大中型河流定向钻穿越施工方案.docx

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大中型河流定向钻穿越施工方案

大中型河流定向钻穿越施工方案

1工程简介

该标段大中型河流定向钻穿越包括涪江定向钻穿越和水磨河定向钻穿越，穿越断面共涉及两条天然气管道和一条光缆套管定向钻穿越，分别为元坝-德阳输气管道工程江油试验段建设项目的涪江管道D711定向钻穿越和光缆套管D114定向钻穿越，绵阳-江油天然气输气管线工程建设项目的涪江天然气管道D323.9定向钻穿越。

涪江穿越入土点位于涪江西岸江油市九岭镇中和村4组，出土点位于涪江东岸江油市龙凤镇周脊村。

光缆套管位于两条天然气管道中间，天然气管道与光缆套管间距6m，涪江定向钻穿越水平长度878.4m，实长884.15m，属于水域大型穿越，管道防腐采用带有防护层的三层PE加强级防腐层。

入土角13.0º，入土点卵石厚度约8.8m，采用开挖沟槽安装Φ813×11钢套管隔离卵石，钢套管长度为54m；出土角10.0º，出土点卵石厚度约8.4m，采用开挖沟槽安装Φ813×11钢套管隔离卵石，钢套管长度为55m；钢套管嵌入基岩不小于1m。

水磨河穿越入土点位于水磨河南岸龙凤镇龙云村4组，出土点位于水磨河北岸龙云村5组。

穿越断面由东向西依次为本工程管道、元德输气管道和光缆套管，间距分别为10m和20m。

穿越水平长度315m，实长317.35m，属于水域中型穿越，管道防腐采用带有防护层的三层PE加强级防腐层。

入土角13.6º，出土角8.0º。

为保证穿越成功，施工中严格遵守设计要求和规范规定，各工种、岗位认真负责，密切配合，做好充分准备，仔细分析各种可能发生情况，制订相应处理措施，控向、司钻制定钻进方案，保证导向孔曲线平滑；泥浆岗位全面掌握地质资料按地层配制，保证钻孔需要，使成孔良好。

施工准备

2定向钻穿越流程

3施工准备工作

3.1定向钻场地规划

由于本工程与元德输气管道试验段共同使用施工场地，定向钻入土点即钻机场地规划为涪江穿越6400m2，水磨河穿越5600m2；出土点即回托场地包括回托操作和回托管道用地规划为涪江穿越19100m2，水磨河穿越12000m2。

使用推土机或人工平整，布置钻机场地和排浆池，其中安置钻机部位铺垫面积26m×4m，保证钻机的进场就位，在穿越中心线的一侧挖排浆池（20m×15m×2m）。

焊接作业带可利用部分线路段的施工作业带宽度，自出土点前30m开始，长度为穿越长度+30m，组装场地前30米用于管线连头。

3.2定向钻段管道预制

整个穿越段管道单独进行清管和试压，试压采用电动柱塞泵，上水选用潜水泵和离心泵，试压用水均就近河道提取，沉淀净化后使用。

试压后安装收发球筒，采用清管器清除管道内残余水分。

3.3水力发射沟

试压合格的管道布置在定向钻穿越入土点一侧的发送沟内，管沟充水，具备发送条件，进行定向钻拖管施工。

完成穿越后若穿越段不能立即与两端线路相连，应在穿越段两端焊上封头，以防管内进入杂物。

3.4排浆池、地锚准备

挖、砌排浆池2个（两处穿越两岸各1个），作为废浆回收地，防止废浆流散污染环境。

排浆池的尺寸为：

20m×15m×2m。

挖地锚坑1个：

尺寸为4m×2m×1.6m。

穿越主管时地锚挡板前紧贴挡板均匀打8个8m长，壁厚为δ10的槽钢。

在地锚前紧贴长8米的钢板桩,钢管桩高出地面0.5米,在地锚和钢板桩之间用8#槽钢焊接牢固。

3.5管线回拖力计算及定向钻设备选型

由于各处定向钻穿越长度不等，根据设计说明，及国内、外的施工经验，回拖力的值为计算回拖力的1.5-3倍计算，涪江管线回拖力约为64t，水磨河管线回拖力约为24t，施工设备性能见下表:

主要施工设备性能表

HBR206D-100Z钻机

发动机功率

495HP（369kw）

最大扭矩

68000Nm/31rpm32000Nm/75rpm

最高转速

75rpm

入土角调节范围

8度—22度

最大穿越能力

Φ813mm@820米

最大推拉力

220000Ib（150T）

最大扩孔直径

1300mm

钻机结构

拖车式

钻机总重量

43T（拖车安装）

泥浆主罐

发动机功率

单台425Hp（两台）

最大流量

2×1500L/min

最大压力

25Mpa

泥浆回收设备

振动筛、除砂器、除泥器

4定向钻施工工艺

4.1钻前准备

泥浆用料准备:

施工用淡水取河水放入水罐，经沉淀后利用；膨润土及必要的添加剂及时运到。

钻机及配套设备就位:

将钻机就位主管穿越中心线边侧。

钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。

测量控向参数：

按操作规程标定控向参数，本穿越工程现场地形复杂，不利于测量，为保证数据准确，在管中心线的五个不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。

泥浆配制：

按本次穿越泥浆工艺要求及地质情况编写配制方案，确定正确的混合次序，按不同的地层配制出符合要求的泥浆。

4.2钻机试钻

各系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕后试钻，钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。

4.3钻导向孔

导向孔钻进注意事项

首先进行主管线导向孔钻进。

导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，需要严格按设计图纸钻导向孔,钻孔偏差符合设计要求。

控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到主管穿越，开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。

定向钻钻进曲线应严格按照穿越施工规范和设计图纸曲线要求进行，施工前应进行试钻。

其中，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。

过程控制

用HBR206D-100Z钻机水平定向钻机进行本次穿越工程的主管线施工，按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在管中心线的2个不同位置测取，且每个位置至少测3次，进行对比，并做好记录；利用探头对方位角进行测量，可以保证穿越曲线的偏差满足设计要求，为保证钻导孔时呈“S”形我方应用的是英国Sharewell公司生产的MGS定向系统,确保出土位置准确无误，曲线平滑，在磁场干扰较大的地方可布线圈来满足MGS定向系统的磁场的稳定性。

其钻导向孔的钻具组合是：

12″齿钻头+7″无磁钻铤+65/8″钻杆

控向设备采用英国Sharewell公司生产的MGS定向系统,在整个穿越过程中采用地面信标系统（Tru-Truckersystem）配合MGS系统进行准确跟踪定位,确保出土位置准确无误，曲线平滑。

4.4泥浆控制

泥浆是定向穿越中的关键因素，施工时将针对不同的地层采用不同的泥浆，由于穿越地段有粉土层，地质情况比较复杂，对泥浆的要求比较高，为克服对付这种不利因素，将采取以下措施：

1）泥浆在各个阶段所起的作用如下：

钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻力；

预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁效果，防止地层坍塌，提高泥浆携带能力；

扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻和扭矩；

2）泥浆用于不同地质状况的应对措施

由于粘土层容易水化膨胀而导致径卡钻，针对该层，泥浆的失水性能是关键。

因此，在提高粘度的同时加入定量的改性淀粉来控制失水；中砂层成孔性差，易沉砂，可在泥浆中加入正电胶，形成一种“液体套管”。

为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不改变的情况下，采取增加泥浆储存罐的数量，在此工程将使用1个配浆罐和5个泥浆搅拌罐。

3）泥浆的配置

水源就近用水龙带取用河水，河水在水罐中沉淀、过滤后配浆。

按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。

使用的泥浆添加剂有：

降失水剂、提粘剂和防塌润滑剂等。

所加添加剂采用进口的环保型食品添加剂，符合环保要求。

4）回流泥浆的处理：

钻机场地和管线组装场地各有一个20m×15m×2m返浆收集池，泥浆通过排浆池收集，经沉淀之后处理。

4.5预扩孔

4.5.1预扩孔程序

扩孔采用分级进行扩孔，最小扩孔直径不小于1.5倍管道直径。

导向孔完成，钻头及蒙乃尔管（无磁钻铤）出土后及时拆卸，装上检查合格的14＂扩孔器进行预扩孔。

因穿越距离长扭矩大，卸钻铤和钻头时，采用液压卸扣钳保证及时卸扣。

对于光缆套管不需扩孔就可以进行钢套管（D114）回托；对于本工程管线（D323）需进行一次14″刮刀扩孔器扩孔即可；对于元德输气管线穿越为了整个穿越万无一失，整个预扩孔过程采用以下六级扩孔。

第一级采用14″刮刀扩孔器进行第一次预扩孔；第二级用20″桶式式扩孔器；第三级用26″桶式式扩孔器。

第四级用32″桶式式扩孔器；第五级用38″桶式式扩孔器。

第六级用42″桶式式扩孔器。

预扩孔钻进示意图

按穿越长度及预扩孔次数倒运钻杆，按程序进行钻杆、钻具的清洁和连接。

扩孔工作完成后，将钻杆与扩孔器、旋转接头、卸扣、准备好的回拖管段相连，进行管线回拖作业。

4．6管线回拖

4.6.1回拖方式的选择

回拖是定向穿越的最后一步，也是最为关键的一步，在回拖时采用的方式是：

钻杆＋麻花钻杆＋14″（42″）桶式扩孔器+100T回拖万向节+100TU形环＋穿越管线。

在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大。

管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固，并在100T回拖万向节和回拖管道之间增加两个抗拖力为100T的卸扣，调整在回拖过程中的角度。

回拖前检查:

按设计和规范要求对管线检漏,以规定电压不击穿为合格,管道入土前设专人仔细检查处理。

4.6.2回拖

管线检查合格后，将准备好的回拖管头焊接到管线上，并进行加强，保证拖管头焊接牢固（最大抗拖力在100t以上）；然后将回拖管段放进发送沟中准备回拖，管线入沟时注意保护好防腐层，避免划伤扩孔器。

内各通道及各泥浆喷嘴是否畅通，确认合格后方可以连接。

管线回托示意图

4.7剩余泥浆的计算与处理

4.7.1根据以往施工经验，钻导向孔有10%左右的剩余泥浆，预扩孔有30%左右的剩余泥浆，回拖管线有40%左右的剩余泥浆。

4.7.2以上的泥浆将采用泥浆回收系统进行回收确保泥浆的二次重复利用，并达到HSE的质量、安全、环保要求。

5环保措施及泥浆处理

5.1在定向钻施工前，先配制一定量的泥浆，并将泥浆样本送到当地环保部门进行化验，符合要求后方可使用；达不到环保要求时要更换泥浆用料，并重新配制泥浆进行化验，直到配制出符合环保要求的泥浆。

5.2钻机场地与焊接场地的泥浆处理：

在钻机场地和焊机场地各挖一个排浆池，收集储存返回的泥浆，用泥浆回收装置将泥浆池中的泥浆回收再利用。

本工程中焊接场地的泥浆通过光缆套管输送到钻机场地泥浆池再利用。

根据不同的地质情况和施工中的返浆情况，进行泥浆回收作业时要采取各种必要的措施，保证回收泥浆的质量，回收返回泥浆时分离出来的泥沙等要有专门的堆放场地。

定向穿越施工完成后，租用泥浆车将剩余泥浆和回收返浆时分离出来的泥沙运送到当地垃圾填埋场，晒干回填或作耕作土用。

剩余泥浆外运时使用密封好的灌车运输，防止运输过程中泥浆洒落到路途上。

在入、出点以外有泥浆漏失时，先挖泥浆坑或围堰进行收集，穿越结束后拉运到指定排放场地排放。

穿越施工钻孔、扩孔及回拖作业进行到鱼塘位置时，要控制泥浆的压力，避免因压力大造成泥浆漏失到鱼塘内。