定向鉆穿越中的雙管同孔穿越的技術(shù)研究

朱梅 劉文亮（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司）

一、項(xiàng)目概況和工程背景

1.定向鉆同孔穿越的原因

（1）導(dǎo)向孔和光纜孔兩孔互為備孔，當(dāng)一個(gè)孔成功出土?xí)r，由于溶洞及其他地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)原因，有可能發(fā)生再次成孔失敗的情況。為避免定向鉆穿越工程導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中遭遇未探明的溶洞，致使導(dǎo)向孔曲線發(fā)生較大變化無法滿足管道回拖的要求，造成重新打?qū)蚩椎那闆r發(fā)生，因此采用同孔回拖的方式可以有效的降低施工潛在風(fēng)險(xiǎn)；

（2）本工程管道定向鉆穿越工程工期緊、任務(wù)重，為了有效的縮短工期，保證管道工程的如期貫通，故采用同孔回拖的方式進(jìn)行施工；

（3）沿線河流穿越位置地形大多為丘陵，光纜管定向鉆場(chǎng)地受限。

1.2 定向鉆同孔穿越的設(shè)計(jì)理念

定向鉆雙管同孔回拖有兩種設(shè)計(jì)理念：一種為雙管全部套入一根套管中進(jìn)行回拖；另外一種為雙管無束縛回拖方式，即兩個(gè)工作管前端套入1根套管，套管后端的工作管處于自由狀態(tài)下回拖。雙管組合穿越管道具有重量大、管徑大等特點(diǎn)，因此，對(duì)工藝的要求更高，要求減少回拖過程中的摩擦阻力，采用高質(zhì)量的泥漿等方法。

二、同孔穿越回拖施工方案

1.施工準(zhǔn)備工作各工序

（1）放線

根據(jù)施工圖紙放出鉆機(jī)場(chǎng)地控制線及設(shè)備擺放位置線，確保鉆機(jī)中心線與入土點(diǎn)、出土點(diǎn)成一條直線。施工測(cè)量放線工作要嚴(yán)格遵守測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，使用經(jīng)過校驗(yàn)的G PS、全站儀等設(shè)備，并及時(shí)收集、整理測(cè)量放線記錄和有關(guān)穿越測(cè)量資料，妥善保管。

（2）鉆機(jī)作業(yè)場(chǎng)地

入土側(cè)場(chǎng)地內(nèi)要擺放鉆機(jī)及配套設(shè)備、泥漿罐、泥漿泵等，平整入土側(cè)場(chǎng)地，總占地面積為：60×60=3600 m2，其中泥漿池占地面積共為：30×30=900 m2。

出土點(diǎn)場(chǎng)地要擺放鉆桿及泥漿設(shè)備等，總場(chǎng)地占地面積為：50×44=2200 m2，其中泥漿坑占地面積為20×20=400 m2。

出入土點(diǎn)兩側(cè)各挖砌深度為2 m的1個(gè)泥漿池。泥漿池內(nèi)鋪塑料花格雨布兩層，在池子周圍修封閉式梯形護(hù)堤并夯實(shí)，護(hù)堤高1m，防止泥漿外泄。

（3）泥漿配制

由于穿越經(jīng)過地層主要是石灰?guī)r層，穿越對(duì)泥漿性能的要求高，為克服對(duì)付這種不利因素，建議將采取以下措施：

a.水源采取抽取河水，用水泵輸送至水罐內(nèi)，在水罐中沉淀、過濾后配漿。

b.按照實(shí)驗(yàn)室確定好的泥漿配比用一級(jí)膨潤(rùn)土加上泥漿添加劑，配出高效護(hù)壁、潤(rùn)滑等殊性的泥漿，提高回拖成功率。

c.為了確保泥漿的性能，使膨潤(rùn)土有足夠的水化時(shí)間，使用兩套泥漿儲(chǔ)存罐和泥漿快速水化裝置。

d.泥漿的回收利用：鉆機(jī)場(chǎng)地和出土點(diǎn)場(chǎng)地各有一個(gè)泥漿收集池，泥漿通過泥漿池收集，再經(jīng)過泥漿回收系統(tǒng)回收再使用。

e.保持泥漿性能穩(wěn)定，使泥漿性能穩(wěn)定在75s-80 s。

2.施工過程各工序

（1）鉆導(dǎo)向孔

導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)是整個(gè)定向鉆施工的關(guān)鍵，硅管套管穿越導(dǎo)向孔完成后直接進(jìn)行回拖。

控向?qū)Υ┰骄燃肮こ坛晒χ陵P(guān)重要，開鉆前仔細(xì)分析地質(zhì)資料，確定控向方案，泥漿與司鉆重視每一個(gè)環(huán)節(jié)，認(rèn)真分析各項(xiàng)參數(shù)，互相配合鉆出符合要求的導(dǎo)向孔，鉆導(dǎo)向孔要隨時(shí)對(duì)照地質(zhì)資料及儀表參數(shù)分析成孔情況，達(dá)到出土準(zhǔn)確，成孔良好。

（2）擴(kuò)孔

由于是輸氣管道與光纜套管同孔穿越，為保證輸氣管道外防腐不被損壞，關(guān)鍵因素在于擴(kuò)孔直徑足夠大，擴(kuò)孔直徑必須大于兩管外徑之和的1.5倍，使孔有足夠的空間容納兩條管道，防止管道發(fā)生相互擠壓，摩擦損壞防腐層。巖石穿越防腐層的損壞很大部分來源于管道與凸凹不平的孔壁同和軟硬交接處臺(tái)階的摩擦。針對(duì)這種情況，最后一道修孔工序至關(guān)重要，通過修孔可以有效的清除掉孔壁的凹凸不平部分和軟硬交接處的臺(tái)階，使孔順直平滑以盡可能的保護(hù)管線防腐完好無損。

（3）管線回拖

由于是同孔回拖，為防止光纜套管焊口處凸起的焊口損壞輸氣管道防腐層，建議采取光纜套管焊口處補(bǔ)口的方案，使用熱收縮帶隔離焊口與輸氣管道防腐層的接觸，可以有效的防止光纜套管焊口凸起在與輸氣管道的接觸摩擦?xí)r損壞輸氣管道防腐層。

為防止光纜套管在回拖過程中發(fā)生自轉(zhuǎn)纏繞在輸氣管道上，采取輸氣管道與光纜套管分別單獨(dú)安裝萬向節(jié)的方案，使光纜套管在有旋轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)可以沿自身軸線自轉(zhuǎn)，而不會(huì)纏繞到輸氣管線上。

為保證回拖的順利和防腐層不受破壞，將采取以下措施：

a.全部管線均采用滾輪支架發(fā)送，防止管道防腐層損壞。

b.回拖前后，準(zhǔn)備好補(bǔ)口、補(bǔ)傷材料和器具及電火花檢漏儀，安排專人巡視管線，發(fā)現(xiàn)防腐層破損立即進(jìn)行補(bǔ)傷。

3.同孔穿越回拖風(fēng)險(xiǎn)分析和控制

根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，鉆探揭露場(chǎng)區(qū)內(nèi)沉積物主要為第四系沖洪積黏性土、圓礫，下覆石炭系灰?guī)r，地層變化復(fù)雜，局部比較破碎。完成的24個(gè)鉆孔中有溶洞的有8個(gè)，占總數(shù)的33.3%，溶洞大小不等，形狀不規(guī)則，并伴有裂隙。因此施工難度和風(fēng)險(xiǎn)很大。在管道回拖過程中存在以下風(fēng)險(xiǎn)：

卡鉆

由于溶洞、裂隙等原因在地層出現(xiàn)軟硬交界面時(shí)可能出現(xiàn)擴(kuò)孔臺(tái)階，或由于泥漿質(zhì)量不穩(wěn)定造成巖屑堆積在孔內(nèi)而放生管道回拖遇卡現(xiàn)象.

應(yīng)對(duì)措施：在回拖前做好管道解卡的應(yīng)急措施準(zhǔn)備。一旦發(fā)生管道回拖遇卡的情況，我們將及時(shí)地安裝動(dòng)滑輪組，將其與回拖管道的尾部連接，將管道及時(shí)從孔洞中拽出，重新進(jìn)行修孔和清孔作業(yè)，在鉆孔順直平滑后，并將巖屑清除干凈后在進(jìn)行回拖作業(yè)。

鉆具斷裂

巖溶和裂隙經(jīng)常會(huì)引起擴(kuò)孔扭矩的突然變化，應(yīng)力瞬間集中在鉆具的某一點(diǎn)上從而造成鉆具斷裂，鉆具疲勞是發(fā)生鉆具斷裂的一個(gè)主要原因。

應(yīng)對(duì)措施：在管道回拖前對(duì)參與回拖的鉆具再次進(jìn)行無損檢測(cè)，確保鉆具完好無損，回拖一次成功。

三、泥漿質(zhì)量不穩(wěn)定造成穿越失敗

泥漿質(zhì)量的不穩(wěn)定是造成卡鉆、回拖遇卡的最主要原因，為了保證鯉魚江定向鉆穿越施工的順利進(jìn)行和成功回拖，必須保證泥漿質(zhì)量的穩(wěn)定。

根據(jù)規(guī)范及地層特征，確定整個(gè)工程施工期間泥漿粘度穩(wěn)定保持到75s-80 s，現(xiàn)場(chǎng)用馬氏漏斗測(cè)量，每?jī)尚r(shí)測(cè)一次。配比用一級(jí)膨潤(rùn)土加上環(huán)保型增粘劑及堵漏劑，配出高效護(hù)壁、潤(rùn)滑等特殊性的泥漿。

為了確保泥漿的性能，使膨潤(rùn)土有足夠的水化時(shí)間，配備泥漿快速水化裝置,并在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置蓄漿池，規(guī)格為30 m×15m×2 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，增加泥漿罐數(shù)量或新增蓄漿池，滿足高質(zhì)量泥漿配比需要。

四、同孔回拖保證管道防腐完好和回拖順利施工的關(guān)鍵點(diǎn)

1.泥漿粘度75s-80 s，并保持穩(wěn)定，以有效攜帶巖屑，保持鉆孔干凈。

2.擴(kuò)孔至管道外徑總和的1.5倍以上，使鉆孔有足夠的空間容納輸氣管道和光纜套管。

3.使用多個(gè)擴(kuò)孔器串聯(lián)修孔，使鉆孔平滑順直，防止回拖遇卡和刮傷輸氣管道防腐層。

4.光纜套管焊口補(bǔ)口，防止焊口刮輸氣管道防腐層。

5.光纜套管分別單獨(dú)安裝萬向節(jié)的方案，使光纜套管在有旋轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)可以沿自身軸線自轉(zhuǎn)，而不會(huì)纏繞到輸氣管線上。

6.全程使用滾輪支架發(fā)送管道，防止損壞防腐層。

雙管同孔穿越是定向鉆施工過程中的一種新型施工方式。目前廣西境內(nèi)多條河流、等級(jí)公路和鐵路在定向鉆穿越中均采用雙管同孔穿越，同孔穿越應(yīng)該避免管道在回拖過程中相互纏繞、刮擦和擠壓，能夠?qū)崿F(xiàn)雙管同孔穿越。

[1]《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50423-2007.

[2]《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50251-2003.

[3]《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》GB 50424-2007.

[4]《石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范管道穿跨越工程》（SY4207－2007）.