水平定向鉆施工工藝及重點環(huán)節(jié)

水平定向鉆施工工藝及重點環(huán)節(jié)一、施工工藝二、泥漿配置泥漿是水平定向鉆穿越工程中非常重要的因素，可以說泥漿的質(zhì)量，很大程度上，決定了定向鉆施工的成與敗。泥漿一般由水、膨潤土及泥漿添加劑等配成，根據(jù)穿越工程的實際情況，泥漿的成分配比需要作適當(dāng)，調(diào)整泥漿的質(zhì)量，主要從以下三個方面來控制：1、水。泥漿用水，宜用堿性的水2、膨潤土。宜用鈉膨潤土，不使用鈣膨潤土3、配置好的泥漿pH值控制在8～10如果地質(zhì)情況復(fù)雜、穿越直徑和長度較大，對泥漿的性能要求就高，相應(yīng)要采取不同的措施，通過添加泥漿添加劑改善泥漿性能，以確保能夠穿越成功。2.1泥漿的作用：（1）泥漿具有適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃有?，攜帶鉆屑能力強，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態(tài)，通過泥漿的流動使鉆屑能夠順利返出地面。（2）泥漿有較強的護壁作用，能夠提高孔壁的穩(wěn)定性，尤其對于孔徑較大、容易坍塌的地層。（3）泥漿具有較強的潤滑性能，為管線回拖提供有效的潤滑作用，特別是當(dāng)穿越長度較長，加入潤滑劑降低摩擦系數(shù)可以降低管線的回拖力。（4）泥漿能夠?qū)︺@具起降溫作用。2.2常用泥漿化學(xué)處理劑為了保證水平定向鉆進泥漿的穩(wěn)定性和提高泥漿的各種工藝性能，以適應(yīng)各種情況下的鉆進要求，泥漿中使用著各種各樣的泥漿添加劑。水平定向鉆進泥漿常用的泥漿添加劑有：A.純堿；B.防塌劑；C.降失水劑；D.潤滑劑。2.3泥漿在不同地層的配置2.3.1粘土層的泥漿性能要求及組成其主要特點：成孔性好，可鉆性好，鉆具在土中旋轉(zhuǎn)推進、造斜和出土都能比較好的成孔，不易坍塌，是最適宜穿越的地層。泥漿的組成：膨潤土+純堿+降失水劑在一般的條件下，采用上面的配合比；施工中要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2.3.2砂層和細砂、卵石、礫石（少量的）地層的泥漿性能要求及組成其主要特點：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力強。導(dǎo)向孔和回擴孔時極易坍塌，泥漿含砂量高造成機具對巖屑的重復(fù)破碎，機具和設(shè)備磨損較重。泥漿的組成：膨潤土（一級）+防塌劑（聚合物）+降失水劑+潤滑劑。在一般的條件下，可采用上面的配合比；施工中要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。2.3.3泥巖成孔性極好的泥巖，這類巖層在管徑小、距離短的情況下，一般用清水就可以完成工程，但建議在清水中添加一些堿，提高造漿率和攜帶懸浮能力，能使工程更加順利的完成。2.4泥漿粘度值表三、鉆導(dǎo)向孔的原理按照設(shè)計圖紙的入土點的角度，在動力頭的作用下，鉆頭帶動鉆桿旋轉(zhuǎn)前進，利用人工磁場法是在穿越中心線兩側(cè)布設(shè)閉合導(dǎo)線圏，通電后形成外加磁場，用以對控向參數(shù)的復(fù)核。人工磁場可不受任何外部磁場的干擾，準確1-3=1-1*9/10+2*9-7=3反映鉆頭所在的具體位置，左右偏移量和穿越點高程情況，人工磁場測得的數(shù)據(jù)是探頭所在位置的真實反映，使用GPS對地面測向、定位，使兩條邊線相對于中心線對稱，以進行穿越中心線兩側(cè)磁場線圈閉合，最終從出土點鉆出。四、施工過程中注意的問題4.1設(shè)備就位、安裝、調(diào)試定好穿越長度后，根據(jù)入土點、入土角度結(jié)合現(xiàn)場實際情況使鉆機準確就位。鉆機設(shè)備、泥漿設(shè)備安裝完成后，對設(shè)備進行調(diào)試、檢查、確保設(shè)備安全運行。導(dǎo)向設(shè)備儀器安裝完成后，對其進行校準，確保導(dǎo)向孔的精度。4.2導(dǎo)向孔鉆進要根據(jù)穿越的地質(zhì)情況，選擇合適的鉆頭。在導(dǎo)向孔鉆進時，每鉆進一根鉆桿，至少測量一次方向及鉆頭的實際位置，對探測點要做好標(biāo)記。根據(jù)儀器顯示數(shù)據(jù)進行及時調(diào)整，保證所完成的導(dǎo)向孔曲線符合設(shè)計要求。司鉆認真記錄鉆進過程中的扭矩、推力、泥漿壓力。以便對地質(zhì)情況有所了解，為擴孔器孔徑及類型的選擇提供依據(jù)，根據(jù)施工經(jīng)驗對擴孔速度進行控制。4.3擴孔擴孔次序：根據(jù)管徑、鉆機噸位及地質(zhì)條件確定每級擴孔器的選擇，一般擴孔至管徑的1.3~1.5倍，根據(jù)扭矩及拉力的大小決定是否需要清孔。在擴孔和回拖過程中控制鉆進速度，不宜忽快忽慢、甚至停鉆，這樣會導(dǎo)致所擴孔徑嚴重變形，在軟硬交界的地層中尤為明顯，因此在施工過程中要保持勻速，當(dāng)因故停鉆時要定時活動鉆具。鉆桿必須確保連接到位、牢固才可回擴，以防止回擴過程中發(fā)生脫扣事故。根據(jù)各種不同土質(zhì)配制不同濃度的泥漿，使其擴孔時回拖力的數(shù)值和扭距值控制在鉆機正常工作參數(shù)之內(nèi)。回擴過程根據(jù)不同地層地質(zhì)情況以及現(xiàn)場出漿狀況確定回擴速度和泥漿濃度及壓力，確保成孔質(zhì)量。4.4回拖管線回拖時連接順序：動力頭—動力頭保護短節(jié)—鉆桿—擴孔器—分動器—U型環(huán)—拖拉頭—管線。原則上要求擴孔（或清孔）與鋪管一氣呵成，中間不允許有長時間的非作業(yè)停頓。回拖時鉆機應(yīng)先開泵打水，保證擴孔器排漿暢通，當(dāng)擴孔器快要入土?xí)r，同時指揮鉆機旋轉(zhuǎn)，通過鉆桿輸送泥漿到擴孔器，一邊旋轉(zhuǎn)一邊回拉?；乩伖苓^程中，要密切注意拉力、扭矩、水壓等參數(shù)的變化，同時還要隨時關(guān)注現(xiàn)場有無異常情況出現(xiàn)，及時處理多余的泥漿。拉管中要派專人負責(zé)裝卸及運輸鉆桿，以保持整個拉管作業(yè)的連續(xù)性。入土和出土之間密切配合，用對講機互通信息，隨時保持聯(lián)系。另外，對出土處管線也要派專人進行維護，防止管線劃傷，確保回拉時管線安全及行人安全。4.5回拖速度管線回拖快慢三個因素：1）孔壁的失水量泥漿從擴孔器流出后假如保留在了孔中，經(jīng)過鉆頭的攪拌作用形成濕滑的泥，后面拖的管材經(jīng)過時將起到一個很好的潤滑作用，這樣就減小了回拖阻力。回拖管材時出土坑中不停地有泥漿流出，那孔的失水量一定很小，潤滑作用就好。2）鉆屑的造漿性能不論是清水、泥漿，在擴孔時會切削下鉆屑，水或泥漿與這些鉆屑攪拌后就會使其性能改變。如果鉆屑造漿性能本身就很良好的話，就會使原來的水或泥漿長時間保持性能，但如果造漿性能不好就破壞了原泥漿的效果，大大地降低了流動性、攜帶孔內(nèi)殘余物和潤滑的作用，會使回拖力大為上升。3）管材的長度管材越長時摩擦距離越長，回拖阻力越大。措施：失水量大、造漿性能差、不論管材長短都宜保證回拖力不很大時快拖；失水量小、造漿性能差或失水量大、造漿性能好且管子長時宜用偏快速度回拖，管子短時宜用偏慢速度回拖。五、施工經(jīng)驗在定向鉆鋪管施工過程中，經(jīng)常發(fā)生一些生產(chǎn)事故，給施工單位、建設(shè)單位及管線業(yè)主帶來嚴重的經(jīng)濟損失。5.1鉆桿方面5.1.1鉆桿絲扣扭損鉆桿的傾角遠大于了鉆機塔架的傾角，加鉆桿時由于兩根鉆桿的夾角不同，絲扣不能對正，斜著往上擰，絲扣嚴重受損。5.1.2鉆桿磨損定期對鉆桿進行檢查，如磨損，鉆桿損傷、嚴重彎曲等，并做相應(yīng)標(biāo)記。5.1.3擅自加大動力頭絲錐強度動力頭絲錐強度提高，那薄弱環(huán)節(jié)就不在該處而在孔內(nèi)的鉆桿上了，動力頭絲錐保住了，卻把孔中的鉆桿扭斷了。5.2導(dǎo)向技術(shù)導(dǎo)向工作是定向鉆鋪管中的一個重點。雖然從施工流程來看只是一個施工環(huán)節(jié)，但是整個工程從擴孔、清孔、拖管都無一不受導(dǎo)向軌跡的影響。在導(dǎo)向施工前要做到“胸有成竹”，事先計劃好所需的軌跡數(shù)值，使整個軌跡盡量形成一條平滑的曲線，不宜猛糾硬調(diào)。5.3拖管中斷拖管時由于客觀原因限制，中途需要停頓，這時要隔一段時間向孔中送一次沖洗液，不能使孔內(nèi)壁的殘留鉆屑失水后抱死管材。5.4管線回拖經(jīng)驗總結(jié)為了避免不必要的損失，提高水平定向鉆鋪管工程施工的成功率，保證管線鋪設(shè)的質(zhì)量達到設(shè)計要求，我們應(yīng)該對施工不斷進行經(jīng)驗總結(jié)，它包括以下五個方面內(nèi)容：5.4.1鉆機的固定方面回拉管材時，鉆機是不能移動的，而一般情況下，鉆機的自重根本無法與鋪管的回拉力相抗衡，因此鉆機必須用地錨固定住。25T鉆機的地錨，一般是用大錘打錨桿，把鉆機前支撐架固定在地面上。如果回拉力很大，在必要情況下，采用鋼絲繩套住鉆機大梁，然后埋后地錨將鉆機拉住，條件允許情況下可以租用挖掘機用鋼絲繩拉住鉆機。5.4.2鉆具方面回拉鋪管鉆具的組合擴孔器與分動器連接處有起固定作用的螺母，螺母一端專門設(shè)有插銷孔，組裝鉆具時必須在插銷孔中穿入鐵絲作為插銷，以防止螺母在回拉鋪管過程中松動脫落。U形環(huán)屬易損件，一般情況下使用的是國外進口產(chǎn)品，因為有些國產(chǎn)U形環(huán)強度不如進口U形環(huán)的強度大，容易拉斷，使用壽命短，耐久性也不好。U形環(huán)上的固定螺母要用扳手擰緊，并且要插上插銷，防止松動脫落。上述兩處是很容易被忽略的，要特別引起重視，否則可能會造成嚴重的事故導(dǎo)致拉管失敗。5.4.3擴孔方面（1）孔內(nèi)的清潔狀況。如果沒有清孔或清孔不徹底，拉管時會帶出大量的殘余泥土，影響施工場地，并且會大大增加拉管的回拖阻力。拉管時，拉力和扭矩都會很大，必須再次清孔，直到孔內(nèi)殘留物較少為止，然后才能進行回拉鋪管作業(yè)。所以要保持孔內(nèi)清潔，不要殘留過多鉆屑。清孔時，用擠壓式擴孔鉆頭，操作鉆機慢拉快轉(zhuǎn)。利用擴孔器的結(jié)構(gòu)形狀使鉆孔得到徑向擠密，既能形成完好的孔壁，也對孔壁有一定的保護和鞏固作用，多余的土體被擠壓或拉出孔外。（2）孔內(nèi)的暢通情況孔內(nèi)返漿與孔內(nèi)的暢通情況有一定的關(guān)系。如果沒有返漿現(xiàn)象，可能會導(dǎo)致鋪管失敗，要分析實際原因。如果孔內(nèi)不暢通，泥漿中水也漏失，則剩下鉆屑越積越厚，管線易被“抱住”，給拉管造成很大的阻力。在正常拉管情況下，一般會有返漿現(xiàn)象出現(xiàn)。一般是開始返漿發(fā)生在尾部，當(dāng)回拉到只剩下三四根鉆桿時，前面才會出現(xiàn)返漿。在砂層中拖管，返漿中攜帶有大量殘存的砂粒等鉆屑冒出。而在粘土層中，返回的泥漿比原沖洗液泥漿更濃。返漿的出現(xiàn)說明孔內(nèi)暢通，拉管很容易成功。5.4.4泥漿方面（1）鋪管過程中孔內(nèi)要始終充滿足夠的泥漿。泥漿不僅可以保持孔壁穩(wěn)定，防止坍塌，還可以對鋪管起到很好的潤滑作用，大大減小管線與孔壁之間的摩擦阻力。（2）關(guān)于泥漿的配比：非開挖泥漿的PH值一般應(yīng)該保持在8～10。根據(jù)砂層、粘土層等各種不同的土層情況，應(yīng)采用不同的配合比，回拉鋪管中泥漿的作用要