22水平定向钻穿越施工通用工艺.docx
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22水平定向钻穿越施工通用工艺
压力管道安装通用工艺文件
水平定向钻穿越施工通用工艺
HNYJPQC22-2010
1合用范围
合用于岩石、砂土、粉土、粘性地质条件的水平定向钻穿越工程。
2引用标准
《油气输送管道穿越施工查收规范》GB50424-2007《油气长输管道工程施工及查收规范》GB50369-2006
《石油建设工程质量查验评定标准管道工程穿超越工程》SY/T4104-1995
3一般要求
穿越作业应向当地河流/公路/铁路管理部门申请并经同意后方准实行。
穿越作业应编制专项HSE举措方案。
穿越施工时应设置施工警示标记,夜间设警示灯。
定向钻穿越应知足以下规定:
穿越深度规定:
1)穿越河流等水域时,穿越管段管顶埋深应在河流最在冲洗线2.5m以下,且穿越管段管顶距河床底部的最小距离应大于穿越管径的10~15倍,且不小于6m。
对防洪等级高的河流,应依据不一样的地质类型,适合增添穿越深度。
2)穿越公路/铁路时,穿越管段管顶埋深应切合公路/铁路等有关部门的有关规定。
与建筑物、地下管线的距离规定:
1)与建筑物基础的水平净距不得小于设计规定;
2)与现有地下管线水平铺设时,Φ200mm以上的管线,净距应为最大扩孔径的2倍
以上;Φ200mm以下的管线,净距不得小于;
3)从现有地下管线上部交错铺设时,垂直净距应大于
;
4)从现有地下管线下部交错铺设时,垂直净距应切合以下要求:
粘性土地层应大于扩孔直径的1倍;
粉土地层应大于扩孔直径的1.5倍;砂土地层应大于扩孔直径的2倍;
小直径管道(Φ<110mm)垂直净距不得小于。
定向钻出、入土角及穿越曲率半径规定:
1)穿越施工时出、入土角大小应依据地质、地形条件和穿越管段的材质、管径来确
定。
入土角度一般为8°~20°,出土角一般为4°~12°。
2)水平定向钻穿越的曲率半径应切合设计要求。
曲率半径不宜小于1500D,最小不得小于1200D。
3)在管道入土端和出土端外侧各预留保持许多于10m长直管段。
地质资料准备规定:
施工前,应向设计或业主讨取穿越段的地质报告。
其内容起码包含以下内容:
勘探目的、任务要乞降依照的技术标准;
拟建工程概略;
勘探方法和勘探工作部署;
场所地形、地貌、地层、地质结构、岩土性质及其均匀性;
各项岩土性质指标,岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值;地下水埋藏状况、种类、水位及其变化;
土和水对建筑资料的腐化性;
可能影响工程稳固的不良地质作用的描绘和对工程危害程度的评论;场所稳固性和适合性的评论;
若有不足部分,施工单位可向建设单位提出补勘申请报告。
勘探点平面部署图;
工程地质柱状图;
工程地质剖面图;
原位测试成就图表;
室内度验成就图表。
4理论计算
导向孔轨迹计算
定向钻导向孔轨迹应包含以下内容:
钻孔种类和轨迹形式;
选择造斜点;
确立曲线段的曲率半径;
计算各孔段钻孔轨迹参数。
定向钻导向孔轨迹宜由斜直线段、曲线段、水平直线段等构成。
其设计应依据生
产管线技术要求、施工现场条件、施工机械等进行轨迹综合组合。
定向钻导向孔轨迹设计可采纳作图法或计算法确立。
作图法:
入、出土角和曲线段确实定可进行。
第二曲线段
直线段
第一曲线段
L3
L2
L1
ɑ2
R2
R1
ɑ
1
一般形式的导向孔轨迹设计图
图中:
α1——入土角
α2——出土角
A——入土点
D——出土点
B——第一曲线段和直线段轨迹变化点
C——直线段和第二曲线段轨迹变化点
h——轨迹(铺管)深度
L1+L2+L3——定向钻铺管水平长度
计算法:
入、出吵嘴和曲线段的计算可按上图及以下公式计算。
L1=h(2R1-h)
=2arctg
h
1
2R1
h
L3=h(2R2-h)
2=2arctg
h
2R2
h
回拖力计算
水平定向钻回拖时的拉力宜按下式计算:
2
D
泥1D
1k粘DL2
F拉L2f
4
式中:
F拉——计算的拉力(t);
L2——穿越管段的长度(m);
f——摩擦系数,~;
D——管子的直径(m);
(3.5.1.1)
(3.5.1.2)
(3.5.1.3)
(3.5.1.4)
(3.5.2)
泥——泥浆的密度(t/m3);
1——管子的壁厚(m);
k粘——粘滞系数,~。
泥浆发射孔个数计算:
应依据泥浆泵排量确立切割刀、扩孔器的泥浆发射孔的个
数,泥浆发射孔的个数应按下式计算:
N
Q
r2V
式中:
N——泥浆发射孔的个数(个);
V——要求泥浆的发射速度(m/min);
3
Q——泥浆泵的正常排量(m/min);
钢管最小同意曲率半径的计算:
定向钻铺设钢管最小同意曲率半径应采纳下式计
算,也可用不小于1500D估量。
Rmin
206D
S
(3.5.4)
K2
式中:
Rmin——最小曲率半径(m)
206——常数(MPa·m)
D——钢管外径(mm)
S——安全系数,一般取
1~2
K2——钢管折服极限(MPa)
PE管最小同意曲率半径的计算:
定向钻铺设
PE管的最小同意曲率半径可采纳下
式进行计算:
=
EDH
(3.5.5)
2
式中:
——曲率半径(cm)
E——弹性模数(MPa)
DH——管外径(cm)
δp——曲折应力(MPa)
铺设PE管时,钻孔轨迹的曲率半径应同时知足钻杆的曲率半径。
5水平定向钻机具选用
水平定向钻机的选用:
宜依据回拖力计算值的
~3倍来选择。
控向系统的选用:
手持式追踪系统:
经济、使用方便,但要操作人员直接抵达钻头上方的地面,易
受地形、电磁扰乱及探测深度的限制,多在中小型钻机上使用;
有缆式导向系统:
可超越随意地形,不受电磁扰乱,但复杂,使用麻烦,效率低,
价钱高。
导向系统配置应依据机型、穿越阻碍物种类、探测深度及现场丈量条件等采纳。
导向系统使用前应知足以下要求:
1)操作人员应熟习仪器性能、合用范围、操作方法;
2)导向仪应经过校验并在有效期内,并在施工行进行现场调校。
钻具的选用
孔底钻具组合应依照所采纳的导向系统、土层条件、穿越深度等要求确立;孔底
钻具组合形式,可参照表
5.3采纳。
表孔底钻具组合形式
导向系统土层条件钻具组合
供给倾角、方向角、深度的泥浆发射铲式钻头、探头
软土层
(棒)室及钻杆组合
手提步履式铣齿牙轮钻头、供给倾角、方向角、深度的方向控制
中、硬土层
导向仪的弯接头,探头(棒)室及钻杆组合
铣齿牙轮钻头、早先部署的泥浆马达无磁钻铤和钻杆
硬土或岩土层
组合
钻头、弯接头、浮动接动、装有探头(棒)的定向钻
软土层
有缆式导向头、泥浆马达、无磁钻铤和钻杆组合
仪钻头、泥浆马达、浮动接头、定向接头、无磁钻铤和
硬土或岩土层
钻杆组合
导向钻头种类和尺寸应按岩土种类、岩土层造斜能力、造斜配套工具等要求确立
钻头种类和尺寸,可参照表5.3.2采纳。
表
钻头种类和尺寸
岩土种类
钻头种类和尺寸
淤泥
较大掌面的铲形钻头
淤泥质黏土
中等掌面的铲形钻头
黏土
较小掌面的铲形钻头,掌面宽度应比探头室直径大
12mm
以上,铣齿钻头或马掌面冲击钻头
砂层
小锥形掌面铲形钻头
砂、卵、砾石层
镶焊硬质合金、中等尺寸弯接头钻头
岩层
孔底动力钻具
扩孔钻头种类选择,可参照表5.3.3采纳。
表
扩孔钻头合用的地层
钻头种类
合用地层
挤压型扩孔钻头
柔软地层
切削型扩孔钻头
软土层
组合型扩孔钻头
地层合用范围较广,属一般型扩孔钻头
牙轮型扩孔钻头
硬土和岩石
钻杆的选用
钻杆机械性能主假如强度和扭矩,其规格、型号应切合孔底钻具的工作扭矩、钻
机顶力及回拉管道时总拉力要求。
钻杆曲率半径应不小于钻杆外径1200倍。
钻杆丝扣应保持干净,旋扣前应涂上丝扣油。
曲折和损害钻杆不可以使用,钻杆内应防止杂物进入。
泥浆配方:
应依照钻进的土壤、地层状况确立。
6工艺流程,见图6。
动工前准备
丈量放线
场所及作业带平坦
设备安装调试
主管道组焊
泥浆准备
防腐补口
钻导向孔
强度及严实性试压
预扩孔、洗孔
管道回拖
设备拆掉
管道严实性试压
恢复地貌
图6定向钻施工工艺流程图
7工艺控制
丈量放线
丈量放线准备工作
1)备齐放线区段完好的施工图(平面图、断面图、丈量成就表)、交接桩记录、标准规范以及丈量放线记录取表。
2)准备完满、精度切合要求并经检定合格且在有效期内的GPS或全站仪、盘尺等。
3)准备足够的木桩或钢筋桩等丈量放线的工用具。
管道丈量定桩
1)现场建立丈量放线工作组,由丈量队长或丈量工程师主持详细施工工作。
2)丈量人员依照线路平面、断面图、设计控制桩、水平标桩进行丈量放线。
丈量放线中应付丈量控制桩进行保护。
3)在放线过程中,应与业主拜托的其余承包商联系,核实管线征地与穿越公路、河流、光缆、地面及地下阻碍物、林区、经济作物区等的经过权。
4)放线桩应注明管道中心线、进出土点地点、进出土点场所、钻机地点、回拖场所和泥浆池占地的地点和几何尺寸等。
5)划线:
预制管线轴线和施工作业带界限限定桩后,丈量人员沿丈量点拉放线绳,沿绳撒石灰线进行划线,放出管线轴线及界限限。
6)
丈量精度要求:
轴线丈量的导线距离同意偏差小于0.1‰;高程丈量的闭合差小于
50mm。
丈量放线完成实时与监理联系和报验,填写有关记录。
施工场所平坦
施工场所清理准备工作
施工前,一定同业主或监理及地方政府一同,对施工场所内植(作)物林等进行
盘点,对重要地形、地貌、重要修建物进行录像作为未来恢复依照。
施工场所清理
1)不一样意堵截的水渠、河流,应铺设水泥涵管过水并搭设便桥经过;
2)应采纳相应保护农田、果林、植被及配套设备,减少或防备水土流失,同时保护保护线路控制桩,若有破坏,丈量工立刻进行补桩恢复。
3)出、入土点场所清理采纳挖沟机、推土机扫线,人工配合清理,将征地范围内的树木、石块、修建物等予以除去、平坦并进行夯实办理,保证施工顺利进行。
钻机场所要求
1)水型水平定向钻机的安装场所可为40m×40m,大型水平定向钻机的安装场所一般约为60m×60m。
安装场所应依据钻机及隶属设备的要求,联合现场条件进行部署。
2)钻机场所内应设泥浆池,其大小应依据泥浆用量确立。
泥浆池不宜放在穿越中心
线上。
管段预制场所要求
1)穿越管段预制场所宜设在出土点邻近,在出土点设一个30m×30m的钻具操作场所。
2)管段预制场所宜与入土点、出土点在向来线。
穿越管段的预制场所的长度宜为设计水平长度加20m,宽度应切合有关规定。
3)若因场所限制预制管段不可以直线部署,应在出土点保持许多于100m的直管段,方可采纳弹性敷设。
主管道组焊、防腐补口等施工知足设计图纸或有关标准的要求。
强度及严实性试压
水平定向钻穿越回拖前,应付主管道进行清管、测径、试压,回拖后还应再进行
测径。
管道清管、测径、试压前应编制施工方案,制定安全举措,并充足考虑施工人员
及邻近民众与设备安全。
清管、测径、试压作业应一致指挥,并装备必需的交通
工具、通讯及医疗救护设备。
穿越管道宜采纳水作为试压介质。
试压前,用清管球(器)进行清管,清管次数许多于两次,以张口端不再排出杂
物为合格。
清管球充水后直径过盈量为管内径的5%~8%。
假如清管合格后需进行测径,测径宜采纳铝质测径板,直径为试压段中最小内径
的90%,当测径板经过管段后,无变形、褶皱为合格。
油气穿越管道水压试验时的压力值、稳压时间及合格标准应切合表
7.4.7的规定。
表
水压试验压力值、稳压时间及合格标准
分类
强度试验
严实性试验
油气穿越
压力值
1.5倍设计压力
设计压力
管段
稳压时间
4h
24h
合格标准
无泄露
压降不大于1%试验压力值,且
不大于
试压宜在环境温度5℃以长进行,不然采纳防冻举措。
试压合格后,将管段内积水打扫干净。
打扫以不再排出游离水为合格。
试压用的压力表经过校验并在有效期内。
压力表精度就不低于
1.5级,量程为被测
最大压力的
~2倍,表盘直径不该小于
150mm,最小刻度能显示。
试
压时的压力表许多于
2块,分别安装在试压管段的两头,稳压时间应在管段两段
压力均衡后开始计算。
试压管段两头各安装一支温度计,且防止阳光直射,温度计的最小刻度小于或等于1℃。
试压装置,应经过试压查验合格后方可使用。
试压时的升压速度不该过快,每小时升压不该超出1MPa。
当压力升至0.3倍和
倍强度试验压力时,分别停止升压,稳压30min,检查系统,如无异样状况持续升压。
试压中若有泄露,应泄压后修理,修理合格后从头进行试压。
钻机设备安装、调试
钻机设备安装
1)挖、砌排浆池及地锚坑1个,大小按实质需要,一般排浆池尺寸为15m×10m×3m,
排浆池内铺塑料彩条布,并在池内周围用砖砌加固墙,墙高1m,用水泥将排浆池周围与加固墙连结,防备排浆池塌方。
地锚坑中心线在穿越主管和光缆套管的中
心线上,地锚坑尺寸为8m×6m×4m,挖排浆池及地锚坑时要留出足够边坡,出土点处排浆池及地锚坑尺寸见图7.5.1所示。
6m地锚坑深4m
泥浆池深为
3米
10m
8m15m
图7.5.1-1地锚坑及泥浆池表示图(坡比)
2)地锚坑开挖达成后,先用砖在周围砌三七墙,将地锚放入后,地锚与墙的余空填
混凝土加固。
而后开始安装挡板,在挡板前打6米长,壁厚为δ6mm、间距
的Ф108mm管桩进行加固,同时将地锚、挡板、管桩和钻机下所垫钢板用20#槽
钢进行连结,保证在回拖管线过程中地锚的坚固。
地锚形式见图。
图地锚形式表示图
3)设备应安装在生产管中心线延长的开端地点;
4)调整机架方向应切合设计钻孔轴线;
5)按设计入土角调整机架倾斜角度;
钻机设备调试
用探测器丈量控向参数,探测器应摆放在管道穿越中心线上,在中心线上选择远离扰乱源的地方,在入、出土点的不一样地点测取10个以上的数据,差异不大时取均匀值,差异大时,剖析原由后从头丈量。
并知足以下要求:
1)实质丈量获取最正确控向参数后,做好原始记录。
2)调试泥浆搅拌系统,检查泥浆搅拌系统各搅拌枪能否工作正常,检查各连结收路能否有泥浆泄露状况,发现问题及解决。
3)检查调试泥浆泵工作能否正常,泥浆泵压力表能否正常工作。
4)检查定向钻机各连结收路、接头能否连结稳定。
全部设备检查完后进行设备试运行。
5)磁方向角丈量、泥浆配制
6)依据设计入土点、出土点,严格按控向系统调校程序进行调校。
试钻及泥浆配制
钻机及配套设备就位:
钻机就位后应进行系统连结、试运行,保证设备正常工作。
钻机试钻:
各系统运行正常、钻杆和钻头打扫完成后试钻,钻进
1-2根钻杆后检查
各部位运行状况,各样参数正常后按序次钻进。
泥浆配制、施工过程中的控制及办理
1)泥浆用料准备:
施工取淡水放入水罐,经积淀后利用;膨润土及必需的增添剂实时运到。
2)依照穿越地质、穿越长度及穿越管径进行泥浆配制,并在钻导向孔、预扩孔及回
拖各阶段采纳相应举措,泥浆配比,拜见表(用马氏漏斗计每两小时丈量一次泥浆粘度)。
表7.6.3泥浆粘度值表
地质
项目
管径(mm)
黏土
亚黏土
粉砂
中砂
粗砂
岩石
细砂
砾砂
导向孔
——
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
Φ426以下
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
扩孔及
Φ426~Φ711
40~45
40~45
45~50
50~55
55~60
45~55
回拖
Φ711~Φ1016
45~50
45~50
50~55
55~60
60~80
50~55
Φ1016以上
45~50
50~55
55~60
60~70
65~85
55~65
3)水平定向钻斜孔段:
泥浆的流动性能要好,结构性要强,保证钻屑携带和孔眼洁净;控制泥浆的失水,防备塌孔。
需增大固壁剂、降失水剂含量。
4)水平定向钻水平孔段:
要实时提升润滑剂剂量,适合降低粘度和切力,保证泥浆的流变性能优秀,使钻屑顺利返出地面;加强泥浆的润滑性,减小钻机旋转及推动阻力。
5)水平定向钻扩孔段:
加强泥浆的造壁性能,防备孔壁塌陷;需增大固壁剂、降失水剂剂量。
6)水平定向钻回拖段:
提升泥浆的润滑性,降低摩擦阻力,加强携屑成效;需提升润滑剂剂量。
钻导向孔
导向孔曲线要求:
定向钻穿越施工应严格按《油气输送管道穿越工程施工规范》
GB50424履行,定向钻钻进曲线应严格依照穿越施工规范和设计图纸曲线要求,
此中穿越实质曲线与设计曲线的偏差不大于
1%,且纵向偏差±3
,上下偏差+1
~
M
M
-2,出土点横向偏差±3
,纵向偏差孔+9
M
~-3
。
钻孔阶段尽量将岩屑携带出
M
M
M
孔,同时保持孔壁稳固,减少推动阻力。
导向孔钻进施工应知足以下要求:
1)导向操作应由经过培训合格的人员操作,控向系统的功能应知足工程的需要;
2)钻机开启后应进行试运行,确立机具各部分都运作正常后方可钻进;
3)导向孔应依据设计曲线钻进;
4)第一根钻杆入土钻进时,应轻压慢转稳固入土地点,切合设计入土角后方可实行钻进;
5)导向孔钻进时,造斜段丈量计算频次一般状况每~次,直线段丈量计算频次一般每根钻杆一次;丈量参数应切合设计轨迹要求,且应按以下要求进行数据
记录:
采纳手提步履式导向仪钻孔轨迹丈量方法的现场记录内容,并按记录绘制钻孔轨迹剖面图。
采纳有缆式导向系统钻孔轨迹丈量,钻孔轨迹监督和调控应随时察看计算机办理的随钻数据,且应进行收集。
依据收集的控向数据,实时调整偏差,使穿越曲线切合设计要求并知足以下要求:
1)曲线段钻进时,应按地层条件调整推动力,防止钻杆发生过分曲折;
2)造斜段顶进时,一次顶进长度宜小于~,同时应察看延长长度顶角变量,顶角变量应切合钻杆极限曲折强度要求,采纳分段施钻,使延长长度顶角应变化均匀;
3)导向孔相邻两丈量点之间轨迹偏离偏差不得大于最后扩孔的孔径,发现偏离偏差应实时纠偏。
钻杆折角要求:
导向孔的钻进是整个定向钻施工的重点,在导向孔钻进过程中,应严格按设计给出
的穿越曲率半径进行。
在钻进过程中折角不宜过大,见表。
表7.7.4钻杆折角
管径Φ(mm)
每根钻杆最大折角(°)4根钻杆累加折角(°)
325以下
377
406
508
610
711
813
914
1016以上
扩孔
扩孔孔径确实定
最后扩孔直径应依据管径、穿越长度、地质条件和钻机的能力确立。
终孔孔径一
般应为所敷设管径的
~1.5倍,最小扩孔直径与穿越管径的关系应切合表
的规定:
表
最小扩孔直径与穿越管径关系(
mm)
穿越管段直径
最小扩孔直径
<219
管径+100
219~610
1.5倍管径
>610
管径+300
注:
管径小于400mm的管线,在钻机能力同意的状况下,可直接扩孔回拖。
扩孔应知足以下要求:
1)扩孔宜连续进行,当不测停止扩孔时应注意:
停止扩孔器回拉并前推,除去扩孔器的扩孔工作钻压;
2)扩孔钻头(扩孔器)小眼孔正常喷浆时,方能开始扩孔,禁止干扩;
3)按配套扩孔钻头由小到大逐级扩孔。
中、大型钻机在柔软土层中扩孔,可超越一级钻头直径扩孔;
4)扩孔中出现钻机扭矩、拉力较大时,应先进行洗孔,洗孔结束后,再持续进行扩孔,扩孔结束后,如发现扭矩、拉力仍较大时,可再进行洗孔作业。
5)转速和工作钻压应切合钻具使用技术参数的要求;
6)启动时旋转、回拉钻杆的速度应迟缓;
7)旋转和行进速度应均匀;
8)控制泥浆流量和扩孔扭矩。
发送沟开挖、发射座安装
穿越管段预制完成后,应依据地形地貌及铺管长度、材质、管径等要素,确立采
用发送沟、发射座或许二者联合的方式发送管道。
发送沟开挖要求
1)沿穿越中心线开挖发送沟。
发送沟应依据地形、出土角确立开挖深度和宽度,一般状况下,发送沟的下底宽宜比穿越管径大500mm;
2)清剪发送沟内的无石块、树根等硬物,而后将管道吊入沟内,再向沟里灌水,直至管道完好处于飘荡状态。
一般状况下,管沟内最小灌水深度宜超出穿越管径的
1/3。
3)采纳举措,保证管道的入土角度与实质钻杆出土角度一致。
发射座安装要求
1)依据穿越管段的长度和重量确立发射座(托管架)的跨度和数量;
2)发射座(托管架)
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