划好所需的轨迹数值，使整个轨迹尽量形成一条平滑的曲线，不宜猛纠硬调。5.3拖管中断拖管时由于客观原因限制，中途需要停顿，这时要隔一段时间向孔中送一次冲洗液，不能使孔内壁的残留钻屑失水后抱死管材。5.4管线回拖经验总结为了避免不必要的损失，提高水平定向钻铺管工程施工的成功率，保证管线铺设的质量达到设计要求，我们应该对施工不断进行经验总结，它包括以下五个方面内容：5.4.1钻机的固定方面回拉管材时，钻机是不能移动的，而一般情况下，钻机的自重根本无法与铺管的回拉力相抗衡，因此钻机必须用地锚固定住。25T钻机的地锚，一般是用大锤打锚杆，把钻机前支撑架固定在地面上。如果回拉力很大，在必要情况下，采用钢丝绳套住钻机大梁，然后埋后地锚将钻机拉住，条件允许情况下可以租用挖掘机用钢丝绳拉住钻机。5.4.2钻具方面回拉铺管钻具的组合扩孔器与分动器连接处有起固定作用的螺母，螺母一端专门设有插销孔，组装钻具时必须在插销孔中穿入铁丝作为插销，以防止螺母在回拉铺管过程中松动脱落。U形环属易损件，一般情况下使用的是国外进口产品，因为有些国产U形环强度不如进口U形环的强度大，容易拉断，使用寿命短，耐久性也不好。U形环上的固定螺母要用扳手拧紧，并且要插上插销，防止松动脱落。上述两处是很容易被忽略的，要特别引起重视，否则可能会造成严重的事故导致拉管失败。5.4.3扩孔方面（1）孔内的清洁状况。如果没有清孔或清孔不彻底，拉管时会带出大量的残余泥土，影响施工场地，并且会大大增加拉管的回拖阻力。拉管时，拉力和扭矩都会很大，必须再次清孔，直到孔内残留物较少为止，然后才能进行回拉铺管作业。所以要保持孔内清洁，不要残留过多钻屑。清孔时，用挤压式扩孔钻头，操作钻机慢拉快转。利用扩孔器的结构形状使钻孔得到径向挤密，既能形成完好的孔壁，也对孔壁有一定的保护和巩固作用，多余的土体被挤压或拉出孔外。（2）孔内的畅通情况孔内返浆与孔内的畅通情况有一定的关系。如果没有返浆现象，可能会导致铺管失败，要分析实际原因。如果孔内不畅通，泥浆中水也漏失，则剩下钻屑越积越厚，管线易被“抱住”，给拉管造成很大的阻力。在正常拉管情况下，一般会有返浆现象出现。一般是开始返浆发生在尾部，当回拉到只剩下三四根钻杆时，前面才会出现返浆。在砂层中拖管，返浆中携带有大量残存的砂粒等钻屑冒出。而在粘土层中，返回的泥浆比原冲洗液泥浆更浓。返浆的出现说明孔内畅通，拉管很容易成功。5.4.4泥浆方面（1）铺管过程中孔内要始终充满足够的泥浆。泥浆不仅可以保持孔壁稳定，防止坍塌，还可以对铺管起到很好的润滑作用，大大减小管线与孔壁之间的摩擦阻力。（2）关于泥浆的配比：非开挖泥浆的PH值一般应该保持在8～10。根据砂层、粘土层等各种不同的土层情况，应采用不同的配合比，回拉铺管中泥浆的作用要