提高長輸管道大型定向鉆的回拖一次成功率

薛大帥(中石化中原建設工程有限公司，河南 濮陽 457001)

1 工程概況

某液化天然氣(LNG)項目輸氣干線工程線路總長89.6km，管道設計壓力為10.0MPa，其中直徑為Φ1016mm 的管線長54.18km，而采用定向鉆穿越施工的有19 條，總長約13km，其中長度在1km 以上的定向鉆穿越施工有4 條，長度共計約4.7km。大型定向鉆穿越多，管道口徑大、壁厚大、剛性大、重量大，相應風險也就更大，對定向鉆成功回拖提出了挑戰。

2 回拖成功率現狀分析及目標制定

通過對公司近幾年施工的其他項目中定向鉆穿越情況進行統計，共完成直徑Φ1016mm、單處長度1km 以上定向鉆穿越29 條，其中一次回拖失敗5 條，回拖一次成功率82.7%，同時對回拖失敗的原因整理分析，做出統計表，見表1。

表1 定向鉆一次回拖失敗情況統計表

從上述統計表分析，影響1km 以上長度定向鉆回拖一次成功率的主要因素為管材抱死、塌孔，占總頻率66.66%，在施工中，必須加強此類問題的控制，以提高定向鉆回拖一次成功率。通過查閱定向鉆相關資料，學習定向鉆施工隊的豐富經驗，結合現場實際情況和現有技術水準，預計可解決問題的占80%，因此直徑Φ1016mm 長度1km 以上定向鉆回拖一次成功率可由82.7%提高至：1-17.3%×[66.6%×(1-80%)+33.4%]=91.9%。

3 原因分析及要因確定

3.1 原因分析

針對問題，從操作人員、設備、材料、方法、環境五個方面進行了詳細的分析調查，得出導致定向鉆回拖失敗的末端因素有9 個：

(1)鉆機操作人員水平低，操作不當。

(2)擴孔工藝不合理。

(3)導向孔曲線不符合要求。

(4)未清孔、清孔不徹底。

(5)復雜地質情況。

(6)發送溝、入孔槽設置不合理。

(7)鉆機選用不合理。

(8)鉆具、鉆桿損壞。

(9)泥漿性能不符合要求。

3.2 要因確定

通過對9 個末端因素進行了逐一驗證，要因確定為：擴孔工藝不合理；未清孔或清孔不徹底。

(1)定向鉆操作人員均持證上崗，從業多年，經驗豐富，能力滿足施工要求，且施工過程中均嚴格按照操作規程操作。確定鉆機操作人員水平低，操作不當為非要因。

(2)現場施工過程中存在越級擴孔、擴孔速度過快等現象，造成孔內存在較多干燥、混合不良的鉆屑，無法隨泥漿返出孔外而停留在孔內，極易增加回拖阻力，造成隱患。確定擴孔工藝不合理為要因。

(3)在開鉆前對司鉆人員作好詳細的技術要求，對每一根鉆桿的鉆進要求都提前在圖紙上作好標注，控制鉆桿的折角變化：單根鉆桿折角變化＜0.8°，連續三根鉆桿折角變化＜2.2°，通過重點控制單根鉆桿的鉆進質量和整體曲線的質量，保證導向孔曲線光滑，穿越曲率半徑、管底最大埋深、入土角、出土角均能達到設計要求，確保導向孔實際曲線與設計穿越曲線的偏差符合設計及標準規范要求。確定導向孔曲線不符合要求為非要因。

(4)發現部分定向鉆在清孔環節為節約成本未清孔、或清孔不徹底，未通過扭矩、推拉力的降低和泥漿中鉆屑的比例綜合判斷清孔效果，只以扭矩、推拉力的降低判定清孔結束，較多鉆屑停留在孔內或未與泥漿混合均勻，給回拖造成隱患。確定未清孔、或清孔不徹底為要因。

(5)定向鉆施工前會根據實地地形、地貌及有關特性進行分析、判斷，必要情況下復雜地質還要進行詳細的地質勘查，通過打勘察孔取樣分析，做出地質報告。在導向孔鉆進過程中，通過觀察井眼泥漿返出情況，做好泥漿取樣、試驗分析，將分離物與地質勘探報告相比較，可以準確判斷鉆進過程中的地質情況，來決策鉆進運行。確定復雜地質情況為非要因。

(6)發送水道開挖嚴格按照設計要求，中心線要和穿越軸線重合，溝內注水，注水深度確保管道能夠漂浮在發送溝內，降低鉆機回拖力。由于大口徑管道的剛性大，根據出土角和管道直徑計算得出入孔槽的深度和長度，滿足管道入孔洞時的曲率半徑要求，保證管道順利回拖入空洞，而不至于產生憋勁或增加回拖力。受場地限制時，采用挖機、吊車等助力，順直管道，最大程度減小回拖阻力。確定發送溝、入孔槽設置不合理為非要因。

(7)施工前會根據地質情況、管線長度、鋪管需要回拖力進行分析計算，選擇合適噸位和扭矩的鉆機。同時，在鉆機進場前還會對鉆機進行檢查，性能良好，符合要求方可進場施工。確定鉆機選用不合理為非要因。

(8)鉆具、鉆桿從導向孔到回拖全過程都在重復使用，抗扭、抗拉強度不斷降低，對于長距離和大孔徑的鉆孔，必須選擇較大直徑的鉆桿，否則因扭矩過大導致鉆桿斷裂。對鉆具、鉆桿損壞對定向鉆回拖的影響進行調查?，F場施工前對鉆具等進行嚴格檢修，保證鉆具的質量滿足施工要求，把不符合要求的鉆具不準用于施工中；在施工過程中，使用每一件鉆具前應先進行一遍檢修，以防止鉆具在施工過程中出現斷裂情況；施工過程中注意對鉆具正確有效的使用，注意鉆具的磨損程度及時進行修復；避免鉆具、鉆桿的損壞。確定鉆具、鉆桿損壞為非要因。

(9)泥漿的主要作用包括懸浮和攜帶泥屑，封閉孔壁、固孔，減少摩擦力等。施工前根據地質情況有針對性的配置泥漿，施工過程中，現場實時測量泥漿各項參數，檢查泥漿效果，對泥漿性能指標持續進行監測，不斷優化泥漿配方，調節泥漿性能，擴孔時適當增加聚合物、流變劑，提高泥屑攜帶能力，降低粘滯力；回拖時適量加入潤滑劑，提高泥漿潤滑性，降低摩阻，保證管道順利回拖。確定泥漿性能不符合要求為非要因。

4 對策制定、實施及效果

4.1 對策制定

針對擴孔工藝不合理這個要因，對策為選擇合理擴孔工藝，避免越級擴孔，選擇合理擴孔速度，并針對現場情況選用合理的擴孔器，確定合理的擴孔級數和擴孔速度。而針對未清孔、或清孔不徹底這個要因，對策為加強清孔環節管理，保證徹底清孔，清孔合格率100%，加強現場清孔環節管理，所有定向鉆必須清孔合格。

4.2 對策實施

擴孔過程是成功完成穿越工程的關鍵，擴孔的作用是擴大鉆孔，使孔道能容納回拖的管道，主要目的是混合鉆屑和泥漿，以制成泥漿排出孔外，使回拖的管道有進入的空間。在擴孔施工過程中，通過合理選擇擴孔器、擴孔級數、擴孔速度，達到成功回拖的目的。

(1)擴孔器的選擇：合理組合擴孔器系列，采用板式擴孔器和桶式擴孔器搭配使用，可以確?？椎莱尚钨|量。飛旋式擴孔器切削能力強，阻力和旋轉所需要的能量小，適用于不塌方且不易包泥的底層；板式擴孔器有較好的切削能力，又能很好的混合鉆屑和泥漿，并且能讓泥漿自由流過，但由于自身過重，大尺寸擴孔時應與桶式擴孔器配套使用；桶式擴孔器對底層的擠壓作用使其十分適用于易塌方和可塑地層，同時具有良好的清孔能力。

(2)擴孔級數的確定：主管道管徑為φ1016mm，根據穿越擴孔的要求，擴孔直徑達到管徑的1.3～1.5 倍，每級擴孔相差150mm～200mm，并根據地質報告描述確定穿越的主要地層情況，確定預擴孔工藝為七級擴孔，分別為：φ400mm 擴孔、φ600mm 擴孔、φ800mm 擴孔、φ1000mm 擴孔、φ1150mm 擴孔、φ1250mm 擴孔和φ1350mm 擴孔。

(3)擴孔速度的確定：合理的擴孔速度應使泥漿和鉆屑的比例不小于1:1。擴孔時，根據泥漿泵的排量和不同擴孔直徑分別進行計算，選用合理的擴孔速度，使充足的泥漿與鉆屑混合并帶出孔洞，從而降低回拖力和扭矩。

加強定向鉆現場清孔環節管理，保證所有定向鉆回拖前必須進行清孔，一般選用桶式擴孔器。在清孔時，同時增加泥漿流量20%～30%，盡量攜帶出更多的鉆屑，保證孔洞的順暢。若一次清孔未能降低扭矩和推拉力，或者泥漿中鉆屑比例較多，仍需進行第二次清孔。清孔可通過扭矩、推拉力的降低和泥漿攜帶出的鉆屑逐步減少進行綜合判斷。通過清孔，有效清除孔內鉆屑，形成光滑的孔道，減少回拖阻力。

4.3 實施的效果

通過確定要因，制定對策，在本工程后期的4 條直徑φ1016mm長度1km 以上定向鉆過程中實施，經過全體成員的努力、團結協作和對對策的認真實施，全部回拖成功，一次回拖成功率100%，大于預期目標91.9%，實現了課題目標。避免了回拖失敗造成的返工及工期延誤，有效減少了損失，創造了效益。此前，直徑φ1016mm、長度1km 以上定向鉆回拖一次成功率為82.7%，回拖失敗率為17.3%，1 條定向鉆回拖失敗造成的返工及工期延誤損失約為30 萬元。制定措施并實施后，4 條直徑φ1016mm、長度1km 以上的定向鉆一次回拖成功率100%，避免的損失為30 萬元×17.3%×4=20.76 萬元，創造了較大效益。

5 結語

影響長輸管道定向鉆回拖一次成功率的因素有很多，通過在工程實施中不斷分析和總結，全面認識到質量管理的科學性、群眾性和有效性，讓全員樹立質量意識，不斷積累經驗，提高技術水平，將施工參數、工藝流程進行歸納總結，形成作業指導書，供以后的類似工程進行借鑒和參考，避免因相同或相似因素導致定向鉆一次回拖的失敗。通過不斷改進施工方法和質量，提高經濟、社會和人才效益。