定向转穿越施工工艺及方法Word文件下载.docx
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第二阶段是将导向孔进行扩孔,并将产品管线(一般为PE管道,光缆套管,钢管)沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中,完成管线穿越工作。
1.1
钻导向孔:
要根据穿越的地质情况,选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达,开动泥浆泵对准入土点进行钻进,钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转(或使用泥浆马达带动钻头旋转)切削地层,不断前进,每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置,以便及时调整钻头的钻进方向,保证所完成的导向孔曲线符合设计要求,如此反复,直到钻头在预定位置出土,完成整个导向孔的钻孔作业。
见示意图一:
钻导向孔。
1.2
预扩孔和回拖产品管线:
一般情况下,使用小型钻机时,直经大于200毫米时,就要进行予扩孔,使用大型钻机时,当产品管线直径大于Dn350mm时,就需进行预扩孔,预扩孔的直径和次数,视具体的钻机型号和地质情况而定。
回拖产品管线时,先将扩孔工具和管线连接好,然后,开始回拖作业,并由钻机转盘带动钻杆旋转后退,进行扩孔回拖,产品管线在回拖过程中是不旋转的,由于扩好的孔中充满泥浆,所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态,管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑,这样即减少了回拖阻力,又保护了管线防腐层,经过钻机多次预扩孔,最终成孔直径一般比管子直径大200mm,所以不会损伤防腐层。
见示意图二:
预扩孔和示意图三:
回拖管线。
2、水平定向钻施工的特点:
2.1
定向钻穿越施工具有不会阻碍交通,不会破坏绿地,植被,不会影响商店,医院,学校和居民的正常生活和工作秩序,解决了传统开挖施工对居民生活的干扰,对交通,环境,周边建筑物基础的破坏和不良影响。
2.2
现代化的穿越设备的穿越精度高,易于调整敷设方向和埋深,管线弧形敷设距离长,完全可以满足设计要求埋深,并且可以使管线绕过地下的障碍物。
2.3
城市管网埋深一般达到三米以下,穿越河流时,一般埋深在河床下9—18米,所以采用水平定向钻机穿越,对周围环境没有影响,不破坏地貌和环境,适应环保的各项要求。
2.4
采用水平定向钻机穿越施工时,没有水上、水下作业,不影响江河通航,不损坏江河两侧堤坝及河床结构,施工不受季节限制,具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。
2.5
与其它施工方法比较,进出场地速度快,施工场地可以灵活调整,尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性,并且施工占地少工程造价低,施工速度快。
2.6
大型河流穿越时,由于管线埋在地层以下9—18mm,地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少,所以起到自然防腐和保温的功用,可以保证管线运行时间更长。
3、水平定向钻机系统简介:
各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成,它们的结构及功能介绍如下:
3.1
钻机系统:
是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体,它由钻机主机、转盘等组成,钻机主机放置在钻机架上,用以完成钻进作业和回拖作业。
转盘装在钻机主机前端,连接钻杆,并通过改变转盘转向和输出转速及扭矩大小,达到不同作业状态的要求。
3.2
动力系统:
由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力,发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。
3.3
控向系统:
控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的具体位置和其它参数,引导钻头正确钻进的方向性工具,由于有该系统的控制,钻头才能按设计曲线钻进,现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。
3.4
泥浆系统:
泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成,为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。
3.5
钻具及辅助机具:
是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。
钻具主要有适合各种地质的钻杆,钻头、泥浆马达、扩孔器,切割刀等机具。
辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。
(1)定向钻机的构造和工作原理
在管线入土点附件安设一台定向钻机,该钻机用地锚固定,钻机长15~20m,在其钢制底盘的左半部安一可以调整倾斜角度的井架,右半部设有柴油机、液压泵、压力油箱、泥浆泵、控制室、变压器、发电机等设备。
柴油机带动一台液压油泵和一台发电机。
液压油泵为所有液压马达提供动力,从而控制井架的升降、卡盘的移动、带动泥浆泵和钻机配套的液压起重机。
发电机提供现场照明、水泵的用电。
(2)主要配套设备
定向钻穿越河流设备除主机即定向钻外,为了完成全部施工作业,尚需一些配套设备。
主要是供水系统、泥浆系统和现场施工所必须的施工机具。
1)液压起重机液压起重机主要供起下钻时吊钻杆和套管用,因此起重量很小,设备做得很轻巧,类似我们国家的少先式起重机,设备上装置全部靠液压油泵提供的液压动力而工作。
2)泥浆罐该设备全长10m,宽3m,高2m。
它是泥浆罐和工具间合二为一的设施,其中泥浆罐约占总长2/3,工具间约占总长1/3,泥浆罐的前部安装供水管、阀、泵、泥浆进出管路、加干料的漏斗等设施。
3)液压单斗挖掘机现场配单斗挖掘机一台,供挖地锚坑、接头管沟和吊装。
4)推土机施工现场设推土机一台,供平整场地和拖拉重物使用。
5)火、电焊两用机施工现场有一台体形很小(约长2m,宽1m)的火、电焊两用机,供施工中使用。
6)钻杆和套管钻杆长10m,直径76.2m,套管长10m,直径为127mm或152.4mm。
其数量按穿越长度而定,堆放在钻机旁边的场地上。
(3)定向钻的控制系统
定向钻的控制系统是由若干控制仪表和电子计算机、电视机组成的,这是定向钻的神经中枢,测向仪表和造斜工具装在钻头后面的钻杆中,反映钻进方向的参数,由微波传给控制室的计算机控制机构,钻进方向由电视屏幕上显示出来。
(4)主要施工程序
定向钻穿越河流技术是油田定向钻井和铁路、公路的横钻孔机的基础上发展起来的一项河流穿越技术,它的施工程序是:
先用定向钻机钻一导向孔,当钻头和套管在对岸出土后,撤出钻杆,在套管出土端连接扩孔器和穿越管段,在扩孔器转动扩孔的同时,钻台上的活动卡盘向上移动,拉动扩孔器和穿越管段前进,逐渐穿越管段就被敷设在扩大了的孔中。
(5)定向钻穿越河流施工作业原理和方法
1)钻导向孔的原理和作业方法在采用定向钻穿越河流施工中,钻导向孔是关键问题,其原理是泥浆通过钻杆前的涡轮钻头破土钻进,泥浆从钻杆和套管间隙返回(钻杆为203.2mm,套管127~152.4mm,长均为10m),具体操作要点如下:
1、采用液压吊杆将钻杆吊上钻台,并固定在能在钻台上移动的活动卡盘上,前端和钻头连接后端与泥浆管路连通,开动泥浆泵后,泥浆推动涡轮钻向前钻,卡盘与钻头同步向前移动。
2、当活动片盘移至钻前部的固定卡具时,卸开钻杆接头向后移动活动卡盘,能放下一根钻杆时,吊上另一根钻杆,进行接加钻杆,接头安装卸开均靠前端卡具固定钻杆,活动卡盘正反转完成,然后断续钻进。
3、在钻进到一定进尺时需加套管,其方法是用活动卡盘向前推进套管,套管前端保持距钻头20m,因为距钻头20m范围内为去磁段。
如遇复杂地层可钻进一根钻杆加一根套管。
4、入土角、出土角的确定和钻进曲线的形成。
入土角12~20度为宜,出土角4~30度为宜,入土角和出土角确定后,在曲线上确定若干点,并确定各点x、y、z三维坐标。
此坐标返到控制盘上,由控制各点坐标使钻头按设计曲线前进。
2)扩孔的原理和作业方法
A.扩孔器扩孔和牵引管线同时进行,扩孔器上端管段用丝扣和套管相连,由套管供给泥浆(此时钻杆撤出)推动扩孔器转动,同时钻台上活动卡盘向后移动,拉动扩孔器前进,并牵引穿越管段前进直到铺设完毕。
B.操作方法
(A)当钻头和套管对岸出土后撤出钻杆,将扩孔器前端丝扣和套管相连,后端抽承和油管相连(扩孔器尺寸一般比穿越管道尺寸大一号,例如φ600穿越管段应采用φ700的扩孔器)
(B)注入泥浆推动扩孔器,此泥浆不回收,用量约为:
φ377,1.59m3/min;
φ7203.54m3/min。
移动钻台上活动卡盘,拉动扩孔器和穿越管段前进。
3)定向钻穿越河流的方向控制定向钻穿越河流的方向控制系指方向测定、造斜和纠偏,通过这三项措施,使钻头按特定的方向前进,形成一条曲线,该曲线有两种形式:
一种是当河面较宽时其穿越曲线由三条直线和两段圆弧组成,如图形39.2-15所示。
设计曲线的曲率半径R的圆弧与直线AE、EB及CF、FD相切与点A、B、C、D,在弧线和直线切点处更换造斜工具即可形成曲线。
另一种是对窄而深的河流整个穿越管段是一条曲线,这种情况应在曲线上确定若干点的坐标,是钻头按这些点前进形成所要的曲线如图39.2-16。
A.方向测定。
再设计曲线上确定若干点,按设计曲线算出各点的空间坐标(X、Y、Z)输入到电子计算机,钻进过程中钻头到达各点的坐标,有装在钻头后面钻杆中的特制的仪表测出,并通过有线或无线的方式传到控制室的表盘或电视机屏幕上,如果与既定的坐标不符,说明钻头偏离了设计方向,需进行纠偏。
如与既定坐标一致说明钻头按设计方向前进。
B.造斜。
造斜工具有两种,既造斜短节(也叫弯接头)和造斜偏块。
造斜短节是两端有斜口和丝扣的短管段,装在钻头后面的两根钻杆中间,考其斜度使钻进方向转折而造斜,根据造斜需要可更换不同斜度的短节。
造斜偏块是加在钻头后面钻杆一侧的半圆形的金属块,采用螺丝和焊接固定,它的工作原理是改变钻杆受到的侧向压力而造斜。
这里两种造斜工具构造见图。
C.纠偏。
发现钻头偏离设计方向,采用造斜短节和造斜偏块调整钻头前进方向,其方法是:
如果偏离不大,可转动钻杆;
如果偏离较大,可抽出钻杆更换造斜短节和造斜偏块,从而改变钻头的前进方向,达到纠偏的目的。
4)泥浆的配制和要求
a.泥浆的配备泥浆的配备在方箱型的泥浆罐中进行,在泥浆罐的前端装有泥浆管线、供水管线以及相应的阀组和上下水用的管道泵,泥浆干料从方型漏斗加入,搅拌用水靠管道泵从河中吸取,并打入罐中,干料随之进入罐中和水混合并靠水流进行搅拌而成泥浆。
施工中如需要再搅拌,则用从泥浆泵返回泥浆灌的具有一定压力的泥浆进行搅拌。
b.对泥浆的要求定向钻穿越河流采用一般钻井泥浆,其相对密度为1.1~1.2,在施工中应根据地质情况不同随时调整泥浆相对密度,如,卵石地层的河床,应加大泥浆相对密度,减少泥浆的漏失。
(6)定向钻穿越河流的勘察设计工作
1)定向钻穿越河流技术对地质条件的使用范围
范围较为广泛,它适用于各种粘性土样,也使用于各种非粘性土,虽然各种地层难易程度有所不同,在黏土和砂土中钻进和定向较为容易,在卵石地层中钻进和方向控制都比较困难。
由于钻进技术和方向控制技术的发展,在这些困难地层中穿越问题逐渐得到解决。
例如,穿越中如遇到卵石地层可先穿透卵石层,在容易钻进的地层
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