某天然氣支線管道工程小江定向鉆穿越冒漿控制技術(shù)探討

摘 要：在油氣管道設(shè)計和施工中，定向鉆穿越施工技術(shù)已得到成熟應(yīng)用。但因穿越區(qū)域地質(zhì)條件以及控制技術(shù)的不同，在穿越施工中也會遇到冒漿、斷鉆桿、卡鉆、地表塌陷等問題，這些問題一定程度上困擾著定向鉆穿越技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。因此，對定向鉆穿越施工過程中的冒漿問題進行有效控制，將大大提高管道工程建設(shè)的可靠性及質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：定向鉆穿越;冒漿;有效控制

Abstract：Directional drilling crossing construction technology has been mature and applied in the design and construction of oil and gas pipelines. However， due to the different geological conditions and control technology in the crossing area， there are problems such as mud pouring， broken drill pipe， stuck drilling and surface collapse in the crossing construction . To a certain extent， these problems perplex the development and application of directional drilling technology .Therefore， the effective control of the bleeding in the process of directional drilling will greatly improve the reliability and quality of pipeline construction.

Key words：Directional drilling crossing;Spout;Effective control

1 工程概況

某天然氣支線管道工程小江穿越施點位于桂平市蒙圩鎮(zhèn)以南約2km的小江村附近，勘察期間河床面寬約65m，水面寬度約50m。穿越處地區(qū)等級為三級，管道設(shè)計壓力為10MPa，管徑為D323.9×11.9mm，硅管套D114× 6.4mm，穿越方式為定向鉆。

2 施工方案選擇

為了圓滿完成小江定向鉆穿越施工，該工程從鉆進導向、擴孔清孔以及回托時間等幾個工作量方面進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，通過選擇分析評價，最終確定合理控制鉆進、擴孔、回拖速度為此次定向鉆穿越冒漿控制技術(shù)方案。

2.1 施工回拖過程中最大回拖力的計算

水平定向鉆回拖時的最大拉力按下式計算的1.5～3倍選取。

經(jīng)計算，316.96m的管道回拖長度，主管Ft=191.4kN、光纜套管Ft=45.6kN。結(jié)合該穿越工程同孔回拖實際情況，最大回拖力Ft約237kN。根據(jù)經(jīng)驗，鉆機選型一般按計算回拖力的1.5-3倍，該工程取3倍的安全系數(shù)，鉆機回拖力711kN即可滿足回拖要求。

2.2 鉆導向孔及擴孔選擇

導向孔的鉆進是整個定向鉆施工的關(guān)鍵，導向孔施工要嚴格按照《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》（GB50424-2015）執(zhí)行。成孔時應(yīng)采用數(shù)級預(yù)擴孔，最小擴孔直徑為管徑的1.5倍，該工程采用同孔回拖工藝，管道外徑按438mm計算，最終擴孔直徑為660mm（26"）。

3 施工異常分析

小江穿越屬于堆積丘陵地貌，河流水面與兩岸高差為3.48～3.71m，定向鉆地質(zhì)情況為地層自上而下劃分為3個工程地質(zhì)層：耕土1層、黏土2層、中風化石灰?guī)r3層。2018年05月29日進行Φ430管徑擴孔完成后，在鉆進導向孔和回拖時沒有冒漿，次日準備進行Φ550管徑擴孔。30日在Φ550管徑擴孔時入土端側(cè)菜地現(xiàn)場場地發(fā)生冒漿異常，經(jīng)分析認為可能是擴孔時的泥漿壓力過大，造成冒漿的原因是孔洞中出現(xiàn)憋壓或人為增壓所致。

通過對回拖現(xiàn)場進行實地勘察和記錄比對，冒漿現(xiàn)象泥漿壓力與鉆具的扭矩成反比，與鉆進速度成正比，泥漿壓力愈大，鉆具的扭矩越小，相應(yīng)的鉆進速度越快。如果為了加快進度而在擴孔不斷增大泥漿的壓力，就會造成冒漿。現(xiàn)場Φ550管徑擴孔部分典型施工記錄如表1。

根據(jù)現(xiàn)場記錄統(tǒng)計表，分析圖如圖1：

從圖1可以分析可知造成二次擴孔冒漿的主要原因是：夜晚施工作業(yè)時，施工人員為加快擴孔進度提高了轉(zhuǎn)速，從而不斷增大泥漿的壓力，造成了此次定向鉆施工過程現(xiàn)場冒漿異常。

4 防二次擴孔冒漿技術(shù)分析

針對二次擴孔產(chǎn)生冒漿具體原因進行分析及相應(yīng)的應(yīng)對技術(shù)措施如下：

4.1 擴孔器選擇不當

憋壓情況的出現(xiàn)是因為在粉質(zhì)黏土層中使用了桶式擴孔器擴孔。桶式擴孔器為圓筒錐狀，擴孔時與孔壁完全接觸，且自身又是完全封閉的桶狀，沒有泥漿循環(huán)的通道，所以如果孔壁周圍的土質(zhì)是塑性較好且密實的黏土，會造成泥漿循環(huán)不暢通，局部升壓，在一些土體不密實的地方就會形成冒漿。措施可改換為刀式擴孔器。

4.2 人為增壓

泥漿壓力與鉆具的扭矩成反比，與鉆進速度成正比，泥漿壓力愈大，鉆具的扭矩越小，相應(yīng)的鉆進速度越快。如果為了加快進度而在擴孔不斷增大泥漿的壓力，就會造成冒漿。因此不能盲目地為了施工進度而忽視了冒漿異常的發(fā)生，并帶來的經(jīng)濟損失和環(huán)境影響。措施為擴孔過程中要將泥漿壓力、鉆具扭矩、速度調(diào)整到一個合理的最佳狀態(tài)。

4.3 泥漿配比

泥漿是定向鉆穿越必備的潤滑劑，合理選擇泥漿配經(jīng)，可以保證孔壁不塌方，保持泥漿的飽和度、減小摩擦。在滿足定向鉆施工要求的前提下，泥漿越稠，泥漿顆粒與顆粒之間就不會有足夠多的自由水，此時的泥漿實際上是一種可塑和流動狀態(tài)的混合體，冒漿時，該混合體從定向鉆孔上面的土體的顆粒間隙中通過，如果泥漿比較稠，它通過上面土體的顆粒間隙時就會受到阻礙和約束，從而可以起到阻止冒漿的作用。

4.4 薄弱部位的穿越

冒漿現(xiàn)象基本上都是發(fā)生在出入管道埋深較淺和一些地質(zhì)局部軟弱的位置。如果把比較薄弱的部位通過地基處理的方式進行加強，冒漿現(xiàn)象也能得到有效控制。也可采用預(yù)壓、強夯、換填等整體加固的辦法。

5 實施措施和效果

根據(jù)分析確定的技術(shù)措施，制定出相對應(yīng)的實施方案和計劃，如表2所示。

6 結(jié)束語

結(jié)合此次小江河流定向鉆穿越施工鉆進導向、擴孔、洗孔以及回拖過程中發(fā)生的冒漿事件進行相關(guān)信息收集，根據(jù)現(xiàn)場施工記錄從理論角度分析了此次小江定向鉆穿越施工冒漿事件主要原因并采取相應(yīng)控制措施控制好擴孔行進速度及泥漿壓力，有效控制了定向鉆穿越后續(xù)施工中冒漿的情況發(fā)生，節(jié)省了大量施工資源和費用，同時有效保護當?shù)氐淖匀画h(huán)境，這對類似管道定向鉆穿越工程施工將有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] GB50424-2015.油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范[S].北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2015.

作者簡介：

王坤（1979- ），男，漢族，內(nèi)蒙古通遼人，碩士研究生，主要從事企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理工作。