水平定向鉆穿越海溝施工難點及處理方法

王 海，劉艷輝，霍學慶

中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北廊坊 065000

1 工程概況

中緬油氣管道5#海溝穿越位于緬甸西海岸，包括三條管道，分別為：D 1016 mm×17.5 mm的X70天然氣管道、D 813 mm×14 mm的X70原油管道和D 114 mm×6.0 mm的光纜硅膠套管。三條管道平行穿越，原油與天然氣管道間距15 m，天然氣管道與硅膠套管間距12 m。設計范圍內管道實長約1498 m，其中定向鉆穿越段1206 m，一般施工線路段292 m。穿越工程等級為大型。

2 地質情況

5#海溝穿越位置位于安村那英島（Na yangtaung）與耶罔春島（Ye gaungchein）之間。屬于阿拉干海濱低地，呈北向西展布，該區大部分地帶屬于包含了眾多大小不等島嶼的潮間濱海濕地和海岸階地平原地貌。其中濱海濕地和階地分布最廣，表現為包含一些零星的基巖島山和僅高出海平面幾米的平原地貌。測量資料顯示，海溝穿越段最低點低于海面17.1 m，海堤外圍兩岸地形平緩，海溝SW岸為水稻田，屬“圍海造田”帶，地面高程低于海面1.3～1.7 m；海溝NE岸為大片養蝦塘，地面高程低于海面0.9～3.1 m，局部高于海面0.5～1.5 m。海溝地貌情況見圖1。

圖1 海溝地貌

5#海溝場區地層覆蓋層構成包括：第四系坡積層第四系海相沉積層，第四系海陸交匯沉積層下伏基巖為第三系中新統（T）

m泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和砂巖構成厚度不等的沉積韻律，由于地表均被第四系覆蓋層覆蓋，工程勘察區及周圍無基巖出露，由鉆孔巖芯初步判定，巖層傾角在48°～65°。詳勘揭露的工程地質單元層由上至下為：

⑦-2第三系中新統（Tm）強風化粉砂質泥巖、泥巖：深灰、灰黑色中厚層粉砂質泥巖、泥巖，泥質結構，層狀構造，節理裂隙發育，巖體破碎，以陡傾角節理最發育，其次是中等傾角節理，緩傾角少見，巖芯呈碎塊狀、巖屑狀，勘探孔巖層傾角在40°左右，本層厚度為0.5～2.1 m，平均厚度為1.27 m，全孔巖芯平均采取率為98.7%，巖石質量指標RQD普遍為0%，在勘察范圍內及外圍2 km范圍普遍為第四系覆蓋層覆蓋無基巖露頭。

⑦-3第三系中新統（Tm）中等風化粉砂質泥巖、泥巖：深灰、灰黑色中厚層狀粉砂質泥巖、泥巖，泥質結構，層狀構造，節理裂隙發育，巖體破碎，以陡傾角節理最發育，巖層傾角為60°～65°，其次是中等傾角節理，緩傾角少見，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀，少量柱狀，勘探孔巖層傾角在40°左右。全孔巖芯平均采取率為98.4%，RQD普遍為0%。

斷層帶及斷層影響帶：斷層帶所處地層為第三系中新統，可判定斷層發育時間為第三系中新統，斷層帶組成物質為碎裂巖、碎塊巖、片狀巖及少量糜棱巖，局部可見構造透鏡體，弱膠結，巖成分為粉砂質泥巖、粉砂巖。

本次5#海溝穿越主要地層為強風化泥巖和粉質黏土、淤泥。

3 施工過程

2012年10月開始施工準備，光纜套管施工時間為11月20日至11月26日，輸氣管道施工時間12月15日至2013年2月6日，輸油管道施工時間2013年2月15日至3月19日，2013年5月1日完成地貌恢復。

導向孔采用9.5 in（1 in=25.4 mm）鉆頭和外徑165 mm的泥漿馬達鉆具組合施工[1]。預擴孔采用巖石擴孔器，輸油管道進行22、30、38、44 in共4級擴孔，氣管道進行24、32、40、46、52 in共5級擴孔。管道回拖采用桶式擴孔器帶管回拖。

本次施工泥漿使用高效膨潤土和添加劑配置，并增加水化裝置，保證泥漿的護壁性能，泥漿黏度120～150s之間，pH值控制在9～11，相對密度值約1.05。

4 主要施工難點及處理方法

4.1 軟硬交界面穿越

出土側穿越曲線斷面見圖2。5#海溝黏土層與基巖的交界面據出土點250 m，且由于黏土層與淤泥層抗壓強度差，擴孔時擴孔器在重力作用下大幅度下沉，因此導致穿越曲線形成夾角，造成管道回拖風險加大[2]。針對這種情況，采取以下方法盡量減小穿越曲線形成的夾角，使穿越曲線處于理想的狀態。

圖2 出土側穿越曲線斷面圖

（1）調整擴孔方向。導向孔穿越完成后，在出土點一側安裝另一臺鉆機，從入土點方向往出土點方向擴孔，由于擴孔方向的變化導致擴孔器受力的改變，從而減少了擴孔器在黏土層的下沉程度，有利于穿越曲線的圓滑過渡。

（2）提升擴孔速度。在擴孔器從泥巖層進入黏土層和淤泥層后，加快擴孔速度，盡可能增大鉆桿的拉力，從而適度抵消擴孔器重力引起的擴孔器下沉，提高擴孔曲線的精確度。

4.2 擴孔扭矩大

對于長距離海溝穿越，盡管泥巖抗壓強度不大，但擴孔扭矩卻較大，這是整個中緬管道海溝穿越普遍遇到的問題。此外，由于巖性破碎，切削的巖屑顆粒度大小不均勻，局部容易形成堆積，也給擴孔扭矩帶來了很大影響。由此引起了擴孔速度慢、泥漿使用量大、施工時斷時續等問題，為有效解決這些問題，采取了以下措施：

（1）在入、出土點各安裝1臺鉆機實行聯合擴孔。其中1臺為主鉆機，按照正常旋轉方向擴孔，擴孔扭矩控制在30000～40000N·m。另一臺鉆機反向旋轉與主擴孔鉆機轉速同步，控制扭矩≤30000 N·m，這樣就可以滿足大扭矩擴孔的需要。實踐證明，只要兩臺鉆機的司鉆人員密切配合，雙鉆機擴孔速度明顯高于一臺鉆機擴孔速度。

（2）加大泥漿排量。在入、出土點各安裝2臺泥漿泵及其配套的泥漿回收和配制系統，擴孔時從入、出土點同時注入泥漿，提高擴孔器水眼的射流速度，減少巖屑堆積對擴孔器的影響[3-4]。

4.3 泥漿漏失

海溝穿越地層主要為砂質泥巖、泥巖，泥質結構、層狀構造，節理裂隙發育，巖體破碎，RQD普遍為0%。因此，導向孔鉆進幾百米出現泥漿漏失，漏失點容易形成巖屑堆積，對后續擴孔及回拖作業帶來了極大的風險，對此采取以下措施：

（1）保障泥漿性能。提高泥漿的攜帶性和流動性，施工前嚴格制訂泥漿技術指標，施工中使用六速旋轉黏度計，對配制的每罐泥漿進行性能檢測，在切實滿足質量要求的情況下方可使用。

（2）提高泥漿流動性。加大泥漿排量，降低泥漿固相含量，提高泥漿的流動性[5]。

（3）增加洗孔作業。每級擴孔完成后使用小一級的桶式擴孔器進行洗孔作業，進一步降低孔內泥漿的固相含量，提高泥漿的流動性和孔內的通暢性。

（4）進行泥漿堵漏。在施工中出現泥漿漏失時，及時在泥漿中加入隨鉆堵漏劑。

4.4 泥漿性能穩定性

穿越點地處海相沉積地層，會發生海水侵入，對泥漿性能損害非常大，此地層中鈣鎂離子含量高，氯化鈉含量高，因此泥漿的性能及穩定性是穿越成功的關鍵因素之一，對此采用以下方法：

（1）提高泥漿pH值。為減少鈣鎂離子和解除鹽侵現象，保證泥漿的攜帶性能，適量加大純堿和燒堿的加入量，加量以保證返出漿的pH值在10以上為準[6]。

（2）添加CMC（羧甲基纖維素鈉）進行護膠。為防止海水和地層中的氯化鈉破壞泥漿性能，必須加入適量的CMC進行護膠，加量在0.3%左右，如果海水侵入量過大則加入其他添加劑護膠。

（3）強化泥漿回收循環利用。加強泥漿的循環利用，能回收的泥漿盡量回收，這樣既可提高泥漿的穩定性、減少泥漿水化時間，又可以降低泥漿材料的使用量。

4.5 管道的焊接與發送

穿越管道出土點位于海溝SW岸為水稻田，屬“圍海造田”帶，地面高程低于海面1.3～1.7 m，因此，管道焊接及發送是制約穿越的突出問題。為此，采取以下措施：

（1）圍堰。用濕地挖溝機在原有圍海造田的基礎上圍住一個長250 m、寬80 m的區域及與此相通的碼頭和道路，圍堰高度1.8 m，保證最大潮位時作業不受影響。

（2）場地鋪墊。在圍好的區域四周抽水以降低圍堰內的地下水位，同時圍堰內鋪墊山體土50 cm厚，保證設備正常行走和吊裝，由于施工期間處于旱季，基本不受降雨影響，因此，圍好的場地只要鋪墊適當足以滿足正常施工。

（3）安裝滾輪架，進行管道分段預制。在已經鋪墊好的場地內安裝10～15組滾輪架進行管道焊接、檢測、補口，當完成上述作業達到180 m時，將管道推入圍堰外的灘涂發送溝中，再進行后續180 m的焊接[7]，以此類推直到完成全部管道預制。滾輪架及發送溝見圖3、圖4。

圖3 利用滾輪架協助管道安裝

圖4 將分段預制完成的管道推入發送溝內

5 結束語

5#海溝穿越施工過程中嚴格執行了上述技術措施，輸氣管道穿越從導向孔開鉆到完成回拖歷時54 d，最大回拖力800 kN，輸油管道穿越從導向孔開鉆到完成回拖歷時38 d，最大回拖力僅700 kN，達到了理想的預期效果，也進一步說明了采取的施工措施得力有效。