水平定向钻穿越施工浅析

摘要：近年来随着管道建设项目的增多,定向钻穿越技术越来越多的应用于管道施工中。下面将介绍一下定向钻施工的技术要求及要点，并对定向钻施工中出现的问题及处理方案进行了分析，为穿越工程建设及施工单位提供参考。

关键词：水平定向钻施工卡钻冒浆

中图分类号：TU74 文献标识码：A

1、前言

水平定向钻穿越技术从1972年发明到现在，经过许多科研与施工人员的不懈努力，已经发展到较高的水平，穿越技术和施工工艺都在不断进步和变革[1]。本文以地锚与钻机为一体的德国普莱姆水平定向钻机为例，描述定向钻在工程施工的应用。

2、定向钻穿越施工

2.1施工原理

钻头先喷射高压水柱将泥土松开，钻杆再施转前进。钻杆在最大弯曲半径内可360度调整其行进方向。采用无污染的膨润土作为剂，混合在水柱中形成泥浆喷入土壤，泥浆不但可护壁且有作用，将拉管时的摩擦力降至最低，日后泥浆形成一圈干燥的粘土裹覆管线。钻头内装置精确的导向及探测仪器（信号发射器），当其在地下潜挖时，地面上的接受器可由其电磁波显示钻头所在的位置及深度，进而可转绘成精确的地下管线图表。

2.2水平定向钻施工的特点

（1）定向钻穿越施工解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，不阻碍交通，不破坏绿地植被，不对交通、环境及周边建筑物基础的产生破坏和不良影响。

（2）城市管网埋深一般达到三米以下，穿越河流时，一般埋深在河床下 9～18米，使用定向钻施工能适应环保的各项要求，且埋深较大时地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，可以保证管线运行更长时间[2]。

（3）现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。

（4）采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。

（5）与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低， 施工速度快。

3、常见问题的探讨

3.1穿越施工中应注意的几个问题

（1）地层软硬变化时，应将钻机的钻进速度降低，注意观察系统压力的变化，逐步调整适应，避免钻机和钻具的损坏。

（2）出钻点的进场道路和场地应进行修整，能满足倒运钻具、泥浆回收处理、特殊情况处理等需要。

（3）出钻点的泥浆采用泥浆回收系统进行回收利用。

（4）入钻侧回收泥浆的过滤问题。采用一级过滤，为了减少泥浆的含砂量，保护动力钻头的使用寿命，应增加过滤网目数。

（5）所有钻具在使用前应进行表面清洗、外观检查；尤其是钻杆丝扣和弯曲变形的检查，有怀疑者按不合格处理，送检合格后方可再用。

（6）在导向孔完成之后，尽量保持出钻点附近的原始地貌和标志[3]。

3.2卡钻

为避免卡钻现象的发生，在施工中保持高度的警惕性,采取以下方法避免此现象的发生:

一是当泥浆的压降能保持在500psi范围内时，可采取立即停止钻杆的推进，改为往钻机方向拉钻杆，使钻头迅速离开切削面，降低泥浆的压差，然后用更慢的推力和推进速度钻进；二是当泥浆的压降超过500psi时，应立即关闭泥浆泵，停止泥浆的泵送，往钻机方向回撤钻杆。

若出现卡钻现象要采取的处理方法：首先应保持泥浆的正常工作，有足够的泥浆往孔内泵送，此时钻杆且不可简单地继续往回拉，否则容易将钻头卡死。应在泵送泥浆的前提下继续往前进，耐心进行清孔，同时按首次钻进记录调整钻头的高边，停止钻杆的旋转往回抽，注意控制好钻机的拉力，然后旋转钻杆前进、清孔，多次反复，直到顺利通过“缩孔”地段。

3.3冒浆

在定向钻穿越工程中，很容易发生泥浆跑冒现象，给工程施工和地方协调造成很大困难，同时又增加了施工风险，因此如何控制和消减泥浆跑冒问题是本次工程的重中之重。

⑴ 防冒浆措施

在进行导向孔作业时，孔洞较小，孔洞与钻杆及钻头形成一个环形空间，此内的泥浆处于高压状态，如果长时间处于这种状态，环空压力就会越来越高。一旦此压力超过地层所能承受的极限压力，泥浆就会向地层的缝隙或松软部位挤压，从而返回到地面，就产生冒浆。

为了防止在穿越过程中冒浆，可以从如下几方面进行优化：

a.导向孔钻进工艺方面

在进行导向孔钻进过程中，我们需要不停的对钻头进行推进或旋转控制，这也就造成了导向孔的环形空间不规则，很容易就会产生一个相对封闭的空间，也就会增大冒浆的几率。因此，我们可以在钻完一根钻杆后旋转回抽再旋转推进，这样可使环形空间增大，降低冒浆的概率。

b. 泥浆配比方面

采用高效膨润土，增加泥浆添加剂的用量，保证泥浆性能的同时提高泥浆的流动性；建议采用分散的泥浆体系，即：水+土+纯碱+烧碱+CMC+剂。

泥浆密度：进洞密度应控制在1.03-1.04为佳， 返出泥浆密度在1.07—1.08比较理想。

泥浆粘度：砂层控制在75S左右，一般土层55S左右。现场提高粘度宜用CMC。

c. 扩孔作业工艺方面

在进行扩孔作业时，应时刻注意泥浆压力表，当泥浆压力突然增大时，应及时处理，减小排量，同时略微回退一下扩孔器，使其空间增大，从而降低冒浆的几率。在扩孔时，应尽量做到匀速回拖，避免忽快忽慢造成孔洞内泥浆压力不平衡而产生冒浆。也可增加漏浆短节，即可降低泥浆压力，也可起到清孔的作用。

d. 其他方面

在施工前计算地层压力曲线图，施工过程中严格按照曲线图控制泥浆压力，压力突破极限值时及时进行洗孔作业。

增加临时漏浆点，减轻地层泥浆压力，在入土点和出土点前各30米左右开挖泥浆漏失收集池，收集漏失跑冒的泥浆。

长距离穿越项目导向孔作业时，地质松软的情况下，可在入土点一侧增加套管（30m左右），保证泥浆回流通道畅通。

⑵ 冒浆判别方法

发生漏失：泥浆液面下降迅速或孔口不返浆；

冒浆：泥浆液面下降迅速且孔口不返浆，同时泵压激增，后又急剧下降。

⑶ 冒浆后的处理

在进行穿越作业过程中，应增加人员在穿越中心线巡视，一旦发现冒浆，应及时处理。

a.立即对冒浆处进行围堰，避免泥浆四处流动，尽量减小泥浆污染面积。

b.挖沟导流，将泥浆排到泥浆池内。如果距离较远，可以在冒浆地点附近挖临时泥浆存放池，内铺彩条布，将泥浆引至池内，以便处理。

⑷ 防污染措施

为了保证泥浆的环保性，我们在配制泥浆时，必须使用环保无害无毒的添加剂，允许使用的有：烧碱、纯碱、CMC、水基剂。

其中，水基剂仅限于最后一遍扩孔及管线回拖时使用。

参考文献

[1] 刘滨.谈水平定向钻穿越施工流程[J].《科技致富向导》，2011,5:236-237.

[2] 李晓新.水平定向钻穿越水域工程防洪问题浅析[J].《中国防汛抗旱》，2012，03：42-43.

[3] 胡银学，秦小平.水平定向钻穿越技术在渭河穿越中的应用[J].2009,6:42-44.