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          非開挖施工工藝

          1、施工準備

          1.1測量放線

          根據施工圖、設計控制樁進行測量放線,定向穿越往往是施工困難地段,測量時入土點、出土點兩點大多不能通視,屬于放線的特殊段處理。操作過程中,定好了出、入土點,就需要利用坐標控制,來回倒點,將入土點、出土點之間的直線在現場標出。而且,定向穿越對測量放線的精度要求高,這就需要在操作過程中精益求精,盡量減少人為操作誤差,主要控制手段有:

          ①在測量木樁上畫交叉點,定樁定向時使用對中桿;

          ②進行多次測量來減少誤差——“一定二測三校驗”;

          1.2控向參數的設定

          控向參數是定向鉆穿越工程成功的關鍵工序,是定向鉆穿越必不可少的步驟。在施工前,根據穿越管道的設計位置(包括入土點和出土點、入土角和出土角)來測定管道穿越的中心線,并在入土側和出土側分別標示出中心樁。利用探頭在該中心線上測定穿越施工中需要的各種初設參數,為穿越施工提供基準。首先將探頭安放在兩根帶有“V”型槽的木條上,將探頭和接口單元、控制電腦和電源(110V 交流)連接起來。電源以后,開啟接口單元上的供電按鈕,給系統供電,通電以后探頭會將獲取的定位參數傳輸到接口單元,通過接口單元再傳輸到計算機,在計算機顯示屏上會顯示探頭的各種參數和當地地磁場強度和地磁夾角,為了測量數據的真實性,應將探頭放置在無外界磁場干擾的地方(包括作業人員、高壓電纜、通訊電纜和其他金屬等),而且要使探頭遠離這些障礙物至少60m,探頭不能直接放在地面上,并盡可能的離地面高些。探頭放置在V型木架上時,方位角的測定過程中,應按入土端、出土端分組測量,每組將探頭順時針旋轉90°和180°進行多次測量。測量完成以后,利用測量所得的數據計算值,通過每組數據進行比較,來判定探頭誤差。誤差值如果在規定范圍之內,證明探頭精度復合工程需要,可以使用。如果誤差值超出比較大,應將探頭送廠家進行校正和修復,如果誤差值超出規定值較小,可以在測定參數時進行修正。(附注:方位角:定向穿越直線與地球磁場北極的夾角。順時針為正,逆時針為負。)

          1.3導向孔軌跡的控制設計

          施工前要根據地質勘察報告及穿越管的管徑、長度設計出最優化的導向鉆進的軌跡,在長距離巖石地層穿越曲線的設計時,在滿足設計要求的情況下,適當地放大穿越曲線的曲率半徑,這樣使穿越曲線比較緩和,并在控向過程中有更大的空間對穿越軌跡進行校正。

          設計穿越軌跡時一般要考慮三方面的要求:

          ①鋪設管線的深度和水平距離;

          ②避開的地下障礙物和石塊等復雜地層段;

          ③鉆進角度或出鉆角度的弧度變化控制。

          1.4泥漿配制

          泥漿是定向鉆穿越工程中非常重要的因素,泥漿一般由水、膨潤土及泥漿添加劑等配成,根據穿越工程的實際情況,泥漿的成分配比需要作適當調整。如果地質情況復雜、穿越直徑和長度較大,對泥漿的性能要求就比較高,相應要采取不同的措施,以確保能夠穿越成功。

          ①泥漿應具有適當的粘度和流動性,攜帶鉆屑能力要強,使鉆屑在孔底呈懸浮狀態,通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面。

          ②泥漿應該有比較強的護壁作用,能夠提高孔壁的穩定性,尤其對于孔徑較大、容易坍塌的地層,更應如此。

          ③泥漿應該具有較強的潤滑性能,為管線回拖提供有效的潤滑作用,特別是當穿越長度較長,加入潤滑劑降低摩擦系數可以降低管線的回拖力。

          ④在穿越經過不同地層和穿越施工的不同階段,調整泥漿的壓力和流量,滿足穿越施工的需要。

          2、施工過程工藝的技術控制

          2.1導向孔

          導向孔曲線控制至關重要,根據穿越地層的類別選擇最優的鉆具組合,在巖石施工過程中針對巖石層強度高可采用:(三牙輪鉆頭+動力鉆具+探棒室+無磁鉆鋌+加重鉆桿+普通鉆桿)的鉆具組合在施工過程中總結出以下幾點經驗:

          ①定向鉆穿越距離長時,摩擦阻力增大,鉆機推力不易到達鉆頭,點可采用了套管技術和使用加重鉆桿配合鉆進的措施,能夠有效提高鉆進效率同時也防止鉆桿因距離長在井口及粘土層部分變形、失穩。

          ②由于巖石地層地質比較堅硬,打導向孔時鉆進困難,我們使用泥漿馬達作為動力鉆具,其運轉完全依靠泥漿驅動。由于泥漿壓力大,流速快,對控向線的接頭的絕緣收縮套不斷地沖刷,使其與鉆桿內壁反復摩擦而破裂,形成短路或斷路,造成信號中斷。在打導向孔時,通過泥漿的鉆桿內腔加設擋圈緩解泥漿對控向線的沖擊力保護控向線,可有效防止由于控向線破損而丟失信號,此措施有良好的效果。

          ③鉆導向孔情況分析地面設備的運轉。此次導向孔距離長地層復雜,巖屑與鉆壓.扭矩.機械鉆速.壓力等地面儀表都能直接反映井下情況,打導向孔時應密切注視,特別是扭矩.泵壓.機械鉆速和巖屑,記錄導向過程中的重要數據,分析判斷地層的變化。

          ④泥漿的配制。泥漿除有清洗、冷卻鉆頭,攜帶巖屑和輔助破巖的功用外,主要目的是保護井壁。清潔的井底不僅能提高鉆進速度,而且可減少鉆頭的磨損,我們根據不同地層配制適合地層的泥漿,在打導向孔時嚴格控制泥漿的粘度、比重、排量、壓力的大小,以泥漿為輔助配合系統,調整泥漿配制比率,發揮泥漿在控向中的作用,使穿越曲線做到“平、滑、圓、緩”。

          ⑤導向孔鉆進時候,很難摸到規律,施工時,在施工規范允許的范圍內,及時調整每根鉆桿鉆進速度,控制每一根鉆桿的控向參數,保證每一根鉆桿的偏差量為最小值,因為如果導向孔偏差過大,在抽出部分或全部鉆桿重新鉆進糾偏時,鉆具很難脫離原孔鉆制新孔,即便能夠鉆進新孔,也會在原孔、新孔交匯處形成折角很大的曲線,無法滿足管道的穿越曲率半徑要求。

          2.2預擴孔、清孔

          預擴孔前,應制定優化的擴孔方案,根據設備能力、地層條件和現場的情況來確定最大擴孔直徑和擴孔次數,(最終的擴孔直徑應該是待鋪管線直徑的1.251.5 倍)。預擴孔時選擇合理擴孔器類型和直徑的大小,根據上一次擴孔的情況確定下一級的擴孔方式。

          ①巖石擴孔器的選擇要點:

          根據穿越地層的類型選擇巖石擴孔器:穿越地層的類型是正確選擇巖石擴孔器的尺寸和型式的重要因素,軟巖地層擴孔時允許使用更大直徑的擴孔器和更少的擴孔次數,相鄰兩級擴孔器的尺寸差距也可以更大,級差100200mm;硬巖地層擴孔時要求的擴孔直徑變化不能太大,級差50150mm并采取多次擴孔的方式,以達到最佳的擴孔效率及鉆屑的順利排出。

          (使用牙輪擴孔器請咨詢李蒙, 電話15131758158

          ②擴孔操作控制要點

          不同直徑和不同形式的巖石擴孔器對鉆壓的要求也各不相同,尤其是在長距離巖石層擴孔期間,一定要控制合理的拉力和扭矩,以避免擴孔器的過度磨損造成嚴重后果。大多數巖石層擴孔事故都是因為過度追求擴孔速度,施加的鉆壓過大造成的。巖石擴孔操作應遵循的一個重要原則是:需破碎的巖石越硬,需要的鉆壓就越大,要求的鉆速也就越低。相同的鉆機鉆速條件下,擴孔器直徑越大,外邊緣的線速度也就越大,磨損也越嚴重。

          ③擴孔泥漿控制要點

          進行巖石層擴孔時,泥漿也是非常重要的因素,此時泥漿的主要作用是冷卻擴孔器和攜帶鉆屑。泥漿一般由水、膨潤土及泥漿添加劑等配成,泥漿應具有適當的粘度和流動性,攜帶鉆屑能力要強,使鉆屑在孔底呈懸浮狀態,通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面??變确禎{與孔內的暢通情況有一定的關系。如果沒有返漿現象,可能會導致鋪管失敗,要分析實際原因。如果孔內不暢通,泥漿中水也漏失,則剩下泥皮越積越厚,管線易被“抱住”,給拉管造成很大的阻力。在正常拉管情況下,一般會有返漿現象出現。泥漿的實際排量應根據每級擴孔產生的鉆屑量和泥漿的攜帶能力進行計算后確定。

          ④擴孔關鍵點的控制

          擴孔器進巖石層的施工方法:當巖石擴孔器從軟土層進入巖石層或從軟巖層進入硬巖層時,操作要點是首先放慢擴孔速度,降低鉆壓,待擴孔器本體完全進入巖石層或硬巖層后再加大鉆壓。如果此過程中施加的鉆壓過大,就很可能造成卡鉆,從而損壞擴孔器。預擴孔時,在擴到導向孔曲線不理想和地層交界的地方要放慢擴孔的速度,適當修整曲線。

          ⑤在清孔的過程中要控制好泥漿的排量,最大限度地攜帶出鉆屑。此外,為把孔內的鉆屑清理干凈,防止孔內泥漿水化,鉆屑沉淀,為回拖管線爭取時間,更重要的是檢驗導向孔沿線拉力、扭力是否正常。

          2.3管線回拖

          定向鉆穿越的目的是按照設計和規范要求敷設管道,導向孔、擴孔等所有工序都是為回拖管道打基礎,如果管道回拖失利或者回拖過程控制失誤,則前期所有工作都是徒勞,必造成巨大的損失,因此回拖控制尤為重要。

          ①鉆具組合

          管線回拖時,先將鉆具連接好,鉆具組合包括:回拉鉆桿,擴孔鉆頭,旋轉接頭(也叫萬向接)和拉管頭。對于組裝的順序應該注意,順序接錯會給施工帶來麻煩,也容易發生事故。其中擴孔鉆頭與萬向接連接處有一起固定作用的螺母,螺母一端專門設有插銷孔,組裝鉆具時必須在插銷孔中穿入鐵絲或大鐵釘作為插銷,以防止螺母在回拉鋪管過程中松動脫落。

          例如:管徑為φ508 穿越的管線回拖使用:鉆桿+φ650的巖石擴孔器+200T 回拖萬向節+卸扣+φ508穿越管線。

          ②鉆機固定

          回拉鋪管時,鉆機是不能移動的,而長距離穿越情況下,鉆機的自重根本無法與鋪管的回拉力相抗衡,因此鉆機必須牢牢錨固住。如果回拉力很大,在必要情況下,采用鐵葫蘆和鐵鏈套住鉆機大梁,然后打錨桿錨固在地面。

          ③發送溝處理

          管線回拖前應對穿越管線采用挖發送溝注水的方式增大浮力,減少回拖阻力,出土點管線入土時,有必要用吊車將穿越管線吊起一個角度或使發送溝與入土點處成一個順勢入孔的角度,使管線順利入孔,使管線與出土的角度一致。防止回拖管線時出現重新擴孔的現象。特別是穿越管線回拖到巖層與土層交界的地方,可以有效防止管線回拖到此處時擴孔器過多地與巖壁摩擦,甚至出現卡管事故。

          ④泥漿控制

          為了防止產品管線在回拖過程中與巖壁摩擦而損壞防腐層,調整泥漿的膠凝強度和潤滑性,使穿越管線孔中處于懸浮狀態,這樣即減少了回拖阻力,又保護了管線防腐層。主管回拖前及時將泥漿池內泥漿處理干凈,保證回拖過程中泥漿池有足夠的空間盛泥漿,確保主管回拖的連續。

          ⑤回拖連續性

          回拖的連續性至關重要,應盡量不采取“二接一”的焊接預制措施,避免回拖時“二接一”的時間風險。另外,加強鉆機設備保養、維修,保證設備的完好,并盡其量縮短交接班等間隙停頓時間,同時杜絕無故停工,確?;赝献鳂I的連續性。

          3、結論與建議

          3.1長距離巖石定向鉆穿越時,施工前的準備工作要求比較高,對所穿越物的地質情況仔細分析,做好測量放線、控向參數采集、導向孔軌跡的控制設計等的基礎工作,制定優化的施工方案;

          3.2為了保證定向鉆穿越的成功率,應在施工過程中對控向參數、泥漿性能、排量參數、鉆機拖拉力、扭力參數等數據及時的收集與整理,根據數據的對比,判斷井下情況,及時做出合理調整,做到層層嚴格把關,做到萬無一失。

          3.3導向過程中應使穿越曲線做到“平、滑、圓、緩”,施工時,嚴格控制每一根鉆桿的控向參數,保證每一根鉆桿的偏差量為最小值,(使用泥漿馬達導向時應考慮信號變化的滯后性)因為如果導向孔偏差過大,在抽出部分糾偏時,在巖石層中鉆具很難脫離原孔鉆制新孔,即便能夠鉆進新孔,也會在原孔、新孔交匯處形成折角很大的曲線,無法滿足管道的穿越曲率半徑要求;

          3.4巖石地層穿越采用的鉆具組合,在出土端鉆出巖石地層進入土層時,由于動力鉆具自重較大,土層比較軟,鉆頭會出現難抬頭的現象,導致滯后出土。因此使鉆頭傾斜角在巖層里可提前太高2°左右,以防止進入土層后角度掉的太大出土滯后;

          3.5巖石地層穿越預擴孔時,鉆具分級細致均勻,每次下井前認真檢查鉆具,確保鉆具的合適與性能良好。根據控向數據和上一級擴孔數據,可以大致了解到地層的變化情況,擴孔時要放慢速度,在擴到導向孔曲線不理想和地層交界的地方要放慢擴孔的速度,適當修整曲線;

          3.6根據穿越工程的實際情況配制優質的泥漿是穿越成功的保障,地質情況復雜、穿越直徑和長度較大,對泥漿的性能要求就比較高,相應要采取不同的措施,對泥漿的成分配比需要作適當調整以確保能夠穿越成功。


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