定向鉆鋪管工程在不同地層中的應(yīng)用

彭再芳

摘 要：作者以六種常見的地層形式為切入點，指出了各種地層的特點，將各種地層對定向鉆鋪管的影響及利弊進行了仔細的分析，并提出了解決的方法，對定向鉆鋪管施工具有很好的指導(dǎo)性意義。

關(guān)鍵詞：地層；定向鉆鋪管；影響；解決方法

定向鉆鋪管就是通過水平定向鉆機在不開挖地表的前提下鋪設(shè)多種地下管線，從本世紀開始，它廣泛被用于天然氣、煤氣、石油、供水、排污、電力、電訊等的管線鋪設(shè)中，不會破壞河流、路面等地面附著物。隨著該項技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，對它的研究也日益深入，本文就定向鉆鋪管技術(shù)在不同地層中的應(yīng)用情況作一深入的探討。

一、定向鉆鋪管在沙層中的應(yīng)用

沙層在我國廣泛分布，特別是在河流及河流兩岸地區(qū)分布最廣，沙層的種類很多，砂粒的幾何尺寸從小到大，泥質(zhì)的多少造成了沙層的千差萬別。

沙層的基本特點是結(jié)構(gòu)松散、成孔困難、容易塌孔，從而造成地層下沉，路面裂縫、下陷等現(xiàn)象。在孔內(nèi)表現(xiàn)為砂粒大量下沉而造成埋鉆埋管等事故，這是定向鉆鋪管中最常見的事情。因此，砂層的定向鉆鋪管施工的關(guān)鍵工藝就是泥漿的配制和應(yīng)用，它對泥漿的要求是：1粘度濃度較高，能懸浮砂粒，攜帶砂粒并且能使其流動，從而把砂粒帶出孔口。2泥漿在孔壁能形成一層泥皮，粘附在孔壁上，防止泥漿漏失。3當泥漿充滿孔內(nèi)后，泥漿對孔壁能產(chǎn)生壓力，起到穩(wěn)定孔壁，防止塌孔的作用。4能潤滑鉆具，減少擴孔的扭矩和回拖力。

砂層施工現(xiàn)場泥漿的配制問題目前主要有專門的膨潤土廠家提供穿越用膨潤土，根據(jù)當?shù)厣硨拥膶嶋H情況，通過增減膨潤土的用量來改變泥漿的粘稠度，如果效果還不好，再加適量的純堿和羥甲基纖維素，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，基本上能夠調(diào)出適合當?shù)厣硨拥哪酀{來。

加入純堿的作用是改變泥漿的PH值。使泥漿處于堿性狀態(tài)，從而使泥漿變濃，有利于懸浮砂粒。羥甲基纖維素水溶性好，可直接投入到泥漿箱中攪拌，現(xiàn)場容易操作，它的作用主要是為泥漿搭建骨架，有利于乳化和懸浮砂粒。

二、定向鉆鋪管在淤泥質(zhì)粘土層的應(yīng)用

淤泥質(zhì)粘土層在我國很多地區(qū)都存在，是定向鉆鋪管比較常見的一種地層，該地層的工程特點是強度較低、壓縮性較大、粘結(jié)性較好、造漿率較高，是天然的定向鉆鋪管最佳地層。

在淤泥質(zhì)粘土層中進行定向鉆鋪管，導(dǎo)向和擴孔速度快，成孔效果好，不容易產(chǎn)生塌孔、垮孔、埋鉆和埋管的情況，由于這種地層的自然造漿率較好，在中小型的定向鉆中一般不再需要配合膨潤土造漿，直接用清水即可，即使在大型穿越中也只需配合少量的膨潤土造漿，因為泥漿粘度太大會影響鉆進速度，增加鉆具的扭矩。

三、定向鉆鋪管在硬質(zhì)板黃土中的應(yīng)用

硬質(zhì)板黃土地層在我國分布較廣，特別是在北方地區(qū)分布更為廣泛，一般板黃土地層厚度不均勻，硬質(zhì)板黃土的特征主要有：韌性較強，結(jié)構(gòu)較致密，壓縮性較小，遇水易膨漲，成孔性較好，造漿率一般，一般不易塌孔，不易發(fā)生埋鉆現(xiàn)象。

硬質(zhì)板黃土在定向鉆鋪管中必須解決的幾個問題如下：1由于硬質(zhì)板黃土的韌性較強，結(jié)構(gòu)致密，必須在鉆頭結(jié)構(gòu)上使用刮刀鉆頭，刮刀片的薄厚要適當，擴孔時要有開式鉆頭和包裹式鉆頭結(jié)合使用，要在鉆頭結(jié)構(gòu)上下功夫，否則擴孔速度會非常慢。2由于硬質(zhì)板黃土遇水易膨漲，這種地層具有縮徑的特點，因此，拖管前擴孔的孔徑比其它地層要稍大些，否則容易產(chǎn)生抱管的現(xiàn)象。3由于這種地層的自然造漿率一般，一般在中小型定向鉆鋪管時用清水作為沖洗液即可，為了提高該地層的自然造漿率，可在清水中加入一些燒堿來提高泥漿的粘度。

當碰到硬質(zhì)板黃土擴孔較慢時，主要是從增加鉆機噸位，改變擴孔鉆頭的結(jié)構(gòu)，提高泵壓和泵量三個方面解決問題。

四、定向鉆鋪管在全、強風化層中的應(yīng)用

全風化、強風化地層的特征是礦物結(jié)構(gòu)已破壞，大部分礦物質(zhì)已風化成土，礦物顆粒間的連結(jié)力已基本喪失，網(wǎng)狀裂隙極發(fā)育，手捏可破碎，這種地層浸水擾動易軟化，有時存在環(huán)狀風化球。

針對上述地層的特點，應(yīng)采用巖石鉆具施工。主要存在的風險及應(yīng)注意的問題有以下幾個方面：1導(dǎo)向孔控向困難，特別是軟、硬地層的交界面位置，很難保證導(dǎo)向孔順滑。2鉆孔不完整，容易出現(xiàn)鉆孔局部崩裂、垮孔、卡鉆現(xiàn)象。解決的辦法是增強泥漿的護壁功能，增加洗孔次數(shù)。3該地層鉆孔內(nèi)容易出現(xiàn)巖屑大小不均勻的現(xiàn)象，大塊巖屑不容易被帶出孔外，解決的辦法是增加泥漿的粘稠度，不讓巖屑沉積在孔底。

五、定向鉆鋪管在巖層中的應(yīng)用

隨著定向鉆鋪管越來越普及，巖石層的鋪管也越來越多，巖石層的特點是：形狀較完整，結(jié)構(gòu)致密，硬度大，導(dǎo)向和擴孔都很困難。這種地層要有針對性的選擇巖石鉆具，施工中應(yīng)用較多的是螺桿鉆具，另外要根據(jù)不同巖層的硬度選擇不同尺寸的螺桿鉆具。

泥漿泵的選擇是巖石鉆孔能否順利施工的關(guān)鍵，因為螺桿鉆中泥漿馬達的動力來源于泥漿泵提供的泵量和泵壓，如果泥漿泵所提供的泵壓和泵量不夠，泥漿馬達就無法正常工作，鉆進也就無法進行。

泥漿馬達尺寸的選擇和巖石鉆頭類型的選擇要根據(jù)巖石的種類和硬度進行合理的搭配，搭配不好，不但鉆進進尺緩慢，而且對巖石鉆具的損害都是很大的。

定向鉆鋪管穿越巖石層風險和難點主要有以下幾個方面：1導(dǎo)向孔時碰到軟硬地層的交接面容易形成臺階。2泥漿的要求較高，因為它可能要同時滿足多種地層。3管道回拖時，由于地層中時有“孤石”的存在，或者軟硬地層的交接面臺階處理不好，都可能在管道回拖時造成卡阻而拖管失敗，解決的辦法是進行試回拖。4鉆具磨損嚴重，存在卡阻和斷裂風險。

六、定向鉆鋪管在卵礫石層中的應(yīng)用

卵礫石地層的特點是地層松散、很難成孔。采用泥漿護壁，鉆頭擠壓地層的辦法成孔效果都不好，因此，該地層一直被業(yè)內(nèi)人士認為是水平定向鉆鋪管的禁區(qū)，風險投資極大。

卵礫石地層在施工中極易出現(xiàn)導(dǎo)向孔的導(dǎo)向傾角無法控制、卡鉆、回拖時卡管的現(xiàn)象，從而造成穿越鋪管失敗，甚至有時出現(xiàn)導(dǎo)向孔打過去了，再回拉擴孔時鉆桿已被卡死。

對這類地層施工有幾種解決的辦法，效果會因地點不同而不同，僅供參考。1在施工無法進行下去的時候，可考慮適當改變鋪管的位置。2夯入適當外徑的鋼管，造出一個拖管通道，把卵礫石層隔離開。3在卵礫石層埋深不大的情況下可考慮大開挖的辦法，然后回填粘土或用水泥管、鋼管等隔離卵礫石層。4其它施工正常的情況下，回拖管前應(yīng)進行試回拖。5要調(diào)整泥漿粘稠度，增大泥漿排量，最大限度的向孔內(nèi)輸送粘性土的成分。

前面談到的是在定向鉆鋪管中常見的幾種地層，別外還有水溶性地層、嚴重漏失地層等，本文不再一一累述。

地層是一個結(jié)構(gòu)和成分復(fù)雜的礦物體，沒有任何兩個地方的地層是完全相同的。一條穿越管的鋪設(shè)往往穿過的不只是一種地層，在施工中要綜合考慮各種地層的特點，分清主次，選擇出一個比較全面、恰當?shù)氖┕すに嚪桨福@才是定向鉆鋪管應(yīng)對地層變化的有效方法。