無線控向技術在小型定向鉆穿越中的應用

蔣青松

【摘 要】無線控向系統操作簡單。適用于中、小型定向鉆穿越。

【關鍵詞】無限控向;信號 ;短距離 ;跟蹤測量 ;干擾

【Abstract】Wireless control to the system easy to operate. Suitable for medium and small directional drilling.

【Key words】Short distance;Unlimited steering;Signal tracking and measuring;Interference

1. 前言

（1）水平定向鉆敷設管道具有工期短、質量高、不破壞周圍環境等特點，并且由于使用了跟蹤定位系統，能保證穿越管道達到設計埋深及在理想的出土點出土。

（2）水平定向鉆定向系統主要分：有線控向系統和無線控向系統。目前使用最廣泛的是有線控向系統，其控制精度高，用在大、中型定向鉆機上，適于進行深、長距離穿越。此系統價格昂貴，并且每根鉆桿中都需穿入電纜線、操作不便，接單根作業時間長。其優點是操作者可以通過計算機比較直觀地了解探頭的詳細情況，并且一般沒有深度限制，抗干擾能力強。無線控向系統常用于中、小型定向穿越工程，它一般只能檢測15m以內的深度，抗干擾能力不高，有障礙物時使用不便。其優點是施工成本較低，操作起來簡單，無需電纜線，接單根作業時間短，在實際施工應用越來越廣泛。

（3）定向鉆穿越定位系統的應用大大提高了導向鋪管的質量。現在應用的定位系統主要是地面手提探測器配合有線控向系統或無線控向系統使用。

2. 無線控向系統特點及原理

2.1 系統組成。

無線控向系統主要由無線探棒發射器、跟蹤接收器及遠程顯示儀組成。

2.2 定位原理：

無線探棒發射器依靠電磁波發送斜度、深度、方位等信息到接收器，再由接收器發送到遠程顯示儀;接收器測量信號的強度可以判斷發射器的深度，發射器深度越深，信號越弱。

3. 無線控向流程

3.1 測量放線。

（1）測量放線涉及到的穿越點、加密點的坐標（x、y、z）應該使用全站儀進行精確的測量。根據設計交樁和設計圖紙進行穿越長度的復測，若設計交樁長度與設計圖紙長度不符，及時確認長度。必須測量出穿越點及穿越中心線沿線關鍵點的自然標高。

（2）在穿越中心線上設置加密樁，一般穿越軸線可通視情況下，在入土端一側設置3～5個樁，出土端設置2～3個樁，并且沿線每隔約50米設置1個樁，樁上設定標記點，以便做精準點。

3.2 參數設定。

（1）將探棒放入探棒室連接好鉆桿，確認連接牢固，用角度尺或水平尺進行工作面的測量，并回零。

（2）將接收器置于離探棒3米處進行“3米校準”，并分別在不同距離測定數據，以判斷儀器誤差。可反復進行“3米校準”，將誤差控制在最小范圍。

3.3 穿越曲線的主要參數和設計的方式：

3.3.1 當我們知道了穿越長度，深度，入土角度和出土角度，管道材質和直徑，壁厚等參數后，也可以手工進行鉆孔曲線的設計和校正，穿越曲線一般有五段組成：第一直線段、第一造斜段、直線段、第二造斜段和第二直線段，如圖1。

3.3.2 直線段CD，一般是穿越障礙物的實際需要長度，第一直線段AE和第二直線段BF是為了達到一定深度所需要的段，根據穿越深度及造斜段的長度決定;第一造斜段EC是鉆桿進入鋪管位置的過度段，第二造斜段DF是鉆桿鉆出地表的過度段，因此，對典型的導向孔曲線的參數一般要求提供如下的幾個參數：

R1 和R2 主要由鉆桿的曲率半徑和待鋪設管線的允許彎曲半徑決定。若是PE 管道，主要參考鉆桿的允許曲率半徑，若是鋼管時，一般取R1≥1500d，R2≥1500d，d 為待鋪管線的直徑（毫米）。

3.4 繪制導向孔曲線。

（1）根據設計圖紙繪制導向孔施工曲線，繪制內容包括自然地面標高曲線、導向孔曲線、特殊地層層位線。

（2）導向孔曲線要與設計曲線一致，導向孔曲線由10m的線段組成，每根線段變化的角度要小于設計曲率半徑允許的變化角度。導向孔曲線一般可分為入土直線段、入土井斜段、水平段、出土井斜段和出土直線段5部分，繪制曲線時要進行體現。

（3）導向孔曲線橫縱坐標可以用埋深、水平長度或標高、里程等方法，根據操作者的習慣選擇使用方法。

4. 導向孔的施工

4.1 導向孔的施工，如圖2。

（1）施工時根據地層條件，應與司鉆很好地配合，控制好鉆進速度和泥漿排量，保證鉆孔方向沿設計曲線或接近設計曲線進行。理想曲線是單根鉆桿角度變化小于設計值，事實上，操作時很難保證單根角度變化小于設計值，但偶爾出現大于設計值且不連續的情況，只要不超出鋼管允許曲率半徑也是規范允許的。

（2）穿越難易程度因地層條件而異，中、小型定向鉆穿越，特別是小型定向鉆穿越主要以土層為主，所以導向施工不需要鏍桿鉆具，實際導向施工過程基本可以做到全程跟蹤測量，在發現角度變化快或有超深等現象時，可以及時進行糾正。

（3）推進或轉進要放慢速度，停機觀察頻率要相對高，最好2～3m觀察1次。

（4）出土井斜段相對好控制，為了避免出現軟地層不抬頭情況， 需要控制好推進尺和轉進尺長度，采用多推少轉和不連續轉的方法，發現變化趨勢應及時采取相應對策。

（5）盡量避免用90°和270°的工作角度鉆進。

4.2 鉆頭拆卸。

在鉆頭出土位置符合要求后，才能進行控向系統的拆卸，防止不符合要求需要糾偏。

4.3 導向孔糾偏。

導向鉆頭出土后，測量出土位置的橫向和縱向偏差，根據設計和標準規范判定出土位置是否滿足要求，如果不滿足要求，需要進行導向孔糾偏。

糾偏時首先要計算理論糾偏點，然后對照施工記錄，看該點是否適合糾偏，若不適合則向后逐根對照，直到找到適合糾偏的位置。通常情況下，原始孔為推進且有角度變化的位置、土質硬度變化小的位置及軟地層適合糾偏。

4.4 現場記錄。

因周圍環境等因素影響，在控向過程中很多時候無線信號會受到很大的干擾，可以根據周圍環境、控向過程數據以及每次測量后所做的標記等來糾正因干擾出現的誤差。所以，在實際控向過程中將每次跟蹤測量的點及測量數據一定要記錄清楚。

5. 注意事項

5.1 鉆孔穿越曲線設計的一般原則：

鉆進曲線設計和規劃是成功穿越鉆進最重要的因素之一，尤其要重視以下的原則，保證安全施工：

在作鉆進規劃時，計劃好導向孔離地下公用管線或其它障礙物的最小凈空是非常重要的。必須由擴孔器的尺寸來決定導向孔鉆進和回擴孔時的最小凈空，例如：

公用管線要求的最小凈空是24吋（610mm），導向鉆進用4吋（102mm）的鉆具，經過一根6吋（150mm）的水管，鉆孔中心與水管中心的最小凈空是24吋;那么，導向孔和水管之間的實際凈空是22吋（559mm）;如果用12吋的回擴器，實際的凈空會減至18吋（458mm）;因此，為了達到要求的最小凈空，必須增加間距;因為擴孔器必定穿過整個鉆孔，足夠的凈空是非常重要的。同時，也要考慮鉆頭在定位時的偏差;

5.2 現場監控

整個施工過程需要隨時進行觀察，發現有冒漿的地方，及時與控向員或現場負責人進行聯系，便于驗證控向操作數據信息。為了不引起地方協調關系以及減小對環境造成的破壞，要及時將冒出的泥漿回收處理。

6. 結束語

現階段無線控向技術仍然是定向鉆穿越施工中運用非常廣泛的一種手段。隨著定向鉆穿越技術的日益成熟，對導向孔的施工質量要求也越來越高，而通過無線控向技術的應用，施工中可以進行跟蹤測量，因此可以將整個曲線的偏差控制在非常精確的范圍內。本人在實際施工中很大程度利用了無線控向技術。例如，在西氣東輸劉莊儲氣庫輸氣線路工程39條定向鉆穿越中絕大部分都是利用的無線控向技術，福煉一體化工程配套成品油管道一期工程項目也基本上是利用的無線控向技術。