石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術應用

文/趙李楠，中國石油管道局工程有限公司第四分公司

石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術應用

文/趙李楠，中國石油管道局工程有限公司第四分公司

隨著社會的全面發展，石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術應用十分關鍵。其不僅能夠使得定向鉆穿越技術更加成熟，還能讓石油管道的穩定性得到整體的增強。本文主要針對石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術進行分析，并提出了相應的優化措施。

石油管道；穿越泥巖；穿越技術

在石油管道穿越泥巖的過程中，其首先需要對定向鉆穿越技術進行整體性的。但在實際的使用過程中，其依舊會面臨諸多的問題。所以，為了能夠讓石油管道體系得到良好的構建。其需要對整體的施工重點進行良好的把握。并對現場施工進行良好的調整。最終使得穿越泥巖的定向穿越技術得到整體性的應用。

1 石油管道穿越泥巖中工程案例分析

東部原油管網俄油引進配套慶鐵線擴能改造工程，起點為大慶分輸站，終點為鐵嶺分輸站。本工程為原油管網俄油引進配套慶鐵線擴能改造工程第 4 標段內汽車產業區特殊區段定向鉆穿越工程。穿越管線為南北走向，采用大型定向鉆 2 管同拖813mm＋114mm 方式穿越 。主管管徑為813mm ，管材材質為 L450 （ ×65 ），鋼管壁厚為11.9mm ，鋼管采用 3-PE 外防腐，鋪設硅管套管為114×6.4mm 。穿越管道設計壓力 9.45MPa 。而地下水的水位深埋到1.9m~2.5m，標高203.41~209.15m。地下水的水源來源于大氣降水，地下水位的變化幅度在1~2m左右。施工段的水文地質和工程地質對開挖施工不利。所以，為了能夠讓整體的施工效率得到相應的提升，需要對整體的地質基礎進行相應的分析。最終讓工程質量得到相應的提高。

2 施工的主要難點

2.1 泥巖特性分析

在石油管道的整體穿越過程中，其整體的地勢相對而言較為平坦。地層為耕土（最大揭露厚度為 0.6m ）、粉質粘土（硬塑）、泥巖（抗壓強度為 0.6～1.7MPa ）層組成。施工地段地下水主要賦存在粘性土層中。地下水類型為上層滯水，地下水穩定水位埋深為1.90～2.50m。由于其黏土層的覆蓋面積相對廣泛。所以，還是會給整體的施工帶來一定的難度。

2.2 鉆孔穿越難度大

因為穿越的水平段泥巖層給導向鉆頭帶來的反作用大，因此導致導向選孔傾斜，容易產生設計軌跡和導向孔軌跡之間的偏差，而泥巖層孔內擴很難并且和泥巖碎塊抱鉆， 必須對孔壁內的孔道進行配置泥漿來保證順滑，需要控制好泵壓漿巖粉被帶出孔外，必須選擇正確的擴孔鉆頭來控制好鉆機的轉速，來保證成孔后的質量，減少意外發生的幾率。尤其是在施工放線以及整體的測量過程中，其需要對孔道的各種變化情況進行施工的控制。

3 施工中采取的主要技術控制措施

3.1 測量放線

如果要進行精準的放線需要對有關部門進行穿越定向鋪管鉆機配備的全站儀來確保測量放線階段，將設計交底和施工的圖紙進行準確的控制和擺放合適的位置來確保鉆機中心線和入土點以及出土點成一條直線。進一步獲得精確的穿越軸線來防止設計和穿越曲線的偏移。

3.2 鉆導向孔

此次的穿越長度達到631.7m且地層也比較復雜，而工程的重點工序是鉆導向孔。鉆頭采用的鉆具有APl標準S135的加厚型鉆桿，鉆頭采用三牙輪鑲齒碳化鎢鉆頭。

在進行導向鉆孔的時候需要仔細觀察井眼泥漿的返出現象，每一個小時進行一次取樣，泥漿工程師應當做好實驗和分析，把分離物和地質勘探的報告兩者進行對比，來確定能否對泥漿性能調整并做好記錄，可以準確的判斷它的地質狀況，來進行各類參數的決策，來確保穿孔成功。

控制圖紙的設計控向，導向孔和擴孔回拖的管道基礎，導向以各級設計曲線進行鉆孔，這就對技術人員的技術要求比較高，并對每個鉆桿都進行標注，控制好單根鉆桿的折角必須小于0.4°以及連續的三根鉆桿折角變化小于1.2°，且穿越軌跡曲率半徑大于或者等于1390m，達到入土角和出土角以及管底最大深埋的要求。

3.3 管道穿越

在進行鉆孔進入的時候，控向員可以依據穿越曲線圖進行實際變化的結合來發布指令，對鉆進進行調整和操作。司鉆員需要注視儀表臺的推力顯示表和扭矩顯示表，流量表和泥漿壓力等參數對施工的技術來說都十分重要。比如，司鉆員需要按照嚴格的要求來進行施工和處理，并及時解決問題。

3.4 清孔排漿

在擴孔的過程中，根據各地層的抗壓強度的不同變化靈活控制扭矩。盡可能保證擴孔速度的均勻和泥漿排量，泥漿壓力的均勻，保持井口返漿容量較大和流速基本不變，避免返漿倒灌入孔道內泵排量控制在0.30.6m3/min柴油機轉速。

清孔時，增加泥漿流量20%~30%。盡量攜帶多的鉆屑，并在遇到局部扭矩較大地段，放慢擴孔成形若一次清孔未能降低扭矩和推拉力，可以進行第2次清孔。在擴孔施工中，將從孔洞中返出的泥漿引流到泥漿回收池中，并將返漿抽吸到泥漿循環處理系統中進行2級振動除砂和旋轉離心分離。據現場的實際情況進行適當的調整。

3.5 定向鉆穿越

施工中我們最終確定采用的泥漿配比。通過在施工中的應用是成功的，配制的泥漿具有以下幾個特點:良好的流變性能，保證有較強的攜鉆屑能力;優良的潤滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡鉆;較強的護壁作用，能在鉆孔壁形成一定力學強度的泥皮，防止泥漿漏失，維護孔壁穩定。正因為我們配制的泥漿具有了以上幾個特點，所以保證了工程的順利施工。達到了水平定向鉆進工藝設計的要求，完全滿足水平定向鉆進在泥巖地質條件的成孔技術，達到了要求和標準。

3.5.1 定向鉆穿越長距離大管徑泥巖層時，要選擇較大動力鉆機及配套合適的動力鉆具。

3.5.2 定向鉆穿越合理的泥漿方案設計尤為重要。其整體的鉆具組合表的參數如下所示：

對定向鉆穿越施工中的彎曲半徑和管道回拖力等關鍵參數進行的理論研究表明，工程經驗公式用于管道穿越設計存在不足。對影響各參數的基本因素進行了分析，給出了更加符合工程實際的理論計算公式。考慮到穿越過程泥漿的基本作用，提出了最小需要泥漿壓力和最大允許泥漿壓力的概念，并推導出計算公式。應用定向鉆穿越的相關理論，對某管道穿越工程的3個穿越方案進行了優選，得到了關鍵穿越指標的定量值。通過對關鍵參數的對比分析，確定了最符合工程實際的方案，應用效果良好。

3.6 泥漿的配置

在進行石油管道的初步建立過程中，需要對其泥巖進行基礎的配置。可以用泥漿失水量為出發點讓泥漿的配合比得到中和。通常情況下，泥漿的組成：膨潤土 + 純堿 +Na-CMC ；漿的配合比（ kg/m 3）：1∶0.04∶0.06。在滿足基礎的配合之后，需要結合實際的施工情況對其進行綜合性的調整。其泥漿配置的相關參數如上圖所示。

4 結語

石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術應用十分重要，其能夠讓整體的穿越效果得到相應的提升。在進行穿越的過程中，其需要采用多種不同的方式讓整體的穿越效果得到相應的增強。與此同時，還要對施工中的難點進行相應的結構體系的分析。讓測量放線以及定向鉆穿越的效果得到較為明顯的增強。

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