水平定向鉆環空部注漿技術應用

黃勇

新疆煤制天然氣外輸管道有限責任公司湖廣分公司 湖南長沙 410000

水平定向鉆穿越是一種地下非開挖施工技術，與其他施工方法相比，具有施工簡便、快速、精度高、對地表自然環境影響小、不影響地面交通、不阻斷河渠水流、不損壞江河堤壩及河床結構等諸多優點[1]。目前，在石油天然氣、自來水、電力電信部門，采用定向鉆技術穿越河流及堤壩施工越來越普遍。本工程實例為Φ508天然氣管道定向鉆穿越南水北調中線干渠，穿越位置南水北調干渠為半地上渠，干渠水面高出兩側堤壩外地面3-4米。為了確保南水北調干渠絕對安全，在定向鉆施工后必須采取措施避免渠底及堤壩地層產生破壞，保證渠底和堤壩的滲透穩定性、堤坡抗滑穩定性，確保堤頂不出現不均勻沉降。

1 定向鉆環空部注漿的意義

（1）采用水平定向鉆穿越施工的管道，因定向鉆擴孔孔徑比管材外徑大，在管道回拖完成后形成的最終孔徑一般是管道外徑的1.2-1.5倍，如果不在擴孔孔徑與回拖后管道之間環空部進行注漿，管道在后續的清管試壓、輸氣運行過程中將產生移位或波動，注漿可以更好的穩固穿越段管道，保障管道運行安全。

（2）定向鉆施工過程中由于回擴頭的自重，加上不良土質影響，經過幾次擴孔后定向鉆孔洞一般會形成“0”形，管道回拖后一般置于“0”形下部，管道上部留有的空隙會較大。較大的空隙容易引起地面沉降塌陷，對地面交通、河渠運行及當地居民生產生活帶來一定的安全隱患，采取對定向鉆環空部注漿后，可以防止地面沉降塌陷產生。另外，對環空部注漿可以防止河渠水在較高水位時通過環空部形成管涌。

2 注漿施工方法

（1）注漿料配比：根據定向鉆地勘資料，穿越地層情況，在實驗室對高強無收縮灌漿粉進行二次配比，控制好漿粉的密度、凝結時間和濾失量。特殊情況需根據地層的變化配比低密度漿體、速凝、早強、減水、降失水、膨脹、堵漏等諸多種化工材料。

（2）施工工藝流程：注漿管道（2根75mmPE管）準備→注漿管線熔接→預制注漿孔→注漿管清洗測試→注漿管與穿越主管綁扎后回拖→注漿設備運行→配比注漿漿體→漿體注入→置換泥漿清理倒運→注漿合格。

3 施工技術措施

（1）準備工作：注漿用料采用高強度無收縮灌漿料配比，水灰比1∶1。施工過程中結合現場情況添加適當的表面活性劑，用量控制在高強無收縮灌漿粉用量的0.3-0.5%。為保證孔內間隙充盈，采用兩根注漿管同時注漿，本定向鉆管道直徑為508mm，捆綁兩根注漿PE管，按擴孔孔徑計算好灌漿料用量。

（2）注漿管道的熔接與擺放：穿越主管道焊接、檢測、防腐補口施工完成后，熔接注漿管，根據主穿越管道的焊接長度預留出4-6m注漿管道（方便注漿設備連接）。根據定向鉆長度，為保證注漿質量，PE管在合適位置加入封頭，以便漿液可以更大壓力的注入關鍵位置，確保注漿置換效果和漿液密實度。關鍵點較多時，可以增加注漿管的數量。注漿管熔接完成后，將注漿管道沿穿越主管道平行擺放，再在需要開孔段進行注漿孔預制。

（3）注漿孔的預制：根據關鍵位置預制注漿孔，每隔1m開一注漿孔，注漿孔徑為10mm，開孔選用不同的打孔方式（直鉆、前斜、后斜等），助于孔洞漿液可以更好的適應地層變化，密實關鍵部位的效果更好。

（4）注漿拉頭的預制：注漿孔預制完成后，在管道前段制作拖拉頭，拖拉頭采用與主穿越回拖頭相同材質的材料焊接在主管道的兩側，PE管使用管頭鉆眼螺絲與拖拉頭連接。拖拉頭固定在主穿越管道上后，使用銅芯線對注漿管進行密集綁扎固定，綁扎可以采用半螺旋式進行。綁扎控制距離為10m一道，綁扎完成后，對綁扎的牢靠程度進行復查，對不合格的部分及時進行返工。

（5）注漿設備調試、高強無收縮灌漿粉配比：定向鉆穿越回拖完成后，根據拖管長度核對關鍵部位距離，距離確認完成后，將主穿越管道的拉頭割除，調試注漿泵，先實驗注入清水2-3m3，觀察管內壓力及返漿情況。初次注水壓力應為0.2MPa至0.4MPa之間，控制流量速度[2]。壓注漿是處理環空部的關鍵環節，按高強無收縮灌漿粉的工藝要求及定向鉆地層地質情況擬定配制表，確定正確的混合次序，加入化學添加劑調試，配制出符合要求的高強無收縮灌漿粉。注漿對高強無收縮灌漿粉的配備要求很高，調配完成后要求滿足以下幾點：①流動性適當，可泵性好，且是可調的；②凝結時間適當，且亦是可調的；③早期強度較高；④要有適當的細度。主要要求可以歸結為：初期流動性好，能夠快凝早強，后期強度要求不高。

（6）壓漿注入：將發電機組、注漿泵及連接設備調試好后，轉低速注入壓漿液，觀察注漿泵儀表的壓力顯示，先穩定值至0.4MPa左右，然后加大注漿泵轉數至中速，觀察注漿泵儀表，如儀表壓力猛然上升，關閉漿泵，重新以低壓進行注漿，如儀表壓力穩定值在0.6MPa左右，可再次加大注漿泵轉數至高速，正常注漿。注漿時，觀察回擴孔洞，根據返漿情況確認注漿完成度。

（7）置換的泥漿清理：注入高強無收縮灌漿粉后，因高強無收縮灌漿液的壓力值較大，會將孔洞擴孔使用的膨潤土頂出至定向鉆出入土點，應采用吸污車進行循環抽排倒運至環保部門指定地點。

4 注漿注意事項

（1）注漿管道在開注漿孔前需進行可靠性檢查或者壓力試驗。

（2）在注漿料配置中，為了確保漿液的性能，使高強無收縮灌漿粉有足夠的水化時間，在用量不改變的情況下，需增加儲存罐的數量[3]。

（3）配漿使用的化學添加劑控制的關鍵點：密度、需水量、粘度、凝結時間、稠化時間、早期強度、長期強度、耐久性及失水率等，應采用環保型添加劑。

（4）注漿置換完成后應在定向鉆兩側設置封堵段，可開挖一定深度后采用粘土或水泥石灰土對管道周圍土方進行置換并壓實。

5 結語

本工程注漿施工完成后，較淺部位經開挖驗證檢查，定向鉆擴孔孔徑與回拖管道之間砂漿填充較密實，注漿效果較好。