定向鉆鋪管工程在不同地層中的應用

彭再芳

摘 要：作者以六種常見的地層形式為切入點，指出了各種地層的特點，將各種地層對定向鉆鋪管的影響及利弊進行了仔細的分析，并提出了解決的方法，對定向鉆鋪管施工具有很好的指導性意義。

關鍵詞：地層；定向鉆鋪管；影響；解決方法

定向鉆鋪管就是通過水平定向鉆機在不開挖地表的前提下鋪設多種地下管線，從本世紀開始，它廣泛被用于天然氣、煤氣、石油、供水、排污、電力、電訊等的管線鋪設中，不會破壞河流、路面等地面附著物。隨著該項技術應用的日益廣泛，對它的研究也日益深入，本文就定向鉆鋪管技術在不同地層中的應用情況作一深入的探討。

一、定向鉆鋪管在沙層中的應用

沙層在我國廣泛分布，特別是在河流及河流兩岸地區分布最廣，沙層的種類很多，砂粒的幾何尺寸從小到大，泥質的多少造成了沙層的千差萬別。

沙層的基本特點是結構松散、成孔困難、容易塌孔，從而造成地層下沉，路面裂縫、下陷等現象。在孔內表現為砂粒大量下沉而造成埋鉆埋管等事故，這是定向鉆鋪管中最常見的事情。因此，砂層的定向鉆鋪管施工的關鍵工藝就是泥漿的配制和應用，它對泥漿的要求是：1粘度濃度較高，能懸浮砂粒，攜帶砂粒并且能使其流動，從而把砂粒帶出孔口。2泥漿在孔壁能形成一層泥皮，粘附在孔壁上，防止泥漿漏失。3當泥漿充滿孔內后，泥漿對孔壁能產生壓力，起到穩定孔壁，防止塌孔的作用。4能潤滑鉆具，減少擴孔的扭矩和回拖力。

砂層施工現場泥漿的配制問題目前主要有專門的膨潤土廠家提供穿越用膨潤土，根據當地沙層的實際情況，通過增減膨潤土的用量來改變泥漿的粘稠度，如果效果還不好，再加適量的純堿和羥甲基纖維素，經過反復調試，基本上能夠調出適合當地沙層的泥漿來。

加入純堿的作用是改變泥漿的PH值。使泥漿處于堿性狀態，從而使泥漿變濃，有利于懸浮砂粒。羥甲基纖維素水溶性好，可直接投入到泥漿箱中攪拌，現場容易操作，它的作用主要是為泥漿搭建骨架，有利于乳化和懸浮砂粒。

二、定向鉆鋪管在淤泥質粘土層的應用

淤泥質粘土層在我國很多地區都存在，是定向鉆鋪管比較常見的一種地層，該地層的工程特點是強度較低、壓縮性較大、粘結性較好、造漿率較高，是天然的定向鉆鋪管最佳地層。

在淤泥質粘土層中進行定向鉆鋪管，導向和擴孔速度快，成孔效果好，不容易產生塌孔、垮孔、埋鉆和埋管的情況，由于這種地層的自然造漿率較好，在中小型的定向鉆中一般不再需要配合膨潤土造漿，直接用清水即可，即使在大型穿越中也只需配合少量的膨潤土造漿，因為泥漿粘度太大會影響鉆進速度，增加鉆具的扭矩。

三、定向鉆鋪管在硬質板黃土中的應用

硬質板黃土地層在我國分布較廣，特別是在北方地區分布更為廣泛，一般板黃土地層厚度不均勻，硬質板黃土的特征主要有：韌性較強，結構較致密，壓縮性較小，遇水易膨漲，成孔性較好，造漿率一般，一般不易塌孔，不易發生埋鉆現象。

硬質板黃土在定向鉆鋪管中必須解決的幾個問題如下：1由于硬質板黃土的韌性較強，結構致密，必須在鉆頭結構上使用刮刀鉆頭，刮刀片的薄厚要適當，擴孔時要有開式鉆頭和包裹式鉆頭結合使用，要在鉆頭結構上下功夫，否則擴孔速度會非常慢。2由于硬質板黃土遇水易膨漲，這種地層具有縮徑的特點，因此，拖管前擴孔的孔徑比其它地層要稍大些，否則容易產生抱管的現象。3由于這種地層的自然造漿率一般，一般在中小型定向鉆鋪管時用清水作為沖洗液即可，為了提高該地層的自然造漿率，可在清水中加入一些燒堿來提高泥漿的粘度。

當碰到硬質板黃土擴孔較慢時，主要是從增加鉆機噸位，改變擴孔鉆頭的結構，提高泵壓和泵量三個方面解決問題。

四、定向鉆鋪管在全、強風化層中的應用

全風化、強風化地層的特征是礦物結構已破壞，大部分礦物質已風化成土，礦物顆粒間的連結力已基本喪失，網狀裂隙極發育，手捏可破碎，這種地層浸水擾動易軟化，有時存在環狀風化球。

針對上述地層的特點，應采用巖石鉆具施工。主要存在的風險及應注意的問題有以下幾個方面：1導向孔控向困難，特別是軟、硬地層的交界面位置，很難保證導向孔順滑。2鉆孔不完整，容易出現鉆孔局部崩裂、垮孔、卡鉆現象。解決的辦法是增強泥漿的護壁功能，增加洗孔次數。3該地層鉆孔內容易出現巖屑大小不均勻的現象，大塊巖屑不容易被帶出孔外，解決的辦法是增加泥漿的粘稠度，不讓巖屑沉積在孔底。

五、定向鉆鋪管在巖層中的應用

隨著定向鉆鋪管越來越普及，巖石層的鋪管也越來越多，巖石層的特點是：形狀較完整，結構致密，硬度大，導向和擴孔都很困難。這種地層要有針對性的選擇巖石鉆具，施工中應用較多的是螺桿鉆具，另外要根據不同巖層的硬度選擇不同尺寸的螺桿鉆具。

泥漿泵的選擇是巖石鉆孔能否順利施工的關鍵，因為螺桿鉆中泥漿馬達的動力來源于泥漿泵提供的泵量和泵壓，如果泥漿泵所提供的泵壓和泵量不夠，泥漿馬達就無法正常工作，鉆進也就無法進行。

泥漿馬達尺寸的選擇和巖石鉆頭類型的選擇要根據巖石的種類和硬度進行合理的搭配，搭配不好，不但鉆進進尺緩慢，而且對巖石鉆具的損害都是很大的。

定向鉆鋪管穿越巖石層風險和難點主要有以下幾個方面：1導向孔時碰到軟硬地層的交接面容易形成臺階。2泥漿的要求較高，因為它可能要同時滿足多種地層。3管道回拖時，由于地層中時有“孤石”的存在，或者軟硬地層的交接面臺階處理不好，都可能在管道回拖時造成卡阻而拖管失敗，解決的辦法是進行試回拖。4鉆具磨損嚴重，存在卡阻和斷裂風險。

六、定向鉆鋪管在卵礫石層中的應用

卵礫石地層的特點是地層松散、很難成孔。采用泥漿護壁，鉆頭擠壓地層的辦法成孔效果都不好，因此，該地層一直被業內人士認為是水平定向鉆鋪管的禁區，風險投資極大。

卵礫石地層在施工中極易出現導向孔的導向傾角無法控制、卡鉆、回拖時卡管的現象，從而造成穿越鋪管失敗，甚至有時出現導向孔打過去了，再回拉擴孔時鉆桿已被卡死。

對這類地層施工有幾種解決的辦法，效果會因地點不同而不同，僅供參考。1在施工無法進行下去的時候，可考慮適當改變鋪管的位置。2夯入適當外徑的鋼管，造出一個拖管通道，把卵礫石層隔離開。3在卵礫石層埋深不大的情況下可考慮大開挖的辦法，然后回填粘土或用水泥管、鋼管等隔離卵礫石層。4其它施工正常的情況下，回拖管前應進行試回拖。5要調整泥漿粘稠度，增大泥漿排量，最大限度的向孔內輸送粘性土的成分。

前面談到的是在定向鉆鋪管中常見的幾種地層，別外還有水溶性地層、嚴重漏失地層等，本文不再一一累述。

地層是一個結構和成分復雜的礦物體，沒有任何兩個地方的地層是完全相同的。一條穿越管的鋪設往往穿過的不只是一種地層，在施工中要綜合考慮各種地層的特點，分清主次，選擇出一個比較全面、恰當的施工工藝方案，這才是定向鉆鋪管應對地層變化的有效方法。