水平定向钻施工中造成卡钻因素和预防措施

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1、水平定向钻施工中造成卡钻因素和预防措施　　摘要：本文结合水平定向钻施工中的卡钻事故，对卡钻原因做出了初步分析，并总结各项影响因素及预防措施，对今后此类施工具有一定借鉴意义。关键词水平定向钻；卡钻事故；因素；预防措施中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1引言水平定向钻施工是在不破坏或微破坏地表的条件下，进行地下设施的施工，它广泛应用于给排水、电力、天然气、石油等多种行业，并适用于各种地质情况，是一项较新的施工技术。目前水平定向钻施工以其经济、环保、快速等优点在我国得到广泛应用。但施工中经常遇到卡钻事故，不但造成施工进度滞后，而且经常带来较为严重的经济损失，此项技术被称作“高收

2、益、高风险”的双高技术，因此如何解决施工中常遇到的卡钻问题已成此项技术的重要课题。2事故概述2.1工程概况7本工程为自来水给水管道安装工程，管道直径500mm，长397m，根据现场地形入土点选取在取水泵房延长线140m处，定向钻穿越入土点自然地面高程+134m，入土角16°，出土点高程+102m，位于水库底部，穿越层地质情况如下：①层杂填土（Q4ml）：杂色，松散；②-1层淤泥（Q4al）：流塑，黏性较大，含腐殖质；②-2层碎石（Q4al）：松散至稍密；③层残积土（Qel）：原岩结构完全破坏，风化呈土状，可塑，含少量原岩风化碎屑，手易掰开，局部夹少量风化硬块，硬块强度低；④-1层全

3、风化板岩（P2）：原岩结构基本破坏，大部分风化呈土状，局部呈碎屑状，手易掰开，局部夹少量风化硬块，硬块强度较低；④-2层强风化板岩（P2）：原岩结构大部分破坏，风化裂隙很发育，岩体破碎，岩心呈碎屑、碎块状，夹风化硬块，硬块程度较低、敲击易碎，局部风化硬块含量较高，强度较高。岩体完整程度属极破碎，岩石坚硬程度属软岩；④-3层中风化板岩（P2）：板状结构，原岩结构部分破坏，风化裂隙发育，岩心呈碎块状，局部风化裂隙不发育，岩心呈柱状，硬度较大，整体考虑，岩体完整程度属破碎。2.2事故情况7穿越施工在前11根导向钻杆的钻进过程中情况正常，当第11根钻杆钻进到一半时（钻头距入土点水平距离11

4、1m处，高程+103m），发现泥浆返浆变小，于是加大泥浆排量，增加携带量，继续钻进，在第12根钻杆最后3m的钻进过程中，钻机扭矩增大无法正常工作。2.3事故原因事故发生穿越地层为④-3层中风化板岩，硬度较大，岩体完整程度属破碎，而施工前未能对此穿越层地质情况认真分析，拌制的泥浆黏稠度不能满足护壁的要求；同时泥浆用量过小，岩屑携带量不够，钻孔内岩石碎屑排除不彻底，综合多种原因最终造成卡钻事故发生。2.4事故处理施工单位调入一台大功率钻机强行回拖，结果仍未能将钻杆拉出，后进行专家讨论采取大开挖方式将卡钻点挖出，然后将钻杆顺利拖出。3对造成卡钻因素的解析3.1施工准备因素及措施7（1）对

5、穿越层情况的了解和分析是影响卡钻的重要前提因素之一。定向钻施工前必须对穿越层的情况有全面详细的了解，其中应包括穿越层的地质情况、地下构筑物、已有管道、枯井及其他障碍物等。地质资料以探孔勘探资料为依据，探孔的布置必须“多点、全面”，尤其针对复杂地质，必须遵循“先期小投资，避免日后大损失”的思想原则。穿越层地下障碍物较复杂时，除应详细分析勘察单位提供的地勘资料外，还应与当地各相关部门沟通了解，查看现有资料的同时进行现场查看，尽量确认障碍物的准确位置，做好充分准备工作，为后续施工避免卡钻事故的发生提供重要依据。（2）根据地质情况选用合适的定向钻机及配套设备，见表1、表2、表3。定向钻机的

6、主要参数包括最大扭矩、回拖力、给进力、入射角、泥浆泵排量等。回拖力过小遇到坚硬破碎岩层时易卡钻；入射角过小给曲率半径设计带来局限，同时增加了施工难度，卡钻事故风险加大；泥浆泵排量的选用更是与地质情况密切相关。导向钻头及扩孔器应根据穿越层地质情况选择，避免强度不够而造成卡钻。选用带有系统报警功能的定向钻机也为有效预防卡钻提供了参考依据。3.2施工工艺因素及措施（1）导向孔轨迹设计是施工组织设计的重要部分，其中入射角及曲率半径参数的设计影响钻头钻杆在穿越层的侧向受力，尤其对于较大口径管道影响较大，曲率过小钻头及钻杆侧向力增大，容易造成卡钻，需选择合适入土点进而控制曲率半径。以图1为例介

7、绍入射角及曲率半径的选择方法。表1定向钻机类型选用参照表2导向钻头类型选用参考表表3扩孔器类型选用参考表7α1-入射角α2-出土角R1-入土曲率半径R2-出土曲率半径入射角及出土角应根据钻机的性能及穿越障碍物的距离确定，并应考虑所使用管材的最小曲率半径，一般地面入土角选8°～20°。轨迹的曲率半径应首先满足钻杆的最小曲率半径，一般取R≥1200D（R-钻杆曲率半径；D-钻杆外径），进而验算管材的最小曲率半径。从穿越层地质情况方面考虑，导向轨迹应符合以下原则：应尽量避免