風(fēng)化巖層定向鉆導(dǎo)向孔施工質(zhì)量控制

摘 要：定向鉆技術(shù)起源于石油鉆井工業(yè)，結(jié)合水井工業(yè)和公用設(shè)施建設(shè)方面的技術(shù)，經(jīng)演變之后的水平定向鉆進技術(shù)，廣泛用于市政管道、油氣管道的建設(shè)行業(yè)，屬于穿越的一種非開挖施工技術(shù)。當(dāng)前油氣管線的建設(shè)中定向鉆穿越地段多，且地層為風(fēng)化巖層較多，由于巖層的風(fēng)化程度不均一性給施工造成了很大的難題，對定向鉆施工泥漿要求高，其中導(dǎo)向孔施工在定向鉆施工中有著舉足輕重的作用，所以控制定向鉆導(dǎo)向孔的施工質(zhì)量尤為重要。

關(guān)鍵詞：風(fēng)化巖層；定向鉆；導(dǎo)向孔；泥漿

1 風(fēng)化巖層地質(zhì)情況概述

風(fēng)化巖是新鮮巖在風(fēng)化作用下形成的物質(zhì)，可劃分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、中等風(fēng)化和微風(fēng)化。其中全風(fēng)化和強風(fēng)化強度一般較低，而微風(fēng)化和中等風(fēng)化強度較高，東黃（復(fù)）線和東臨線安全隱患整治工程高密段定向鉆穿越地層屬于微風(fēng)化巖層。據(jù)施工地質(zhì)數(shù)據(jù)顯示，一般地段風(fēng)化巖層厚度約為9～12米。

2 風(fēng)化巖層定向鉆導(dǎo)向孔施工兩大難點

2.1測量放線較難

依據(jù)水平定向鉆施工地勢特點，出土點與入土點之間無法通視，屬于測量放線的特殊地段，尤其是風(fēng)化巖層長距離定向鉆穿越地段的測量放線，難度更大。

2.2導(dǎo)向孔成孔能力較差

風(fēng)化巖層的風(fēng)化程度不同，導(dǎo)致地層的每個層位所需要的泥漿性能有很大的差異，造成配置相適宜的泥漿難度較大，對泥漿要求較高。定向鉆的導(dǎo)向孔施工中，風(fēng)化巖層存在的層位導(dǎo)向孔成孔能力較差。

3 風(fēng)化巖層定向鉆導(dǎo)向孔施工

3.1 地質(zhì)勘查

依據(jù)勘查單位提供地質(zhì)勘查報告對施工地段進行實地勘查，主要從兩方面進行：第一，對地上的構(gòu)筑物進行排查，例如高壓線桿、大型建筑物等；第二，對地下工業(yè)設(shè)施進行排查，例如城市供熱、天然氣管線、國防光纜等。

3.2 測量放線

根據(jù)施工圖、設(shè)計控制樁進行測量放線，定向穿越往往是施工困難地段，測量時入土點、出土點兩點大多不能通視，操作過程中，定好了出、入土點，就需要利用坐標(biāo)控制，來回倒點，將入土點、出土點之間的直線在現(xiàn)場標(biāo)出。而且，定向穿越對測量放線的精度要求高，這就需要在操作過程中精益求精，盡量減少人為操作誤差，主要控制措施有：在測量木樁上畫交叉點，定樁定向時使用對中桿；進行多次測量來減少誤差——“一定二測三校驗”。對入土角、出土角、方位角要求精確，進行梯度測量，測量后進行數(shù)據(jù)整理，利用計算機模擬技術(shù)進行定向鉆導(dǎo)向孔的軌跡模擬。

3.3 場地平整

定向鉆施工占地包括鉆機場地、管線場地、蓄水池及泥漿占地、管線焊接占地。設(shè)備安裝區(qū)域夯實、采取相應(yīng)的地基加固處理措施。鉆機安裝場地的大小根據(jù)鉆機型號而定。泥漿池和蓄水池占地根據(jù)管徑的大小、場地及地質(zhì)情況而定，盡量節(jié)約用地。在出土點一端，應(yīng)根據(jù)管道中心軸線，占地寬度和長度（為穿越設(shè)計曲線長度加50m），放出管道場地、泥漿池占地及管道焊接占地邊界線，并標(biāo)出拖管車出入場地的路線和地點。

3.4 泥漿的配制

3.4.1泥漿的概述

定向鉆泥漿在定向鉆穿越工程中非常重要，泥漿一般由膨潤土、水及泥漿添加劑等構(gòu)成，依據(jù)穿越地段的地層情況，泥漿成分配比比例作適當(dāng)調(diào)整。風(fēng)化巖層地質(zhì)情況相對復(fù)雜、巖層不均一性較大，對泥漿的性能要求較高。

①泥漿具有較強的流動性和粘度，攜帶風(fēng)化巖層鉆屑能力要強，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態(tài)，通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面。

②泥漿需有比較強的護壁作用，能提高鉆孔孔壁的穩(wěn)定性，尤其對于風(fēng)化巖層地層不均一容易坍塌的地層。

③泥漿具有較強的潤滑性能和降溫功能，為鉆具提供有效的潤滑作用，特別是當(dāng)穿越風(fēng)化巖層地層時，由于鉆具與地層之間的摩擦較大，產(chǎn)生較大的熱量，需要泥漿降溫，保護鉆具以保證順利施工。

④依據(jù)風(fēng)化巖層的每個層位風(fēng)化的程度不同，需隨時調(diào)整泥漿的壓力和流量，滿足鉆導(dǎo)向孔的施工需要。

3.4.2風(fēng)化巖層泥漿的配制

①水預(yù)處理：水從河流中抽到指定的池中，經(jīng)過沉淀池沉淀后，抽入水罐內(nèi)加堿（Na2CO3）軟化，降低水中的Ca2+、Mg2+離子含量，改善水質(zhì)硬度，同時提高水的PH值，水的PH值為9～10時最適合膨潤土的水化。

②依據(jù)近幾年定向鉆導(dǎo)向孔施工經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)風(fēng)化巖層泥漿的粘度值要求相對較大，根據(jù)地層情況泥漿要求粘度如下：

③一般采用Na-CMC（鈉羧甲基纖維素）泥漿

這是一種最普通的提粘型泥漿，Na-CMC起進一步提粘和降失水作用。配方：1m3水，優(yōu)質(zhì)造漿粘土60～80kg，純堿3～5kg，Na-CMC 10～20kg左右；泥漿性能：密度1.03～1.3，粘度25～60s，慮失量小于12ml/30min，pH值約9.5。

3.5 無線控線系統(tǒng)監(jiān)控

導(dǎo)向孔施工時，采用無線監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控，保證能量發(fā)射探頭與跟蹤接受儀在一條垂直線上，數(shù)據(jù)及時與管線穿越段設(shè)計圖紙所設(shè)計的軌跡參數(shù)對照，保證定向鉆導(dǎo)向孔軌跡符合設(shè)計要求。

4 結(jié)論及建議

①風(fēng)化巖層定向鉆穿越時，施工前的準(zhǔn)備工作要求較高，對所穿越地段的地質(zhì)情況仔細分析，做好測量放線、控向參數(shù)采集、導(dǎo)向孔軌跡的控制設(shè)計等的基礎(chǔ)工作，制定切實可行的施工方案，進行計算機模擬。

②導(dǎo)向過程中鉆孔穿越曲線做到“平、滑、圓、緩”，鉆進時，嚴格控制每一根鉆桿的控向參數(shù)，保證每一根鉆桿的偏差量為最小值；導(dǎo)向孔偏差過大，在抽出部分糾偏時，在原孔、新孔交匯處形成折角很大的曲線，無法滿足管道的穿越曲率半徑要求。

③在導(dǎo)向孔鉆進過程中對控向參數(shù)、泥漿性能、排量參數(shù)、鉆機拖拉力、扭力參數(shù)等數(shù)據(jù)及時的收集與整理，根據(jù)數(shù)據(jù)的對比，判斷鉆進情況，及時做出合理調(diào)整，保證施工質(zhì)量，提高定向鉆導(dǎo)向孔鉆進的成功率。

④風(fēng)化巖層地層穿越采用的鉆具組合，在出土端鉆出巖石地層進入土層時，動力鉆具自重較大，地層不均一，鉆頭會出現(xiàn)難抬頭的現(xiàn)象，導(dǎo)致滯后出土。因此使鉆頭傾斜角在巖層里可提前增加2°左右，防止進入土層后角度掉的太大出土滯后。

⑤根據(jù)風(fēng)化巖層地質(zhì)情況配制優(yōu)質(zhì)的泥漿，地質(zhì)情況復(fù)雜，采取配制高粘度泥漿，鉆進過程中對泥漿的成分配比、泥漿流量、鉆壓及時調(diào)整，保證泥漿的攜巖性能確保能夠順利鉆穿。

參考文獻

[1]陳雪華，張德橋，康新生，金建，長江中游巖石層首次定向鉆穿越施工技術(shù).《石油工程建設(shè)》2006年03期.

[2]李小苗.巖層中非開挖導(dǎo)向鉆進技術(shù)[J].產(chǎn)品技術(shù)，2004年第7期.

（作者單位：中國石化管道儲運有限公司濰坊輸油處）