定向钻施工方案.doc

临济管线张马路-中林路管段更换工程施工定向钻施工方案 徐州市中宇建设工程有限公司二0一五年十一月二日定向钻穿越施工方案由于本工程施工三条穿越，为保证施工工期，计划安排两台钻机同时施工，谷登GD1500-BL、GD900-BL各一台。1.定向钻穿越施工流程测量放线钻光缆管导向孔钻机等设备安装系统调校泥浆配置管道组对焊接（线路）回拖光缆套管无损检测补口、补伤（线路）清管、试压（线路）防腐层检测回拖管道清理场地、恢复地貌主管发送便道修筑、作业带清理及平整场地管道与钻具连接发送准备管道严密性试压钻主管导向孔扩 孔洗 孔2.施工前了解穿越点的地质情况和地形地貌，掌握穿越的结构、设计深度要求，进行技术交底，检查施工穿越设备、配套设备及各种施工机具是否齐全完好，施工材料准备齐全，管材检验合格并经监理工程师认可。穿越主管线使用正确，质量符合设计要求。3.按照施工计划及时向业主、监理工程师、文物部门递交施工方案，审批通过后办理“穿越施工许可证”。4.查明穿越段地下是否有管道、电缆、光缆等障碍物。相关手续办理完成以及征地协调工作完成后，进场施工。5.测量放线1)测量放线由参加接桩的测量工程师主持；测量仪器经法定计量部门校验合格且在有效期内使用。2)依据设计平面图、断面图、设计控制桩、水准标桩进行测量放线，采用GPS定位，全站仪进行测量，测量放线中对测量控制桩全过程保护。3)首先依据设计图纸复核两端控制桩的准确性，然后根据设计图纸提供的两端控制桩放出管道穿越中心线及钻机位置中心线，并在中心线上每隔50m设加密桩。4)穿越中心线放线定桩后，放出主管道中心线，穿越管道应与穿越中心线成直线摆放，主管道布管中心线距穿越中心线3.5m，放线时还应放出两端连接段的中心线。6考虑施工期间为保证施工场地的完好，需修筑施工便道及施工场地，修筑方式采用土工布铺底，上方铺设管排，部分松软地段铺设=20mm钢板。施工便道转弯处需加宽，满足15米的转弯半径。7.入土点一端，场地按照50米50米考虑，钻机场地垫平压实，保证钻机、动力站、泥浆泵等设备的进场就位。泥浆池的尺寸为10m102m，水池的尺寸为10m7m。8.出土点施工场地需修筑约6米宽的进场道路，道路推平压实，满足大型设备的进出场要求；出土点场地施工面积按4030米考虑。施工场地布置标准化，严格按照HSE标准要求进行施工，如下图片为我公司穿越施工现场布置。施工现场图9.管道发送布置：穿越回拖管线采用发送支架和发送沟结合发送的方式。10.钻机锚固、泥浆池在入土点、出土点分别挖砌排浆池和蓄水池各1个，排浆池蓄水池尺寸为10m10m2.6m，边坡坡度1：0.75，排浆池四周砌筑加固墙，坑内铺垫防水塑料布。钻机采用锚箱固定，锚箱布置在管道中心线上，距钻机0.5m处，在钻机场地挖5.6m3.2m2.2m锚坑1个，坑底做300mm中砂垫层和150mm C20素混凝土垫层。在垫层上用砖砌筑4300mm2200mm的池壁，池壁四周外与周围土壤间空余部分用混凝土浇注，将钢制地锚箱吊入锚坑内。施工时钻机下铺垫=12mm钢板60m2，钢板与锚箱用16#槽钢连接焊接。图-260mm椭圆封头325图-1钻机铺垫钢板20m3m锚箱拖管头制作（参见图）11.施工用水：用DN65消防水龙带和潜水泵抽取淡水送入储水罐中。12.钻机就位：根据设计交底与施工图放出钻机场地控制线和设备摆放位置，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。为保证放线准确性所用仪器应用GPS定位。 在存放钻机、发电机、泥浆泵、泥浆罐等设备场地铺垫双层塑料布，将钻机各部件组装，试运行。测量控向参数：按操作规程标定控向参数并做好记录。在管线中心线上至少选定三个点测定磁方位角并采取防磁干扰的方法布置人工磁场。图：测量控向13. 泥浆配置：按地质情况编写配置方案进行泥浆配置。泥浆是定向穿越中的关键因素，本穿越经过砂岩、泥岩等地层，对泥浆的护壁及携带能力提出了较高的要求，我们将采取以下措施：针对本工程为地质特点，我们选用优质的定向钻专用土粉，配合加一定比例的添加剂，确定泥浆配制方案。这些泥浆配制方案都是针对地质预告得出的，若地质条件改变，其配制方案也随之改变。1）将施工用水存入水罐，在水中加入纯碱，加速粘土颗粒分散,提高水的PH值为9.5左右；2）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的物质携带出孔外，同时维持孔壁稳定较长的时间，保持孔内泥浆面,减少钻杆摩阻,保证导向孔顺利完成。其基本配方是：膨润土4%：高聚物0.2%；润滑剂0.3%。3）预扩孔阶段要求泥浆一定的动切力和良好的流动性,提高泥浆携带能力，其基本配方为：膨润土4%，高聚物0.2%；润滑剂0.3%4）清孔和回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携带能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻；其基本配方如下膨润土4%，高聚物0.2%；润滑剂0.4%；各阶段泥浆性能总体应符合下以下要求:漏斗粘度表观粘度动切力中压失水备注45-5510-14153为了便于泥浆工操作，根据上述泥浆配比要求，结合现场配浆设备制定现场施工泥浆配比方案，以下配置方法不是固定不变的,施工中要根据地层及工艺状况随时调整泥浆配比.，各阶段现场配泥浆配比如下表：阶段每罐泥浆材料用量(35m3)彭润土 (袋)高分子聚合物(Kg)润滑剂(Kg)单项压力封闭剂（Kg）导向孔30-407-870-90扩孔45-556-870-100回拖20-305-690-1005）根据地质资料情况，适时调正泥浆配制方案，在施工过程中根据不同的地层断面及时平稳调整泥浆性能。根据之前施工经验，泥浆粘度要达到90以上。14.钻机试钻：各动力、泥浆泵调试正常，钻杆清理编号后试钻，钻进12根钻杆后检查各部位运转情况，各钻进参数显示正常后依次钻进。钻导向孔控向，对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。图：历城区南水北调干渠穿越为防止钻孔时导向孔与设计穿越曲线的偏移，控向采用目前国际最先进的P控向软件（该软件可直接用于对接穿越）和地面信标系统进行精准控向。当地面信标系统使用的电缆接通交流电后产生交变磁场， P软件即通过四次采集交流线圈数据并分析这些频率，并对导向探头和线圈之间进行矢量计算，筛选和取平均值后，最后得出导向探头精确位置。同时，在施工中严格按照施工规范，确保每根钻杆的操作，符合设计所规定的曲率半径范围。按设计穿越曲线绘制控向曲线，确定控向方案，并使用人工磁场钻导向孔。钻杆钻进时每根钻杆最大折角不超过1.0，连续4根钻杆累加折角不超过3。导向孔的偏差应符合：导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不应大于2m，出土点沿设计轴线的纵向偏差应不大于穿越长度的1/500，且不大于2m；横向偏差应不大于穿越长度的0.5，且不大于6m。在开钻前，准备万能表格纸，在开钻后，绘制钻进导向孔的纵坐标曲线图和横坐标曲线图，曲线图（不得涂改）将作为永久保存竣工资料。导向孔曲线图每一米取一个点（三维坐标）。穿越出、入土点的管线连接按每个焊口测一点（三维坐标）录入数据库。导向孔钻进时，钻具组合为：91/2动力钻具+65/8无磁钻铤+65/8S-135钻杆。图：定向钻穿越示意图另外，针对本工程地质情况，我们在导向孔钻进过程中，为防止钻杆抱死，每隔300400米处加一个泥浆分流器。主管线导向孔完成后，进行一遍修洗孔，洗孔时同样每隔300400米处加一个泥浆分流器。15.钻导向孔按设计穿越曲线绘制控向曲线，确定控向方案，并使用人工磁场钻导向孔。钻杆钻进时每根钻杆最大折角不超过0.5，连续4根钻杆累加折角不超过2。导向孔的偏差应符合：导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不应大于2m，出土点沿设计轴线的纵向偏差应不大于穿越长度的1，且控制在+5.5m-3m之间；横向偏差应控制在2m之间；钻头准确出土后，拆卸钻具并连接扩孔器。扩孔器入洞前喷射泥浆，以检查水嘴是否畅通，一切无误后开始扩孔作业。1）根据之前施工经验以及地质资料，为确保工程顺利施工，本工程扩孔采用增大扩孔直径级别，按照标准325mm管线扩孔至600mm可满足施工要求，但根据该条穿越实际情况，为防止岩屑在孔内堆积，出现卡管情况，扩孔级别增大至600mm。因此本标段管道穿越拟采用4级扩孔+1级洗孔（根据实际情况可增加扩孔次数及洗孔次数）。2）在每级扩孔施工中，要认真观察扩孔情况。如果发生扩孔不顺畅等，要进行一次洗孔。3）根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力。图：扩孔示意图根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，减少岩屑床的生成。根据施工实际扭矩和推拉力情况，确定洗孔级数。保证洗完孔后，扭矩和推拉力都正常，方准备回拖。16.管道回拖施1)对钻机进行维护保养，对钻具进行检查，确保设备及钻具完好。2)穿越扩孔施工前穿越管道按规定施工完毕检验合格。3)穿越管道回拖用发送架准备就绪。4)管道就位时避免与发送架乱碰，严禁损伤防腐层。5)管道回拖前，应使用电火花检漏仪按设计要求的检漏电压全面检查防腐层，如有损伤应及时修补。17.导向孔钻进完成，进行扩孔工作同时完成回拖管道的发送架摆放、摆管、垫管及沿线的防护工作。采用土袋和滑轮支架垫支，接触面铺垫膨润土且抹黄油及浇水润滑。当洗孔完成后，万向旋转接头、“U”型环，即将750的岩石扩孔器与外径610mm的钢管用分动器连接，然后管线检查合格后，用起重机将回拖管道角度与出土点角度顺直（管道与出土点不应出现夹角，如存在夹角，需重新变更穿越角度，或根据夹角大小调整管道角度，至少保证前60米顺直）。在钻机旋转牵引下，拖入已成形的轨迹孔洞。拖管前检查拖管头要焊接牢固，并经检验确认无缺陷。要对管线进行全面检查，确保防腐层无损。18.确保管线回拖成功的措施1）设备：采用大功率定向钻设备，上海谷登生产的GD61500-BL型钻机。2）本工程施工时采用S135级45/8钻杆，从而降低钻进过程中钻杆事故的几率，保证施工的连续性。3）泥浆配比：针对本工程砂砾地质，在泥浆配比严格按照泥浆工程师要求进行配比，泥浆粘度控制到90以上。4）扩孔技术：根据本工程地质资料以及对重庆定向钻穿越的施工经验，本次扩孔扩孔至950mm。5)确保导向孔平滑、顺畅、满足设计曲率半径的要求，并避免出现S弯。6)最后一次扩孔（清孔）前对钻机等主要设备进行一次全面检查和维护保养，拖管前再进行系统检查，确保回拖过程中设备不出现问题。7)管线回拖采用发送支架的方式进行。8)及早做好拖管的各项准备工作，在各项工作准备好后，再进行最后一次扩孔（清孔），尽量压缩扩孔完成后和回拖前的停工时间，减少风险，若停工时间超过24小时，需要再进行一次清孔后再回拖。9)调整好管道的入孔角度，与出土角保持一致，避免因管线弯曲造成应力过大而使回拖困难，根据施工实际情况，可将洞口沿轴线方向前挖20米左右，以达到降低支撑高度，管道入洞容易的目的。10)通过调整泥浆性能，提高泥浆悬浮、携带、润滑、固孔、堵漏等功效。适当增加聚合物含量，提高泥浆的悬浮和固孔能力；加入泥浆流变剂，使泥浆在较高的粘度下保持良好的流动性，提高携带能力，降低粘滞力；加入润滑剂减小摩阻，对上部砂层起到良好的封闭作用。11)在回拖时进行连续作业，避免因停工造成卡钻。回拖前仔细检查旋转接头、连接头、扩孔器的连接，确定连接牢固方可回拖，回拖时两岸要加强联系，协调配合将管线敷设到预定位置。12）在开钻前精确测定各项原始控向参数,排除环境和人为影响因素,优选各项原始控向参数,尽可能接近原始控向参数的真实值,将误差值控制在最小范围内。13）在钻机就位时，精确测量钻机就位控制线，最大限度内确保钻机轴线与管位中心线保持一致，以避免在钻进过程中钻头轨迹偏离设计控制曲线。14）在钻进过程中全角变化率（井斜和方位的变化）要尽可能小导向孔采用特殊刚性下部钻具组合来防止井下失控，有利于于钻孔曲线的圆滑。15）在钻进、造斜时，严格控制井斜和方位的变化率，按照设定参数进行微调，当倾角、方位受地层影响或调节过量时，不要急于每根都去调节，要根据现场情况判断钻头的走向趋势，其最终取三次数据采集的平均值，确保导向孔轨迹沿设定曲线钻进，提高导向孔质量。16）根据地层变化情况，进一步优化钻机推力、转速和泥浆排量等技术参数。17）在钻导向孔的过程中要密切注意控向参数变化，如发现数据异常时要及时调整，必要时布人工磁场进行校验，确保钻头沿预定轨迹钻进。18）当遇到障碍物及周围环境因素可能对探头产生影响，要提前沿穿越路径布线圈，设定人工磁场，检测探头反馈数据是否准确，并及时作出调整。19）钻导向孔时不能长时间停钻，以防所钻孔径产生键槽，导致导向孔发生变形，影响导向孔的质量；在扩孔和回拖过程中控制钻进速度，不宜忽快忽慢、甚至停钻，这样会导致所扩孔径严重变形，在软硬交界的地层中尤为明显，因此在施工过程中要保持匀速，当因故停钻时要定时活动井下钻具。20）为了防止特殊不均匀地层及存在地层倾角容易跑偏、且不易调整的特点，本工程特使用1.75单弯螺杆动力钻具，纠偏调节和破碎岩石效果好。21）定向设备采用美国因洛克公司生产的P有线控向系统，在整个穿越过程中采用地面人工磁场配合P系统进行准确跟踪定位，仔细分析测量数据，严格控制出土位置偏差。22）根据现场施工场地条件，沿穿越路径在设计出土点附近布地人工磁场，并结合控向软件反馈的磁场参数，控向工程师由此作出正确判断，可使得定向钻出土点误差控制在设计出土点允许范围内。23）加深探孔深度，勘察设计穿越曲线以下地层是否为软硬交替地质条件，若不是，建议穿越深度加大，避开不良地层；若仍为软硬交替地层，导向孔钻进时，采用美国P控向设备，及时纠偏，调整方位角，同时合理控制泥浆排量，使用环保泥浆。24）选用加重钻杆V150 65/8钻杆，增加钻杆强度，避免钻杆断裂，做好泥浆配比，控制好泥浆排量。25）增加扩孔级别，同时扩孔完成后，对钻孔进行修孔、洗孔，直到钻机数据达到拖管要求，方可进行管线回拖，同时配置一套夯管锤，在钻机拖力较大时，采用夯管助力的方式完成管线回拖。图：管线回拖示意图26）回拖过程中，使用的泥浆必须符合规定的要求，并与穿越段地质条件相匹配，保证孔内的光滑性；使用的泥浆量必须保证充满整个孔洞，尽量在回拖时使管道在孔洞内处于漂浮状态，减少管道在孔洞内与孔洞壁间的磨擦，防止在孔洞内管道防腐层被损伤。27）回拖必须连续进行，除非不可抗拒原因，中间不得停顿。焊口热缩套环氧树脂图：热熔胶涂抹保护热缩套28）管线防腐补口完成后，管线回拖前，在防腐带的两侧分别用热熔胶进行涂抹，避免在回拖过程中将防腐带拉伤或折起。定向钻穿越是一项风险性非常大的施工方法，地质资料不准，泥浆配比不合适，控制参数不当等较多因素都会导致出现卡钻、塌孔、出土点偏差过大、管线无法回拖等问题，针对出现的不同问题应及时解决。19.剩余泥浆处理剩余泥浆的计算：根据以往施工经验，钻导向孔有28%左右的剩余泥浆，预扩孔有67%左右的剩余泥浆，回拖管线有44%左右的剩余泥浆。即：剩余泥浆=（R12+R22+R102）L67%+R钻头2L28%+R102L44%在入、出土点分别配置一套泥浆回收系统和泥浆泵，将出土点回收的泥浆用泥浆泵，通过钻杆将泥浆回收到入土点储浆罐。钻进回流泥浆经泥浆池收集沉淀后用泥浆泵送至储浆罐，沉淀弃渣约钻进泥浆总量的15%用罐车送至当地环保部门指定的位置排放。图：泥浆净化回收系统20.穿越出土点偏差较大应对措施1)施工前做好穿越长度、出入土点标高和磁方位角的测量，尤其是磁方位角的测量误差控制在0.1范围内。2)若穿越场地周围干扰因素过强，采用人工磁场辅助测量纠偏措施。21.穿越过程冒浆的应对措施1)详细掌握地层岩土的不均匀性，制定不同地层穿越施工时的泥浆排量参数。2)施工过程中及时调整钻进速度、泥浆排量和泥浆压力。3)施工过程中避免越级扩孔和增加适量的添加剂。4)采用环保泥浆原料，及时处理因冒浆引发的问题。22.管孔塌孔的应对措施1)根据扩孔施工中扭矩的变化情况和返浆成分判断成孔情况，调整泥浆配比，增大泥浆护壁功能携带泥沙能力。2)改变泥浆排量和钻进速度。3)降低扩孔级差，增加扩孔次数。23.卡管应对措施1)穿越曲线合理，最后一级扩孔时逐步增大润滑剂比例，减少孔内摩擦阻力。2)调整穿越管道入土角度，采用适合的管道发送方式。3)做好设备维护和易损件备货，保证设备运转正常。5)配备卷扬机、滑轮组和钢丝绳等机具设备，出现卡管后及时将被卡管道拽出，重新穿越。图：采用滑轮组解卡示意图6)在管道回拖时如遇到回拖力增加至超出预计的最大安全拉力时，可判断为管道在孔洞中遭遇孔壁坍塌导致抱管现象产生。出现此种情况时，可立即在管尾安装夯管锤进行锤击，使管道受到夯管锤的振击后，摆脱穿越孔洞对其的束缚，从而回拖作业得以继续进行。夯管锤的使用安装如下图所示。图：夯管锤安装使用示意图7)若单使用滑轮组尚不能将管道拽出，则可使用夯管锤与滑轮组的组合方式进行解卡，具体的安装使用示意图如下图所示：图：滑轮组与夯管锤结合使用解卡示意图24.钻杆断裂应对措施施工过程中，若钻杆发生断裂，在分析确定断裂位置后，采用打捞器的方式进行打捞，从而保证施工的快速恢复，确保钻孔的正常钻进。图：打捞器图24.HSE管理为了达到规范施工，满足设计和业主要求，有效地防止施工作业中的各种伤害，保护员工的安全和健康，防止对环境造成污染和破坏，创一流施工业绩，在该项穿越工程施工中全面推行HSE管理。1）管道穿越工程施工应遵守国家和行业有关健康、安全与环境的法律、法规及相关规定。2）管道穿越工程施工应制定可行的施工作业安全措施和应急预案，配备足够的应急资源并进行应急演练。3）做好施工交通安全管理工作，运输机械应定期保养，各机械部件运转安全可靠。4）施工中应佩戴防护服、安全帽、目镜和工作鞋等劳保用品。5）管道穿越工程施工应限制在施工便道及施工作业带的占地宽度内。应对表层土、水源、风景、自然保护区、文物古迹和化石资源、野生动物等进行保护。弃渣、施工废弃物应按要求进行处理，并避免泄露和扬尘。6）施工中造成的土地、植被等原始地貌、地表的破坏，应按设计要求予以恢复。7）施工中配电箱应放置在避水、干燥的地方，且接地良好，并应密封。应设专人管理并定期检查、维修和保养，不应私自乱接电源。8）施工中应采取措施减少施工噪音和振动。9）穿越施工作业区应设置安全警戒区，防止无关人员进入穿越施工现场，避免发生安全事故。10）建立各项安全制度，设专职人员做巡回检查施工范围内线路和安全防护，各工种间加强协作，互相配合，统一指挥，做好交接班记录，避免接班人员情况不明，盲目施工。11）穿越施工要由专业起重工指挥吊装，要采用通俗、易懂的专业手势、旗语等，要平衡操作，严格遵守安全管理条例。12）定向穿越钻机油管接头要经常检查，防止工作时松动。13）如发现机械设备有故障或有其它因素影响时，应暂停施工，待设备维修正常运转后，继续钻进。25.施工区域平面图 穿越道路主管入土点主管出土点钻机场地50m*50m出土点场地40m*30m管线预制场地325管道26.定向钻穿越工程施工现场平面布置图50m50m4326778991111059主管入土点施 工 现 场 平 面 布 置 图编号说明：1-钻机2-控向室3-动力源4-发电机5-柴油罐6-泥浆泵7-储浆罐8-配浆罐9-工具房10-吊车11-钻杆