珠三角地區河流定向鉆穿越設計施工問題探討

徐向陽，許明武，楊 菲

（中海石油煉化東莞油品儲運有限公司，廣東東莞 523988）

珠三角地區河流定向鉆穿越設計施工問題探討

徐向陽，許明武，楊 菲

（中海石油煉化東莞油品儲運有限公司，廣東東莞 523988）

由于珠江三角洲特殊的地理環境以及復雜的工程地質情況，定向鉆穿越施工時遇到不少難題，如鉆頭在粉細砂層中的抬頭問題、在淤泥質土層中的導向問題等。針對長輸管道現場定向鉆施工中遇到的問題，進行了分析研究，提出了縮小探孔間距、調整穿越曲線、采用兩級導向孔等有效應對措施，為今后珠三角地區定向鉆穿越設計和施工提供范例。

定向鉆；河流穿越；珠江三角洲

近年來，定向鉆施工技術日益成熟，已廣泛應用于河流和一些特殊地段的穿越施工。在珠江三角洲地區的管道施工中，定向鉆充分發揮了其非開挖施工的優越性。然而，由于珠三角特殊的地理環境和復雜的地質情況，定向鉆穿越施工中遇到不少難題。

1 珠江三角洲的地質概況

本區在地質歷史上經歷過多次構造運動，其中華力西—印支運動使晚古生代發生過渡性褶皺，伴隨斷裂構造，構造線以北東向為主，次向為東西向，而燕山運動規模最大，活動最強烈，對區域構造格局影響深遠。目前，本區域大地構造位置在華南準地臺湘桂贛粵褶皺帶中的粵中坳褶皺束之東端，次級褶皺位于靈山大崗石樓斷凹盆地中，主要是白堊紀紅色砂礫巖、泥巖組成的構造盆地[1]。地層按照成因類型自上而下分為第四系全新統耕地、第四系全新統海陸交互相沉積層、第四系更新統沖積層、基巖為白堊系上統粉砂質泥巖或泥質粉砂巖。地質主要特點是軟土分布范圍廣、厚度大，軟土主要是軟塑狀淤泥或淤泥質土等。從上到下各地層的主要分布為淤泥、中粗砂、淤泥、粉砂、淤泥混砂、黏土、泥巖、巖石等。

2 珠江三角洲定向鉆穿越施工過程中出現的問題

根據國家技術規范，適合水平定向鉆施工的地質條件為巖石、砂土、粉土、黏性土。對于僅在出土點或入土點側含有卵礫石等不適合水平定向鉆施工的地質條件，經采取措施后也可進行水平定向鉆穿越施工[2]。在珠三角地區基本沒有完全符合上述條件的地質情況，但有時由于實際施工需要，必須采用水平定向鉆的施工工藝，因而會產生很多問題，主要有：

（1）由于地質變層復雜，出土端鉆頭穿過粉細砂層時無法抬頭，導向孔鉆孔失敗。以某東江北干流穿越項目為例，根據勘察設計資料，定向鉆設計的長度為980 m，設計穿越曲線需穿過素填土層、粉細砂層、粗砂層、礫砂層、砂質黏土層和泥質粉砂巖層，然后水平穿越500 m寬的泥質粉砂巖層，在出土端斜向上穿越粉細砂層。在實際施鉆過程中，當鉆頭在出土端斜向上穿越粉細砂層時，因鉆頭噴漿沖刷粉細砂，形成流動層，無法支承鉆頭重量，致使鉆頭抬不起頭繼續向上推進，從而改變了方向；由于阻力不斷增加，整個鉆桿的扭矩也就相應增大，施工人員將鉆桿反復抽回和推進，最后導致鉆桿斷裂。斷點處于管側鉆桿出土前100 m左右的位置，經過多次抓撈，斷在底下的鉆頭無法找到，最后只能重新鉆導向孔。從現場抽出的鉆桿來看，斷點截面比較平齊，證明鉆桿斷裂原因為扭矩過大而斷裂 （見圖1）。

（2）在長距離的淤泥地層中，無法控制鉆頭的位移，最終產生 “屁股”形曲線。以某洪屋渦水道定向鉆穿越項目為例，其穿越長度設計為1 180 m，穿越段地質為素填土、淤泥，中粗砂、黏土、粉質黏土等的交錯地層，考慮到環境因素，鉆頭要在780 m處的兩座房屋建筑樁基礎中間通過，兩樁基礎之間相距約2.5m。由于鉆頭要經過承受力較差的淤泥層，鉆頭無法按照導向位置曲線移動，在左右方向偏差較大。當鉆頭打到780 m時就碰到了樁基礎，無法通過間隙。施工單位數次在770 m附近調整導向，企圖通過推力調整迫使鉆桿轉向，均未成功，并連續發生三次鉆桿嚴重彎曲斷裂 （見圖2）。

3 定向鉆施工問題分析和應對措施

3.1 東江北干流穿越

（1）從鉆孔返回泥漿的狀況分析，發現返回泥漿中的物質與勘察資料記錄的不同，原因是勘察設計布局的勘察點間距較大 （50～80 m），控制程度低，沒有反映出實際地質情況。

（2）穿越曲線出土端粉細砂層厚度較大，且采用了拖拉力為2 500 kN的大型鉆機，施加的鉆進壓力過大。

鑒于以上兩點提出新鉆導向孔的解決方案。首先增加兩個地質探孔，以便更加確切了解地質情況；增加穿越曲線設計長度，出土點向前移動33 m，從粉細砂層的最薄處穿過。其次根據進尺及鉆進深度，調整泥漿泵的泥漿進入量，以此控制泥漿壓力，尤其是鉆頭到達粗砂層與粉細砂層時，需要降低泥漿的壓力，同時控制鉆進速度，降低鉆進壓力，確保泥漿形成穩定護壁效果；另外，泥漿配制中添加容易護壁成孔的添加劑，保證從粗砂層過渡到粉細砂層的護壁形成，使導向孔鉆孔成功。

3.2 洪屋渦水道定向鉆穿越

調查顯示在鉆側780 m內，樁基地層雖然是黏土，但鉆頭經過的地層有中砂層和淤泥層，淤泥層的承受力不穩定，容易造成鉆頭走偏，因而長距離鉆進就難以控制鉆頭的定向準確度，以致導向失敗。

針對以上問題采用兩級導向孔的施工方法，新老鉆進方案示意見圖3。

首先，第一入土點不變，第一出土點改在樁基礎前方20 m的地方，即穿越長度760 m處；其次，第二入土點設在原出土點處，第二級施工時導向孔鉆頭從這里入土，穿越410 m后從兩樁基礎中間通過，大約在770 m的地方出土。兩級導向孔完成后，通過大開挖將兩鉆桿連接，于是就形成一條“屁股型”的曲線，然后通過鉆桿鉆頭的來回擴孔，使導向孔成為一條比較圓滑的通道，減少了管道回拖的阻力，最終導向孔施工成功完成。

4 結束語

在珠三角地區，某項目共采用定向鉆穿越16條大中型河流，雖然施工過程遇到了包括地質、場地以及技術上的諸多問題，但是經過設計和施工的充分結合，最終解決了漏漿、塌孔、斷鉆頭和鉆桿以及分段回拖等一系列問題，全部回拖成功，為管道的順利貫通提供了保障，也為珠三角地區定向鉆穿越積累了寶貴的經驗。

[1]廣東省地質局.區域地質測量報告（廣州幅）[R].廣州：廣東省地質局，1999.3-5.

[2]GB 50427-2007，油氣輸送管道穿越工程施工及驗收規范[S].

Discussion on Design and Construction Problems in Directional Drilling Crossing Construction in Pearl River Delta Region

XU Xiang-yang（CNOOC Dongguan Oil Storage and Transportation Co.， Ltd.， Dongguan 523988，China），XU Ming-wu，YANG Fei

Due to peculiar geography and complex geological conditions in the Pearl River Delta,directional drilling crossing construction meets many problems,such as the driller head rising in silty-fine sand layer and the orientation deviation in sludge-soil layer.The problems encountered in the long distance pipeline directional drilling are analyzed,some effective measures are put forward,such as narrowing survey hole spacing,adjusting crossing curves and drilling two level pilot holes,which provide examples for future directional drilling crossing design and construction in the Pearl River Delta region.

directional drilling;crossing river;Pearl River Delta

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.010

徐向陽 （1978-），男，河南許昌人，工程師，1999年畢業于中國石油大學 （華東）油氣儲運專業，2006年畢業于中山大學管理學院項目管理專業，碩士，現主要從事石油天然氣儲運工程管理工作。

2011-06-21