定向鉆穿越工藝講解.doc

HDD定向鉆穿越工藝講解（1） 定向鉆機(jī)的構(gòu)造和工作原理在管線入土點(diǎn)附件安設(shè)一臺(tái)定向鉆機(jī)，該鉆機(jī)用地錨固定，鉆機(jī)長(zhǎng)1520m，在其鋼制底盤的左半部安一可以調(diào)整傾斜角度的井架，右半部設(shè)有柴油機(jī)、液壓泵、壓力油箱、泥漿泵、控制室、變壓器、發(fā)電機(jī)等設(shè)備。柴油機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)液壓油泵和一臺(tái)發(fā)電機(jī)。液壓油泵為所有液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，從而控制井架的升降、卡盤的移動(dòng)、帶動(dòng)泥漿泵和鉆機(jī)配套的液壓起重機(jī)。發(fā)電機(jī)提供現(xiàn)場(chǎng)照明、水泵的用電。（2）主要配套設(shè)備定向鉆穿越河流設(shè)備除主機(jī)即定向鉆外，為了完成全部施工作業(yè)，尚需一些配套設(shè)備。主要是供水系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)施工所必須的施工機(jī)具。1）液壓起重機(jī) 液壓起重機(jī)主要供起下鉆時(shí)吊鉆桿和套管用，因此起重量很小，設(shè)備做得很輕巧，類似我們國(guó)家的少先式起重機(jī)，設(shè)備上裝置全部靠液壓油泵提供的液壓動(dòng)力而工作。2）泥漿罐 該設(shè)備全長(zhǎng)10m，寬3m，高2m。它是泥漿罐和工具間合二為一的設(shè)施，其中泥漿罐約占總長(zhǎng)2/3，工具間約占總長(zhǎng)1/3，泥漿罐的前部安裝供水管、閥、泵、泥漿進(jìn)出管路、加干料的漏斗等設(shè)施。3）液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī) 現(xiàn)場(chǎng)配單斗挖掘機(jī)一臺(tái)，供挖地錨坑、接頭管溝和吊裝。4）推土機(jī) 施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)推土機(jī)一臺(tái)，供平整場(chǎng)地和拖拉重物使用。5）火、電焊兩用機(jī) 施工現(xiàn)場(chǎng)有一臺(tái)體形很小（約長(zhǎng)2m，寬1m）的火、電焊兩用機(jī)，供施工中使用。6）鉆桿和套管 鉆桿長(zhǎng)10m，直徑76 .2m，套管長(zhǎng)10m，直徑為127mm或152.4mm。其數(shù)量按穿越長(zhǎng)度而定，堆放在鉆機(jī)旁邊的場(chǎng)地上。（3）定向鉆的控制系統(tǒng)定向鉆的控制系統(tǒng)是由若干控制儀表和電子計(jì)算機(jī)、電視機(jī)組成的，這是定向鉆的神經(jīng)中樞，測(cè)向儀表和造斜工具裝在鉆頭后面的鉆桿中，反映鉆進(jìn)方向的參數(shù)，由微波傳給控制室的計(jì)算機(jī)控制機(jī)構(gòu)，鉆進(jìn)方向由電視屏幕上顯示出來(lái)。（4）主要施工程序定向鉆穿越河流技術(shù)是油田定向鉆井和鐵路、公路的橫鉆孔機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)河流穿越技術(shù)，它的施工程序是：先用定向鉆機(jī)鉆一導(dǎo)向孔，當(dāng)鉆頭和套管在對(duì)岸出土后，撤出鉆桿，在套管出土端連接擴(kuò)孔器和穿越管段，在擴(kuò)孔器轉(zhuǎn)動(dòng)擴(kuò)孔的同時(shí)，鉆臺(tái)上的活動(dòng)卡盤向上移動(dòng)，拉動(dòng)擴(kuò)孔器和穿越管段前進(jìn)，逐漸穿越管段就被敷設(shè)在擴(kuò)大了的孔中。平整場(chǎng)地放線設(shè)備運(yùn)輸安裝鉆導(dǎo)向孔卸鉆桿設(shè)備運(yùn)輸安裝鉆導(dǎo)向孔安擴(kuò)孔器擴(kuò) 孔牽引管線設(shè)備拆除恢復(fù)地貌（5）定向鉆穿越河流施工作業(yè)原理和方法1）鉆導(dǎo)向孔的原理和作業(yè)方法 在采用定向鉆穿越河流施工中，鉆導(dǎo)向孔是關(guān)鍵問(wèn)題，其原理是泥漿通過(guò)鉆桿前的渦輪鉆頭破土鉆進(jìn)，泥漿從鉆桿和套管間隙返回（鉆桿為203.2mm，套管127152.4mm，長(zhǎng)均為10m），具體操作要點(diǎn)如下：1、采用液壓吊桿將鉆桿吊上鉆臺(tái)，并固定在能在鉆臺(tái)上移動(dòng)的活動(dòng)卡盤上，前端和鉆頭連接后端與泥漿管路連通，開動(dòng)泥漿泵后，泥漿推動(dòng)渦輪鉆向前鉆，卡盤與鉆頭同步向前移動(dòng)。2、當(dāng)活動(dòng)片盤移至鉆前部的固定卡具時(shí)，卸開鉆桿接頭向后移動(dòng)活動(dòng)卡盤，能放下一根鉆桿時(shí)，吊上另一根鉆桿，進(jìn)行接加鉆桿，接頭安裝卸開均靠前端卡具固定鉆桿，活動(dòng)卡盤正反轉(zhuǎn)完成，然后斷續(xù)鉆進(jìn)。3、在鉆進(jìn)到一定進(jìn)尺時(shí)需加套管，其方法是用活動(dòng)卡盤向前推進(jìn)套管，套管前端保持距鉆頭20m，因?yàn)榫嚆@頭20m范圍內(nèi)為去磁段。如遇復(fù)雜地層可鉆進(jìn)一根鉆桿加一根套管。4、入土角、出土角的確定和鉆進(jìn)曲線的形成。入土角1220度為宜，出土角430度為宜，入土角和出土角確定后，在曲線上確定若干點(diǎn)，并確定各點(diǎn)x、y、z三維坐標(biāo)。此坐標(biāo)返到控制盤上，由控制各點(diǎn)坐標(biāo)使鉆頭按設(shè)計(jì)曲線前進(jìn)。2）擴(kuò)孔的原理和作業(yè)方法A擴(kuò)孔器擴(kuò)孔和牽引管線同時(shí)進(jìn)行，擴(kuò)孔器上端管段用絲扣和套管相連，由套管供給泥漿（此時(shí)鉆桿撤出）推動(dòng)擴(kuò)孔器轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)鉆臺(tái)上活動(dòng)卡盤向后移動(dòng)，拉動(dòng)擴(kuò)孔器前進(jìn)，并牽引穿越管段前進(jìn)直到鋪設(shè)完畢。B操作方法（A）當(dāng)鉆頭和套管對(duì)岸出土后撤出鉆桿，將擴(kuò)孔器前端絲扣和套管相連，后端抽承和油管相連（擴(kuò)孔器尺寸一般比穿越管道尺寸大一號(hào)，例如600穿越管段應(yīng)采用700的擴(kuò)孔器）（B）注入泥漿推動(dòng)擴(kuò)孔器，此泥漿不回收，用量約為：377，1.59m3/min；720 3.54m3/min。移動(dòng)鉆臺(tái)上活動(dòng)卡盤，拉動(dòng)擴(kuò)孔器和穿越管段前進(jìn)。3）定向鉆穿越河流的方向控制 定向鉆穿越河流的方向控制系指方向測(cè)定、造斜和糾偏，通過(guò)這三項(xiàng)措施，使鉆頭按特定的方向前進(jìn)，形成一條曲線，該曲線有兩種形式：一種是當(dāng)河面較寬時(shí)其穿越曲線由三條直線和兩段圓弧組成，如圖形39.2-15所示。設(shè)計(jì)曲線的曲率半徑R的圓弧與直線AE、EB及CF、FD相切與點(diǎn)A、B、C、D，在弧線和直線切點(diǎn)處更換造斜工具即可形成曲線。另一種是對(duì)窄而深的河流整個(gè)穿越管段是一條曲線，這種情況應(yīng)在曲線上確定若干點(diǎn)的坐標(biāo)，是鉆頭按這些點(diǎn)前進(jìn)形成所要的曲線如圖39.2-16。A方向測(cè)定。再設(shè)計(jì)曲線上確定若干點(diǎn)，按設(shè)計(jì)曲線算出各點(diǎn)的空間坐標(biāo)（X、Y、Z）輸入到電子計(jì)算機(jī)，鉆進(jìn)過(guò)程中鉆頭到達(dá)各點(diǎn)的坐標(biāo)，有裝在鉆頭后面鉆桿中的特制的儀表測(cè)出，并通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳到控制室的表盤或電視機(jī)屏幕上，如果與既定的坐標(biāo)不符，說(shuō)明鉆頭偏離了設(shè)計(jì)方向，需進(jìn)行糾偏。如與既定坐標(biāo)一致說(shuō)明鉆頭按設(shè)計(jì)方向前進(jìn)。B造斜。造斜工具有兩種，既造斜短節(jié)（也叫彎接頭）和造斜偏塊。造斜短節(jié)是兩端有斜口和絲扣的短管段，裝在鉆頭后面的兩根鉆桿中間，考其斜度使鉆進(jìn)方向轉(zhuǎn)折而造斜，根據(jù)造斜需要可更換不同斜度的短節(jié)。造斜偏塊是加在鉆頭后面鉆桿一側(cè)的半圓形的金屬塊，采用螺絲和焊接固定，它的工作原理是改變鉆桿受到的側(cè)向壓力而造斜。這里兩種造斜工具構(gòu)造見圖。C糾偏。發(fā)現(xiàn)鉆頭偏離設(shè)計(jì)方向，采用造斜短節(jié)和造斜偏塊調(diào)整鉆頭前進(jìn)方向，其方法是：如果偏離不大，可轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿；如果偏離較大，可抽出鉆桿更換造斜短節(jié)和造斜偏塊，從而改變鉆頭的前進(jìn)方向，達(dá)到糾偏的目的。4）泥漿的配制和要求a.泥漿的配備 泥漿的配備在方箱型的泥漿罐中進(jìn)行，在泥漿罐的前端裝有泥漿管線、供水管線以及相應(yīng)的閥組和上下水用的管道泵，泥漿干料從方型漏斗加入，攪拌用水靠管道泵從河中吸取，并打入罐中，干料隨之進(jìn)入罐中和水混合并靠水流進(jìn)行攪拌而成泥漿。施工中如需要再攪拌，則用從泥漿泵返回泥漿灌的具有一定壓力的泥漿進(jìn)行攪拌。b.對(duì)泥漿的要求 定向鉆穿越河流采用一般鉆井泥漿，其相對(duì)密度為1.11.2，在施工中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況不同隨時(shí)調(diào)整泥漿相對(duì)密度，如，卵石地層的河床，應(yīng)加大泥漿相對(duì)密度，減少泥漿的漏失。（6）定向鉆穿越河流的勘察設(shè)計(jì)工作1）定向鉆穿越河流技術(shù)對(duì)地質(zhì)條件的使用范圍范圍較為廣泛，它適用于各種粘性土樣，也使用于各種非粘性土，雖然各種地層難易程度有所不同，在黏土和砂土中鉆進(jìn)和定向較為容易，在卵石地層中鉆進(jìn)和方向控制都比較困難。由于鉆進(jìn)技術(shù)和方向控制技術(shù)的發(fā)展，在這些困難地層中穿越問(wèn)題逐漸得到解決。例如，穿越中如遇到卵石地層可先穿透卵石層，在容易鉆進(jìn)的地層中前進(jìn)；如穿越中遇到局部巖石，可繞過(guò)這些巖石，再沿設(shè)計(jì)方向前進(jìn)，這就使復(fù)雜地層的穿越成為可能，因而適用范圍也就越來(lái)越大了。2）定向鉆穿越河流對(duì)地質(zhì)勘探工作的要求在穿越范圍內(nèi)需要鉆孔，布孔間距和鉆孔方法和常規(guī)穿越方法相同，其鉆孔深度需在管線設(shè)計(jì)標(biāo)高以下6.19.15m，在粘性土中要取完整土樣，在非粘性土中則采用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力觸探，每1.523.05m取一土樣，作顆粒分析，含水量、干密度、液限、塑限和塑性指數(shù)等項(xiàng)試驗(yàn)分析工作。3）入土點(diǎn)和出土點(diǎn)根據(jù)考察美國(guó)兩家公司提供的資料，入土點(diǎn)和出土點(diǎn)均需在距河岸60.96m以外設(shè)置入土角以1220度為宜，出土角以430度為宜，此兩個(gè)角度的選擇直接影響管段牽引力的計(jì)算，因此施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)資料和地質(zhì)情況適當(dāng)?shù)倪x擇入土角和出土角。4）穿越管段的彎曲半徑關(guān)于曲率半徑的設(shè)計(jì)，可按一般管道強(qiáng)度計(jì)算取值，但是由于造斜的要求，曲率半徑r應(yīng)大于300mm。5）穿越管段的埋深和配重采用定向鉆穿越河流的方法穿越管段很容易埋設(shè)到設(shè)計(jì)深度，但是由于埋設(shè)過(guò)深會(huì)因增加管段彎曲程度而使施工中的牽引力大大增加，因而一般要求埋設(shè)深度為819m。由于管段埋設(shè)到河床下面的穩(wěn)定的地層中，因而不必另外增加連續(xù)覆蓋層、加重塊、復(fù)壁管等穩(wěn)定設(shè)施。6）關(guān)于管線的涂層問(wèn)題在考察過(guò)程中看到的穿越管線都采用環(huán)氧粉末涂層，他們認(rèn)為在粘性土和砂質(zhì)土壤中采用瀝青涂層也是可以的。但是，我們認(rèn)為采用定向鉆穿越的管線最好不采用瀝青涂層，而應(yīng)采用環(huán)氧粉末、黃夾克等防腐涂層。（7）定向鉆穿越河流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1）工程造價(jià)低由于施工方法的改革，所采用的人力、物力都大大減少，工期顯著縮短，因而工程造價(jià)也大降低，粗略估算可認(rèn)為，定向鉆穿霸占河流的造價(jià)僅為常穿越方法的1/21/3。2）工期短由于施工方法的改變，不但施工設(shè)備和人員大大減少，而且施工工期顯著的縮短了，以中開線黃河穿越工程為例，如果用爆破氣舉例法工期為4個(gè)月左右，而采用定向鉆穿越河流只需30天。3）有利于保護(hù)周圍環(huán)境如果采用爆破氣舉占很多土地，官線發(fā)送道和牽引道要求占地333340000m2,河道還要停止航運(yùn)35d，爆破時(shí)對(duì)河堤和水中生物威脅很大，而采用定向鉆穿越河流，河道不必停止航運(yùn)，對(duì)水中生物和河堤毫無(wú)影響，施工占地只需2540m2的面積（約1.5畝土地）。4）施工人員少如果采用爆破氣舉法，以中開線黃河穿越為例，大約需500人，而定向鉆穿越河流只需4050人（包括管線組裝和焊接）。5）工程質(zhì)量好根據(jù)目前常規(guī)穿越方法的技術(shù)水