定向鉆穿越礫石層綜合技術(shù)

文/徐今山 中石化中原油建工程有限公司 河南濮陽 457001

定向鉆穿越礫石層綜合技術(shù)

文/徐今山 中石化中原油建工程有限公司 河南濮陽 457001

隨著水平定向鉆穿越施工技術(shù)的不斷發(fā)展，礫石層穿越已經(jīng)不再是水平定向鉆穿越難以逾越的禁區(qū)，而如何在穿越施工中更好的隔離礫石層也成為了定性鉆穿越行業(yè)的重點(diǎn)研究對(duì)象。針對(duì)水平定向鉆施工中穿越大厚度、大粒徑礫石層這一技術(shù)難題，本文在分析礫石層地質(zhì)環(huán)境特點(diǎn)的基礎(chǔ)上結(jié)合目前的定向鉆施工技術(shù)對(duì)如何成功完成礫石層穿越進(jìn)行了探討，并提出了一些可行性建議，希望能夠?yàn)榻疸^應(yīng)用水平定向鉆穿越礫石層施工提供借鑒。

定向鉆；礫石層；非開挖；綜合技術(shù)

對(duì)于管線敷設(shè)來說，非開挖技術(shù)的出現(xiàn)可以說對(duì)其產(chǎn)生了根本性的影響，在此之前，管線的敷設(shè)不僅需要投入大量的成本，也會(huì)對(duì)環(huán)境、交通等造成一定的影響。而非開挖技術(shù)所具有的成本低、效益高、工期短、不破壞環(huán)境、不影響交通等優(yōu)點(diǎn)使得其近年來在我國得到了迅速的發(fā)展。而作為非開挖技術(shù)中應(yīng)用范圍最廣的一種技術(shù)——水平定向鉆進(jìn)技術(shù)，也成為了目前在敷設(shè)供水、供氣、電信電纜等管線時(shí)的首要選擇。 經(jīng)過多年的實(shí)踐探索研究，我國的水平定向鉆進(jìn)技術(shù)愈加的成熟，對(duì)地層的適應(yīng)能力也越來越強(qiáng)，以前被視為禁區(qū)的大厚度、大粒徑礫石層已經(jīng)被定向鉆成功穿越。

1、定向鉆進(jìn)施工技術(shù)

1.1鉆導(dǎo)向孔。利用定向鉆進(jìn)設(shè)備在入口處開始鉆進(jìn)，在鉆進(jìn)的過程中需要時(shí)刻的利用導(dǎo)向儀來對(duì)鉆進(jìn)的情況進(jìn)行監(jiān)測和控制，確保鉆孔能夠按照設(shè)計(jì)的線路前進(jìn)，順利的從另一端鉆出地表，從而完成導(dǎo)向孔的施工。

1.2擴(kuò)孔。值得注意的是，如果需要敷設(shè)的管線的直徑比較大，那么就很難順利的完成擴(kuò)孔和回拖作業(yè)，這個(gè)時(shí)候必須采取有效的措施來對(duì)導(dǎo)向孔進(jìn)行逐級(jí)的擴(kuò)大，具體的導(dǎo)向孔每次需要擴(kuò)展的直徑需要根據(jù)敷設(shè)管線、施工設(shè)備、地層條件和現(xiàn)場實(shí)際施工狀況來確定。一般來說，為了能夠確保管理的順利敷設(shè)，最終的導(dǎo)向孔直徑應(yīng)當(dāng)是待敷設(shè)管線之間的1.25-1.5倍左右。此外，孔徑的大小、不同的地層條件等會(huì)對(duì)孔內(nèi)殘余泥土的多少造成影響，因此在擴(kuò)孔的時(shí)候也要根據(jù)孔內(nèi)的泥土量來確定是否有必要進(jìn)行清孔。

1.3敷管。敷管時(shí)實(shí)現(xiàn)非開挖敷管目標(biāo)的最后一步，從理論上來說，擴(kuò)孔（清孔）能夠和敷管一氣呵成，中間沒有任何的非作業(yè)停頓是最為理想的，這樣可以最大限度的減少因鉆孔暴露時(shí)間過長而引起孔內(nèi)坍塌的危險(xiǎn)。一般來說，敷管的主要過程如下：首先將出口處已經(jīng)焊接好的關(guān)系依次裝上連接頭、萬向接、擴(kuò)孔鉆頭；其次，在入口處啟動(dòng)鉆機(jī)，把擴(kuò)孔鉆頭連接到鉆桿上；然后在確定各部件已經(jīng)牢牢的連接的情況下指揮鉆機(jī)開始會(huì)拉鉆桿，注意在擴(kuò)孔鉆頭將要進(jìn)入孔口的時(shí)候要及時(shí)的指揮鉆機(jī)開泵打水選擇，通過鉆桿輸送泥漿液到擴(kuò)孔鉆頭，一邊選擇一邊會(huì)拉；最后，在待敷設(shè)管線已經(jīng)被拉到預(yù)定位置的時(shí)候及時(shí)的停止作業(yè)。如此一來，定向鉆進(jìn)施工就完成了。

2、定向鉆穿越礫石層技術(shù)分析

一直以來，非開挖定向鉆鉆進(jìn)技術(shù)在面對(duì)礫石層時(shí)都頗感棘手，復(fù)雜的地層環(huán)境，顆粒大小差距很大的構(gòu)造成分使得礫石地層的整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)乃缮?，而?dǎo)致采用定向鉆進(jìn)技術(shù)的話很難形成一個(gè)完整的孔道，而孔道的擴(kuò)展和管道的回拖更是無從談起。對(duì)此，通過對(duì)常用的隔離技術(shù)進(jìn)行理論分析，筆者認(rèn)為定向鉆穿越礫石層時(shí)可以采用以下的技術(shù)方法：

2.1鋼套管隔離技術(shù)。相對(duì)來說，鋼套管隔離技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，定向鉆短距離穿越施工中經(jīng)常采用該技術(shù)。在施工的過程中通過鋼套管隔離技術(shù)來限制鉆孔設(shè)備在鉆孔過程中的鉆桿擺動(dòng)，提高鉆桿在鉆進(jìn)過程中的剛度。而將鋼套管技術(shù)應(yīng)用于隔離礫石地層是可行的，但是在實(shí)際的操作中需要注意處理好鋼套管和基巖之間的接觸部位，因?yàn)橄路鶐r的抗壓強(qiáng)度一般情況下要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于鋼套管本身的抗壓強(qiáng)度，這樣一來兩者之間就形成了抗壓強(qiáng)度變異性，在擴(kuò)孔的過程中很容易形成折角，擴(kuò)孔的次數(shù)越多，折角就會(huì)越大，進(jìn)而會(huì)對(duì)管道的回拖造成一定程度的影響。因此，定向鉆穿越礫石層時(shí)采用鋼套管隔離技術(shù)的話，需要對(duì)改技術(shù)進(jìn)行一定的優(yōu)化，確保鋼套管的抗壓強(qiáng)度和下伏基巖抗壓強(qiáng)度的協(xié)調(diào)性，盡可能的避免折角的形成。

2.2黏土置換隔離技術(shù)。黏土置換隔離技術(shù)指的就是在定向鉆穿越礫石層的時(shí)候?qū)⒌[石層剝離開挖，然后再用黏土進(jìn)行分層碾壓回填，以此來確保導(dǎo)向孔的順序成形和擴(kuò)孔工作的順利完成。但是值得注意的是，在回拖管道的時(shí)候要不斷的排水來保證黏土回填密實(shí)，一旦出現(xiàn)排水不暢的情況就很容易導(dǎo)致黏土在回填的過程中形成橡皮土，這種情況下鉆頭或者擴(kuò)孔器在經(jīng)過該部位的時(shí)候，鉆頭和擴(kuò)孔器在自身的作用下就會(huì)形成嚴(yán)重的折角。此外，黏土在回填夯實(shí)的過程中要嚴(yán)格的控制好含水量，過高或者過低的韓含水量都會(huì)對(duì)黏土的夯實(shí)效果造成一定的影響。和鋼套管隔離技術(shù)相比，黏土隔離技術(shù)的最大優(yōu)勢在于夯實(shí)之后的黏土的抗壓強(qiáng)度和下伏基巖的抗壓強(qiáng)度基本一致，這樣就不易出現(xiàn)折角現(xiàn)象，但是其對(duì)于施工技術(shù)的要求相當(dāng)高，使得該技術(shù)并沒有得到大范圍的推廣應(yīng)用。

2.3人造巖體隔離技術(shù)。人造巖體隔離技術(shù)是近年來新出現(xiàn)的一種隔離技術(shù)，目前已經(jīng)比較成熟，成為定向鉆穿越礫石層時(shí)首選的隔離技術(shù)。人造巖體隔離技術(shù)主要采用的是先將礫石地層剝離開挖，然后按照下伏基巖的巖體性能來制作“巖體”確保人造巖體能夠和下伏基巖的抗壓強(qiáng)度保持一致。相比于鋼套管隔離技術(shù)和黏土置換隔離技術(shù)而言，人造巖體隔離技術(shù)具有施工工藝較簡單，對(duì)施工技術(shù)的要求較低，成本不高，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，例如由于人造巖體的抗壓強(qiáng)度和下伏基巖基本一致，因此鉆頭和擴(kuò)孔器在鉆孔或者擴(kuò)孔的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)明顯的折角，保證了所形成的孔道平滑順直；可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整人造巖體的材料配置比例，來消除人造巖體與下伏基巖之間存在的強(qiáng)度變異系數(shù)，適應(yīng)各種復(fù)雜的礫石岑，而且人造巖體四周基坑也可以作為泥漿儲(chǔ)存坑來使用，減小施工作業(yè)場地的占地面積。因此，人造巖體隔離技術(shù)成為目前定向鉆穿越礫石層的主要技術(shù)也是理所當(dāng)然的。

[1]楊粵黔.定向鉆長距離穿越礫石層綜合施工技術(shù)的應(yīng)用[J].特種結(jié)構(gòu),2014,(03).

[2]李志勇,劉明輝,種浩辰,張付卿.長吉輸油管道松花江穿越卵石層設(shè)計(jì)方案[J].油氣儲(chǔ)運(yùn),2005,(08).

[3]李朝儀,唐學(xué)鈁,葉文建.水平定向鉆進(jìn)技術(shù)在砂卵礫石層中的成功應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2009,(12).

[4]李立.關(guān)于地質(zhì)勘察中鉆探技術(shù)的應(yīng)用.中國房地產(chǎn)業(yè).2015.7.