定向钻穿越工艺讲解

HDD定向钻穿越工艺讲解

（1）定向钻机的构造和工作原理

在管线入土点附件安设一台定向钻机，该钻机用地锚固定，钻机长15～20m，在其钢制底盘的左半部安一可以调整倾斜角度的井架，右半部设有柴油机、液压泵、压力油箱、泥浆泵、控制室、变压器、发电机等设备。

柴油机带动一台液压油泵和一台发电机。液压油泵为所有液压马达提供动力，从而控制井架的升降、卡盘的移动、带动泥浆泵和钻机配套的液压起重机。发电机提供现场照明、水泵的用电。

（2）主要配套设备

定向钻穿越河流设备除主机即定向钻外，为了完成全部施工作业，尚需一些配套设备。主要是供水系统、泥浆系统和现场施工所必须的施工机具。

1）液压起重机液压起重机主要供起下钻时吊钻杆和套管用，因此起重量很小，设备做得很轻巧，类似我们国家的少先式起重机，设备上装置全部靠液压油泵提供的液压动力而工作。

2）泥浆罐该设备全长10m，宽3m，高2m。它是泥浆罐和工具间合二为一的设施，其中泥浆罐约占总长2/3，工具间约占总长1/3，泥浆罐的前部安装供水管、阀、泵、泥

浆进出管路、加干料的漏斗等设施。

3）液压单斗挖掘机现场配单斗挖掘机一台，供挖地锚坑、接头管沟和吊装。

4）推土机施工现场设推土机一台，供平整场地和拖拉重物使用。

5）火、电焊两用机施工现场有一台体形很小（约长2m，宽1m）的火、电焊两用机，供施工中使用。

6）钻杆和套管钻杆长10m，直径76 .2m，套管长10m，直径为127mm或152.4mm。其数量按穿越长度而定，堆放在钻机旁边的场地上。

（3）定向钻的控制系统

定向钻的控制系统是由若干控制仪表和电子计算机、电视机组成的，这是定向钻的神经中枢，测向仪表和造斜工具装在钻头后面的钻杆中，反映钻进方向的参数，由微波传给控制室的计算机控制机构，钻进方向由电视屏幕上显示出来。

（4）主要施工程序

定向钻穿越河流技术是油田定向钻井和铁路、公路的横钻孔机的基础上发展起来的一项河流穿越技术，它的施工程序是：先用定向钻机钻一导向孔，当钻头和套管在对岸出土后，撤出钻杆，在套管出土端连接扩孔器和穿越管段，在扩孔器转动扩孔的同时，钻台上的活动卡盘向上移动，拉动扩孔器和穿越管段前进，逐渐穿越管段就被敷设在扩大了的孔中。

203.2mm，套管127～152.4mm，长均为10m），具体操作要点如下：

1、采用液压吊杆将钻杆吊上钻台，并固定在能在钻台上移动的活动卡盘上，前端和钻头连接后端与泥浆管路连通，开动泥浆泵后，泥浆推动涡轮钻向前钻，卡盘与钻头同步向

前移动。

2、当活动片盘移至钻前部的固定卡具时，卸开钻杆接头向后移动活动卡盘，能放下一根钻杆时，吊上另一根钻杆，进行接加钻杆，接头安装卸开均靠前端卡具固定钻杆，活动卡盘正反转完成，然后断续钻进。

3、在钻进到一定进尺时需加套管，其方法是用活动卡盘向前推进套管，套管前端保持距钻头20m，因为距钻头20m 范围内为去磁段。如遇复杂地层可钻进一根钻杆加一根套管。

4、入土角、出土角的确定和钻进曲线的形成。入土角12～20度为宜，出土角4～30度为宜，入土角和出土角确定后，在曲线上确定若干点，并确定各点x、y、z三维坐标。此坐标返到控制盘上，由控制各点坐标使钻头按设计曲线前进。

2）扩孔的原理和作业方法

A．扩孔器扩孔和牵引管线同时进行，扩孔器上端管段用丝扣和套管相连，由套管供给泥浆（此时钻杆撤出）推动扩孔器转动，同时钻台上活动卡盘向后移动，拉动扩孔器前进，并牵引穿越管段前进直到铺设完毕。

B．操作方法

（A）当钻头和套管对岸出土后撤出钻杆，将扩孔器前端丝扣和套管相连，后端抽承和油管相连（扩孔器尺寸一般比穿越管道尺寸大一号，例如φ600穿越管段应采用φ700的

扩孔器）

（B）注入泥浆推动扩孔器，此泥浆不回收，用量约为：φ377，1.59m3/min；φ720 3.54m3/min。移动钻台上活动卡盘，拉动扩孔器和穿越管段前进。

3

、EB

处更换造斜工具即可形成曲线。另一种是对窄而深的河流整个穿越管段是一条曲线，这种情况应在曲线上确定若干点的坐标，是钻头按这些点前进形成所要的曲线如图39.2-16。

A．方向测定。再设计曲线上确定若干点，按设计曲线算出各点的空间坐标（X、Y、Z）输入到电子计算机，钻进过

程中钻头到达各点的坐标，有装在钻头后面钻杆中的特制的仪表测出，并通过有线或无线的方式传到控制室的表盘或电视机屏幕上，如果与既定的坐标不符，说明钻头偏离了设计方向，需进行纠偏。如与既定坐标一致说明钻头按设计方向前进。

B．造斜。造斜工具有两种，既造斜短节（也叫弯接头）和造斜偏块。造斜短节是两端有斜口和丝扣的短管段，装在钻头后面的两根钻杆中间，考其斜度使钻进方向转折而造斜，根据造斜需要可更换不同斜度的短节。造斜偏块是加在钻头后面钻杆一侧的半圆形的金属块，采用螺丝和焊接固定，它的工作原理是改变钻杆受到的侧向压力而造斜。这里两种造斜工具构造见图。

C．纠偏。发现钻头偏离设计方向，采用造斜短节和造斜偏块调整钻头前进方向，其方法是：如果偏离不大，可转动钻杆；如果偏离较大，可抽出钻杆更换造斜短节和造斜偏块，从而改变钻头的前进方向，达到纠偏的目的。

4）泥浆的配制和要求

a.泥浆的配备泥浆的配备在方箱型的泥浆罐中进行，在泥浆罐的前端装有泥浆管线、供水管线以及相应的阀组和上下水用的管道泵，泥浆干料从方型漏斗加入，搅拌用水靠管道泵从河中吸取，并打入罐中，干料随之进入罐中和水混合并靠水流进行搅拌而成泥浆。施工中如需要再搅拌，则用

从泥浆泵返回泥浆灌的具有一定压力的泥浆进行搅拌。

b.对泥浆的要求定向钻穿越河流采用一般钻井泥浆，其相对密度为1.1～1.2，在施工中应根据地质情况不同随时调整泥浆相对密度，如，卵石地层的河床，应加大泥浆相对密度，减少泥浆的漏失。

（6）定向钻穿越河流的勘察设计工作

1）定向钻穿越河流技术对地质条件的使用范围

范围较为广泛，它适用于各种粘性土样，也使用于各种非粘性土，虽然各种地层难易程度有所不同，在黏土和砂土中钻进和定向较为容易，在卵石地层中钻进和方向控制都比较困难。由于钻进技术和方向控制技术的发展，在这些困难地层中穿越问题逐渐得到解决。例如，穿越中如遇到卵石地层可先穿透卵石层，在容易钻进的地层中前进；如穿越中遇到局部岩石，可绕过这些岩石，再沿设计方向前进，这就使复杂地层的穿越成为可能，因而适用范围也就越来越大了。

2）定向钻穿越河流对地质勘探工作的要求

在穿越范围内需要钻孔，布孔间距和钻孔方法和常规穿越方法相同，其钻孔深度需在管线设计标高以下6.1～9.15m，在粘性土中要取完整土样，在非粘性土中则采用标准动力触探，每1.52～3.05m取一土样，作颗粒分析，含水量、干密度、液限、塑限和塑性指数等项试验分析工作。

3）入土点和出土点