1、關(guān)于定向鉆穿越卵石層方法的探討摘 要：隨著定向鉆穿越施工的普及和對(duì)定向鉆穿越施工綜合效益要求的不斷提高，在施工過(guò)程中遇到含卵石的地質(zhì)情況越來(lái)越多，含有卵石的定向鉆穿越施工，掌握科學(xué)合理的施工方法就顯得尤為重要。本文在總結(jié)大量的施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，開(kāi)展了新的工藝研究和應(yīng)用，嘗試新的注漿、固卵石處理措施，避免塌孔、現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)在管線回拖過(guò)程中能夠有效保證施工質(zhì)量及安全，并在實(shí)際的施工中取得了良好的效益。good economic benefits in the actual constructions.：定向鉆；卵石層；曲線段；水平段；固孔；袖閥1.前言定向鉆是在不開(kāi)挖地表面的條件下，

2、鋪設(shè)多種公用設(shè)施(管道、電纜等)的一種施工工藝，它廣泛應(yīng)用于供水、電力、電訊、天然氣、煤氣、石油等管線鋪設(shè)施工中，它適用于沙土、粘土、卵石等地況，在我國(guó)大部分非硬巖地區(qū)都可施工。工作環(huán)境溫度為-15+45。定向鉆穿越技術(shù)是將石油工業(yè)的定向鉆技術(shù)和傳統(tǒng)的管線施工方法結(jié)合在一起的一項(xiàng)施工新技術(shù)，它具有施工速度快、施工精度高、成本優(yōu)點(diǎn)。該種設(shè)備一般適用于管徑3001200mm 的、PE 管，適應(yīng)于軟土到硬巖多種土壤條件，應(yīng)用前景廣闊。2.常用施工方法分析常用的定向鉆施工工藝順序?yàn)椋含F(xiàn)場(chǎng)勘察工藝，鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)工藝，鉆進(jìn)導(dǎo)向工藝，擴(kuò)拖工藝。2.1 現(xiàn)場(chǎng)勘察工藝2.1.1 首先對(duì)施工工程已有相關(guān)資料進(jìn)行查

3、閱，認(rèn)真研究圖紙，確定卵石層位置與規(guī)模，適當(dāng)條件下可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察。此外，還要檢查工地的進(jìn)場(chǎng)路徑、穿越地質(zhì)條件、地表地形、effectively ensure the quality and safety in the process of the pipeline drag, and has obtained theprocessing measures, avoided the happening of hole collapse and plasma. At the same time it canresearch and application of new processes, t

4、ried a new hole grouting, soliding and pebblenumber of construction experiences, combined with the actual constructions, carried out thescientific and reasonable construction method. In this paper, on the basis of summarizing a largemore and more pebbly bed situation in the construction, it is parti

5、cularly important to master theWith the development and raised social benefits of directional drilling crossing construction, and有無(wú)物、管線分布、交通狀況、跟蹤的干擾源(如鐵軌、埋地電纜等)、供水條件等情況。2.1.2 詳細(xì)查看施工圖紙中有關(guān)參數(shù)，如：開(kāi)孔傾角、最小深度、最小造斜距離等。2.1.3 與其它公用管線公司，讓其對(duì)現(xiàn)有管線進(jìn)行并做上標(biāo)記。2.1.4 檢測(cè)回拖材料的重量和剛性，了解該材料彎曲半徑，是否與設(shè)計(jì)路徑有出入，再檢查一下是否有合適的回拖器具。2.2

6、鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)導(dǎo)向是定向鉆穿越與否的關(guān)鍵，在施工過(guò)程中務(wù)必嚴(yán)格，確保導(dǎo)向曲線平滑，符合曲率半徑要求。導(dǎo)向孔的軌跡一般由三段組成：第一段造斜段 AB、第二段水平段 BC、和第三段造斜段 CD，如圖 2.1 所示。圖 2.1 定向鉆導(dǎo)向曲線導(dǎo)向前先下地錨、調(diào)整鉆進(jìn)傾角，鉆進(jìn)時(shí)啟動(dòng)泥漿泵輸送泥漿，以供鉆進(jìn)護(hù)壁、鉆頭散熱需要。鉆進(jìn)導(dǎo)向是通過(guò)地表接收無(wú)線探頭體內(nèi)的探測(cè)頭發(fā)出的信號(hào)，測(cè)出鉆頭位置。需要調(diào)整方向時(shí)，動(dòng)力頭停止旋轉(zhuǎn)，調(diào)整傾斜鉆頭板朝向所需方向，只給進(jìn)而不旋轉(zhuǎn)，此時(shí)地面接收信號(hào)，監(jiān)視給進(jìn)方向，待方向正確后，繼續(xù)鉆進(jìn)，整個(gè)鉆進(jìn)過(guò)程可多次調(diào)整方向，直至導(dǎo)向結(jié)束。3. 卵石層位于曲線段的定向鉆穿越施工方

7、法研究卵石層位于定向鉆出入土點(diǎn)附近的穿越施工，為節(jié)約成本，降低風(fēng)險(xiǎn)，保證施工進(jìn)度，可采取將卵石開(kāi)挖取出的方法處理卵石，清除施工。3.1 施工前準(zhǔn)備，按照?qǐng)D紙要求測(cè)量放線，合理布置出入土場(chǎng)地，定向鉆鉆機(jī)、泥漿坑、泥漿泵擺放位置等。3.2 施工前仔細(xì)研究圖紙，分析穿越段地層變化，確定卵石段的準(zhǔn)確位置，必要時(shí)，可以進(jìn)行地勘標(biāo)本，以獲取最全面詳細(xì)的地勘資料，并根據(jù)圖紙要求的穿越深度及出入土角，確定開(kāi)挖區(qū)域、卵石堆放區(qū)域。3.3 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要，結(jié)合圖紙分析，進(jìn)行出入土點(diǎn)的卵石層開(kāi)挖，同時(shí)確定合理放坡比，將沿管線方向開(kāi)挖出的卵石堆放在安全位置。在開(kāi)挖時(shí)，可將開(kāi)挖出卵石的位置作為泥漿坑，通常情況下，按照穿越

8、曲線開(kāi)挖，以減少卵石開(kāi)挖量，如圖 3.1 所示。耕作土卵石層鉆桿卵石層中 風(fēng)化 巖圖 3.1 卵石層開(kāi)挖示意圖3.4 卵石層開(kāi)挖完成后，可依照常用定向鉆穿越工藝施工，施工過(guò)程中，根據(jù)泥漿池內(nèi)的反漿情況，適時(shí)調(diào)整泥漿配比及泥漿泵。在擴(kuò)洗孔完成后，即可回拖。3.5效益分析以通常的711 管道定向鉆施工為例，入土端傾斜角 8º，水平段管線深度 10 米，需開(kāi)挖的卵石段長(zhǎng)度為 70 米。進(jìn)行費(fèi)用對(duì)比如下（價(jià)格參考 2012 年山東省平均價(jià)格），（1）采用傳統(tǒng)的注漿固壁方案：8000 元/m*70m=560000 元（2）采用卵石開(kāi)挖方案：卵石開(kāi)挖量 70m*（10m+2m）/2*8m=336

9、0m3（綜合考慮放坡處理）所需開(kāi)挖及回填挖機(jī)臺(tái)班 3360m3/(0.4*60*8)+ 3360m3/(0.6*60*8)=29.2 臺(tái)班堆放卵石所需臨時(shí)征地 3360 m3/4m=840m2（按平均堆高 4m 計(jì)算）所需臨時(shí)征地費(fèi)用 2000 元/畝*840 m2/667 m2=2518.7 元部分卵石外運(yùn)處理 10 元/ m3*70m*18m*2m=25200 元外購(gòu)耕作土恢復(fù)地貌 30 元/ m3*70m*18m*2m=75600 元費(fèi)用合計(jì)：3500 元/臺(tái)班*29.2 臺(tái)班.7=205518.7 元方案（1）-方案（2），節(jié)省費(fèi)用 63.3%。4.卵石層位于水平段的穿越施工方法研究對(duì)

10、于卵石層位于定向鉆穿越水平段或者底層較深，卵石含量較大（通常 90%以上），不宜開(kāi)挖的地段，常用的施工方法為夯套管。夯套管工藝是在定向鉆穿越施工前進(jìn)量放線， 延穿越中心線按設(shè)計(jì)入、出鉆 機(jī)土角度分別從兩端夯套管， 在套管端安裝事先好的卡具， 利用夯的瞬間、高頻沖擊力進(jìn)行夯管。將套管按設(shè)計(jì)方向、角度夯過(guò)卵石層段， 夯管完成后開(kāi)始進(jìn)行導(dǎo)向孔、擴(kuò)拖施工，施工過(guò)程與非卵石層穿越相同。與目前常用的夯套管工藝相比，袖閥注漿（即雙套筒雙柱塞注漿）施工工藝是一種比較先進(jìn)的注漿工藝，其適應(yīng)性強(qiáng)，工期短，造價(jià)低，對(duì)砂層、卵石層、粉土、淤泥層等均能達(dá)到較好的注漿加固效果。能進(jìn)行、定量、分序、分段、間歇、重復(fù)注漿，集

11、中了劈裂注漿法、壓（擠）密注漿法與滲入注漿法的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)鉆進(jìn)至卵石層層位置，鉆桿繼續(xù)向前，穿過(guò)卵石層后拔出鉆桿，按下114*4.5mm鋼套管（套管內(nèi)下袖閥管），下至卵石層位置。讓后將抽回，將袖閥管留到導(dǎo)向孔內(nèi)。開(kāi)始利用袖閥管注漿，待水泥漿后再完成剩余部分導(dǎo)向孔。接注漿泵底端錐形堵頭8 個(gè)梅花形射漿孔橡皮袖閥帶注漿柱塞4"注漿6cm33cm33cm實(shí) 管花管圖 4.1 袖閥管結(jié)構(gòu)示意圖袖閥管注漿法使用的注漿工具為“袖閥管”，袖閥管為內(nèi)徑 5060mm、使用的塑料管，由兩部分組成，注漿段為帶射漿孔的，注漿段以上為實(shí)管。袖閥管的結(jié)構(gòu)如圖4.1 所示。袖閥管注漿法的基本施工工序可分為打?qū)蚩住?/p>

12、下114*4.5mm 鋼套管、下袖閥管、撤回鋼套管，注漿等步驟。關(guān)鍵環(huán)節(jié)為注漿，要多次間歇注漿，在 0.2Mp，水泥漿滲透效果最佳。一般滲透距離可達(dá)到 2-4 米。利用此方法將穿越管道通過(guò)的中粗砂夾卵石土層段進(jìn)行加固，使之能夠形成一個(gè)以導(dǎo)向中心，直徑 4-8 米的柱形整體，這樣就可以解決了這段擴(kuò)不4.1 注漿工藝流程的。水泥漿注漿下套殼料下袖閥管下套管拔出鉆桿水泥漿注漿下套殼料下袖閥管下套管拔出鉆桿鉆導(dǎo)向孔4.2 注漿技術(shù)要求待注漿鉆頭鉆進(jìn)至卵石層后，開(kāi)始注漿，袖閥注漿中注漿質(zhì)量是影響施工的關(guān)鍵因素，需確保注漿質(zhì)量，否則達(dá)不到預(yù)定效果。漿液配合比為膨脹水泥：普通水泥：水1 :2 : 3。注漿0

13、.10.2Mpa，在注漿泵表上觀測(cè)。注漿量：注漿量一般為注漿總體積的 1/3。注漿時(shí)根據(jù)攪拌桶的容積和漿液流量確定注漿量，在攪拌桶中配好漿液、測(cè)定體積后再將漿液輸入注漿，注漿池直接與注漿泵相連。注漿時(shí)再通過(guò)表和漿液流量來(lái)注漿量。另外，通過(guò)計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)水泥用量，也是掌握注漿量的有效措施。注漿時(shí)觀測(cè)地面變化。保證地面不產(chǎn)生裂縫和隆起。終注標(biāo)準(zhǔn)：在注漿下，注入量30L/min，穩(wěn)壓 15 min。繼續(xù)注漿超過(guò) 0.2Mpa迅速上升，說(shuō)明周?chē)鷿B透飽滿，注漿結(jié)束。在注漿過(guò)程中，作好注漿，包括注漿、注漿量、水泥用量等。4.3效益分析以常用的711 管道施工例，假定卵石段長(zhǎng)度 100 米，穿越曲線造斜段 100

14、 米，采取以下不同方案施工時(shí)，所需費(fèi)用如下（價(jià)格參考 2012 年山東省平均價(jià)格）：（1）采用傳統(tǒng)的注漿固壁方案：8000 元/m*100m元/m*100m =1200000 元（2）夯套管工藝（套管采用1219）：材料：1219*22mm*200m（含 1720m3 空壓機(jī) 1 臺(tái)，配套機(jī)具和管路 1 套）設(shè)備：350按每臺(tái)班頂進(jìn) 10m 計(jì)算，工期為 20 臺(tái)班所需費(fèi)用：鋼套管 8000 元/T *129T=103.2 萬(wàn)元設(shè)備租賃費(fèi) 2000 元/臺(tái)班*20 臺(tái)班=4 萬(wàn)元合計(jì)：107.2 萬(wàn)元（3）袖閥注漿工藝：材料：膨脹水泥 60T，325 普通水泥 120T，114*4.5mm 鋼

15、套管 300m，袖閥管300m，套殼料 0.5T。設(shè)備：無(wú)按正常鉆桿導(dǎo)向進(jìn)度及水泥凝固時(shí)間計(jì)算，工期為 10 天。所需費(fèi)用：膨脹水泥 800 元/T*60T=4.8 萬(wàn)元，普通水泥 500 元/T*120T=6 萬(wàn)元，114*4.5mm 鋼套管 6000 元/T*47T=28.2 萬(wàn)元,袖閥管 20 元/m*300m=0.6 萬(wàn)元, 套殼料 0.2 萬(wàn)元。合計(jì)費(fèi)用：39.8 萬(wàn)元假定兩種方案下，機(jī)組配相同數(shù)量和素質(zhì)的施工，方案（1）-方案（2），節(jié)省費(fèi)用 10.67%。方案（1）-方案（3），節(jié)省費(fèi)用 66.83%。方案（2）-方案（3），節(jié)省費(fèi)用 62.9%。在實(shí)際施工過(guò)程中，卵石層往往呈不

16、規(guī)則的分布，長(zhǎng)度也只是導(dǎo)向曲線中很小的一部分，因此通常情況下考慮到工藝復(fù)雜程度及連續(xù)性，袖閥注漿工藝只卵石層長(zhǎng)度較大，構(gòu)造較復(fù)雜的情況。但是通過(guò)效益比對(duì)分析，可以明確在有卵石層的定向鉆穿越中，袖閥注漿工藝具有較好的性及可操作性。5.結(jié)論與展望本文在既有的定向鉆施工基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際，穿越層中所含卵石位置的不同，以卵石層分別位于導(dǎo)向曲線的曲線段和水平段為例，以保證施工質(zhì)量及安全為中心，分別研究制定了新的施工方法，并進(jìn)行效益分析，節(jié)省了工期，節(jié)約了成本。隨著定向鉆穿越施工的增多，含卵石層的施工將更加普遍，如何采用新的科學(xué)工藝使施工更加方便快捷，將是以后研究的重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：1油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB5042320072，長(zhǎng)距離復(fù)雜地層水平定向鉆穿越管道施工技術(shù)油氣儲(chǔ)07（4）3 Cheng,E,Polak, MA, 2007,Theoretical mfor calculating pulling load