大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層的技術研究與應用

王麗麗

中國石化管道儲運公司搶維修中心技術質量科，江蘇省徐州市 221008

大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層時會遇上很多困難，由于地址方面的原因會帶來其它一些技術上面的難題，在控向技術、泥漿技術以及鉆進技術的運用上都會比在其它工程中運用復雜且難度高，本文提出了幾條在大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層工程中具體對這三個技術的使用，對工程的成功實施有一定的促進作用。

1 大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層碰到的地質難題

對于大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層的工程中大口徑輸氣管道的鋪設一般主要鋪設在中等風化泥質粉砂巖、中等風化礫巖層或碎石黏土層中，兩側穿越點附近淺地層主要在粉質黏土、細砂、粉砂、圓礫中穿越。由于地址環境的復雜多變，對施工有很高的要求。

2 大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層碰到的難題

2.1 控向施工的難題

控向施工中存在四個難題：一是由于磁場會干擾泥漿馬達的正常工作，要求鉆頭與控向離信號源之間的距離與普通軟地層施工相比長12～12.5m，從而導致測量鉆頭方位數據與實際數據不符，導致控向作業盲區曾大。二是施工場地附近頻繁有一些對磁場干擾很大的交通工具和其它物品出現，對控向作業的干擾十分大，會影響定向工作的精準程度。三是穿越底層時可能會遇見一段距離的碎石層、卵石等，而導向鉆和水平定向鉆都是不適合在這樣的地質層中工作的。四是擴孔器在巖石層中的修控能力比較差，而成品管的順利回拖則對巖石中導向孔圓滑的大小位置等都有較高的要求。以上四點都對控向技術在大口徑輸氣管道穿越長距離巖石工程中的使用都有一定的難度，需要更高的技巧去克服。

2.2 鉆進工藝的難題

在進行大口徑輸氣管道穿越長距離巖石的工作時，會遇到很多需要從一種質地的巖石層鉆到另一種不同質地的巖石層中的情形，這對鉆進技術有很高的要求，其中又以層軟土層與碎石層、碎石層與巖石層、軟巖層與硬巖層結合部位的鉆進工藝要求最高。不同地質層之間進行鉆進時可能會對鉆具造成一定的破壞，從而影響整個工程的施工，因此負責鉆進工作的人員應當密切關注鉆具的情況，同時在施工中避免卡鉆的危險發生。

2.3 泥漿工藝難題

由于泥漿的使用量和巖石的硬度、泥漿馬達的功率有關，而碎石層、巖石層的硬度遠比普通軟地層大，因此施工中穿越碎石層、巖石層時泥漿的使用量會成倍增長。這是因為鉆頭切削碎石、巖石的工作需要大排量的泥漿來驅動泥漿馬達的工作，當巖石硬度越大時，鉆頭需要切削碎石、巖石的扭矩就越高，自然對泥漿排量的需求量就越大。

3 大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層的主要施工技術的使用

3.1 控向技術

在利用控向技術時主要包括5個步驟：一是找準穿越中心線的大地磁方位角，并以此為基準控制導向孔，彌補因各種因素無法布置地面信標系統而導致的偏差（具體可以在開鉆之前利用全站儀和信號棒準確的找出此方位）；二是鉆導向孔前用兩根無磁鉆鋌來連接鉆具，因為磁鐵產生的信號會對泥漿馬達以及其后一些鉆桿的工作產生干擾，從而導致誤差甚至更加嚴重的后果；三是使用1.75°泥漿馬達鉆導向孔，一方面可以減小造斜角度，另一方面能保證導向孔曲線的圓滑度從而避免在擴孔和回拖期間發生卡鉆；四是為保證鉆頭位置能被精確的測量，將地面信標系統布置在入土側和出土側陸域；五是由于導向鉆和水平定向鉆都不適合在碎石、巖石段工作，適當的增加信號測量頻率，可以將導向孔曲線的誤差控制在可接受范圍。

3.2 鉆進技術

鉆進技術具體可以從三個方面說：一是器具的選擇及調整，選用最大扭矩可達的鉆機以及低扭矩的對開式巖石擴孔器。在鉆桿兩邊加樁固定，避免由于鉆機的扭矩和推力過大而造成的鉆桿彎曲，同時還可以增加鉆桿的力量以及泥漿的排量及配比性。二是具體操作過程，當鉆頭從質地較軟的地采用的施工方法為：首先降低鉆進速度并減小鉆進的力量同時調低鉆機的旋轉速度，其次等到鉆頭或者擴孔器進入較硬的地層1～1.5m后，加大鉆進力量并調整鉆機的旋轉速度同時加大鉆進速度但注意避免速度過而造成鉆進曲線偏離預定的目標。三是避免卡鉆的措施，在進行鉆進工作前制定精確的方案并依照方案嚴格執行，這是保證在回拖期間以及預擴孔期間不會發生卡鉆事故的基本前提。在具體施工時注意器具的選擇，比如在預擴孔階段應當使用比上一級孔徑小11/2″～2″中心扶正器，在主管線最后一次擴孔完成后用直徑介于回拖管徑與成孔直徑之間的桶式擴孔器再清孔兩次并用此擴孔器進行回拖。

3.3 泥漿技術

泥漿技術的使用部分主要可以分為以下部分：一是對泥漿的調配，由于穿越地層條件的不同，泥漿的調配有所不同，但主要還是利用了地鉆專用膨潤土與一定比例的泥漿添加劑，同時在泥漿使用完成之后會回收廢棄的泥漿并將其環保固化。泥漿的調配時比例的控制主要使用復合泥漿配比技術做參照，在定向鉆膨潤土加入其重量的8%～10%重量的淡水配出基漿，再根據具體情況所需加入一定必烈的泥漿添加劑，比如固壁劑、粘劑、清屑劑和潤滑劑等。這樣配置出來的泥漿可以保證其性能符合所需穿越地層的要求，減小因為泥漿原因而導致的孔壁漏失。

在具體的施工過程中根據所需進入的地質層的性質的不同對泥漿性能進行調整要求如下：在普通軟土層穿越段時，增加固壁劑的調配比較同時控制泥漿適當失水，以導向孔塌癟等；在含碎石地層時，增加膠凝強調、降濾失劑以及懸浮性提升劑的調配比例，這樣可以有效的固孔、清孔并浮流碎石；在巖石穿越段時，一方面可以增大泥漿的潤滑性和流變性，減小鉆具與地面之間摩擦造成的鉆具磨損，另一方面保證孔眼清潔以及鉆屑的退出。

總而言之，大口徑輸氣管道穿越長距離巖石層的質地及其它原因，導致其在施工方面存在很多困難，比如控向技術、泥漿技術以及鉆進技術等技術的運用，本文針對其具體實施的困難及不足提出了幾條解決的方案，希望能為其它工作者提供一個新的思路，以促進我國天然氣能源相關事業的進步。

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