水平定向钻进电力管道扩孔间隙注浆材料特性研究
水平定向钻进铺管施工技术的研究和应用
水平定向钻进铺管施工技术的研究和应用1前言水平定向钻进铺管技术是将石油工业的定向钻进技术与当代先进控制技术相结合的一种现代非开挖施工新技术，主要用于穿越河流、公路、铁路、建筑物等障碍物铺设各种管线（包括电力电缆、电讯电缆、热力管道、燃气管道、给排水管道等）。
水平定向钻进铺管施工技术是一项由多学科、多技术、不同设备集成运用于一体的系统工程，在施工过程中任何一个环节出问题，都可能导致整个工程的失败，造成巨大的损失。
工程概况本工程为上海宝钢不锈钢分公司热电联产项目建筑工程外部电缆沟部分。
其中有两处分别要穿越铁路，因生产需要该铁路运输线不能中断，即不能进行大开挖施工。
所以设计采取了牵引管的施工方案。
据设计要求，拟在7#～8#井、3#～4#井间各穿越一条电力管，具体情况如下：3#～4#井，穿越铁路非开挖铺设φ630聚乙烯管护套管一根，再在其中穿越5孔-φ150+4孔-φ100PE管，铺管长度为25米；7#～8#井，穿越铁路非开挖铺设φ630聚乙烯管护套管二根，再在其中穿越5孔-φ150+4孔-φ100PE管，铺管长度为42米。
该施工场地位于上海钢铁一厂内，地下管线较为简单，在施工前应进行地下管线的确认工作，并请甲方交清各种管线的走向与埋深。
经初步调查及收集资料，该工程施工地段地质条件较为简单，表层为回填土，下面依次为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土，穿越工作主要在粉质粘土和淤泥质粉质粘土中进行。
工艺原理水平定向钻进铺管的基本原理：按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉铺设地下管线。
施工准备根据工程要求，水平导向钻进施工人员在项目技术工程师带领下，对现场进行实地勘察。
施工期间，在钻机就位及工作坑位置采用护栏围护，及时外运泥浆和开挖之土堆，保护绿化及道路整洁。
工艺流程和施工要点工艺流程如下：施工现场准备测量放线定位工作坑开挖、钻机就位泥浆配制导向孔钻进管道安装组焊分级反扩成孔主护套管回拖其它套管回拖5.1现场施工准备和测量放线定位根据工程设计要求，水平导向钻进施工人员在项目技术工程师带领下，对现场进行实地勘察，确定地上和地下是否有阻碍物或对施工钻进的不利因素，同时按照设计图纸要求进行测量放线定位。
非开挖水平定向钻孔中的泥浆作用机理研究
非开挖水平定向钻孔中的泥浆作用机理研究I. 前言非开挖水平定向钻孔技术在我们的生活中扮演着越来越重要的角色，它可以在不破坏地面的情况下进行管道、电缆等设施的安装和维护。
然而这项技术的成功与否很大程度上取决于泥浆的作用机理，泥浆是钻孔过程中必不可少的一部分，它不仅可以保护钻头，还可以冷却钻头、输送介质、平衡地层压力等。
因此研究泥浆在非开挖水平定向钻孔中的工作原理对于提高施工效率和安全性具有重要意义。
介绍非开挖水平定向钻孔技术的应用和发展现状非开挖水平定向钻孔，简称NPSWD,是一种现代工程技术，它在我们的城市建设中发挥着越来越重要的作用。
这种技术的主要优点是可以在不破坏现有地下设施的情况下进行管道、电缆等的铺设和维修工作，大大提高了工作效率，降低了工程成本。
随着科技的进步和社会的发展，非开挖水平定向钻孔技术也在不断创新和发展。
从最初的简单手动操作到现在的全自动设备，从单一的地下管线铺设到现在的多元化应用，NPSWD已经走进了我们生活的各个角落。
在石油、天然气、电力、通信等行业，NPSWD都发挥着重要的作用。
然而任何技术的进步都不是一帆风顺的。
NPSWD技术在应用过程中也遇到了一些挑战，比如复杂的地质条件、施工环境的变化、设备的维护和更新等。
但这些问题并没有阻止我们对这项技术的热爱和追求，我们相信只要我们不断努力，NPSWD技术一定能够更好地服务于社会，为我们的生活带来更多的便利。
引出泥浆作用机理研究的重要性和必要性泥浆在非开挖水平定向钻孔中起着至关重要的作用，它不仅能保护钻头，还能冷却和清洗孔壁，提高钻孔效率。
因此研究泥浆在非开挖水平定向钻孔中的机理显得尤为重要。
首先了解泥浆作用机理有助于我们更好地选择合适的泥浆配方。
不同的地质条件和施工要求需要不同类型的泥浆，通过研究泥浆作用机理，我们可以找到最适合特定条件的泥浆配方，从而提高钻孔质量和效率。
其次研究泥浆作用机理有助于我们预测泥浆性能，在实际施工中，泥浆的性能可能会受到多种因素的影响，如压力、温度、流速等。
施工方案地下管线施工中的水平定向钻孔技术分析
施工方案地下管线施工中的水平定向钻孔技术分析地下管线施工中的水平定向钻孔技术是一项重要的工程方法，它能够有效地解决传统开挖施工方式所面临的难题。
本文将对水平定向钻孔技术进行分析，探讨其在地下管线施工中的应用和优势。
一、水平定向钻孔技术的概述水平定向钻孔技术是一种通过控制钻孔工具实现在地下管道水平方向上钻孔的方法。
该技术采用先进的钻井设备，通过旋转和推进钻杆，将钻头钻入地下，完成水平方向上的钻孔作业。
水平定向钻孔技术的出现，极大地改善了地下管线施工的效率和安全性。
二、水平定向钻孔技术在地下管线施工中的应用1. 地下管道穿越水平定向钻孔技术在地下管道穿越中有着重要的应用。
传统的开挖施工方式往往需要对道路进行临时封闭，给交通带来不便。
而水平定向钻孔技术可以避免对道路的破坏，通过在地下进行钻孔穿越，将管道无损地铺设到目标位置。
2. 水源管网建设水源管网的建设需要在城市中铺设大量的水管。
传统的施工方式会给城市的日常生活造成很大的不便，而水平定向钻孔技术可以在不破坏地上设施的前提下，将水管准确地铺设到目标位置，保障城市正常供水。
3. 电力管网建设电力管网的建设也是水平定向钻孔技术的重要应用领域。
通过水平定向钻孔技术，可以将电缆等设备准确地铺设到地下，避免了传统开挖施工所带来的电力中断和交通堵塞等问题。
三、水平定向钻孔技术的优势1. 减少对地表环境的破坏相比于传统的开挖施工方式，水平定向钻孔技术能够最大限度地减少对地表环境的破坏。
它可以在地下进行钻孔作业，无需对地面进行开挖，保持地表的完整性，减少了对城市交通和市容的影响。
2. 施工效率高水平定向钻孔技术具备施工速度快的优势。
通过采用现代化的钻孔设备，操作简便，钻孔效率高。
相比于传统的开挖施工，水平定向钻孔技术能够大幅缩短施工周期，提高工程进度。
3. 安全可靠水平定向钻孔技术在施工过程中，能够有效地避免地下管线的损坏。
通过精确控制钻孔方向和推进速度，可保证钻孔准确无误地进行，避免了破坏地下管道和其他地下设施的风险。
水平定向钻施工技术及常见难题研究
水平定向钻施工技术及常见难题研究摘要：重庆具有山地城市的典型特征，拥有大山大水的空间格局，由此为实现城市供水干管互联互通保障中心城区供水安全并实现城乡供水一体化，供水管网的敷设必须“翻山跨河”；传统开挖方式面临难题，非开挖技术应运而生。
本文重点研究梳理水平定向钻的常见施工难题、产生原因和解决方案，为定向钻施工提供一些经验借鉴。
关键词：供水管道施工非开挖技术水平定向钻常见难题一、研究背景和意义重庆市自直辖以来社会经济发展迅速，发展成总人口约3200万人、主城区人口1100万的大城市，供水安全是城市民生安全和社会经济发展的必要保障。
一方面要保障重庆城市高品质、高效率供水安全，中心城区的供水厂布局趋势必然是大厂取代小厂，供水干管互联互通，以保障事故时整个中心城区供水能满足事故流量的基本要求。
另一方面，在推进城乡融合和乡村振兴的国家战略背景下，供水先行，由城市大厂将供水管网延伸至乡镇是大趋势，以实现城乡供水“同源、同网、同质、同价”。
重庆市是典型的山地城市，拥有大山大水的宏大格局，这种城市特征为供水管网的敷设带来“翻山跨河”的难题。
在上述情境下，管道的传统开挖方式将不再适宜，因此研究非开挖方式具有工程技术和经济层面的重要意义。
二、非开挖的概念和优势概念：不开挖地表或以最小的地表开挖量进行各种地下管道/管线探测、检查、铺设、更换或修复的施工技术。
它可广泛地应用于给排水、石油、天然气、煤气、热力、自来水、电讯、电力、有线电视等领域的地下管线施工。
优势：非开挖可以在开挖施工无法进行、或不允许的场合，如穿越河流、湖泊、交通干线、建筑物等；可以避免开挖施工对居民正常生活的干扰，以及对交通、环境、周边建筑基础的破坏和不良影响；加快了施工进度，有较好的经济效益和社会效益。
非开挖施工种类丰富，包括穿梭矛、水平定向钻法、夯管锤和土螺钻等，本文仅针对水平定向钻法展开研究和讨论。
三、水平定向钻的特征特点：水平导向钻进技术是一种无需挖掘工作井就能快速铺设地下管线的钻进方法，其主要特点是可根据预先设计的管线路，驱动装有楔形钻头的钻杆从地面钻人，按照预定的方向绕过地下障碍，直至抵达目的地，然后卸下钻头更换装有适当尺寸和特殊类型的回程扩孔器，使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔扩大至所需直径，并将需铺设的管线同时反程牵回钻孔人口处，以保证新铺设管线不会由于空间不足或铁屑的磨损而受到损坏。
水平定向钻进扩孔分流泥浆流阻分析
令
内的泥浆将顺着扩孔前进方 向流出。 如图 ２ （ ａ ） 所示 ， 泥 浆 总 流量 为 Ｑ，经 扩 孔 钻 头 分 流 到 二 个 方 向 流
动—— 沿 着 扩孔 前进 方 向的流 量 Ｑ ２和 扩孔 反 方 向
２ ． 扩孔分流模型的建立
扩 孔 施 工开 始 阶 段 ， 孔 内泥 浆 沿钻 孑 Ｌ 流 回至 出
同理 ， Ｎ Ｍ 段压 力 ：
土坑（ 钻机对面一侧 ） 。随着扩孔钻头 向前推进到一 定距离后 ，随着扩孑 Ｌ 钻头距离钻机位置越来越近 ，
钻头 前 进方 向沿 程 阻力 比后 方 的沿 程阻 力 小 ， 钻 杆
场钻进参数的选择提供 了一定的参考依据 。
关键词 ： 水 平 定 向钻 进 、 泥浆、 流 阻、 扩 孔 分 流 模 型
１ 概述
泥浆 在非 开 挖铺 管 领 域也 称 成孑 Ｌ 液， 具 有 一 定 粘性 ， 目前 多数 是 以水 作 为 基 液 ， 以 分 散 性 粉末 和
宾汉流型、 幂律流型和卡森流型 ， 如图 １ 所示 。泥浆 的流型主要取决 于构成泥浆的材料组成及其含量
部分经地层裂隙漏失 ，一部分参与孔 内钻屑造浆 。
但是 ， 对 于大 型定 向钻 进 穿越 工 程 ， 如埋 深 较 深 （ 十 几 米 至几 十 米 ） 、 穿 越距 离 较 长 （ 几 百米 至 上 千米 ） ，
一
瓦 ８ ｒ ／ Ｑ 丽 ’ ， ㈩
Ｏ Ｍ 段压 力 ：
般可 以采取大泵量的方法 以携带钻屑至工作坑。
钻 屑排 出孑 Ｌ 外或 向两侧挤 压 而形成 完 整 的孔 道 。
２ 泥浆流型分类
科技成果——井下近水平定向钻进技术与装备
科技成果——井下近水平定向钻进技术与装备适用范围井下近水平定向钻进技术与装备主要解决煤矿井下钻孔定向问题，用于中硬煤岩层井下瓦斯抽（排）放、注浆防灭火、煤层注水、防突卸压、地质勘探等各类工程定向钻孔的施工。
可实现钻孔施工的可控化、定向化；能极大提高煤矿井下瓦斯抽放量及抽放效率，目前该技术及装备在各大煤矿得到了广泛的应用，为煤矿企业降低了钻孔成本，具有良好的推广应用前景。
技术原理钻机打钻时，通过高压动力液驱动孔底马达带动钻头在孔低实现旋转钻进，钻杆本身不旋转，钻机随钻测量系统实时采集钻孔轨迹，通过通缆钻杆传输到钻机主机上的计算机，施钻人员可随时通过调整钻头工具面角来控制钻孔轨迹。
关键技术1、定向钻孔及分支钻孔技术。
采用随钻测量系统实施采集钻孔轨迹，并通过调整钻头工具面角来精确控制钻孔轨迹，可进行分支钻孔。
2、随钻测量系统信号共线传送技术。
采用电流环技术，使探管驱动电流和测量信号实现共线传输，数据传输精度高并可降低钻孔辅助时间。
3、定向通缆钻杆技术。
采用双锥面密封结构的通览钻杆，实现了测斜探管外部供电，杜绝了采用电池供电造成电量不足引起测量数据中断的问题。
技术流程通过调研进口定向钻机在煤矿井下的施工情况，结合国内煤矿具体特点，确定钻机总体参数，研制了适合于国内煤矿的定向钻机，实现了定向钻机的国产化。
在随钻测量系统的设计上进行了创新研究，数据共线传输技术达到国际领先水平。
主要技术指标（1）煤岩层硬度f=1.5-8，钻孔直径95-200mm，钻孔深度＞1000m；（2）钻孔测斜误差倾角±0.2°、方位角±1.5°、面向角±1.5°；（3）孔底马达寿命≥200h。
典型案例近水平定向钻机在晋城煤业集团寺河矿进行钻孔施工，完成主孔10个，其中主孔深度超过1000m的钻孔4个，最深主孔1017m，分支钻孔56个，最深分支孔240m，钻孔累计总进尺11000余米，正常钻进平均日进尺达150-180m，顺煤层钻孔机械钻速18-24m/h，顶底板岩石钻孔机械钻速6-8m/h，其在东五盘区所施工的钻孔瓦斯抽放纯量一直维持在80m3/min以上，远远高于普通钻机钻孔的抽放效果。
水平定向钻进设计中的冒浆问题
非开挖技术
Ｔ ｅ ｃｌｓ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ｒｎ ｈｅｓ ｅｈ ｏｏ ｇ
２ １ 年 ６月 ００
法 相结 合是 十分必 要 的 。在复 杂 的孑 内要事先 考 虑 Ｌ
量 。所需 的最 小压 力是 钻井 液 的水头 压力 和井壁 流 动 中摩擦 阻力 的合 力 。 由于较 小 的 环空 和单 向流动 途 径 ， 向孔 里 的 导
关 键 词 ： 平 定 向钻 进 、 水 冒浆 、 险评 估 、 力 风 压
大直径 水 平定 向钻 进重 要 的设 计 问题 是 什 么 ，
以及可 选材 料 的性能 综合 考虑 。技术 分析 必须 考虑 适 当 的安 全 因 素 以确保 工 程 安全 而 没 有 超 出经 济
这些问题又该怎么处理？你首先会 回答 ： 凡是阻碍 水 平 定 向钻 进 成 功完 成 的 问题 就 是 重 要 的设 计 问 题 。这 些 问题包 括技 术和 非技 术 的。就算是 非技 术
和非粘性土地层 ， 当钻井液压力超过土体 的抗剪强 度 和边界应 力 时就会 发生 。塑性 屈服 会导 致钻 井液 向周围岩体 中漏失。
正确 使 用 空 穴 膨 胀 模 型 需 要 有 准 确 的 判 断 力 和准确 的地 质资 料 。假设 需 要考虑 到 承包商 的实 践 经验、 泥浆性 能 、 向器 及扩 孔直 径 。当对实 际 的地 导 质 条 件 和钻进 实 践 的假 设是 无 效 的时 候 ， 结果 同样 不 能令人 满 意 的。空穴膨 胀模 型提 出了一个 预测 最 大 允许压 力 的机制 。所需 最小 钻进 和扩 孔压力 必须 计 算 出来并 与 最 大允许 压 力 相 比较 ， 而评 估 冒浆 进
导 向套管 、减压井等发生意外事故时的应急措施。
水平定向钻进在几种复杂地层的钻进工艺探讨
水平定向钻进在几种复杂地层的钻进工艺探讨摘要：水平定向钻进（Horizontal Directional Drilling）,即HDD,是应用于非开挖领域的一项重要施工技术。
HDD在不同地层的施工工艺也有所不同，文章从几种复杂地层的特点入手，分析了在适用于这些复杂地层的施工工艺，在HDD 工程应用中，要合理的结合地层的特点选择施工工艺，减小施工难度，顺利完成工程。
关键词：水平定向钻进（HDD）钻进工艺钻井液淤泥层卵石层岩石层水平定向钻进（Horizontal Directional Drilling）,即HDD,是应用于非开挖领域的一项重要施工技术，大多应用于穿越河流、铁路、公路、建筑物等场地的各种管线铺设。
小口径的管线铺设，也称之为导向钻进，但其施工工艺与HDD基本相同，在非开挖技术领域也没有明显的区分界限。
由于施工场地的地质等因素，定向钻进的施工要穿越各种地层，粘土层是比较理想的土层，施工过程相对简单，而砂层、卵石层、岩层等地层的施工工艺根据各地层的性质有明显的不同，在这些地层的施工过程中要合理的选择施工工艺，优化资源配置，以求最高效率的完成工程。
砂层砂层根据其颗粒级配大致可分为粉砂、细砂、中砂、粗砂和砾砂等。
由于HDD的钻空轨迹的特殊性，在砂层中钻进存在的最大问题是孔壁的不稳定易坍塌，对于疏松的砂层来说，钻孔导向也存在一定的难度。
在这类地层进行非开挖施工时，要合理的选择钻进工艺，选择优质钻井液护壁。
1.1 钻进工艺在砂层施工，可选用常规的导向钻进，钻孔轨迹要尽量降低入射角和出射角，避免在砂层出现太大的钻孔弯曲弧度。
钻头选用硬质合金导向钻头。
导向钻头尖端部位的高压钻井液射流射入砂层,松散的砂层受冲刷后呈现流沙状态,砂层稳定性减弱。
导向钻头前端具有造斜和纠斜功能的斜掌从砂层中得到的反作用力也随着减弱,造成导向钻孔施工工程中造斜和纠斜困难。
因此，可以把斜掌的宽度加大，增加导向钻头斜掌和流砂的接触面积,改善斜掌造斜和纠斜功能,从而达到导向钻头沿预期设定的钻孔轨迹延伸,保证了导向精度。
水平定向钻进中泥浆浅析与应用探讨
不同的穿越长度、孔径及地质情况，对泥浆 的配制有不同要求，在定向钻穿越施工前就需要 根据定向钻穿越三要素 : 长度、孔径、地质情况， 设计出导向、扩孔、回拖管道不同施工阶段的泥 浆配制方案。在具体施工过程中还要根据返浆情 况以及钻进、扩孔、回拖时钻机的推拉力、运行 速度和扭矩进行必要的调整。
配制泥浆的水应选用中性软水，水中钙、镁 及其它金属离子含量较低，pH 值在 7 左右 ( 中性 ) 最好。泥浆主要材料膨润土的选择很重要，一般 选用性能优良的的钠基膨润土，其次也可选用用 钠离子置换过的钙基膨润土。膨润土中含砂量是 一重要指标，一般 200 目筛选通过率应在百分之 九十五以上。膨润土中的砂对泥浆系统损害较大， 它会加速泥浆泵等泥浆运行系统的磨损，增加维 修费用及耽误施工时间。为改善、增加以膨润土 为主要材料的泥浆的性能，更好的适应定向钻穿 越的需要，在配制泥浆中常使用化学聚合物作为 添加剂，添加剂的作用主要有以下几方面 :
1）增加润滑性，降低钻机在运行中的负荷， 主要是减小旋转扭矩。再其次，钻孔内润滑性好了， 非常有利于泥浆在钻孔内运动，极有利于排出钻 屑。
2）增加钻孔壁泥皮强度，同时促进泥皮的快 速形成，降低泥浆滤失量，减少泥浆中水的流失 同时也更好隔离地下水对钻孔的侵蚀。
2. 泥浆体系作用
1）稳定钻孔壁，对松散地层起到一定的胶结作 用，阻止泥浆的渗漏同时隔离地下水对钻孔的侵 蚀，减弱泥页岩水化膨胀和分散。同时泥浆的液
水平定向钻进扩孔器结构设计方法及新产品设计
水平定向钻进扩孔器结构设计方法及新产品设计水平定向钻进扩孔器结构设计方法及新产品设计水平定向钻进铺管是一种发展迅速、技术先进、应用广泛的非开挖施工技术,可用于铺设或更新市政公用行业的各种管道。
目前在水平定向钻进铺管中,大量的钻进时间消耗在扩孔这一关键工序。
适当的扩孔器形状、尺寸对其工作过程中所受阻力、阻力矩和消耗功率的大小有重要影响,直接关系到水平定向铺管的工作效率。
由于国内水平定向钻进铺管钻具系统的设计缺乏相应的设计理论和方法、产品创新程度低,市面上钻具品种单一、适应性差,这严重影响水平定向钻进铺管的效率和应用。
针对上述现象对水平定向钻进铺管中的扩孔钻具进行研究:首先,总结各种扩孔器的形状及地层的适应性,提出扩孔器结构设计理论。
其次,对扩孔钻具钻进时的工作原理、结构设计的相关参数进行详细论证,提出扩孔钻具的设计思路及主要参数的取值方法。
最后,按照新型扩孔器设计需要结合参数设计方法得出该型扩孔器主要的设计参数进行取值。
在收集国内外大量的相关技术资料基础上,运用类比法对现有扩孔器的优缺点进行分析;运用土力学基础对土体的压缩性和切削原理进行研究;分析扩孔钻头在扩孔过程中的工作机理和受力,结合岩土钻掘基本理论、机械设计最优化理论和数学计算对扩孔器结构尺寸进行研究得到以下成果和结论:1、设计出适应软土层的扩孔器—翼片挤压式扩孔钻头,该型扩孔钻头特点是:排粉能力强,具有导向,切削,挤密、压实钻孔壁的功能。
2、提出扩孔钻头参数取值方法○1通过对保证钻杆柱安全工作的孔身极限弯强、扩孔钻具顺利通过孔身的极限弯强和保证管道安全工作的孔身极限弯强进行计算论证得出扩孔钻头的长度;○2通过计算得出土层塑性圈的直径,根据土层的压缩曲线得出最优厚度,从而根据地层性质调整滚轮轴线的倾角;○3通过分析切削具的切削速度和功率消耗之间的关系,得出在相同工作面的情况下翼片的最优倾角。
3、提出扩孔钻头工作中所需回拖力、扭矩以及钻机功率等参数取值的计算公式,为钻机选型提供了依据。
注浆稳管工艺在水平定向钻施工中的应用
（ ） 越两 端 距 离 地 面较 近 ， 大 的环 形 空 间 ２穿 较
（） ２ 确定稳管长度 、 计算底 端灌 浆的位置与灌
（） ３ 发泡法。配制水泥砂浆时加入 ０１ ． ％左右的 十 二烷基 苯 磺酸钠 。 （） ４外加剂法。配制水泥土砂浆时加人体积稳 定 剂 ，例如高钙粉煤灰 ，推荐加量为水泥加量的
４Ｏ 。 ％
底部灌注点位置 ， 砂浆从注浆管前端喷嘴喷 出后由 于 重力 作 用 会顺 着 孔 壁 向下 滑 动 ， 浆在 滑 落 至稳 砂
（） １配制满足现场使用要求 的水泥砂浆 。管线
回拖 成 功后 ， 形 空 间 内充 满 着 泥浆 ， 管 用 的砂 环 稳 浆 需 要 在 全 泥浆 的环 境 中迅 速 凝 固且 能 保 持 一 定 的强 度 ， 另外 每 个施 工 点 的水 质不 同导 致定 向钻施
１ 注浆 稳 管 的意 义
土 以及 泥浆 体 系做 大 量 的砂 浆 配制 试 验 ， 确保 配 制 出的水 泥砂浆 与孔 洞 内 的泥浆具 有兼 容性 。
线管径的 １ — ． ， ． １ ２ ５倍 如果 在 管 线人 、 土段 不进 行 出
注浆稳管的话 ， 在管线清管 以及运行阶段管 内清管 器的运作以及输送介质 的运 动都会使得穿越段管
在穿 越两 端形 成管 涌 。
图 １ 底 部砂 浆柱 塞 形 成 示 意
作者简 介 ： 点飞（ ９ １ ） 工程 师，０ ４年 毕业 于中国石油大 学（ 马 １ ８一 ， ２０ 华东 ） 工业设计专业， 现担任 中石油管道 局穿越公 司广
大管径定向钻进穿越扩孔泥浆技术参数探讨
Ｖｏ １ ． ４３ Ｎｏ ．１ １
Ｎｏ ｖ．２ ０１ ６： ８ ８ — ９１
大 管径定 向钻进穿越扩 孔泥 浆技术参数探讨
尤伟 星 ，杨 威
（ 中国石油天然 气管道工程有 限公 司， 河北 廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ ０ ） 摘要 ： 对于 Ｄ １ ２ １ ９ ｍ ｍ大管径管道定 向钻施工 ， 在穿越包含粘土层 、 砂层 、 岩层等复杂地层时 ， 需 合理确定 泥浆 排量 、 扩孔器喷嘴数量等扩－ ｆ Ｌ Ｔ ￣ 艺参数 。以举水河定 向钻穿越 工程为例 ， 针 对定 向钻施工 中泥浆排 量不足 、 扩孔器 选型
不合理等 问题 ， 参 考钻 井工程中相关 公式 ， 验证 了定 向钻穿越 中泥浆排量计算 ， 补充 了穿越施 工规范 中扩孔 器喷嘴 数量计算公式 ， 并 采用代尔夫特方程对定 向钻施工 中所需最 大泥浆 压力进行 了计算 ， 将计算 成果应 用到举水 河定
浅谈管道水平定向钻进技术
浅谈管道水平定向钻进技术作者：窦伟来源：《硅谷》2011年第12期摘要：在我国社会经济发展的全新时期，城市管道铺设、修理等工程的施工面临着更大的挑战，也有更高的要求，因此也就涌现出很多新技术和新发明，管道水平定向钻进技术就是其中一种运用性非常强的新技术。
从探讨管道水平定向钻进技术的技术施工原理等基本概况入手，谈及钻进轨迹的设计、泥浆技术的应用的等管道水平定向钻进技术的几个施工要点。
关键词：地下管道工程施工；水平定向钻进技术；不开挖路面施工中图分类号：TE243文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0620186－01近年以来，我国的城市化进程得到进一步的发展，城市的新建和改造工程越来越频繁，城市建设行业得到迅猛的发展，不断地涌现出新的材料和施工技术。
然而，这些城市建设项目大多都要在不影响地面部分正常活动的情况下进行，而且要考虑到管道施工带来的环境保护问题，人们的生活水平在不断的提高，我们对管线系统施工的安全性、防噪声、环保性等方面也有了更高的要求。
因此寻求一种在不开挖路面的情况下进行地下管道的施工技艺成为当前的迫切需求。
一般的，非开挖路面技术可以利用微开挖或者不开挖的施工技术对地下管线、管道和地下电缆等进行铺设、修复或者更换。
在诸多的非开挖管道铺设施工技术中，管道水平定向钻进法是我国运用较为普遍，发展最为快速、技术最为先进、各类设备最为完善的施工方法，可以说是非开挖技术领域中的主导。
1 管道水平定向钻进技术的基本概况管道水平定向钻进技术是指一种无须通过传统的管沟开挖，而是使用机械进行钻掘、排土及清渣，最终实现对管道具体敷设位置的控制，并将各类管材埋进地下的现代化施工技术。
这种施工技术的运用首先需要导航仪引导钻头和钻杆去穿越地层，钻探一个导向孔，再在钻杆的端部换接一个直径较大的扩孔钻头与直径比扩孔钻头小的待铺设管线，可以在进行回拉扩孔施工的同时，将待铺设管线引入钻孔，进而完成铺管作业。
热力工程水平定向钻施工重点问题分析
热力工程水平定向钻施工重点问题分析摘要：近几年，热力管道施工穿越中普遍使用水平定向钻机的应用率增加。
水平定向钻机被认为是一种先进的非开挖施工方式。
该系统由水平定向钻机、分动器、钻杆、导向仪器、扩孔钻头、导向钻头和泥浆（液）等部分构成。
热力工程管道分为直埋开挖敷设、穿越和跨越3种方式。
而穿越方案可采用盾构、夯管、浅埋暗挖、水平定向钻、密闭式顶等多种施工方法。
水平定向钻施工相较于其他方案，具有施工速度快、管道运营安全、施工周期短、影响环境小、综合造价低等优势。
本文探讨了热力工程水平定向钻施工的关键问题。
关键词：热力工程；水平定向钻；施工一、适用条件及前期准备（一）适用条件适合用定向钻施工的地层包括硬性黏土和风化泥页岩、中硬-硬质黏土和泥浆、卵砾石层以及低强度岩石地层。
这些地层的含量相对较少或强度不高。
水平定向钻方案更适用于这些地层。
在选择穿越出入点时，需要确保两侧都有便利的道路通往穿越场地附近，以方便钻机组装施工。
此外，场地应尽可能宽阔，以便满足定向钻施工的要求，例如管道回拖施工等。
（二）水平定向钻先导孔轨迹与角度设计1.钻孔种类和轨迹结构2.确定各个轨迹参数，包括进入地面的角度、离开地面的角度以及曲线过渡段的曲率。
3.为了减少施工的困难和对环境的影响，在考虑到热力工程管道通常采用钢质材料的前提下，我们以钢管为例。
通过调整水平定向钻孔的入土角度，我们可以将其控制在8°~18°之间，同时将出土角度控制在4°~12°之间。
此外，为了保证施工的顺利进行，我们要求曲率半径应大于1500D，且不得小于1200D。
此外，我们需要避开汛期，在枯水期进行水平定向钻施工，并且必须一次性完成施工，不得中途中断。
（三）穿越施工场地布置与平整根据计划位置和设计尺寸，清除周围的杂物，确保场地平整，场地的压实程度符合规范和设计要求，并设置集水明沟以排除积水。
在适当的位置挖掘一个泥浆池，其尺寸为长宽不小于30米，深度约为1~2米，池底使用土工布等隔水材料以防止泥浆渗漏到地层中。
定向钻施工的清孔、扩孔、铺管技术难点
定向钻施工的清孔、扩孔、铺管技术难点水平定向钻施工的清孔、扩孔、铺管技术难点，主要有以下几个方面：一、卡钻：卡钻是扩孔中常见技术的难点，遇到卡钻，分析判明原因后处理。
（1）与地下管线相碰卡钻，退出钻头，拖回钻杆，钻机移位，重做导向孔。
（2）杂填土中的砖块、石块卡钻：松脱扭矩，转动钻头，缓慢扩孔；杂填土中的大块石、混凝土块卡钻：设法退出钻头，钻机移位重做，或者挖出石块，继续扩孔。
切莫蛮干，否则会扭断钻杆，将钻具丢失孔内。
（3）大直径钻头扩孔，遇到硬粘土层，造成频繁卡钻，放慢扩孔速度，加大泥浆量，有时回拖一根钻杆，需要40分钟。
（4）钻头与树根相遇卡钻，松脱扭矩，缓慢回扩，通过树根后又给进重新回扩，将树根粉碎，以防铺管时有障碍。
二、缩径：软土层扩孔，孔内容易产生缩径现象。
钻杆卸下后，孔内水从钻杆倒流出，说明孔内严重缩径。
缩径严重时，被铺管会受到挤压变形，甚至卡死被铺管。
遇到严重缩径，选用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。
或加大一级钻头扩孔，再清孔铺管。
选用硬度较高，抗侧压力强的PE、PVC管材。
如果轻微缩径，一般多清一次孔即可铺管。
三、坍孔：沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔，坍孔埋钻、卡钻、卡死被铺管，造成路面裂缝下陷。
选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁，可有效地防止坍孔。
如果是块石堆积处坍孔，只有将块石清除后方可继续扩孔。
四、钻孔膨胀，黏土层，底层遇水膨胀：在这类地层钻孔铺管，成孔后，孔内土层膨胀，孔内泥屑增多，孔径变小，被铺管易拉扁。
选用优质无固相护壁，泥浆失水少，减少孔壁与水接触。
扩大一级扩孔，多清两次孔，可有效防止地层膨胀，挤压铺管。
五、泥浆漏失：在松散的回填土层，地下水位较低，沙质粉土层、粉土层、沙层、河床底的软土层，沙层扩孔。
泥浆不从孔口返出，而从孔内漏失，增大泥浆浓度和粘度，在孔壁形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失。
在穿越河流时，泥浆漏失而又无法阻漏就顺其自然。
六、泥浆渗出：在扩孔回拖铺管时，常见泥浆从孔中渗出地面。
【豆丁-精品】-定向钻扩孔反扩反输泥浆工艺
石油工程建设2010年4月定向钻扩孔反扩反输泥浆工艺""!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!"陈晓霞，杨春雷，柴义，高巍，刘岩，张淑芝，高双翼（辽河石油勘探局油田建设工程一公司，辽宁盘锦124010）摘要：针对定向钻施工过程中入土点高程高于出土点，造成在导向孔扩孔阶段入土点不反浆，出土点大量反浆，传统泥浆工艺无法直接回收利用的问题，对传统泥浆工艺进行改进，提出了定向钻扩孔过程中反扩反输泥浆工艺。
文章介绍了该工艺采用的设备、施工工艺和施工中的注意事项。
改进后的工艺有效地解决了定向钻扩孔过程中出土点泥浆利用问题，减少了泥浆的浪费，大大提高了泥浆的循环利用率，降低了施工成本。
关键词：管道工程；定向钻扩孔；反扩反输；泥浆；工艺中图分类号：TE973.4文献标识码：B文章编号：1001－2206（2010）02－0106－03定向钻施工主要分控向、司钻、泥浆3个主要部分，其中泥浆的使用是工程成本最大的一部分，施工中因管径、管道长短的不同，泥浆材料的使用量也会相应变化。
由于以前施工的管径大多较小，泥浆回收循环利用显得并不突出。
随着近几年国内长输管道定向钻施工向大口径、长距离发展，泥浆回收在节约工程成本方面显得越来越重要。
传统的入土点泥浆回收工艺已广泛应用，其优点是将入土点反出的泥浆直接回收到泥浆罐中，通过再处理达到重复使用的目的，这样可以大大节省设备及人员，并且因反泥浆点与配浆罐较近，只需要一个螺杆泵就可满足需要。
但是当在岩石层施工出土点高程低于入土点时，扩孔时泥浆将会从出土点反出，并且岩石层施工返出的泥浆量较多，采用传统的入土点回收泥浆工艺无法回收泥浆。
因此在遇到此类地质、地形条件时，采用泥浆的反扩反输工艺可以有效地解决这一问题，达到出土点泥浆循环利用、降低工程成本的目的。
我公司在湖南湘江定向钻穿越、盘—锦输油管道改造工程锦州市高速匝道定向穿越中均运用了反扩反输工艺施工，取得了很好的效果。
大口径管道定向钻穿越扩孔施工的技术探讨 大口径管道定向钻穿越扩孔施工的技术探讨
大口径管道定向钻穿越扩孔施工的技术探讨来源：非开挖技术作者：楼岱莹日期：2009年09月25日访问次数：170随着国民经济不断的增长及对能源需求的增加，现阶段国内外输油气施工管道的口径也越来越大。
以我国已建和在建的施工管道为例，已建的西气东输一线40 英寸施工管径，在建的中亚输气管道的42 英寸施工管径和西气东输二线的48 英寸施工管径。
而管道施工中，作为一种经济、快捷且地貌破坏很小的河流穿越方式———水平定向钻穿越，在进行大口径管道的定向钻施工时，需要进行多级的扩孔施工，而扩孔器和钻杆钻具的重力作用使扩孔器下沉现象尤为严重，造成工期和材料消耗的增加，且大口径的孔壁稳定性也有所下降，施工难度增大。
本文就目前的水平定向钻穿越扩孔施工进行分析，并寻求降低扩孔器下沉现象的措施。
以48 英寸管道定向钻施工为例，在进行常规的扩孔作业时，需进行18 英寸（视实际情况可省略）、24 英寸、30 英寸、36 英寸、42 英寸、48 英寸、52 英寸、56 英寸、60 英寸、64 英寸共9 至10 级扩孔，在进行36 英寸以上级别扩孔时，由于扩孔器及与扩孔器连接的钻杆的自重，使得扩孔器在工作期间一直对孔壁下沿地层有压力作用，而随着扩孔器的旋转，使切割后的孔洞有下沉趋势，随着级数的增大，扩孔器重量也越重，孔洞下沉的趋势也越严重。
图1 为经过多级扩孔后孔洞的截面的示意图。
在经过多级的扩孔之后，孔洞的横截面成上窄下宽的鸭梨形。
以中石油管道局穿越公司在印度东气西输Purna 河进行48 英寸输气管道的定向钻穿越施工为例，施工管径Φ1219mm，壁厚为，实际穿越长度为670m，主要穿越地质层位硬塑粉质粘土。
在该工程实际施工中，共经历了18 英寸、24 英寸、30 英寸、36 英寸、42 英寸、48 英寸、52 英寸、56 英寸、60 英寸、64 英寸共10 级扩孔工艺，孔洞经历了多次扩孔后，变成了长圆状，如图2 所示。
从孔洞截面可以看出，在扩孔过程中，钻杆的位置有最初的导向孔中心下沉了至少3 米，因此我们可以得知，该工程的扩孔施工做了大量的不必要的切削工作，以36 英寸已扩完孔至42 英寸进行切割刀扩孔为例，扩孔时截面示意图如图3 所示，标有45°剖面线的区域为理想状态下的切削区域，标有1 35°剖面线的区域为实际切削区域。
煤矿井下近水平定向钻进技术研究
煤矿井下近水平定向钻进技术研究【摘要】定向钻进起源于石油钻井，随着钻探技术的不断深入，受控定向钻进技术从石油行业逐渐延伸到煤炭、地质等领域，发挥着重要的作用。
煤矿坑道近水平定向钻进技术是钻探工程领域的一项新技术，主要应用于岩层和较稳定、较硬煤层的瓦斯抽放钻孔和地质勘探孔。
随着我国煤矿井高产高效综采技术的全面推广，对煤矿地质异常体探测和瓦斯抽采钻孔轨迹控制的准确度要求逐渐提高，运用近水平定向钻进技术进行钻孔施工是解决上述问题的有效途径。
【关键词】煤矿；近水平定向钻进；概况；发展前景1.煤矿井下近水平定向钻进技术概况1.1国外同类技术研究发展情况定向钻进技术应用于煤矿井下起步于20世纪六七十年代的美、德、英等西方发达国家，初期主要是移植在石油钻井中成功应用的稳定组合钻具。
进入20世纪90年代以后，螺杆钻具得到快速发展。
美国用螺杆钻具和定向钻进监测仪器（DDM）钻成1432.56m的瓦斯抽采孔。
1.2国外装备在国内的应用情况鉴于近水平定向钻进技术在国外的成功应用，20世纪90年代中期,我国一些煤矿企业陆续从美国、澳大利亚进口9套千米定向钻机，例如美国的LHD-15型钻机、澳大利亚的LMC-75型和UDR系列钻机，分别在松藻、铁法、淮南、抚顺、平顶山等矿务局试用。
由于这些煤矿地质条件复杂，煤层松软，进口钻机配套钻杆壁薄、强度有限，使用中经常发生钻杆折断、螺杆钻具脱落等孔内事故，成孔率非常低。
即使在国外专家指导下,最深钻孔也只有470m，不足钻机标定钻进能力的一半。
1.3国内该技术领域研究发展状况我国煤矿井下近水平定向钻进试验研究始于20世纪90年代初。
2007年12月在陕西彬长矿区大佛寺矿现场试验中主孔终孔深811.8m，并侧钻深度211.8m 的分支孔1个；2008年4月在淄博矿业亭南矿钻进主孔2个，终孔直径94mm，最大孔深超过1000m。
在2个主孔中都进行了多分支孔侧钻，取得了可喜的成果。
2.煤矿井下近水平定向钻进技术特点近水平定向钻进（HDD）技术是指利用钻孔自然弯曲规律或采用专用工具使近水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进至预定目标的一种钻探方法，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或由直变弯。
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摘 要 ：在城 市地下 电力 管道 网改造 中，非 开挖技术 经常遇到 土质松散 、淤 泥质 土、富含地下水 易坍
塌地层 等 问题 。这在 定 向钻进施 工 中，容 易导致钻进过程 或扩孔 时发生孔壁坍塌 ，造成钻进和扩 孔的施 工 困难。为此 解决不 良地层 的孔壁稳定性 和扩孔 间隙 ，是解 决非开挖在不 良地 层施工 困难 的关键 。本文
入 土会 给 注浆 水 泥 带 来 负面影 响 。 关 键 词 ：水 平 定 向钻 进 、 注浆 材 料 、 水 泥 、凝 胶 时 间 、 流动 度
注浆技 术属于岩 土工程专业 范畴 ， 工 程 中常 对 岩 土 体进 行 加 固 注浆 及 防 渗 注浆 。注 浆 技 术 是
一
情况下 的注浆要求及更高的质量要求 ， 这就促进了
注浆 材 料 研 制 和开 发 的迅 猛 发 展 。注 浆 材 料 在 不
门经验 性很 强 的学 科 ， 注 浆技 术 是在 工程 经 验总
结 的基础 上 ， 并 结合 经 验进 行相 关 的理论 研 究逐 步 发展 完善 的 ， 最 后形 成 一 门经验 与 理论 相结 合 的技 术 。注浆 ， 是将 注浆 材 料 （ 如水 泥 、粘 土 、水玻 璃
第 ２期 ２ ０ １ ７年 ４月
非 开挖 技术
Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔｒ ｅ ｎｃ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｎｏ． ２
Ａｐ ｒ ． ， ２ ０ １ ７
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水 平定 向钻进 电力管道 扩孑 Ｌ 间隙注浆材料特性研究
王超 乌效 鸣 陈晨 黄 显飞 徐 晗
断的实践与研究中经历 了一个漫长的发展过程 ， 从 最 初 的石 灰 、粘 土 发 展 到 水 泥 、水 泥 一 水 玻 璃 以
及 各种 化 学浆 液 由无机 系 到有 机系 ， 从 粗颗 粒到 可
注性强的细颗粒 ， 从低性能到高性能及各种复合性
能， 从低 可 控性 、单 一可 控性 发展 到可 控性 强 、复
合可控性。【 ２ ’ 下文将研究不 同类型外加剂对水泥浆 性 能的影 响，并选择符合性能指标 的水泥外加剂
和研 究 钠 基 膨 润 土 不 同掺 量 对水 泥浆 凝 胶 时 间 和 流 动性 能 的影 响 。在 注 浆 材 料 方 面 ，普 通 硅 酸盐
纯水泥浆具备流动性好 、 高强度 、 耐久性好 、 安全、 经济、环保等优点 ，但普 通硅酸盐纯水泥浆 的凝 固 时 间很 长 ，强 度 增 长 非 常 慢 ，不 能 够 满 足 非 开 挖铺 管的要求 。本文采用水泥 一 水玻璃双液浆作 为研究对象 ，设计实验研 究不同掺量 的水玻璃对
响 因素最主要是 水玻璃 的掺 量 ，随 着水玻 璃掺量 １ ％、３ ％、５ ％增加 ，胶 凝所 需时间减 少；不 同的土对水 泥浆 流动性影 响能力大小不同 ， 但 都呈现 出随着土掺 量的增加 ， 水泥流动性能 变差的趋势；根据 实验 数据 ，
１ ％、３ ％、５ ％三个不 同水玻璃掺量水泥浆 ，均呈现 随膨 润土含 量增加 ，流动度减 少的趋 势，并且水泥 中掺
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非开挖技术 Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｔ ｒ ｅ ｎ ｃ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
２ ０ １ ７年 ４月
术 支持 和建 议 。
使读数指针指 向零 刻度 ；上提试针至水泥浆液面 高度 ，放开试针使其 自由下落。初凝 时间测量水 泥加水拌合到维卡
仪 试 针 沉 人 浆 液 中距 离 底 板 ０ ． ５ ～ １ ｍｍ 时 为 止 所 需 的时 间 。终 凝 时 间 测 量水 泥 加 水 拌 合 到 维
１实验材料和实验仪器
１ ． １ 实 验材 料
水 泥 ；水 玻 璃 （ 波美 度 ３ ９ ． ５模 数 ３ ． ２ ３）；钠 基膨 润土 ；三 乙醇 胺 ；氯化 钠 ；蒸馏 水 。
的岩 土体 的优 点 。 因此 ， 近些 年 来 注浆技 术 在 工程 领域 （ 加 固 、防 渗 等 ） 被广泛地应用 ， 也 得 到 了 飞
速地发展 。随着注浆工程应用范 围的越来越广泛 及 注 浆质 量 的要求 越 来越 高 ， 注 浆 材料要 满 足 不 同
泥一 水玻璃双液浆材的凝胶时间、流动性的影响， 并 根据实验 的分析结果 ，给实际工程施工提供技
水 泥 一水 玻 璃 双液 浆 材 的凝 胶 时 间 、流 动 性 的影 响 ；设 计 实 验 研 究 不 同种 类 、不 同掺 量 的土 对 水
化学浆液注浆阶段 （ １ ９ ２ ０ — １ ９ ６ ９ 年 ）， 现代注浆 阶 段（ １ ９ ６ ９ 年 以后 ） 。注浆是通过 注浆孑 Ｌ ， 用注浆泵 将浆液直接注入到需要改 良的岩土体 中 ， 其具有不 开挖 、对 周 围环 境 影 响 小 及 直 接 作 用 于 需 要 改 良
通 过 实验 测 试 手段 和 数 据 分 析 ，研 究 非 开挖 水 平 定 向钻 进 铺 设 电 力 管 道 时 土掺 量 对 注 浆 水 泥 凝 胶 时 间 和 流动 性 能 的影 响程 度 。 本 文 得 出如 下结 论 ： 注 浆 水 泥 的凝 胶 时 间 几 乎 不 受 土 的掺 量 影 响 ，凝 胶 时 间 的 影
等） 用水配或裂缝中 ， 利用浆液结石体与岩土 体 的胶结 作用 来达 到加 固 、防渗 堵漏 的 目的。［ １ ］ 根
据 注 浆材 料 的发展 状 况 ， 可 以将 注浆 技 术 的发展 大 概分 为 四个 阶段 【 ｌ 】 ： 原 始 粘 土浆 液 阶段 ｆ １ ８ ０ ２ — １ ８ ５ ７ 年） ， 初 级 水 泥 浆 液 注 浆 阶段 （ １ ８ ５ ８ — １ ９ １ ９年 ） ， 中级