长距离岩石层定向钻施工措施.doc

2009年江苏石油勘探局油田
建设处技术、质量研讨会材料

定向钻穿越长距离岩石
地层的施工控制措施

井振洪
江苏石油勘探局油田建设处

定向钻穿越长距离岩石地层的施工控制措施
井振洪
（管道技术工程公司）
摘要：本文着重介绍了水平定向钻针对长距离岩石地层按照穿越施工步骤采用的工艺技术，结合实际工程中所遇到的问题进行的小结。
关键词：长距离岩石层测量放线控向参数导向孔扩孔回拖泥浆
概述：
定向钻穿越施工技术是在不挖开地表的情况下进行地下管线的铺设、修复和替换的一种城市建设新技术，它以独特的技术优势和广阔的市场前景得到世界各国的极大关注。至今在国内已取得了较大的发展，目前非开挖铺管技术在单一地层中施工时，其理论和施工工艺都比较成熟，但对于地层为岩层、流砂层等复杂地层的地区，定向钻技术还存在很多不足，尤其是在复杂地层中导向的问题。随着我国经济的发展，加紧在复杂地层中进行定向钻技术的研究具有很重要的理论和实践意义。本文按照穿越施工步骤浅谈长距离复杂地层穿越施工过程中个人总结出的一些经验与心得，仅供交流与学习。
1、施工准备
1.1测量放线
根据施工图、设计控制桩进行测量放线，定向穿越往往是施工困难地段，测量时入土点、出土点两点大多不能通视，属于放线的特殊段处理。操作过程中，定好了出、入土点，就需要利用坐标控制，来回倒点，将入土点、出土点之间的直线在现场标出。而且，定向穿越对测量放线的精度要求高，这就需要在操作过程中精益求精，尽量减少人为操作误差，主要控制手段有：
①在测量木桩上画交叉点，定桩定向时使用对中杆；
②进行多次测量来减少误差——“一定二测三校验”；
1.2控向参数的设定
控向参数是定向钻穿越工程成功的关键工序，是定向钻穿越必不可少的步骤。在施工前，根据穿越管道的设计位置（包括入土点和出土点、入土角和出土角）来测定管道穿越的中心线，并在入土侧和出土侧分别标示出中心桩。利用探头在该中心线上测定穿越施工中需要的各种初设参数，为穿越施工提供基准。首先将探头安放在两根带有“V”型槽的木条上，将探头和接口单元、控制电脑和电源（110V交流）连接起来。电源以后，开启接口单元上的供电按钮，给系统供电，通电以后探头会将获取的定位参数传输到接口单元，通过接口单元再传输到计算机，在计算机显示屏上会显示探头的各种参数和当地地磁场强度和地磁夹角，为了测量数据的真实性，应将探头放置在无外界磁场干扰的地方（包括作业人员、高压电缆、通讯电缆和其他金属等），而且要使探头远离这些障碍物至少60m，探头不能直接放在地面上，并尽可能的离地面高些。探头放置在V型木架上时，方位角的测定过程中，应按入土端、出土端分组测量，每组将探头顺时针旋转90°和180°进行多次测量。测量完成以后，利用测量所得的数据计算值，通过每组数据进行比较，来判定探头误差。误差值如果在规定范围之内，证明探头精度复合工程需要，可以使用。如果误差值超出比较大，应将探头送厂家进行校正和修复，如果误差值超出规定值较小，可以在测定参数时进行修正。（附注：方位角：定向穿越直线与地球磁场北极的夹角。顺时针为正，逆时针为负。）
1.3导向孔轨迹的控制设计
施工前要根据地质勘察报告及穿越管的管径、长度设计出最优化的导向钻进的轨迹，在长距离岩石地层穿越曲线的设计时，在满足设计要求的情况下，适当地放大穿越曲线的曲率半径，这样使穿越曲线比较缓和，并在控向过程中有更大的空间对穿越轨迹进行校正。
设计穿越轨迹时一般要考虑三方面的要求：
①铺设管线的深度和水平距离；②避开的地下障碍物和石块等复杂地层段；③钻进角度或出钻角度的弧度变化控制。1.4泥浆配制
泥浆是定向钻穿越工程中非常重要的因素，泥浆一般由水、膨润土及泥浆添加剂等配成，根据穿越工程的实际情况，泥浆的成分配比需要作适当调整。如果地质情况复杂、穿越直径和长度较大，对泥浆的性能要求就比较高，相应要采取不同的措施，以确保能够穿越成功。
①泥浆应具有适当的粘度和流动性，携带钻屑能力要强，使钻屑在孔底呈悬浮状态，通过泥浆的流动使钻屑能够顺利返出地面。
②泥浆应该有比较强的护壁作用，能够提高孔壁的稳定性，尤其对于孔径较大、容易坍塌的地层，更应如此。
③泥浆应该具有较强的润滑性能，为管线回拖提供有效的润滑作用，特别是当穿越长度较长，加入润滑剂降低摩擦系数可以降低管线的回拖力。
④在穿越经过不同地层和穿越施工的不同阶段，调整泥浆的压力和流量，满足穿越施工的需要。
2、施工过程工艺的技术控制
2.1导向孔
导向孔曲线控制至关重要，根据穿越地层的类别选择最优的钻具组合，在岩石施工过程中针对岩石层强度高可采用：（三牙轮钻头＋动力钻具＋探棒室＋无磁钻铤＋加重钻杆＋普通钻杆）的钻具组合在施工过程中总结出以下几点经验：
①定向钻穿越距离长时，摩擦阻力增大，钻