定向钻穿越施工方案.docx
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定向钻穿越施工方案
5.4定向穿越施工
5.4.1场地准备
5.4.1.1一般要求
道路和场地对定向钻穿越至关重要,甚至可以说道路和场地准备工作,占水网地区穿越工程量的一半。
在设备进场前要花很大的精力做好道路和场地修建工作。
a)首先必须选好设备进场道路,路面宽度不小于3.5m的等级公路;桥洞的限高不能低于4.5m,道路转弯半径不小于10m。
1.4m
b)现有道路宽度、转弯半径不足处,应就地加宽;桥涵限重及限高不够的地方,要绕行或采取其他相应的措施。
c)无路可行需自行修路之处,要尽量选择旱田或高地;如只有水田时则应先排水,再凉晒,后修路。
处于雨季不宜凉晒及工期较紧时,可直接铺设专用路板。
d)钻机侧的场地选择余地很小,因为要对准入土点,一般占地为3500m2,其中设备停放场地大于30×40m,当地的地耐力不足10t之处,均需铺设路板,一般布置见上图。
e)泥浆池开挖,出入土点各一个,位置在设备停放场地之外,并根据地形选择,均选在出入土点的前方附近。
f)泥浆池的大小根据泥浆用量选定,应比预计泥浆用量大20%。
Qs=0.785(d12+d22+……+dn2)Lk=2438.42m3
其中:
Qs—泥浆用水量(m3)
d1……dn—每次扩孔的直径(m),本穿越采用从36英寸到44英寸2次扩孔,40英寸一次清孔。
L—穿越实际长度595.88m
k—泥浆损耗系数,这时取2.5。
实际应比预计泥浆用量大20%,所以泥浆池出、入土点各一个,其大小为750m3和660m3。
5.4.1.2钻机侧道路及场地的选择
a)道路
入土侧在农田上修建道路(铺路板)20m到达设备场地。
b)场地
铺设路板,围出场地边界,其中设备用地40×80m,其中泥浆池用地15×22×2m3。
5.4.1.3管道安装侧道路及场地选择
a)道路
出土侧位于大闸江西侧,曹娥江大堤南侧农田内,但出土点位置与现状道路尚有一定的距离(约300米),因此需修建一定的施工便道,以便管车可到达出土点侧附近,然后利用挖机运送。
施工作业带宽18m可一次征用,实际使用先用10m宽。
其中施工便道宽5m,管道放在便道外1m处,管道外距穿越中心线1m远。
场地
出土点的场地就在农田内,场地平坦,平整方便,从出土点后退25m处开始,至出土点前30m止,设备用地40×65m。
其中泥浆池用地15×25×2m3。
5.10设备准备
5.4.2.1地锚箱与埋设
根据现场测量计算沿穿越反方向距离入土点8m处挖长5m,宽3m,深1.3m的地锚坑。
将地锚箱放入坑内,紧靠地锚箱各侧每隔均匀打入U型钢板桩,钢板桩打入深度6m。
用18#槽钢将钢板桩与地锚箱连接成一体。
夯填地锚箱周围的泥土,使地锚坑与地面相平。
待钻机定位准确后,将钻机的座架与地锚箱焊接牢固;
5.4.2.2安装钻机
将拖车放置到预定的位置。
取掉拖车上的尾部夹具。
把支撑板放在支撑圆柱下,使用手柄顶起油缸。
在拖车操作板上插入旁路插头。
从控制盘启动柴油发动机。
分开卡车并移走。
在本次操作过程中拖车要总是保持水平。
将驱动小车移到到滑架上的锁定位置。
用导轨锁定装置上的销锁住驱动小车。
取掉拖车后的运输安全螺栓。
然后打开导轨锁定装置。
移动钻架之前,确保已经取下运输安全螺栓,注意在移动钻架前要完全松开导轨锁定装置。
调节到预定的角度,然后通过驱动小车实现钻架移动使钻架头部抵达地面。
调节钻架倾斜油缸以达到钻架预定的入土角度,将钻探设备安装到地锚上。
用夹紧设施固定钻探设备。
连接上钻杆钻头,查看入土点位置正确性,如有偏差则调整机座板上的螺栓位置。
启动钻机进行空转,钻机调试运转正常,控向调校可靠,对地下仪表单元进行调校,现场测定的各项参数要整理归档存入计算机。
5.4.2.3安装泥浆系统
泥浆系统主要由两个泥浆回收循环罐、两个储浆配浆罐、砂泵、泥浆除砂清洁器、泥浆除泥器、卧式沉降离心机、搅拌器、射流剪切混浆等装置组成,为钻机设备提供满足要求的的泥浆。
将泥浆设备按工作流程顺序和使用说明书依次摆放在一起,并连接其管路、走道、护栏、电源线等。
进行设备全面检查,防止运输过程出现问题,检查完成后逐个进行单机试运。
用清水进行泥浆系统整体联合试运,并调试直至正常。
5.4.3泥浆配置
5.4.3.1搭设膨润土棚,面积不小于60m2。
棚内地面要高出地面0.2m,并铺上防湿塑料布。
5.4.3.2膨润土用量主要根据管径、穿越长度及地质情况确定,并准备足够的余量,泥浆人员要对上述情况详细了解和分析。
5.4.3.3先对配置泥浆的用水进行选择和化验,水要用没有污染的清水,并化验水的PH值,以便确定添加剂的用量。
5.4.3.4对于粘土、粉质粘土的普通土质,在水质合格的情况下可直接用一级钻井膨润土,只有当地质及水质不良时才使用添加剂。
5.4.3.5合格的泥浆标准:
比重为1.02~1.05g/cm3,含沙量≤1%,PH值=7~10;失水率<15%。
5.4.3.6泥浆的主要指标粘度在30~80S之间,不同地质的泥浆粘度见下表:
泥浆粘度表
土质
粘土、粉质粘土
粘着性粘土
非粘着性粘土
粗沙
砂砾
粘度(S)
30~40
35~40
45~60
60~80
≥80
5.4.3.7泥浆在循环过程中因失水,携带钻销而变稠,应随时过滤及稀释。
为此要对泥浆粘度用马式漏斗进行测定,一般每两小时测一次。
遇有复杂地质和异常情况,要随时测定。
地质较好的位置,也可减少测定次数,测定结果要做好记录。
5.4.3.8泥浆的处理:
首先通过泥浆回收循环系统装置对泥浆池中的泥浆进行回收处理,达到节约泥浆材料,降低穿越成本,减少废弃泥浆量的目的。
穿越完成后,对无法回收的泥浆用重力沉降法进行沉淀,晒干水份并将剩余的泥浆用泥浆罐车运到郊区进行深埋处理。
5.4.4钻导向孔
5.4.4.1本穿越工程设计入土角9°48’,出土角5°7’48”;穿越管道在河床下最低点埋设在-15m左右的高程线上,穿越曲率半径为960M。
5.4.4.2为了控制穿越长度、深度、出土点及其角度,在入土点、水平点、出土点要设置直线段,以便控向调整。
入土点的直线段至少需30米长度。
5.4.4.3为了控向方便,在造斜段一般每根钻杆调整一次角度,每次调整的角度不得超过1.5°,以便回拖顺利。
5.4.4.4当导向孔从入土角达到水平夹角为0°时的计算穿越深度与设计埋深不同时(误差超过0.5m),则应调整入土直线段的长度,不行再调整控向角度。
5.4.4.5同理,当导向孔从水平达到出土角计算出的出土点达不到穿越长度位置时,调整水平直线段长度;达到出土角而没有符合地面标高时,调整每组钻杆长度及其控向角度。
5.4.4.6正式钻导向孔前,应再钻杆前面安装无磁钻挺、无磁方向短节、无磁造斜短节、定位调整片等,然后接好钻头。
5.4.4.7本穿越属于土质地层,选用刮刀钻头
5.4.4.8开钻前应先清晰泥浆过滤网,用泥浆冲洗钻头及其水嘴,并冲击出入土点,使钻头顺利钻进;
5.4.4.9钻进过程中应随时测定钻进方向,根据微机显示的数据分析钻头所在的位置等;
5.4.4.10钻进方向由造斜短节控制,调校钻头的任何方向,导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不大于2m;出土点沿设计轴线的纵向偏差不大于穿越长度的1%,且不大于3m;横向偏差应不大于穿越长度的2%,且不大于2m。
5.4.4.11控向人员要随时监视和控制穿越曲线情况,控向过程要逐渐实现,不要急剧调向,以防卡钻。
应根据管径大小所决定的穿越曲线确定每根钻杆的折角。
每四根钻杆的累计折角误差不得超过0.5度,且误差要随时调整过来。
5.4.4.12钻进过程中,如遇泥浆压力异常,应及时分析钻进情况,必要时抽回几根钻杆,调整钻进方向;
5.4.4.13钻进过程中,电工要随时检查和摆顺控向线,不得有绞结和破损处,以防止信号传递失灵。
5.4.4.14钻完导向孔,应用管钳拆除无磁钻铤,尽量缩短钻具在导向孔内停滞的时间。
5.4.5扩孔
5.4.5.1钻孔完成后卸下钻头及钻挺等,根据管径及地质情况确定扩孔的次数及扩孔器类型;中硬土采用飞刀式扩孔器,主要是切割成孔;软土采用桶式扩孔器,主要是对挤压成孔;亦有两种同时使用,飞刀式在前,通式在后,相差一个口径级别。
5.4.5.2扩孔由小到大逐级进行,目前扩孔器口径规格有两种系列:
美制的从12寸开始,规格顺次加大6寸;德制的从12寸开始,规格顺次加大4寸;飞刀式扩孔器比桶式扩孔器大一规格,两国分别大6寸或4寸,我公司采用的是德制
系列;
5.4.5.3扩孔直径根据穿越管径确定,一般比管径大6~8寸(150~200mm),本工艺选用的扩孔器及适用的穿越管径见下表:
预扩孔次数
1
2
3
4
5
6
7
适用穿越管径
寸
12
16
20
24
28
32
36
mm
305
406
508
610
711
813
914
采用扩孔器(寸)
飞刀式
20
24
28
32
36
40
44
桶式
16
20
24
28
32
36
40
5.4.5.4如果需要穿越更大或更小的管径时,按着每级相差4寸,再进行配制扩孔器。
5.4.5.5对于地质情况较好时,有经验的司钻可以减少近半的扩孔次数,即跳级使用扩孔器。
这样,不仅节省扩孔时间,还可以节省泥浆用量。
5.4.5.6扩孔方法有正扩孔和反扩孔两种:
正扩孔是在钻机侧安装扩孔器,利用钻机推力扩孔,反扩孔则在出土侧安装扩孔器,利用钻机拉力扩孔。
5.4.5.7正扩孔为防止钻机推弯钻杆和减小推力,通常用推土机或挖掘机等在出土侧牵引钻杆,协助钻机工作。
5.4.5.8通常采用反扩孔方法,即钻完导向孔后,在出土侧装上扩孔器,利用钻机拉力拖动扩孔器在已钻好的导向孔中行走和扩孔。
每拖回一根钻杆,在出土侧再接上一根钻杆,保持孔洞内被钻杆贯通,以便扩孔始终沿导向孔进行。
5.4.5.9无论是正扩还是反扩,在出土侧都要装卸和倒运钻杆,一般是在扩孔200m后开始倒运钻杆。
5.4.5.10卸钻杆开始松开和装钻杆最后紧固,可采用管钳或链钳,其余则可在钻杆上缠绕麻绳,利用挖掘机提升麻绳达到松紧螺纹的目的。
5.4.5.11对于有经验的司钻,可采用反扩和正扩交替进行,可减少倒运钻杆及加快扩孔速度。
5.4.5.12每次扩孔前,都要用启动泥浆泵冲洗喷咀,检查有无堵塞情况,要确保喷咀畅通,否则要用粗铁丝疏通。
5.4.6回拖
5.4.6.1最大回拖力计算
①管子自重:
G=0.02466(φ-δ)δL/1000=166.68t
其中:
φ——管子外径(mm)
δ——管子壁厚(mm)
L——管子长度(m)
②管子浮力:
P=0.785φ2Lγ-G=173.42t
其中:
φ——管子外径(m)
L——管子长度(m)
γ——泥浆比重为1.1
G——管子自重(t)
③管子回拖粘着力:
N1=3.14φLη=38.03t
其中:
φ——管子外径(m)
L——管子长度(m)
η——粘度系数,聚乙烯钢管与泥浆为0.02~0.03
④管子回拖摩擦力:
N2=Pβ=34.68t
其中:
P——管子浮力(t)
β——摩擦系数,聚乙烯钢管与泥浆孔壁间为0.2
⑤管子回拖同时扩孔的阻力:
N3=6.28d(t)
⑥总最大回拖力:
N=N1+N2=72.71t
5.4.6.2
回拖前应将管道安装完成,经过试压等验收合格;并在出土点延长线上挖出发送沟。
在预扩孔的同时,沿官线挖一条发送沟,然后把成品管线放入沟内,在沟里注满水,让成品管完全漂浮起来,以减少管线对地的摩擦力,保护防腐层。
如果地势不平的情况下,管线放入沟内后,要在够沟内适当的做挡水墙,一保证沟内有水,让管子浮起来。
沟内不得有石头、砖块等硬质物以免刮坏防腐层。
成型的发送沟如图:
5.4.6.3牵引沟在出土点附近的几十米处,应按纵向弹性曲线挖沟,圆滑过渡到出土点位置。
具体如下图:
L为20—30m;
H=tanα*L+D;
α为实际出土角;
D为穿越管道的直径;
5.4.6.4全部扩孔工序完成后进行回拖。
回拖前将用比扩孔小一规格的桶式扩孔器连再钻杆上,扩孔器后连接旋转接头和拖环,最后连接在拖管头及管道上。
5.4.6.5为了回拖顺利,应将设计穿越管道与直线管道的交点变短、变深,以便形成较长和较缓的回拖曲线与牵引沟连通。
5.4.6.6回拖前要将牵引沟内注上足够的水,使管道成漂浮状态,减少阻力,以便回拖。
5.4.7竣工收尾
5.4.7.1收尾工作内容包括:
完善穿越两侧管道,拆卸钻机设备、暂设,设备及材料退场,泥浆处理,恢复地貌及整理竣工资料等。
5.4.7.2设备拆卸工作量以最少且运输方便为原则,在拆卸前要对泥浆设备和钻具进行很好的清洗,钻杆及钻挺的螺纹要上油并装上保护套。
5.4.7.3用过的泥浆要进行分离,固体物集中深埋(一般需2m以下),泥浆水排
放到非养殖的河沟中。
5.4.7.4用气割切割地锚焊接焊缝,用吊机或挖掘机边晃动边拔出钢桩和钢板。
5.4.7.5平整场地,恢复田埂及沟渠,拆除新修的道路,恢复原来的地貌。
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