水平定向钻穿越施工方案

滨河西路（迎宾桥）中压燃气管工程

水平定向钻施工方案

编制日期：2016年5月

1、工程概况

本工程为滨河西路（迎宾桥）中压燃气工程，φ219的钢管，直线距离84米，定向钻穿越拖拉管

施工。

2、施工准备计划

2.1、临时设施、水源、动力准备

a．现场施工人员的办公、住宿房采用临时租用民房；

b．施工用电采用市电或部分地段采用自带发电机（50KW）；

c．施工用水就近取河水；

d．泥浆处置：水平定向钻进施工会产生大量的泥浆，泥浆处理租用灌车外运弃泥。

2.2、材料准备

本工程采用水平定向钻方式敷设管道，由于水平定向钻进为长距离穿越铺管，工程开工前，拖管设备、管材、各种焊材需提前进场。

2.3、设备准备

拟采用DH-450/900-L非开挖导向铺管钻机，本钻机为履带式全液压铺管钻机，具有机动性能好、质量可靠、结构紧凑、整体性强、扭矩大、效率高、自动化程度高、操作简单可靠、装卸钻杆方便省力等特点。特别适合复杂地形，大口径、长距离管道穿越施工。性能参数见下表，以DH-450/900-L型为例。

动力头输出速度：0～100rpm

最大输去扭矩：21000N.m

最大推拉力：450/900KN

主机自重：20T 外形尺寸：7200*2400*2600mm

泥浆循环系统容量：5~10m3

DH-450/900-L型非开挖导向铺管钻机性能参数

3、水平定向钻施工工艺及方案

3.1、水平定向钻进铺管施工程序

设计水平定向钻孔轨迹→开挖拉管工作坑施工→配制钻液→钻进导孔→回拉扩孔→清孔→回拉铺管→清场。

拖管施工对场地的要求主要是在管道焊接时，需要有场地摆放管道，无障碍物，方能满足施工段的正常拖拉。

3.2、施工工艺

水平定向钻进铺管的施工顺序为：地质勘探、规划和设计钻孔轨迹、配制钻液、钻导向孔、回拉扩孔、回拉铺管。

3.3、关键技术

（1）、地层勘探及地下管线探测

地层勘探主要了解有关地层和地下水的情况，为选择钻进方法和配制钻液提供依据。其内容包括：土层的标准分类、孔隙度、含水性、透水性以及地下水位、基岩深度和含卵砾石情况等。可采用查资料、开挖和钻探方法获取。

地下管线探测主要了解有关地下已有管线和其它埋设物的位置，为设计钻进轨迹提供依据。一般采用物探法和现场勘察法等。

（2）、钻进轨迹的规划与设计

导向孔轨迹设计是否合理对管线施工能否成功至关重要。钻孔轨迹的设计主要是根据工程要求、地层条件、地形特征、地下障碍物的具体位置、钻杆的入出土角度、钻杆允许的曲率半径、钻头的变向能力、导向监控能力和被铺设管线的性能等，给出最佳钻孔路线。

目前我单位有制造商提供钻机轨迹规划进行设计计算，通过采集所需的全部信息，利用最优化钻孔轨迹。大大提高了轨迹的科学性和施工效率。

造斜段：

造斜段距离L：L＝[h×(2R1-h)]×0.5

式中：h—埋深，R1—造斜段曲率半径，取1500d

②钻杆入射角a：a＝0.5tg-1{[h(2R1-h)]0.5/h}

（3）、配制钻液

钻液在施工中起着非常重要的作用。钻液是指在钻进施工中用来与钻孔过程中切削下来的土（或沙石）屑混合，悬浮并将这些混合物排出钻孔的一种液体，而泥浆则是钻液与钻孔中钻屑的混合物。钻液具有冷却钻头（冷却和保护其内部传感器）、润滑钻具，更重要的是可以悬浮和携带钻屑，使混合后的钻屑成为流动的泥浆顺利地排出孔外，既为回拖管线提供足够的环形空间，又可减少回拖管线的重量和阻力。残留在孔中的泥浆可以起到护壁的作用。

在不同的地质条件下，需要不同成份的钻液。钻液由水、膨润土和聚合物组成。施工中用水做钻液的主要成份，膨润土和聚合物用做钻液添加剂。钻液的品质越好与钻屑混合越适当，所制造的泥浆的流动性和悬浮性越好，回扩成孔的效果越理想，成功的概率越大。

本工程施工中施工人员配制适合地层性能的钻液，在类似工程中我们已能够熟练正确使用钻液。特别是当施工中遇到不同地层时，能及时调整钻液的性能以适应工程要求。

（4）、钻导向孔

钻导向孔的关键技术是钻机、钻具的选择和钻进过程的监测和控制。可根据不同的地质条件以及工程的具体情况，选择合适的钻机、钻具和钻进方法来完成导向孔的钻进。

导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。通过人机协调控制，严格按已设计的轨迹完成导向孔施工。钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的；钻头板以及安装板上的钻牙，在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用，在钻杆推进时起变向作用；发射器容纳管（探棒室）用来放置发射器（探棒），在容纳管上开有通磁槽，并用非金属材料密封以防止高压钻液进入，发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。导向钻头的组成部分如下图所示。

导向钻头

钻机与钻具的选择：钻孔主要靠钻机产生的推力、旋转扭矩以及所提供的钻液的流量、压力来完成施工。特别是长距离穿越，一方面，由于管线及钻杆自重较重，钻杆与地层之间产生的摩擦阻力较大，因此，钻机的回拉力及扭矩必须足够大；另一方面，为了确保本工程的顺利进行，应尽量避免工程施工中途停钻，钻机连续运转时间相对较长，就必须要求钻机具有良好的性能，因此，在我单位的技术人员的研讨下特意为本工程拟定了一台适合本工程地理条件的钻机。

（5）、回拉扩孔铺管

在回拉扩孔铺管施工中的关键技术是根据不同的土层、地下水位以及最终成孔直径正确地选择回扩钻具和每次的进刀量，正确的选配钻液和确定钻液的流量。

当导向孔钻进完成后，卸下导向钻头、发射器容纳管，接上反向扩孔钻头和旋转接头（分动器），然后在旋转接头后接上回拉钻杆，进行回拉扩孔钻进。对直径较大的孔，可进行多次扩孔钻进，使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。扩孔钻具如下图所示。

钻具组成图

扩孔器类型有桶式、飞旋式、刮刀式等：穿越淤泥黏土等松软地层时，选择桶式扩孔器较适宜，扩孔器通过旋转，将淤泥挤压到孔壁四周，起到很好的固孔作用；当地层较硬时，选择飞旋或刮刀式扩孔器成孔较好。本项目要求两管在同一孔内进行回拖，选择的最大扩孔器尺寸为铺设管径的1.5～1.8倍，这样能够保持泥浆流动畅通，保证管线能安全、顺利的拖入孔中。

水平定向钻进铺管中，泥浆作用尤其重要，因此钻孔中不可缺少泥浆。一般地层泥浆较易漏失，泥浆漏失后，孔中缺少泥浆，钻杆及管线与孔壁间的摩擦力增大，导致拉力增大。要保持在整个钻进过程中有返浆，这对回拉扩孔施工的顺利进行尤其重要，在本工程中如遇到地层条件是硬岩、泥灰岩和砾石交替变化，施工技术人员可及时调整钻液以产生不同的泥浆。

当扩孔钻进完成后，在回拉钻杆后接上回扩头和旋转接头，在旋转接头后接上拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。回拉铺管的钻具组成如下图所示。

回拉铺管钻具图

3.4、拉管施工准备

3.4.1、测量定位