大口径管道定向钻穿越扩孔施工的技术探讨.大口径管道定向钻穿越扩孔施工的技术探讨

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1、大口径管道定向钻穿越扩孔施工的技术探讨来源：非开挖技术作者：楼岱莹日期：2009年09月25日访问次数：170随着国民经济不断的增长及对能源需求的增加，现阶段国内外输油气施工管道的口径也越来越大。以我国已建和在建的施工管道为例，已建的西气东输一线40英寸施工管径，在建的中亚输气管道的42英寸施工管径和西气东输二线的48英寸施工管径。而管道施工中，作为一种经济、快捷且地貌破坏很小的河流穿越方式———水平定向钻穿越，在进行大口径管道的定向钻施工时，需要进行多级的扩孔施工，而扩孔器和钻杆钻具的重力作用使扩孔器下沉现象尤为严重，造成工期和材料消耗

2、的增加，且大口径的孔壁稳定性也有所下降，施工难度增大。本文就目前的水平定向钻穿越扩孔施工进行分析，并寻求降低扩孔器下沉现象的措施。以48英寸管道定向钻施工为例，在进行常规的扩孔作业时，需进行18英寸（视实际情况可省略）、24英寸、30英寸、36英寸、42英寸、48英寸、52英寸、56英寸、60英寸、64英寸共9至10级扩孔，在进行36英寸以上级别扩孔时，由于扩孔器及与扩孔器连接的钻杆的自重，使得扩孔器在工作期间一直对孔壁下沿地层有压力作用，而随着扩孔器的旋转，使切割后的孔洞有下沉趋势，随着级数的增大，扩孔器重量也越重，孔洞下沉的趋势也越严

3、重。图1为经过多级扩孔后孔洞的截面的示意图。在经过多级的扩孔之后，孔洞的横截面成上窄下宽的鸭梨形。以中石油管道局穿越公司在印度东气西输Purna河进行48英寸输气管道的定向钻穿越施工为例，施工管径Φ1219mm，壁厚为20.7mm，实际穿越长度为670m，主要穿越地质层位硬塑粉质粘土。在该工程实际施工中，共经历了18英寸、24英寸、30英寸、36英寸、42英寸、48英寸、52英寸、56英寸、60英寸、64英寸共10级扩孔工艺，孔洞经历了多次扩孔后，变成了长圆状，如图2所示。从孔洞截面可以看出，在扩孔过程中，钻杆的位置有最初的导向孔中心下沉

4、了至少3米，因此我们可以得知，该工程的扩孔施工做了大量的不必要的切削工作，以36英寸已扩完孔至42英寸进行切割刀扩孔为例，扩孔时截面示意图如图3所示，标有45°剖面线的区域为理想状态下的切削区域，标有135°剖面线的区域为实际切削区域。经计算，理想状态下在36英寸已扩孔的基础上进行42英寸扩孔，所需切削的面积为0.154m2，而考虑到扩孔器下沉后再进行扩孔的因素，则所需切削的面积增加到了0.579m2，该切削面积为理想状态时的3.7倍，而42英寸盲孔的横截面积为0.893m2，由此可知扩孔器下沉导致了所需切削面积为扩42英寸盲孔的一半以上

5、。因此，如果我们能够采取有效措施，减少扩孔时扩孔器的下沉所带来的不利影响，则可在工程中减少扩孔阶段无谓的切削量、减少投入的人力、物力以及工期的损耗。笔者认为，可以通过以下几个途径来实现：（1）在泥浆的性能和排量满足携带需求的前提下，尽量减少扩孔和洗孔的次数，可有效地减小下沉的距离。根据以往的工程施工可知，在适当的司钻操作下，除非特殊地质层如硬塑粘土层等会导致扩孔扭矩大增之外，一般常规的扩孔不会有大的扭矩产生，在国外已经有人进行导向孔之后，成功地一次性扩孔并将管道回拖就位的实例。中石油管道局穿越公司在中亚天然气管道伊犁河进行42英寸管道的定

6、向钻穿越的工程中，在伊犁河进行42英寸双管穿越，穿越的管道规格为X70钢，管径Φ1067mm，壁厚为28.6mm，穿越长度为1057m，施工地质层多为中密———密实中细砂，为保险起见，在A管的穿越过程中，采用了24英寸、30英寸、36英寸、42英寸、48英寸、52英寸、56英寸七级扩孔工艺，并在扩孔期间和回拖前，穿插进行的30英寸、42英寸、52英寸共三遍洗孔工艺；而在B管的穿越过程中，只采用了24英寸、36英寸、48英寸、54英寸四级扩孔工艺和30英寸、42英寸、52英寸共三遍洗孔工艺，最终A管和B管都回拖成功，但相比较后，B管比A管少

7、扩孔了3次，缩短了8天的工期和少用了大约5000m3的泥浆量，同时也大幅降低了设备和钻具以及燃料等损耗。（2）在满足扩孔施工力学性能的前提下，优化扩孔器等钻具的结构和重量，如采用高强度的钢材原料；在加强筋板等部位上开设工艺孔，尽量减少扩孔器所需的材料以减轻总重量。（3）充分运用空腔产生的浮力，桶式扩孔器内自带空腔，起到了很好的平衡扩孔器自身重力的作用，而针对板式的切割刀或者飞旋切割刀，可在扩孔器后方附加一个钢制浮筒，通过浮力抵消部分重力，切割刀后方加浮筒的示意图如图4所示。（4）针对岩石层的扩孔施工，在进行大尺寸扩孔时，由于岩石扩孔器、扶

8、正器的重量也很大，在这种情况下，首先要保证足够的泥浆排量和性能，防止岩屑床堆积，因岩屑堆积会造成扩孔器等钻具的不良磨损，并且使其在孔洞内的阻力大增。，另外在钻具组合上，可以采用多个扶正器的方式