風化巖層定向鉆導向孔施工質量控制

摘 要：定向鉆技術起源于石油鉆井工業，結合水井工業和公用設施建設方面的技術，經演變之后的水平定向鉆進技術，廣泛用于市政管道、油氣管道的建設行業，屬于穿越的一種非開挖施工技術。當前油氣管線的建設中定向鉆穿越地段多，且地層為風化巖層較多，由于巖層的風化程度不均一性給施工造成了很大的難題，對定向鉆施工泥漿要求高，其中導向孔施工在定向鉆施工中有著舉足輕重的作用，所以控制定向鉆導向孔的施工質量尤為重要。

關鍵詞：風化巖層；定向鉆；導向孔；泥漿

1 風化巖層地質情況概述

風化巖是新鮮巖在風化作用下形成的物質，可劃分為全風化、強風化、中等風化和微風化。其中全風化和強風化強度一般較低，而微風化和中等風化強度較高，東黃（復）線和東臨線安全隱患整治工程高密段定向鉆穿越地層屬于微風化巖層。據施工地質數據顯示，一般地段風化巖層厚度約為9～12米。

2 風化巖層定向鉆導向孔施工兩大難點

2.1測量放線較難

依據水平定向鉆施工地勢特點，出土點與入土點之間無法通視，屬于測量放線的特殊地段，尤其是風化巖層長距離定向鉆穿越地段的測量放線，難度更大。

2.2導向孔成孔能力較差

風化巖層的風化程度不同，導致地層的每個層位所需要的泥漿性能有很大的差異，造成配置相適宜的泥漿難度較大，對泥漿要求較高。定向鉆的導向孔施工中，風化巖層存在的層位導向孔成孔能力較差。

3 風化巖層定向鉆導向孔施工

3.1 地質勘查

依據勘查單位提供地質勘查報告對施工地段進行實地勘查，主要從兩方面進行：第一，對地上的構筑物進行排查，例如高壓線桿、大型建筑物等；第二，對地下工業設施進行排查，例如城市供熱、天然氣管線、國防光纜等。

3.2 測量放線

根據施工圖、設計控制樁進行測量放線，定向穿越往往是施工困難地段，測量時入土點、出土點兩點大多不能通視，操作過程中，定好了出、入土點，就需要利用坐標控制，來回倒點，將入土點、出土點之間的直線在現場標出。而且，定向穿越對測量放線的精度要求高，這就需要在操作過程中精益求精，盡量減少人為操作誤差，主要控制措施有：在測量木樁上畫交叉點，定樁定向時使用對中桿；進行多次測量來減少誤差——“一定二測三校驗”。對入土角、出土角、方位角要求精確，進行梯度測量，測量后進行數據整理，利用計算機模擬技術進行定向鉆導向孔的軌跡模擬。

3.3 場地平整

定向鉆施工占地包括鉆機場地、管線場地、蓄水池及泥漿占地、管線焊接占地。設備安裝區域夯實、采取相應的地基加固處理措施。鉆機安裝場地的大小根據鉆機型號而定。泥漿池和蓄水池占地根據管徑的大小、場地及地質情況而定，盡量節約用地。在出土點一端，應根據管道中心軸線，占地寬度和長度（為穿越設計曲線長度加50m），放出管道場地、泥漿池占地及管道焊接占地邊界線，并標出拖管車出入場地的路線和地點。

3.4 泥漿的配制

3.4.1泥漿的概述

定向鉆泥漿在定向鉆穿越工程中非常重要，泥漿一般由膨潤土、水及泥漿添加劑等構成，依據穿越地段的地層情況，泥漿成分配比比例作適當調整。風化巖層地質情況相對復雜、巖層不均一性較大，對泥漿的性能要求較高。

①泥漿具有較強的流動性和粘度，攜帶風化巖層鉆屑能力要強，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態，通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面。

②泥漿需有比較強的護壁作用，能提高鉆孔孔壁的穩定性，尤其對于風化巖層地層不均一容易坍塌的地層。

③泥漿具有較強的潤滑性能和降溫功能，為鉆具提供有效的潤滑作用，特別是當穿越風化巖層地層時，由于鉆具與地層之間的摩擦較大，產生較大的熱量，需要泥漿降溫，保護鉆具以保證順利施工。

④依據風化巖層的每個層位風化的程度不同，需隨時調整泥漿的壓力和流量，滿足鉆導向孔的施工需要。

3.4.2風化巖層泥漿的配制

①水預處理：水從河流中抽到指定的池中，經過沉淀池沉淀后，抽入水罐內加堿（Na2CO3）軟化，降低水中的Ca2+、Mg2+離子含量，改善水質硬度，同時提高水的PH值，水的PH值為9～10時最適合膨潤土的水化。

②依據近幾年定向鉆導向孔施工經驗，發現風化巖層泥漿的粘度值要求相對較大，根據地層情況泥漿要求粘度如下：

③一般采用Na-CMC（鈉羧甲基纖維素）泥漿

這是一種最普通的提粘型泥漿，Na-CMC起進一步提粘和降失水作用。配方：1m3水，優質造漿粘土60～80kg，純堿3～5kg，Na-CMC 10～20kg左右；泥漿性能：密度1.03～1.3，粘度25～60s，慮失量小于12ml/30min，pH值約9.5。

3.5 無線控線系統監控

導向孔施工時，采用無線監控系統進行監控，保證能量發射探頭與跟蹤接受儀在一條垂直線上，數據及時與管線穿越段設計圖紙所設計的軌跡參數對照，保證定向鉆導向孔軌跡符合設計要求。

4 結論及建議

①風化巖層定向鉆穿越時，施工前的準備工作要求較高，對所穿越地段的地質情況仔細分析，做好測量放線、控向參數采集、導向孔軌跡的控制設計等的基礎工作，制定切實可行的施工方案，進行計算機模擬。

②導向過程中鉆孔穿越曲線做到“平、滑、圓、緩”，鉆進時，嚴格控制每一根鉆桿的控向參數，保證每一根鉆桿的偏差量為最小值；導向孔偏差過大，在抽出部分糾偏時，在原孔、新孔交匯處形成折角很大的曲線，無法滿足管道的穿越曲率半徑要求。

③在導向孔鉆進過程中對控向參數、泥漿性能、排量參數、鉆機拖拉力、扭力參數等數據及時的收集與整理，根據數據的對比，判斷鉆進情況，及時做出合理調整，保證施工質量，提高定向鉆導向孔鉆進的成功率。

④風化巖層地層穿越采用的鉆具組合，在出土端鉆出巖石地層進入土層時，動力鉆具自重較大，地層不均一，鉆頭會出現難抬頭的現象，導致滯后出土。因此使鉆頭傾斜角在巖層里可提前增加2°左右，防止進入土層后角度掉的太大出土滯后。

⑤根據風化巖層地質情況配制優質的泥漿，地質情況復雜，采取配制高粘度泥漿，鉆進過程中對泥漿的成分配比、泥漿流量、鉆壓及時調整，保證泥漿的攜巖性能確保能夠順利鉆穿。

參考文獻

[1]陳雪華，張德橋，康新生，金建，長江中游巖石層首次定向鉆穿越施工技術.《石油工程建設》2006年03期.

[2]李小苗.巖層中非開挖導向鉆進技術[J].產品技術，2004年第7期.

（作者單位：中國石化管道儲運有限公司濰坊輸油處）