定向鉆穿越套管隔離新技術介紹課件

1、定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,定向鉆穿越套管隔離新技術,匯報人：劉艷利 中國石油天然氣管道科學研究院 2016.07,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,定向鉆穿越套管安裝技術是指在定向鉆穿越出入土兩端，為了隔離不良地層而采用夯進、頂進或開挖等方式來進行的套管施工技術。 目前以夯管法套管安裝為主,一、傳統(tǒng)套管安裝技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,一、傳統(tǒng)套管安裝技術,夯管法套管安裝技術是一種用低頻率、高沖擊能量的夯管錘，在空氣壓力差的作用，推動活塞在缸體內(nèi)作往復運動，帶動沖錘沖擊砧座(錘外殼)，并將待鋪的鋼管沿設計路線直接夯入指定位置來實現(xiàn)隔離不良地層的技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,一、傳統(tǒng)

2、套管安裝技術,在夯管施工前，需對套管夯入過程阻力進行分析計算，保證選擇的設備及配套機具符合現(xiàn)場要求。其中主要進行分析計算的力為： 土層對鋼管外壁的摩擦阻力 鋼管前端的正面阻力 鋼管內(nèi)土芯產(chǎn)生的阻力,1. 夯管設備選型,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,一、傳統(tǒng)套管安裝技術,1）土層對鋼管外壁的摩擦阻力： P=frD H/2+K1( H+D/2)/ 2+(+G)/(rD) L 式中： r：土的重度(kN/m3)； f：鋼管與土層的摩擦系 數(shù) ； D：鋼管外徑 (m) ； H：管頂以上露土厚 度 (m)； K1：主動土壓力系數(shù) K1 =tg2 (45-)/2 )； ：單位長度鋼管的自 重 ( kN/m

3、)； G：單位長度鋼管內(nèi)土芯的重量(kN/m)； L：套管安裝長度 (m,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,一、傳統(tǒng)套管安裝技術,2）鋼管前端的正面阻力： P = n DtR 式中 ： R：鋼管前端中心線處的被動土壓力 R=r HKp+2C/Kp 其中： Kp ：被動土壓力系數(shù)，Kp=tg2(45 +D/2) r ：土的重度 (kN/m3) H：管道中心的深度(m) C ： 土的粘聚力(kPa) D：管靴的平均直徑(m) t ： 管靴的厚度(m,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,一、傳統(tǒng)套管安裝技術,3）鋼管內(nèi)土芯產(chǎn)生的阻力： P =p q p k Ap 式中：p ：管端閉塞效應系數(shù) q pk：依據(jù)預

4、制樁極限端阻力標準值(kPa) Ap：鋼管內(nèi)土柱的截面積 (m2) 4）夯管過程中所需的總推力： P總 = P + P + P,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,一、傳統(tǒng)套管安裝技術,1）測量放線。 2）制作工作坑。 坑底長為:管段長度+夯管錘長度+1米， 坑底寬為: 管徑+1米。 3）鋼管安裝與定位。 4）夯管,2. 夯管施工工藝,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,一、傳統(tǒng)套管安裝技術,通過對管道定向鉆穿越套管安裝多個工程案例分析，現(xiàn)階段夯管法安裝主要存在以下問題： 1）夯管過程受力分析； 2）管體減阻； 3）夯擊精度控制； 4）減震降噪； 5）夯入深度不足,3. 夯管法安裝技術存在的主要問題,定向

5、鉆穿越套管隔離新技術介紹,10,1、頂管法套管安裝技術,頂管法套管安裝技術是指根據(jù)定向鉆穿越出入土側(cè)軌跡要求，利用可伸縮機頭頂管機斜向安裝套管的一項施工技術,二、套管安裝新技術,技術關鍵點：可伸縮機頭 斜向地錨,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,11,1、頂管法套管安裝技術,1）日本技術 日本研制的一種可變徑及回收型頂管機，刀盤采用徑向伸縮式。頂管機外徑有1350mm、2000mm和4070mm等多種規(guī)格。此類頂管機由徑向伸縮式刀盤、殼體、動力裝置、糾偏油缸和排渣系統(tǒng)構成,由主頂裝置和頂鐵頂推水泥管完成頂管施工,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,12,采用液壓缸收縮方式實現(xiàn)變徑，液

6、壓缸伸出軸易因變形或巖屑滲入卡死，導致機頭無法回收。 刀盤設置和刀具選擇均針對土層，不適用于砂層和卵礫石層套管安裝。 日本的可變徑及回收型機頭采用土壓平衡及出土形式，僅適用于地下水以上的土層中施工，不適合高地下水位套管施工,該機頭存在的缺點是,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,13,德國圓環(huán)和圓面拼接式機頭，采用定向鉆機拉拔破壞刀盤進行回收的方式。該刀盤存在的問題是強度低，不能在砂層、卵礫石地質(zhì)中進行套管安裝，現(xiàn)在只應用于軟土中。目前還不能在砂層、卵礫石地質(zhì)中完成大口徑（1219以上）套管的安裝作業(yè),2）德國技術,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,14,3）可伸

7、縮機頭套管安裝新技術工藝,根據(jù)日本和德國的相關設備，管道科學研究院結合套管安裝工藝及成熟頂管主機，設計了滿足定向鉆穿越出入土側(cè)隔離套管安裝的可伸縮機頭頂管機，同時設計了滿足套管安裝的斜向地錨。 使用改技術安裝套管的優(yōu)點： 可控方向 可進基巖 地層適應范圍廣,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,15,1可折疊刀盤 2錐形破碎裝置 3套管 4殼體 5“I”形鋼條 6 旋轉(zhuǎn)回收裝置 7“”形槽口 8糾偏油缸 9動力系統(tǒng),可伸縮機頭頂管機,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,16,a、第一節(jié)鋼套管機頭固定裝置 b、伸縮機頭外殼體,c、機頭插入 d、機頭插入到位,二、套管安裝

8、新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,17,e、機頭旋轉(zhuǎn)到位 f、安裝旋轉(zhuǎn)固定-回收裝置,g、安裝回收用鋼絲繩,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,18,a）支撐油缸收回，旋轉(zhuǎn)油缸收縮 （b）挖掘機拉動鋼絲繩，機頭相對鋼套管向后移動,c）被卡住的折疊刀盤傘狀收縮，固定銷軸被剪斷（d）繼續(xù)拉動鋼絲繩，機頭連同殼體整體收回,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,19,套管安裝掘進機性能參數(shù)表,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,20,地錨系統(tǒng),二、套管安裝新技術,為了減少主頂站后背墻施工工期、鉆機方面就位，主頂站由地基和地錨承受作用力，不采用傳統(tǒng)的后背墻式結

9、構。主頂站直接焊接或錨固固定在其下的鋼木基礎上。鋼木基礎和固定鋼木基礎的鋼管作為地錨系統(tǒng)，起到后背墻的作用,地錨系統(tǒng)結構示意圖 1-地層 2-鋼木基礎 3-錨固鋼管,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,21,頂推裝置、折疊式可伸縮切削機頭、鋼套管、止水密封圈、導軌、進/排漿管、鋼絲繩、鋼絲繩導管、挖掘機、液壓站、排漿泵泥漿處理單元、進漿泵、減阻泥漿注入系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)回收系統(tǒng),2）頂管法套管安裝所需設備,工藝流程圖,3）頂管法套管安裝施工工藝,二、套管安裝新技術,定向鉆穿越套管隔離新技術介紹,22,技術特點： 1）能夠挖掘盲孔，將鋼套管安裝到位，伸縮切削機頭能夠從套管內(nèi)整體收回。不用人員進入拆卸成散件分塊運出，保證了高水壓下人員的安全，提高了施工效率。 2）機械式挖掘、液體排渣，代替了以往人工取土落后的施工方式，降低了人工勞動強度。效率高，安全可靠。 3）全地質(zhì)型，可在砂層、卵礫石、碎石、較大石塊（100mm以上），和抗壓強度高達100Mpa的巖層完成套管安裝。突破了夯管錘夯擊套管的地質(zhì)不適應性