水平定向钻进管道穿越对接技术

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1、水平定向钻进管道穿越对接技术6水平定向钻进管道穿越对接技术摘要：水平定向钻进管道穿越对接技术，是解决超长距离或在复杂地质等情况下进行管道非开挖穿越的一种新工艺，将有助于提高工程建设公司水平定向钻进管道穿越的技术水平。关键词：水平定向钻管道穿越对接技术0前言从2003年起，我国石油天然气的大口径、长距离管道建设已经开始形成规模。随着国家对能源问题认识的不断深入，油气管道这一国家级的公共基础设施建设势必会大大加速，中国的油气管道业已进入发展期。目前，大跨度地穿越江河是大口径、长距离油气管道建设的主要难点之一。现有技术多为采用水平定向钻穿越，水平定向钻进管道穿越对接技术是解决这一难点的一种新

2、工艺，可降低长距离钻孔容易造成卡钻、抱钻和角度失控的风险，在缩短工期的同时，保证实际入、出土点完全达到水平定向钻进设计的要求。1.钻导向孔钻具的配备：主、辅钻机→钻杆→泥浆压力传感器、控向探头→无磁钻铤→带弯泥浆马达→牙轮钻头。其中泥浆压力传感器、控向探头装在无磁钻铤中。水平定向钻在入、出土点采用两台钻机钻导向孔，一台为主机，另一台为辅机，一般将大吨位的钻机为主机，小吨位的钻机为辅机，组成对接钻进导向孔的机组。1.1人工磁场的建立图1人工磁场线圈布置及电流情况示意图在水平定向钻机钻导向孔前，为了保证导向孔的偏差在允许范围内(两钻机中心轴线偏差在0.01米以内)，对接钻进要求在穿越入、出

3、土点之间沿穿越轴线全程铺设交流磁场线圈。中心轴线上磁场线圈要求左右偏差不能超过1米，因此要根据施工现场的情况，采取辅助技术按照不同的穿越工艺要求，进行铺设磁场线圈的电缆，并做好标记以防止发生意外的损坏、事故和给他人带来不便等现象。图1人工磁场线圈布置及电流情况示意图。61.1导向孔的对接通常在水平定向钻进过程中，主钻机在入土点沿着设计的穿越轨迹向出土点钻进，到达预定的对接段后，等待与出土点进入的辅助钻机向入土点钻进的钻头对接，对接过程中产生的偏差由主钻机进行反复调整消除。偏差的测量主要是依据两钻机的导向传感器相对测得的，根据传感器测量的参数，计算出偏差的方位和两钻杆的相对距离，逐渐调整

4、，消除偏差，实现两钻头对接。对接后，辅钻机后退，主钻机沿辅钻机的导向孔钻进，边钻边检测钻机的参数，保证主钻机钻头始终在辅钻机的导向孔内。辅钻机边退，主钻机边进，最终主钻机的钻杆到达入土点完成导向孔的钻进过程。图2主、辅钻机对接钻进导向孔1.2导向孔对接段的选择预定的对接段应选择在地质相对单一、无裂隙、断层，岩石状况较好的距出土点较近的水平段上，同时地面无磁场干扰。一是利于对接时主钻机进行调整，简化钻进的操作程序，易于对接后主钻机的钻头顺利跟进到辅助钻机所钻的导向孔中；二是一旦对接点发生“错位”（出台阶、凸台）现象时，利于进行修正；三是利于导向孔对接段的测控。1.3导向孔对接段的测控在对

5、接段建立人工磁场，为了减小测量误差，使所测数据更加接近对接段的实际情况，应将探测传感器的中心轴线与穿越设计曲线的相重合。测量位置周边10米范围内无外接磁场，如：高压电缆（线）、通讯电缆和其他金属物体产生的感应磁场。由导向系统的探测传感器采集磁场数据,并分析周围磁场的变化情况,通过计算机对磁场矢量进行计算,判定探测器(钻头)的位置,引导钻头按设计的穿越曲线出土。2.预扩孔由于地质条件不同,所采用的扩孔工艺6不同，可分为：单钻机单向扩孔、双钻机双向扩孔；可在同一穿越孔内分别对岩石段和粘土段进行扩孔，先完成入土端粘土和岩石段扩孔,然后再进行其余段的扩孔。在扩孔施工中，当推力负荷增大时，孔壁内

6、钻杆的“边缘荷载”亦相应增加，钻杆会发生一定程度的变形。根据计算，在软的黏土层内，当钻杆长度为1800-1900米以上时，钻杆将出现失稳现象，失去对扩孔器的控制，随时可能发生扩孔器偏离的现象，甚至造成钻杆折断。在进行长距离定向钻扩孔施工时采用的单钻机扩孔施工风险性极高，因此，易采用双钻机双向扩孔工艺。两台钻机一推一拖，钻杆由一端约束的压杆变成两端约束的拉杆，受力性质发生改变，彻底杜绝了变形。这一工艺不但确保了扩孔施工中的调整灵活性和安全性，还加快了施工速度，确保工程的穿越成功图3双钻机同步扩孔施工工艺示意图1.管道回拖回拖钻具的组成：钻杆→麻花钻铤→扩孔器→旋转接头→U形环→工作管道。

7、预扩孔完毕后要进行管道的回拖。为了确保管道顺利回拖，在回拖前，要仔细检查扩孔器的各通道和泥浆喷嘴是否通畅。在管道回拖过程中，要根据钻机显示拖力的大小，控制好回拖的速度；要根据管道回拖过程中地质变化的情况配比合理的泥浆。为了防止管道回拖过程中划伤防腐层，需将回拖管道置于发送沟内或发送架上。对于有牺牲阳极保护要求的管道，要将牺牲阳极的铝—镁条状板材缠绕在管道上，并固定牢固。根据出土角和主管道的埋深，在工作管道入土点前端按一定比例挖一条发送沟，清除发