管道水平定向鉆穿越河流施工要點分析

戶永海

（管道四公司（穿越公司），河北 廊坊 065000）

0 引言

20 世紀80 年代，水平定向鉆技術開始出現在工程施工中，并在經過多年的發展后逐漸成熟，得到廣泛的應用。該技術在我國發展較快，且設備先進，實現自動化模式，設備的配套裝備也都有，這也是我國定向鉆更容易成功和被廣泛使用的原因。

1 管道水平定向鉆穿越概述

在研究管道水平定向鉆技術的過程中，泥漿技術是非常重要的，主要是為了保證孔內安全性和穩定性，現在的水平定向鉆速度越來越快，因此對泥漿的要求也更高。水平定向鉆進技術的發展帶動著泥漿技術的發展，泥漿技術也有了不小的進步，到了一個新的發展階段，泥漿技術的類型、體系、處理方式和理論都已經在逐步完善。不過泥漿技術的缺點就是應用和管理方面還不夠集中，沒有對泥漿技術進行規范化的要求，也沒有設定專業的標準，有一些管理人員覺得只要能打出泥漿就行，造成了很多工作人員都沒有打泥漿的機器，泥漿設備也比較缺乏，正是因為這些條件才導致泥漿技術簡單化，遇到較為復雜的地層也無法發揮出優質施工方案的優點，對我國的鉆探工程質量有很大的影響，降低了工程質量和工程效率，還有一些地層根本就無法鉆探。

面對現在泥漿技術的缺點，要想讓泥漿技術能夠有效地發揮出來，就應該改變傳統的理念和施工方式，提高泥漿工程的質量，發揮出更有效的效果，這也是解決鉆探工程施工問題的基礎。

2 管道水平定向鉆穿越河流施工關鍵

2.1 勘測、放線和精確定位

2.1.1 水平定向鉆

定向鉆施工順序建議為：先進南側定向鉆施工，再根據南側定向鉆實際線位進行北側定向鉆施工，然后根據主管道2 次定向鉆線位進行光纜定向鉆施工。

在進行南岸定向鉆施工時，根據主河槽定向鉆入土點坐標、出土點坐標，首先在施工現場進行測量工作，完成鉆機場地控制線的放線工作，合理安排設備擺放位置，保證鉆機中心線與出、入土點在同一直線上，施工過程中要隨時記錄實際鉆孔軌跡。

南側定向鉆施工完畢后，應先將管道實際軌跡測量并放線定位出來，然后以此為參考，按設計圖紙測量并放出主管北側定向鉆的鉆機場地控制線及設備擺放位置線。為保證連頭操作可行，根據管道主河槽定向鉆的出土點的實際線位和出土點局部調整灘地定向鉆的入土點，使灘地定向鉆的入土點端線位與主河槽定向鉆出土點端線位基本平行，且中心線間距為4m 確保兩定向鉆基本平行，且中心線間距為4m。

主管道定向鉆完成后，根據主管道2 次定向鉆實際線位情況，根據圖紙，完成鉆機場地控制線的放線工作，合理安排設備擺放位置，保證光纜套管出、入土點在同一直線上，且與主管道定向鉆實際線位基本平行，且中心線間距為10m。

2.1.2 基坑開挖連頭

根據定向鉆主河槽定向鉆中線與入土點、灘地定向鉆中線與入土點的實際位置，測量并放出兩鉆的連頭具體位置，之后根據設計圖紙測量、放出基坑的開挖面，井點降水的匯水渠等。同時還應測量、放出臨時堆放開挖土方的位置。

2.2 鉆進導向孔

導向孔是使用水平定向鉆機按照預先設計好的曲線參數如入土出土角度、曲率半徑、深度等進行鉆進。通常水平定向鉆進的鉆頭端部是斜面面板，采用輔助射流的切削方式進行鉆進。鉆頭中的發射器可將鉆進過程中的位置頂角、方位角、深度等參數傳輸給地面的導向儀，以便對鉆進軌跡進行實時監控糾偏。通常情況下導向孔的鉆進曲線最大偏移量不可以超過2m。露出地面的一段縱向偏差不可以超過總長度的1%，而且不能超過12m。橫向偏差不可以超過總長度的一半，而且不可以超過6m。導向孔曲線和總曲線之間的差額應該保持在一定的范圍之內，如表1所示。

表1 導向孔允許偏差

2.3 擴孔與洗孔

擴孔階段在導向孔鉆進完成之后，使用擴孔器進行導向孔擴徑完成。具體做法是將擴孔器與鉆桿相連，鉆機帶動鉆桿回拖轉動時，擴孔器隨鉆桿一同回拖轉動。根據所需要的尺寸不同，有時擴孔和管道鋪設的程序可以同時進行，有時則需要在保證孔道沒有縮徑、塌方等情況的發生下，使用不同尺寸的擴孔器對孔道進行多級擴孔，以達到管道回拖的要求。同時鉆井液在工程中也非常重要，它是擴孔過程中的血液，對擴充孔洞有很重要的作用。鉆井液對鉆進工程來說是很關鍵的，很多復雜的地形都是可以通過鉆井液來解決的。現在人們已經越來越重視鉆井液的應用，所以，使用合適的鉆井液方案可以提高鉆井成功率，還可以降低成本。

3 水平定向鉆泥漿技術應用

3.1 松散不穩定地層泥漿技術應用

因為地層膠結力不好，就會造成地層松散，內部孔洞也會不穩定。處理該問題的關鍵，是提高泥漿黏度，同時加入防塌劑，如瀝青類材料。泥漿黏度較大可以很好地增加砂石之間的結合力，提高內部孔壁的穩定性。而且低軟化點的瀝青能夠在孔壁的表面產生一種瀝青膜，這種膜具有保護作用，當瀝青顆粒進入地層當中后，就可以增強孔壁的穩定性了。

在該地層施工的過程中，我們可以采取相應的細分散泥漿體系，可以根據實際情況提高泥漿里面的黏土，然后使用一些增黏劑、失水劑、稀釋劑和瀝青類等產品進行相關處理。

3.2 破碎不穩定地層泥漿技術應用

如果地層孔洞穩定性比較差的話，就會影響地層的穩定性。可能會造成坍塌和破裂的現象。為了解決這個問題就需要提高地層的機構強度，提高孔壁的穩定性。具體的辦法就是在泥漿里面加入一些瀝青類產品與超細碳酸鈣來堵住這些裂縫，增強孔壁的穩定性。或者減少泥漿的流失問題，產生的泥皮也可以提高孔壁的穩定性，讓泥漿反速和泥漿黏切更牢固，確保能夠破壞掉大塊的地層，保持泥漿的層流，降低對孔壁的腐蝕。分析地層的孔隙壓強和地應力，得到準確的泥漿密度，一定要確保在沒有超過地層極限壓力的同時對孔壁產生有效壓力，這樣才可以避免孔壁發生坍塌或者掉塊。

在這種底層上最有效的泥漿技術就是聚磺泥漿技術，該技術其實是在三磺泥漿中加入聚丙烯酸鉀、水解聚丙烯睛按鹽或鉀鹽，然后加入超細碳酸鈣和其他種類的防塌劑。

3.3 水敏性地層泥漿技術應用

水敏性地層是因為巖石礦物環境影響所產生的差異性地層，主要可以分成吸水膨脹地層、吸水分散地層和吸水剝落地層，這三種地層都會對鉆進施工帶來不同程度的影響，比如導致孔內出現坍塌、縮頸，以及泥漿黏切上升等問題。處理以上問題的關鍵是提高泥漿的抑制能力、防止泥漿失水、提高泥漿的穩定性、增強泥漿的潤滑效果。可以采取下面幾個方法：

（1）提高泥漿的抑制能力，可以加入一些鉀離子、鈣離子等無機鹽陽離子防止泥漿出現分散的問題，也能夠使用一些高分子聚合物來和黏土顆粒來解決這些問題。

（2）要想降低地層塌陷的概率，就需要從地層的內部展開工作，提高泥漿的抑制能力，第一步要確保壓強平衡鉆進，如果還沒有達到最大的地層破裂，可以加入一些物質來提高泥漿的密度，保證地層壓強穩定，穩固孔壁，也可以加入一些瀝青類防塌劑增強效果。

（3）鉆進過程中一定要保持較好的潤滑能力，為了避免出現阻卡的問題，需要減少設備和地層所產生的摩擦力。

（4）最好使用大泵量，可以順利地將巖石碎屑和大掉塊排出，還可以將縮徑沖蝕，防止設備與縮徑發生卡鉆的問題。

對這種地層來說，可以使用抑制效果比較好的聚磺泥漿或粗分散泥漿。

3.4 水溶性地層泥漿技術應用

水溶性地層一般都是氯化鈉地層比較多，還有一些石膏、鉀鹽、天然堿和芒硝等地層。在以上地層的鉆進中，會出現很多問題；其中包括有鹽類地層融化以后會造成泥漿的性能變差，泥漿會不能正常使用，而且后續的泥漿穩定性也會降低，很容易出現阻卡或者是埋鉆的問題。多數情況下鹽層都具備蠕動變形的特點，在鉆進的過程中會出現縮徑的現象。下面是解決這類問題的方法：①可以向泥漿里面加入一些和地層溶解物類似的材料，變成鹽水泥漿，減少泥漿給地層帶來的侵蝕性；②嚴格控制泥漿的失水量，保持泥漿的溶解速度和孔壁的保護膜正常，從而形成密度較高的保護膜；③提高泥漿比例，加強地層壓力，減慢地層縮徑速度。

面對該地層一般都會使用飽和度不同的鹽水泥漿技術，調制鹽水泥漿的過程中流失性和失水量控制起來比較困難，因此可以采取加入泥漿處理劑來解決。

4 結語

根據趨勢推測，未來水平定向鉆會和其他非開挖施工法結合，礫石層和卵石層以后是一定可以被穿透的，只要不斷研發新的鉆探技術，就可以應用在不同種類的地層當中。