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详解定向钻穿越的施工​流程

详解定向钻穿越的施工​流程

  • 分类:新闻资讯
  • 作者:临清市瑞龙钻具有限公司
  • 来源:http://www.lqrlzj.com
  • 发布时间:2021-03-18
  • 访问量:0

【概要描述】水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下,铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机 械,它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中,它适用于沙土、粘土、 卵石等地况,我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-15℃~45℃。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术,它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点,广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。

详解定向钻穿越的施工​流程

【概要描述】水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下,铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机 械,它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中,它适用于沙土、粘土、 卵石等地况,我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-15℃~45℃。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术,它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点,广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。

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  • 作者:临清市瑞龙钻具有限公司
  • 来源:http://www.lqrlzj.com
  • 发布时间:2021-03-18
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水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下,铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械,它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中,它适用于沙土、粘土、 卵石等地况,我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-15℃~45℃。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术,它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点,广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。

水平定向钻穿越施工流程如下:

①测量放线→ ②场地平整及便道修筑→ ③设备搬迁、井场布置→④系统安装、调试→ ⑤磁方位测量→ ⑥试钻→ ⑦钻导向孔→ ⑧九级预扩孔+一次清孔→ ⑨管道回拖→ ⑩设备撤场→⑾地貌恢复、泥浆处理

1、测量放线

工程施工前约请设计人员进行设计交底,并现场交桩。施工队根据设计资料和设计人员所交的控制桩等进行复测,并设置可供控制和复查的标志桩、入土点桩、出土点桩和穿越中心线桩每边各2个。设置的各种桩标识明显记号予以保护,避免被人为破坏。

复测用的测量仪器为全站仪,在施工前必须经过法定计量单位校验合格且在有效期内,方能投入使用。

根据施工场地的具体情况,灵活调整出、入土点作业区的面积和设备的安装空间,以安全、够用、经济为原则。其中入土侧作业区位置边缘为距大桥边34米,以变更后入土点位置前20米,后至连接辅道,且入土点前侧和所需穿越排污渠之间农田地整体需要全部征用。

2、场地平整及便道修筑

施工前施工现场需要达到“三通一平”的条件:路通、水通、电通和作业区平整。

施工用电由施工单位自带发电机发电;施工用水在施工现场附近解决;生活用水、用电可以在租用民房附近解决。

2.1 入土点进、出场道路和作业场修筑

入土点地貌:

穿越设备进入入土点施工现场需修筑施工便道长100m,宽5m。具体做法为:

第一步:用履带挖掘机将便道平整后,在便道上铺设宽4m的钢管排。

第二步:用标记桩将入土点作业区放线标识,挖掘机配合人工清理作业区中的障碍物并开挖泥浆池。

第三步:用挖掘机将作业区平整、压实,并在除进口以外的其他作业区边界上安装警示带,在进口醒目处和其他有安全隐患的部位安装安全警示标识。

第四步:在除泥浆池和地锚坑之外的地方全部铺垫管排。

在非所占用作业区的场地位置需要占用部分位置用于车辆进出。

2.2 出土点进、出场道路和作业场修筑

出土点地貌:

根据现场实际情况穿越管道焊接完成后,需要将在原绿化项目部所属位置的管道下沟垫管排便于穿越设备进入出土点施工现场,并修筑施工便道长100m,宽5m。出土点穿越施工作业区场地尺寸为以出土点为中心前20米向后尽量使用焊接施工作业带。

在除泥浆池之外的地方局部铺垫土管排,用于放置钻杆和出土点设备。

(泥浆池)

3、设备搬迁、井场布置

为保证设备安装顺利进行,防止设备因作业场地限制而发生拥挤现场。设备进场安装应按照先后顺序进行。设备进场安装顺利为:钻机安装 →钻机操作控制室安装→泥浆系统安装→ 泥浆泵安装→钻杆摆放就位 → 其他设备安装就位。

锚固箱安装就位后,用吊车配合,将钻机及配套设备连接安装就位,根据管道穿越中心线,调整钻机的左右位置,使钻机中心线与管道穿越中心线重合;根据设计图纸提供的入土角调整钻机高度,使钻机的行走轨道与水平面的夹角与设计的入土角相吻合。其它动力系统、泥浆系统按平面布置摆放在相应的位置。

具体入土点作业区平面布置图如下:

(定向钻机)

(泥浆设备)

4、系统安装、调试

所有设备进入施工现场后,进行系统安装,按照空中不布线的安全原则:所有的电缆线埋地,所有的水管线避开行车路线。系统安装完毕检查一切正常后,进行系统试运转。同时,在开钻施工前认真检查钻杆、麻花钻杆、无磁钻铤、螺杆马达、岩石扩孔器、牙轮、卸扣、万向节等钻机具的质量,清洗丝扣并进行无损检测,确保内部无损伤,检查岩石扩孔器本体与牙轮的连接是否牢固,钻头的水眼直径是否更换等等,在扩孔、回拖前还要检查并确保扩孔器的水眼畅通,卸扣无变形、锁销完好,万向节丝扣润滑,对钻杆、麻花钻杆要进行严格的选择、测量和级配编号。

5、磁方位测量

磁方位角作为定向钻穿越工程最重要的控向数据,是确保穿越曲线圆滑的最重要的保障。因此,在导向孔开钻前,要认真做好穿越中心线的磁方位角测量,这一数值是导向孔控向的原始依据数值,必须准确。用全站仪通过在穿越中心线上地表多点测量(一般情况下,出、入土侧各取两个点),然后将各组数据进行分析对比,排除由于那些由于磁干扰而错误的数据,确定正确的磁方位角数值。如果各组数据相差较大(0.2°以上),则增加测量点(2-4个),直到确定正确的数值。

6、试钻

搬迁、就位、连接、复测完成后,对施工用的机动设备进行单机试运,对泥浆系统、控向系统进行调试。然后按地质条件配好足量泥浆,进行喷射,钻机试钻进20m—30m(两至三根钻杆),检测各部位、各系统的运行情况,发现问题及时处理。

7、钻导向孔

7.1 钻导向孔采用的钻具主要有:钻杆采用5 1/2″API标准S135内部加厚型钻杆、钻头采用9 7/8"三牙轮镶齿碳化钨钻头;控向设备采用英国Sharewell公司生产的Tru-Trucker system实时跟踪系统和MGS系统,在整个穿越过程中采用地面信标系统(Tru-Trucker system)配合MGS系统进行准确跟踪定位,确保出土位置准确无误。

(钻杆)

7.2 在导向孔钻进过程中,要认真观察井眼泥浆返出情况,每一小时取样一次,泥浆工程师做好试验分析,将分离物与地质勘探报告相比较,确定是否进行泥浆性能调整,并做好记录,以便准确判断钻进过程中的地质情况,来决策钻进运行,确保钻导向孔一次成功。

控向员严格按图纸设计要求进行控向,导向孔是以后各级预扩孔和回拖管道的基础。导向孔严格按设计曲线钻进,在开钻前对司钻人员作好详细的技术要求,对每一根钻杆的钻进要求都提前在图纸上作好标注,控制钻杆的折角变化:单根钻杆折角变化<0.3°,连续三根钻杆折角变化<1.0°;保证穿越曲率半径≥2000m、管底最大埋深、入土角及出土角均能达到相应设计规范的要求。

在钻进时,控向员根据绘制的穿越曲线图结合实际变化准确及时地向司钻员发布控向指令,并随时根据钻进情况调整司钻推进、旋转操作。司钻员密切注视钻机仪表台上扭矩显示表、推力显示表、泥浆压力和流量表,随时判断泥浆螺杆马达的纽矩是否达到最大?钻头是否卡住?泥浆压力、流量是否足够等等细微却又十分重要的问题。如出现问题,司钻员要严格按照施工作业指导书和司钻工操作规程手册的操作内容冷静处理并及时汇报,在最短的时间内解决问题。

重点控制单根钻杆的钻进质量和整体曲线的质量,确保施工曲线与设计曲线重合。严禁出现施工曲线缩短与原施工曲线空间距离的情况。这是确保预扩孔、回拖作业的基础。

导向孔示意图见下图:

7.3 导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因:

第一:钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差。

第二:受外部磁场的影响,计算机采集的数据非钻头的真实位置。

第三:钻机操作人员人为操作有误,实际曲线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)保证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(如经纬仪)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超过0.1°时,需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0.1°范围内。钻机就位后,计算出精确的偏差数值,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,本标段河流穿越位置或多或少存在影响钻进控向精度的外部磁场。

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

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)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

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。

8、预扩孔

穿越管径为φ1220mm(48");根据穿越扩孔的要求:扩孔直径达到管径的1.3-1.5倍,每级扩孔相差4"-8";因此本次预扩孔工艺为九级扩孔+一级清孔。

第一级扩孔:采用φ24″切割刀式扩孔器;

第二级扩孔:采用φ30″切割刀式扩孔器;

第三级扩孔:采用φ36″切割刀式扩孔器+φ30″桶式扩孔器;

第四级扩孔:采用φ42″切割刀式扩孔器+φ36″桶式扩孔器;

第五级扩孔:采用φ48″切割刀式扩孔器+φ42″桶式扩孔器;

第六级扩孔:采用φ54″切割刀式扩孔器+φ48″桶式扩孔器;

第七级扩孔:采用φ60″切割刀式扩孔器+φ54″桶式扩孔器;

第八级扩孔:采用φ66″切割刀式扩孔器+φ60″桶式扩孔器;

第九级扩孔:采用φ70″切割刀式扩孔器+φ66″桶式扩孔器;

清孔采用φ70″桶式扩孔器。

当导向孔作业完成后,仔细分析导向孔实际曲线,确定导向孔曲线能够满足标准规范和扩孔、回拖作业的要求后,抓紧时间动用单斗挖出钻头出土侧的作业坑,用60″的B型大钳与单斗、人工配合卸下钻头、无磁钻铤等机具,装上φ18"切割刀式扩孔器,后接一根钻杆开始扩孔。

以后每级扩孔与第一级扩孔相同,直至扩孔作业结束。

在扩孔过程中,扩孔扭矩控制在30000ft·lb以内,推拉力控制在<100t,扩孔根据各地层的抗压强度的不同变化灵活的控制扭矩,尽可能保证扩孔速度的均匀和泥浆排量、泥浆压力的均匀,保持井口返浆容量较大和流速基本不变,避免返浆倒灌入孔道内。若扩孔时局部扭矩过大(42"以下超过35000ft·lb),应当立即降低扩孔进尺速度,同时加大泥浆排量和泥浆压力,确定牙轮重新切削后逐步降低泥浆流量和压力到平均速度。

最后一级扩孔完成后,进行清孔作业。在清孔时,增加泥浆流量20%~30%,尽量携带多的砂屑,并在遇到局部塌方地段,重新扩孔成形。若一次清孔未能降低扭矩和推拉力,可以进行第二次清孔。在扩孔施工中,将从孔洞中返出的泥浆引流到泥浆回收池中,然后用30Kw的泥浆泵将返浆抽吸到泥浆循环处理系统中进行二级振动除砂和旋转离心分离,确保处理过的泥浆含砂量<1.0%。然后泥浆工程师对除砂后的泥浆进行化验,得出其性能指标,然后确定该批处理泥浆的泥浆配制方案,最后将这批泥浆加注到泥浆制浆系统中,添加制定的泥浆添加剂,重新配制成可以满足穿越工程需要的泥浆,用泥浆泵打入到孔洞中。泥浆处理后的剩余残物排放到泥浆处理池中,用运浆车拉运到当地环保部门制定的填埋场。

9、管道回拖

9.1 回拖前(回拖管入洞前)的准备

1)钻具连接可靠、有效;

2)泥浆喷嘴及回拖旋转接头工作正常;

3)回拖管在管道发射管墩均匀放置,且无管道贴地,保护管线外防腐层;入洞发送沟开挖顺滑,能保证钢管弹敷进洞,避免硬性回拖。

4)扩孔器旋转和回拖速度应均匀;回拖速度≤2.5m/min;

5)保持泥浆回流。

9.2 管道回拖时,管段与钻具连接应符合下列要求:

1)检查桶式扩孔器内各通道及各泥浆喷嘴是否畅通,确认合格后才能连接;

2)连接顺序为管线+连结头+旋转接头+φ60″桶式扩孔器+5 1/2″钻杆;

3)桶式扩孔器直径比穿越管道直径大,目的是减小拖拉力,保护防腐层;全部连接完后应送泥浆冲洗,检查各泥浆喷嘴是否正常,合格后进行回拖施工。

4)管道回拖施工应连续进行,除发生不可抗拒的原因外,严禁在施工中无故停拖。在回拖时进行连续作业,避免因停工造成阻力增大。

5)回拖过程中,要认真观察浆泥运行情况,动用泥浆制浆系统、泥浆循环处理系统和利用泥浆回收坑和泥浆处理坑尽力分离、除砂泥浆、回收泥浆残物,尽量减少环境污染。

6)管道回拖时用清洗剂的水溶液将管墩浇湿保持管墩和管壁的润滑。

管道回拖出土,用60″的B型大钳与单斗、人工配合卸下麻花钻杆、桶式扩孔器、回拖万向节和“U”型环等机具,割掉回拖头,用事先准备好的盲板将回拖管管口焊接封堵。

10、设备撤场

所有作业完成后,系统拆除连接,设备撤场。按照钻机、泥浆系统、动力系统、机具钢板排等顺序依此撤离施工现场。

11、地貌恢复、泥浆处理

11.1 定向钻穿越施工前,用土工布将可能跑、冒、流淌泥浆的地方覆盖铺垫。并开挖导流沟,将可能跑、冒、流淌的泥浆引向泥浆回收池,泥浆部分循环利用。残余的极少量泥土混合物就地深埋,深度不少于2m。

施工完毕待设备全部撤离后,与当地主管部门协商将泥浆池中的剩余泥浆用专用的泥浆罐车拉运到指定的泥浆填埋场。泥浆池中的残余极少量泥土混合物就地深埋。

11.2 清除场地上的杂物,用单斗及人工回填开挖的沟、渠等,分层压实,将农田地里已剥离的表层耕植土恢复到表层,填土方高出地表300mm。农地田坎、沟渠堤用铁锹分层拍打密实,逐层恢复到原貌。

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