Rio benevente穿越工程施工技術及實例

陳 翔（中石化江漢油建工程有限公司，武漢 433123）

Rio benevente穿越工程施工技術及實例

陳 翔
（中石化江漢油建工程有限公司，武漢 433123）

介紹了rio benevente穿越工程項目的施工技術及工藝特點。

水平定向鉆；巖石；控向；擴孔

1　項目工程概況

Rio benevente穿越，穿越管徑為22”*15.9mm主管加上4”光纜管套管，穿越長度635m。穿越地層為：靠近山體一側為約200m花崗巖，河流及紅樹林側為淤泥質粘土。河流距離入海口不足2km，水質含鹽量大于1000mg/L，且有潮汐現象。

2　工程特點

（1）此工程管道輸送介質為鐵礦石礦漿，目前建設的為礦砂管道三號線。之前已建成2條并行管線，并已在運營中。

（2）穿越地層巖石為花崗巖，取芯樣品檢測硬度在60MPa以上，實際穿越巖石應大于該值。

（3）穿越施工現場附近無淡水水源。

（4）由于地形及紅樹林保護區影響，施工作業區十分狹窄。入土點側作業帶寬度為22m。出土點側寬度最寬處為15m，平均寬度10m。

3　項目實施過程

3.1準備過程

入土點側準備：根據現場實際情況，山體一側地貌為一側靠山，一側靠低洼紅樹林區，已建管道埋在作業帶中部，地表僅有不足0.5m的覆土，之下為山體基巖。常規需要挖坑的錨固箱坑，泥漿坑無法開挖。使用地勘巖石取芯鉆機進行鉆孔打樁固定臨時地錨。泥漿坑使用外運土方圍地上坑。

出土點側準備：由于出土點側場地狹窄，前期任務主要是平整場地，準備圍堵漏漿沙袋。

此工程使用兩臺鉆機作業。DD440鉆機進入入土點側，進行導向孔作業，最后一級清孔作業及管道回拖工作。DD625鉆機進入出土點側，進行擴孔作業及第一級清孔作業。這樣可以消除雨季對道路影響而導致鉆機倒運困難的問題，且可以增加施工效率，節省工期。

兩側泥漿輸送通道使用兩條管路進行溝通。

3.2控向

本次穿越控向難度主要在于已建管道及輸送介質的影響，決定穿越全程布設人工磁場。但由于河面較寬，寬度為150m。且有潮汐現象，提高了布設線圈的難度。初步實施是河面不加固定樁，直接使用一個線圈整個跨過河面。但由于線圈跨度太長，線圈向下彎曲，且受潮汐水流影響左右彎曲。無法達到控向精度要求，于是采用河面定鋼樁固定線圈。在導向孔控向操作時，方位角變化與人工磁場變化在不能完成對應，方位角失去了作為方向判斷的依據。僅采用人工磁場數據作為方向判斷依據，方位角變化作為鉆桿折角調整依據進行控向控制。

3.3導向孔鉆進，擴孔及清孔

本次穿越巖石為硬巖，導向孔單根鉆桿鉆進時間平均為5h。鉆頭在使用60h后更換過一次，鉆頭碳化鎢磨損嚴重，基本磨平。更換新鉆頭后，比磨損鉆頭鉆進效率增加約20%。導向孔完成后，確定巖石層長度為193m，剩余地層為淤泥質粘土。一側極硬一側極軟，地層交界明顯。巖石擴孔確定使用滾刀式擴孔器擴孔，滾刀式擴孔器專門為巖石層擴孔設計，僅適合在巖石層擴孔，不適用其他地層，在193m巖石層擴完既從巖石層入口退出再更換下一級滾刀式擴孔器。直至巖石層擴孔至40寸后才開始使用板式擴孔器進行普通地層擴孔。普通地層擴孔完成后再分別從不同的方向各進行一次清孔。由于出土點側地層極軟，泥漿泄露情況嚴重，井下鉆具泥漿供應排量都減少到極限，泥漿在此地層只能起到鉆具潤滑作用，不能達到排屑及撐孔的作用。在二次清孔時發現孔洞存在局部塌孔情況。

3.4回拖

管道回拖為吊管機配合滾輪發送，管道在回拖期間還要進行二接一。管道沿作業帶預制，沿作業帶彎曲起伏，共存在2個彎點。其中急彎管道曲率半徑不足500倍管道直徑，在兩個彎點均設置兩臺吊管機緩解管道彎曲應力。另外管道入洞口放置一臺吊管機配合管道入洞、防腐工補傷及管道二接一對口工作。管尾放置一臺吊管機。

4　出現的問題

4.1巖石入土

入土角與山體巖石存在23°夾角，巖石入洞口就在地表，鉆頭進入巖石時會順巖石切面趨勢向左偏折。第一次入土時，用土包覆鉆鋌后，用挖掘機按壓土壤防止鉆頭入洞跑偏。但入土仍有一定向左的趨勢，但由于泥漿馬達右旋趨勢逐漸將向左角度趨勢消除。但第二次入土采用原辦法，但是趨勢向右，在加上泥漿馬達右旋趨勢疊加，造成第二次導向孔向右趨勢過大。第三次使用專用裝置夾住鉆鋌入洞，但仍有輕微向右角度偏折。在控向時連續向左糾偏以消除向右趨勢。

4.2卡鉆

導向孔鉆進時發生兩次卡鉆，卡鉆點都出現在巖石破裂帶上。第一次卡鉆時及時發現返漿量減小，同時扭矩增加，泥漿馬達鉆壓增加，卡鉆點在泥漿馬達及鉆頭接頭處，通過嘗試，使用高位并供漿將鉆頭拔出巖石破裂帶。之后采取破裂帶堵漏措施。

第二次卡鉆是在回拔鉆桿糾偏過程中，發現返漿停止后，當時認為泥漿是從已鉆導向孔孔洞中漏失掉，于是繼續開始糾偏鉆進，結果發現扭矩增大，回拔鉆桿時發現卡鉆。這次卡鉆是由鉆屑堆積在破裂帶區域，抱死鉆桿接頭臺階卡鉆。增加扭矩及拉力回拔鉆桿，導致鉆桿從卡鉆接頭臺階處發生斷裂。

因為母扣接頭臺階比公扣接頭臺階要平滑很多，為防止鉆桿接頭臺階卡鉆，建議將鉆桿反接母扣朝前進行導向孔鉆進。

4.3泥漿

巖石穿越所需要的泥漿量比常規地層要大很多，但通過合理的凈化回收可以有效的降低施工成本。本次工程由于泥漿凈化裝置老化，造成凈化后泥漿含沙量大，從而導致泥漿泵，連桿泵多次磨損維修，影響施工效率。另外，由于場地局限，泥漿處理池容積也未能完全滿足工程需要。

4.4擴孔

在巖石擴孔中，最高扭矩大且跳動幅度大，對井下鉆具都是一個考驗，扭矩力量都集中在擴孔器前的鉆桿及短節上，工程前期無法對所有井下鉆具進行檢測，其中一個短節在擴孔時發生破裂脫扣，但所

幸未造成嚴重后果。另外，多根鉆桿絲扣也因為扭矩過大損壞，但在今后類似工程中，對鉆具的選擇上應十分謹慎。

5　項目中的成功點

5.1兩臺鉆機協同作業

在項目初期使用兩臺鉆機同時進場，既出入土點各一臺鉆機。實際以其中一臺作業為主，另一臺處于待命狀態。由于兩側都有鉆機，在擴孔時所需考慮的退鉆桿或出現井下事故都可以很及時的得到解決。在18寸巖石層擴孔時，擴孔器完成退出時，使用DD625鉆機推鉆桿無法推動，直接使用DD440鉆機連接鉆桿將18寸擴孔器拉出巖石孔洞。另外在30寸巖石層擴孔時，擴孔器前短節因材質問題發生破裂脫扣，同樣直接使用DD440鉆機將脫扣擴孔器及鉆桿拉出洞口，剩余井下部分鉆具再有DD625鉆機推出。為該項目中在雨季施工過程中，省去了不少鉆機倒場及安裝的時間。

具體比較：鉆機按時間排序使用情況為導向孔（DD440）—18寸巖石擴孔（DD625）—退18寸巖石擴孔器（DD440）—第二次擴18寸擴孔～30寸巖石擴孔時井下短節脫扣（DD625）—退30寸巖石擴孔器（DD440）—第二次30寸巖石擴孔～第一次清孔（DD625）—第二次清孔～回拖（DD440）。

若使用一臺鉆機作業，則鉆機總計需倒場6次。在加上該項目施工期間雨季對道路的影響，節省工期應在2周以上。如若是長距離巖石擴孔，一個擴孔器無法完成擴孔任務，則在退擴孔器這一過程中，則能夠節省更多的鉆機倒場次數，從而節省更多的工期。

5.2泥漿循環流程

本次的泥漿循環流程覆蓋到了整個施工界面，本次項目的客觀情況對這次泥漿方案相對于常規泥漿方案相比做了極大改動。主要改動涉及到水源拉運，泥漿池的圈圍，出入土點之間的泥漿溝通，出入土點兩臺鉆機的泥漿供應。

相對常規項目而言，泥漿流程可以根據實際情況和富裕的場地還可以進行二次調整，但該項目由于其特殊性，泥漿流程的建立必須是一步到位且不太可能做到二次調整，而在工程執行中也得到了驗證。

5.3擴孔方案

本次工程整個擴孔方案與計劃前有所不同，但大致順序是：第一步使用滾刀擴孔器系列僅對巖石層進行擴孔；第二步使用板式擴孔器系列從巖石洞口進入對普通地層進行擴孔。

在巖石擴孔完成前先保留不對普通地層擴孔，其目的在于如果先進行普通地層擴孔可能會產生新的泥漿泄漏點，而后續大級別的巖石擴孔泥漿返出量會有所減小，如果完全不返出，則整個泥漿循環系統就會失去作用，而靠新配置泥漿進行作業肯定不會達到使用泥漿循環所能達到的效率。

6　總結

由于鉆機的增加，中方人員將會因為項目分配至各臺鉆機機組中工作，單臺鉆機人員數量將會是一個持續精簡的過程，大鉆機機組按照單臺鉆機最終6名中方人員并可以進行雙班作業為目標進行整合。這就對每名機組成員素質及工作能力有了更高的要求。因此機組成員不能再局限于崗位限制，將來項目將會以一個工作區塊對機組人員來要求，每名成員都會肩負數職。為盡快達到這一目標首先的工作就是提高隊伍整體水平，培養盡可能多的跨崗位成員。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.127