題目：長距離水平定向鉆技術(shù)在湞江管道穿越工程中的應(yīng)用研究摘要隨著當(dāng)前城市地下管網(wǎng)的快速發(fā)展以及西氣東輸、南水北調(diào)、川氣東送等大型輸氣送水工程的建設(shè)，作為最為常用的非開挖工法之一，水平定向鉆工法的應(yīng)用日趨廣泛，技術(shù)手段也愈發(fā)成熟。但是，毋庸置疑，大直徑、長距離管道穿越工程難度系數(shù)越來越大，工藝過程更加復(fù)雜，對施工設(shè)備、施工工藝的挑戰(zhàn)性也更高。論文結(jié)合湞江定向鉆大直徑、長距離管道穿越工程項(xiàng)目工程實(shí)踐，運(yùn)用理論分析與工程案例相結(jié)合的方法進(jìn)行應(yīng)用研究，對，對工程現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行歸納和總結(jié)，同時對冒漿事故展開了分析探討，旨在對類似工程提供借鑒和參考。論文內(nèi)容包括湞江定向鉆工程導(dǎo)向孔施工的設(shè)備及鉆具組合、井眼軌跡測量與控制技術(shù)、泥漿技術(shù)、導(dǎo)向壓裂冒漿問題等，重點(diǎn)對此次施工現(xiàn)場發(fā)生的事故即冒漿問題展開研究分析，對冒漿原因、防冒漿泥漿體系機(jī)理以及適用于該地層的泥漿配方進(jìn)行討論，同時提出幾種常見的堵漏技術(shù)措施。結(jié)論認(rèn)為：長距離水平定向鉆鋪管技術(shù)是未來管道鋪設(shè)技術(shù)的重要方法，其方案設(shè)計(jì)、軌跡控制、冒漿問題是重點(diǎn)問題；現(xiàn)場設(shè)備選型、工藝配套、泥漿技術(shù)是影響穿越工程成敗的關(guān)鍵性技術(shù)問題；冒漿問題較為突出除了與地層有關(guān)外，泥漿設(shè)計(jì)和工藝規(guī)程參數(shù)的設(shè)計(jì)非常重要，應(yīng)針對不同穿越地層進(jìn)行相應(yīng)泥漿配方和工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)；合適的堵漏技術(shù)措施針對冒漿現(xiàn)象可以起到較好的堵漏作用；對導(dǎo)向軌跡的控制除了采用先進(jìn)的儀器工具之外，工程現(xiàn)場還應(yīng)掌握井眼軌跡控制的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：水平定向鉆導(dǎo)向孔冒漿鉆具組合井眼軌跡AbstractWiththerapiddevelopmentofurbanundergroundpipelinenetworkandtheconstructionoflarge-scalegastransmissionprojectssuchasWest-to-EastGasTransmissionProject,South-to-NorthWatertransferProjectandSichuanGasTransmissionProject,asoneofthemostcommonlyusedtrenchlessconstructionmethods,horizontaldirectionaldrillingmethodisbecomingmoreandmorewidelyused.Technicalmeansarealsobecomingmoreandmoremature.However,thereisnodoubtthatitismoreandmoredifficultforlargediameterandlongdistancepipelinetocrosstheproject,theprocessismorecomplex,andthechallengetoconstructionequipmentandconstructiontechnologyisalsohigher.BasedontheengineeringpracticeofZhenjiangdirectionaldrillinglargediameterandlongdistancepipelinecrossingproject,thispaperusesthemethodoftheoreticalanalysisandengineeringcasetocarryontheapplicationresearch,andcarriesontheapplicationresearchtotheproject.Thekeytechnologiesofthesitearesummarizedandsummarized,andthepulpingaccidentisanalyzedanddiscussedinordertoprovidereferenceforsimilarprojects.Thepaperincludestheequipmentanddrillingtoolcombination,boreholetrajectorymeasurementandcontroltechnology,mudtechnology,pilotfracturingandgroutingproblem,etc.Thepaperfocusesonthestudyandanalysisontheoccurrenceoftheaccidentontheconstructionsite,anddiscussesthecausesofslurrygeneration,themechanismofanti-slurryslurrysystemandmudformulasuitablefortheformation,andputsforwardsomecommontechnicalmeasuresforplugging.Conclusion:Long-distancehorizontaldirectionaldrillingtechnologyisanimportantmethodforpipelayinginthefuture.Fieldequipmentselection,processmatching,mudtechnologyisthekeytechnicalproblemsthataffectthesuccessorfailureofthecrossingproject;Inadditiontotheformation,thedesignofmuddesignandprocessparametersisveryimportant,sothecorrespondingmudformulaandprocessparametersshouldbedesignedaccordingtodifferentcrossingstrata.Theappropriatepluggingtechnicalmeasurescanplayagoodroleinpluggingtheslurryphenomenon,andthecontroloftheguidingtrajectoryshouldnotonlyadoptadvancedinstrumenttools,butalsomasterthetechnicalmeasuresofwellboretrajectorycontrolintheengineeringsite.KeyWords：HorizontalDirectionalDrilling,theguideholedrilling,Drillingfluidleak,Combinationofdrillingtools,Boreholetrajector目錄24294_WPSOffice_Level1第一章緒論 13329_WPSOffice_Level21.1選題背景和意義 131915_WPSOffice_Level21.2非開挖水平定向鉆技術(shù)及其現(xiàn)狀分析 215375_WPSOffice_Level21.3論文研究內(nèi)容和技術(shù)路線 63329_WPSOffice_Level1第二章湞江定向鉆穿越工程技術(shù)方案設(shè)計(jì)與分析 71191_WPSOffice_Level22.1工程概況 716578_WPSOffice_Level22.2場地地層特征 83132_WPSOffice_Level22.3管道穿越技術(shù)方案設(shè)計(jì) 103329_WPSOffice_Level32.3.1出、入土點(diǎn)選擇 1131915_WPSOffice_Level32.3.2軌跡規(guī)劃 1115375_WPSOffice_Level32.3.3穿越目標(biāo)地層的特征 121191_WPSOffice_Level32.3.4回拖力的計(jì)算 1216578_WPSOffice_Level32.3.5徑向屈曲校核 133132_WPSOffice_Level32.3.6設(shè)備配套和鉆具組合設(shè)計(jì) 1431915_WPSOffice_Level1第三章工程現(xiàn)場冒漿事故的分析與研究 189758_WPSOffice_Level23.1冒漿事故介紹 1812412_WPSOffice_Level23.2冒漿問題分析及對策研究 213443_WPSOffice_Level33.2.1泥漿應(yīng)用分析 2327710_WPSOffice_Level33.2.2泥漿極限壓力計(jì)算模型[6,7,8,9,10] 2417982_WPSOffice_Level33.2.3極限壓力計(jì)算方法適應(yīng)性分析 26575_WPSOffice_Level33.2.4防冒漿泥漿體系的研究與分析 2622203_WPSOffice_Level33.2.5堵漏技術(shù)措施 2915375_WPSOffice_Level1第四章導(dǎo)向井眼軌跡的控制技術(shù)與對策研究 301191_WPSOffice_Level1第五章結(jié)論與建議 3527710_WPSOffice_Level25.1結(jié)論 352317_WPSOffice_Level25.2論文不足之處及進(jìn)一步思路 3516578_WPSOffice_Level1致謝 373132_WPSOffice_Level1參考文獻(xiàn) 38緒論選題背景和意義地下工程管線是指埋設(shè)于城市乃至更廣泛區(qū)域地下的各種管線，包括但不限于電力、電信、燃?xì)?、給水、供熱、有線電視、污水等各種管線，它是城市及廣泛區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，發(fā)揮著輸送能源、傳輸信息和廢污排放等一系列重要作用。隨著社會的日趨進(jìn)步和全球經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷加快，以及諸如西氣東輸?shù)却笮凸艿拦こ痰陌l(fā)展，原有管線的運(yùn)行能力和設(shè)計(jì)容量已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段的使用需求，因而需要對管線進(jìn)行新建、改造和修復(fù)。但是人們對生活質(zhì)量和交通環(huán)境等方面的要求越來越高，而傳統(tǒng)的明挖法施工，不僅會影響交通、大范圍破壞地表造成污染，并且有時由于公路、鐵路等設(shè)施和河流、山川等天然障礙的存在，并不具備開挖施工的條件。這些弊端和限制條件引發(fā)了人們對地下管線施工工法的思考和探索研究，正是在這種背景下，地下管線建設(shè)的技術(shù)革命—非開挖技術(shù)(TrenchlessTechnology）應(yīng)運(yùn)而生并在短時間內(nèi)得到了迅速發(fā)展。水平定向鉆工法（HorizontalDirectionalDrilling）是應(yīng)用較廣、綜合效益較好的非開挖工法之一，它是采用安裝于地表的鉆孔設(shè)備，以相對于地面、較小的一個入射角鉆入地層形成導(dǎo)向孔，然后將導(dǎo)向孔擴(kuò)徑至所需大小并鋪設(shè)管道、管線的技術(shù)。該技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，經(jīng)水井工業(yè)和公用設(shè)施建技術(shù)相結(jié)合而形成，后廣泛應(yīng)用于油氣、市政等管道建設(shè)行業(yè)[1]。與其他非開挖鋪管技術(shù)相比，水平定向鉆技術(shù)具有施工速度快、成本較低、對環(huán)境影響較小等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著水平定向鉆的廣泛應(yīng)用，在穿越工程中遭遇到工程實(shí)際情況越來越復(fù)雜，再加上長距離、大直徑穿越管道的大規(guī)模鋪設(shè)，對穿越工程的工程參數(shù)、工藝手段有了更高的要求。在面對復(fù)雜工程時，若不加慎重，往往會導(dǎo)致一系列施工事故的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響工期進(jìn)度，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。例如在此次實(shí)習(xí)的中石化韶關(guān)—潛江輸氣管道工程湞江定向鉆穿越工程項(xiàng)目中，就遇到了一系列工程問題，導(dǎo)致光纜管導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)工期由一周拖延一個月之久，產(chǎn)生了較壞的影響。論文選題結(jié)合水平定向鉆工法實(shí)際工程實(shí)踐，依托中石化韶關(guān)—潛江輸氣管道工程湞江定向鉆穿越工程展開應(yīng)用研究，對此次實(shí)習(xí)項(xiàng)目穿越施工遇到的問題進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為破解現(xiàn)場難題服務(wù)，為以后類似條件的穿越工程施工提供借鑒和參考。非開挖水平定向鉆技術(shù)及其現(xiàn)狀分析所謂非開挖技術(shù)，就是在不開挖（或者少開挖）地表的情況下進(jìn)行鋪設(shè)、探測、維修或者更新各類地下管線，它區(qū)別于傳統(tǒng)的地下管線施工方法。傳統(tǒng)的地下管線施工方法是“挖槽埋管法”，即在地表進(jìn)行大規(guī)模開挖，后將管道埋入挖好的管槽中，這種傳統(tǒng)方法的主要缺陷是對地面交通和周圍環(huán)境的影響極大，給人們的生活帶來困擾和不便，隨著社會的進(jìn)步和人們生活質(zhì)量的提高，這種傳統(tǒng)工法勢必?zé)o法滿足現(xiàn)代要求。與傳統(tǒng)開挖工法相比，非開挖鋪管技術(shù)具有幾乎不污染環(huán)境、幾乎不影響交通、對地層地貌破壞較小、施工周期短、施工安全可靠、成本較低、經(jīng)濟(jì)效益顯著等優(yōu)點(diǎn)，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）解決了傳統(tǒng)開挖施工對人們正常生活和工作的干擾，減少了對環(huán)境、交通和周圍建筑的影響和破壞。（2）在傳統(tǒng)施工方法不允許開展的場合，比如穿越公路、鐵路、機(jī)場、河流、鬧市區(qū)等，可以采用非開挖方法進(jìn)行穿越設(shè)計(jì)，并可將管線設(shè)計(jì)在工程量最少的最佳位置穿過。（3）可以精確控制地下管線穿越的鋪設(shè)方向和埋深并且可以使管線繞過原有管線或其他地下障礙物。（4）有較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，在相同條件下，采用非開挖技術(shù)進(jìn)行管道鋪設(shè)、更換和修復(fù)的成本是低于開挖施工的，而且隨著埋深增加，非開挖工法的優(yōu)越性更加明顯。正是由于非開挖技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和廣闊的應(yīng)用前景，自其問世以來，越來越受到重視，其施工方法也在實(shí)踐中不斷進(jìn)步、不斷完善。我國于1998年加入成立于1986年的國際非開挖技術(shù)協(xié)會（InternationalSocietyforTrenchlessTechnology,ISTT），成為其第20個成員國[2]。圖1.1為非開挖主要施工技術(shù)分類。圖1.1非開挖施工技術(shù)分類水平定向鉆工法是非開挖技術(shù)中優(yōu)點(diǎn)相對突出、應(yīng)用相對較廣的一項(xiàng)管道鋪設(shè)技術(shù)。水平定向鉆技術(shù)是采用水平定向鉆機(jī)按設(shè)計(jì)線路和穿越曲線鉆進(jìn)一個口徑較小的導(dǎo)向孔，然后將鉆頭更換為擴(kuò)孔器進(jìn)行一次或者多次回拉擴(kuò)孔，當(dāng)鉆孔孔徑擴(kuò)至設(shè)計(jì)尺寸后，回拖鋪設(shè)成品管道。對于穿越距離較長的工程，可以采用雙鉆機(jī)對接技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)向孔施工。水平定向鉆技術(shù)可以細(xì)分為前期設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備工作、導(dǎo)向孔施工、回拖擴(kuò)孔、管道回拖及清理和恢復(fù)現(xiàn)場五大部分。水平定向鉆的前期設(shè)計(jì)工作包括線路初勘、詳勘線路設(shè)計(jì)、軌跡設(shè)計(jì)和鉆機(jī)選型:前期的準(zhǔn)備和檢查工作包括場地測量、鉆機(jī)定位、施工現(xiàn)場布局、工程場地的出人口通道設(shè)置、交通錐標(biāo)布設(shè)、施工標(biāo)志懸掛和粘貼。導(dǎo)向鉆孔施工是采用水平定向鉆機(jī)和導(dǎo)向儀按照設(shè)計(jì)的線路、軌跡出入土點(diǎn)等參數(shù)站進(jìn)導(dǎo)向孔的過程。其主要步驟包括:錨固鉆機(jī)，安裝和標(biāo)定導(dǎo)向探頭，連接鉆桿和導(dǎo)間鉆測試探頭發(fā)射,檢查鉆頭噴嘴處的鉆孔泥漿流動是香通暢,導(dǎo)向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)成孔檢調(diào)井量鉆進(jìn)斜度和深度使鉆進(jìn)軌跡符合設(shè)計(jì)要求。整個鉆進(jìn)軌跡首先為造斜段然后從造斜送入到水平段，直到鉆頭進(jìn)入出土坑造斜段。整個導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中都需要采用導(dǎo)向儀對鉆頭進(jìn)行定位和導(dǎo)向。導(dǎo)向儀通過安裝在鉆頭容納腔中的信號發(fā)射器發(fā)射電磁信號，地表信號接收器接收信號并監(jiān)則鉆頭位置實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，導(dǎo)向儀可以確定鉆頭位置并計(jì)算得到鉆頭深度、鉆頭俯仰角、鉆具面向角和鉆孔的方位角。回拖擴(kuò)孔是采用擴(kuò)孔器在水平定向鉆機(jī)回拉作用下將導(dǎo)向孔擴(kuò)徑至設(shè)計(jì)直徑的過程。其主要步驟包括連接擴(kuò)孔頭與鉆桿、回拉擴(kuò)孔和清孔。對于孔徑較大的工程，擴(kuò)孔級數(shù)需要根據(jù)終孔直徑、地質(zhì)條件和鉆進(jìn)性能參數(shù)來確定。管道回拖是擴(kuò)孔后將成品管道回拉拖入孔洞中并完成鋪設(shè)的過程，管道回拖原則上要求最后一級擴(kuò)孔與鋪管同步進(jìn)行，以減少因鉆孔暴露時間過長而引起孔壁垮塌的危險。管道回拖時首先在成品管道前端安裝一個回拉頭?；乩^與擴(kuò)孔器之間安裝分動器，避免回拉頭帶動成品管道回轉(zhuǎn)。成品管道進(jìn)入鉆孔前需要進(jìn)行合適的固定和支撐。管道回拖安裝完成后，需要將出土點(diǎn)和入土點(diǎn)的廢棄泥漿和渣土進(jìn)行清理，將開挖土回填壓實(shí)，最大程度上回復(fù)原有地貌。現(xiàn)代水平定向鉆技術(shù)由鉆井技術(shù)演變而來，用于在城區(qū)內(nèi)鋪設(shè)底下線纜和管道。據(jù)文獻(xiàn)記載,1971年水平定向鉆技術(shù)在美國被首次應(yīng)用于穿越河流施工，美國PacificGas和ElectricCo.鋪設(shè)一條直徑為101.6mm、長約187.5m的鋼管，穿越位于CaliforniaWatsonville附近的Rajaro河。MartinCherrington于1971年引進(jìn)了水平定向鉆技術(shù)，該技術(shù)提供了一種新的管線鋪設(shè)方法，可以考慮不再使用開挖法鋪設(shè)管線，解決了使用開挖法不能在城區(qū)內(nèi)或在大型天然障礙下鋪設(shè)地下管線的問題。隨著石油鉆井技術(shù)、現(xiàn)代探測和導(dǎo)向技術(shù)的不斷發(fā)展，如今水平定向鉆工藝已成為鋪設(shè)地下管線最受歡迎的方法，既可穿越河流鋪設(shè)大直徑管道，也可鋪設(shè)小直徑線纜。早期的水平定向鉆技術(shù)僅用于河流、海灣等穿越工程，后來在公路、山體和市區(qū)建設(shè)中也被廣泛的采用。隨著設(shè)備、工具制造、穿越技術(shù)、泥漿性能及配套裝備的發(fā)展和進(jìn)步，水平定向鉆已經(jīng)能夠在粗砂、卵礫石、冰磧和巖石等復(fù)雜地層中進(jìn)行鋪管施工?，F(xiàn)在水平定向鉆技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于穿越公路、鐵路、建筑物、河流，以及在鬧市區(qū)古跡保護(hù)區(qū)、農(nóng)作物和植被保護(hù)區(qū)等不允許或不能開挖條件下進(jìn)行供水、煤氣、天然氣、污水、電力、熱力、電信電纜、光纜等公用事業(yè)管線的鋪設(shè)。油氣管道領(lǐng)域的應(yīng)用方面，我國從1985年由中國石油天然氣管道局首次從美國引進(jìn)定向鉆用于長輸管道黃河穿越施工。近年來，水平定向鉆鋪管技術(shù)在我國發(fā)展迅速。目前已經(jīng)有專業(yè)的研究機(jī)構(gòu)、專業(yè)化的設(shè)備制造公司、專業(yè)化的施工工程公司。在技術(shù)上日臻成熟，我國已有相關(guān)的國家設(shè)計(jì)施工規(guī)范、相應(yīng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。通過多項(xiàng)大型施工的實(shí)踐，總結(jié)了較多的施工經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表了大量的專業(yè)論文。圖1.2為截止到2014年，國內(nèi)水平定向鉆機(jī)增長情況[3]。圖1.2國內(nèi)水平定向鉆機(jī)增長情況圖我國西氣東輸工程一線共使用定向鉆穿越河流36條，其中最長的穿越是在吳淞江的穿越，平均一次穿越長度為1150m,穿越直徑為1016mm。2007年采用對穿技術(shù)，在錢塘江穿越長度為2456m。2008年，在珠海磨刀門穿越長度達(dá)2630m。在西氣東輸二線幾可所有河流都采用了穿越方式進(jìn)行鋪管，穿越大小河流上百條。到目前為止，水平定向鉆工藝已經(jīng)成為鋪設(shè)油氣市政管道的首選方案。當(dāng)然，在現(xiàn)階段在水平定向鉆技術(shù)前景巨大，而且總體技術(shù)日益成熟，穿越總體成功率也較高，但是隨著應(yīng)用越來越廣，水平定向鉆遇到的復(fù)雜地層條件的情況也越來越多，同時穿越距離、管道直徑都在增大，這樣就需要對工法做出新的思考和革新。在川氣東送管道工程中[4]，水平定向鉆施工工法總計(jì)被使用了88次，而有兩次穿越失敗，雖然成功率高達(dá)97.73%，但是某兩次的施工失敗，不僅會給施工單位帶來經(jīng)濟(jì)和名譽(yù)上的影響，更會影響整個工程的統(tǒng)籌開展。在川氣東送管道工程中，在秋浦河穿越項(xiàng)目中，順利完成了先導(dǎo)孔階段，但是在擴(kuò)孔回拖過程中，管道只回拖200米左右就無法進(jìn)行回拖，經(jīng)分析，由于穿越地層含有大顆粒卵礫石，地層松散破碎，因而較難形成一個完成的通道，且該地層卵礫石粒徑差別大、硬度高，施工單位對地層條件沒有充分的認(rèn)識和非常規(guī)地層穿越的相應(yīng)措施，導(dǎo)致穿越工程失敗。在定向鉆技術(shù)日趨成熟的同時，仍會有一些主觀或客觀的因素影響穿越工程的順利進(jìn)行，前期我在中石化湞江定向鉆穿越工程中也遇到了類似情況，所以以下將是對工程的介紹和工程中遇到一些可以借鑒經(jīng)驗(yàn)或者吸取教訓(xùn)的現(xiàn)場問題的論述。論文研究內(nèi)容和技術(shù)路線論文研究內(nèi)容包括對湞江定向鉆工程現(xiàn)場的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行歸納總結(jié)，對湞江定向鉆工程導(dǎo)向孔施工的設(shè)備及鉆具組合、井眼軌跡測量與控制技術(shù)、泥漿技術(shù)、導(dǎo)向壓裂冒漿問題等問題進(jìn)行分析，重點(diǎn)對此次施工現(xiàn)場發(fā)生的事故即冒漿問題展開研究分析，對冒漿原因、防冒漿泥漿體系機(jī)理以及適用于該地層的泥漿配方進(jìn)行討論，同時提出幾種常見的堵漏技術(shù)措施。技術(shù)路線為以湞江定向鉆大直徑、長距離管道穿越工程項(xiàng)目工程實(shí)踐為依托，并且通過查閱大量文獻(xiàn)、書籍資料，并對已有相關(guān)計(jì)算模型進(jìn)行總結(jié)分析，運(yùn)用理論分析與工程案例相結(jié)合的方法進(jìn)行應(yīng)用研究，得出分析結(jié)論，對類似工程提供借鑒和參考。湞江定向鉆穿越工程技術(shù)方案設(shè)計(jì)與分析2.1工程概況本次實(shí)習(xí)工程為中石化新疆煤制氣外輸氣管道項(xiàng)目中的潛江—韶關(guān)輸氣管道工程線路三標(biāo)段湞江定向鉆穿越工程。潛江-韶關(guān)輸氣管道工程線路工程設(shè)計(jì)采購施工（EPC）總承包施工三標(biāo)段，管道自乳源瑤族自治縣桂頭鎮(zhèn)進(jìn)入湞江區(qū)境內(nèi)，自西北向東南方向，經(jīng)犁市鎮(zhèn)，花坪鎮(zhèn)，十里亭鎮(zhèn)，新韶鎮(zhèn)，到達(dá)韶關(guān)末站。管道在湞江區(qū)境內(nèi)長度41.6Km。輸氣規(guī)模60×108m3/a，管徑為Φ1016，設(shè)計(jì)壓力10MPa，管道材質(zhì)X70M。共設(shè)工藝站場1座，即韶關(guān)末站，線路截?cái)嚅y室2座，即內(nèi)騰閥室、坳背閥室。定向鉆穿越大型河流1處（湞江穿越），鐵路穿越3處，頂管穿越公路7處。本次18ZJ084G-18ZJ084G-1湞江穿越采用定向鉆方式穿越，穿越工程等級為大型。穿越地點(diǎn)位于韶關(guān)市湞江區(qū)新韶鎮(zhèn)水口村，出土點(diǎn)位于韶關(guān)市湞江區(qū)十里亭鎮(zhèn)臘石村。定向鉆穿越輸氣管道規(guī)格為φ1016×26.2mmPSL2SAWLX70M鋼管，防腐方式為高溫型加強(qiáng)級三層PE防腐+玻璃鋼防護(hù)層。光纜套管規(guī)格為φ114×8鍍鋅鋼管。圖2.1為湞江定向鉆工程穿越現(xiàn)場。圖2.1湞江定向鉆工程穿越現(xiàn)場管線穿越與線路接點(diǎn)間水平長度669.31m，管道實(shí)長673.05m。定向鉆穿越入土點(diǎn)到出土點(diǎn)水平長度732.81m，管道實(shí)長737.21m。光纜與主管線平行穿越，間距10m。本次測量坐標(biāo)系統(tǒng)為1980年西安坐標(biāo)系統(tǒng)，高程系統(tǒng)為1985年國家高程系統(tǒng)。表2.1為湞江定向鉆穿越任務(wù)與目標(biāo)。序號穿越任務(wù)入土點(diǎn)坐標(biāo)出土點(diǎn)坐標(biāo)入土角度（°）出土角度（°）穿越實(shí)長（m）1主管線X=2749973.622Y=463870.964X=2749970.886Y=463138.15898737.212光纜管X=2749963.622Y=463871.001X=2749960.886Y=463138.19598737.21表2.1湞江定向鉆穿越工程任務(wù)Table2.1OverviewofdirectionaldrillingthroughZhenjiangRiver2.2場地地層特征本次前期勘察采用巖心鉆探、原位測試。取樣實(shí)驗(yàn)以及工程地質(zhì)調(diào)查相結(jié)合的手段進(jìn)行巖土工程勘察，以查明場地地層特征等條件。鉆探方法采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，結(jié)合現(xiàn)場地形、地貌和地質(zhì)條件，并遵循現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，勘探點(diǎn)在管道穿越中線兩側(cè)15m處各布置一條勘探線，兩條勘探線上的勘探點(diǎn)交錯間距91.5m布置。本次勘察布置鉆探孔9個，本次勘探點(diǎn)測放9個，高程采用1985國家高程基準(zhǔn)，坐標(biāo)采用1980西安坐標(biāo)系。鉆孔ZK4～ZK6位于湞江中。表2.2為勘探點(diǎn)一覽表。表2.2湞江定向鉆穿越勘探點(diǎn)一覽表Table2.1OverviewofdirectionaldrillingthroughZhenjiangRiver序號類別編號孔深（m）地面標(biāo)高（m）取樣個數(shù)地下水位深度（m）標(biāo)貫次數(shù)備注原狀擾樣巖樣1取土標(biāo)貫孔ZK120.0073.57110.802取土標(biāo)貫孔ZK220.0067.08111.2013取土標(biāo)貫孔ZK325.0061.272212.5034取土標(biāo)貫孔ZK430.0051.8321水深1.71水上孔5取土標(biāo)貫孔ZK530.0051.2022水深2.42水上孔6取土標(biāo)貫孔ZK630.0052.3421水深1.21水上孔7取土標(biāo)貫孔ZK740.0069.422113.9028取土標(biāo)貫孔ZK825.0066.312112.5029取土標(biāo)貫孔ZK920.0061.74111.81根據(jù)本次鉆探揭露，場區(qū)勘察深度內(nèi)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料情況，場地地層主要為第四系人工填土、粉質(zhì)黏土、黏土、粉砂、粗砂、卵石、第二系黏土及白堊系泥質(zhì)粉砂巖組成。分述如下：①填土（Q4ml）：雜色，稍濕，中密，局部稍密，以強(qiáng)風(fēng)化巖碎塊為主，手掰易碎，夾少量碎石，塊徑1～10cm，夾少量黏土。分布于河流東岸。層底高程57.04～59.51m層厚4.70～10.70m。該層在湞江東岸廣泛分布。②粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：灰褐色，可塑，切面光滑～稍光滑，含少量角礫，頂部可見植物根系。層底高程58.47m，層厚2.80m。該層只在ZK3揭露。③黏土（Q4al+pl）：灰黃色，可塑，切面光滑，土質(zhì)均勻。層底高程56.07m，層厚2.40m。該層只在ZK3揭露。④粉砂（Q4al+pl）：灰黃色，很濕～飽和，中密，含云母和石英，夾少量黏性土，局部夾少量碎石，級配一般，分選性差。層底高程53.84～55.72m，層厚1.20～4.20m。⑤粗砂（Q4al+pl）：灰黃色，密實(shí)，局部中密，飽和，顆粒級配一般，分選性好，含云母、石英，局部夾少量卵石，塊徑約2～7cm。層底高程48.62～50.11m，層厚5.20～7.10m。⑥卵石（Q4al+pl）：雜色，中密~密實(shí)，飽和，母巖成分以灰?guī)r、砂巖為主，呈亞圓形，以粗礫砂填充。一般粒徑2～8cm，最大粒徑9cm。層底高程48.10-51.04m，層厚1.30~3.90m。⑦黏土（Q2dl）：褐紅色，可塑～硬塑，切面光滑，局部夾少量角礫，頂部可見植物根系。層底高程64.58～72.37m，層厚1.20～2.50m。⑧強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（K2nn）：紫紅色，泥質(zhì)膠結(jié)，層狀構(gòu)造，巖芯主要呈碎塊狀，局部呈短柱狀，塊徑約2～10cm，遇水易崩解，帶水鉆進(jìn)之后呈砂土狀，錘擊易碎。層底高程42.11～71.77m，層厚0.60～8.00m。⑨中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（K2nn）：紫紅色，堅(jiān)硬，泥質(zhì)膠結(jié)，泥質(zhì)粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，含膏鹽，局部裂隙發(fā)育，裂隙面含鐵錳質(zhì)浸染，局部少量石英填充，巖芯多成柱狀，一般柱長5～36cm，最大柱長70cm。層頂高程42.11～71.77m，本層未擊穿，最大揭露厚度28.70m。圖2.2為三號鉆孔、四號鉆孔（水下孔）所鉆取的巖心。圖2.2部分鉆孔所取巖心2.3管道穿越技術(shù)方案設(shè)計(jì)本穿越單體為湞江穿越，工程設(shè)計(jì)范圍和要求如下：（1）本次設(shè)計(jì)范圍：湞江穿越位于廣東省韶關(guān)市湞江區(qū)新韶鎮(zhèn)水口村，樁號18ZJ084G-18ZJ084G-1。（2）穿越方式及等級：采用定向鉆穿越，穿越工程等級為大型。設(shè)計(jì)洪水頻率為1%（100年一遇）。（3）穿越管線規(guī)格及防腐方式：輸氣管道規(guī)格為φ1016×26.2PSL2SAWLX70M鋼管，防腐方式為高溫型加強(qiáng)級三層PE防腐+玻璃鋼防護(hù)層。光纜套管規(guī)格為φ114×8鍍鋅鋼管。（4）穿越長度：管線穿越與線路接點(diǎn)間水平長度669.31m，管道實(shí)長673.05m。定向鉆穿越入土點(diǎn)到出土點(diǎn)水平長度732.81m，管道實(shí)長737.21m。光纜與主管線平行穿越，間距10m。2.3.1出、入土點(diǎn)選擇入土點(diǎn)選擇在湞江東岸，主要為荒地，有G323國道與外界連通，交通條件較好，利于施工機(jī)具進(jìn)場，滿足鉆機(jī)安放、固定、泥漿池的布設(shè)以及施工操作的要求；出土點(diǎn)選擇在湞江西岸，主要分布為水田、菜地及竹園，有碎石路可到達(dá)出土點(diǎn)附近，利于管道的運(yùn)輸、焊接組裝和回拖時輔助設(shè)施的設(shè)置及作業(yè)。圖2-3為此次穿越工程的入、出土點(diǎn)。圖2.3穿越工程入、出土點(diǎn)2.3.2軌跡規(guī)劃根據(jù)穿越地形、地質(zhì)條件和穿越管徑的大小確定穿越管段的出入土角。本次穿越西岸出土角為8°，東岸入土角為9°。穿越管段的曲率半徑為1500D（D為穿越管段外徑：1016mm）。光纜套管與主管道同曲線。2.3.3穿越目標(biāo)地層的特征根據(jù)巖土工程勘察報告分析，穿越地層巖性主要為粉砂、粗砂、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50423-2013）水域穿越工程等級與設(shè)計(jì)洪水劃分規(guī)定，湞江穿越工程等級為大型穿越工程，設(shè)計(jì)洪水頻率為1%（百年一遇），管頂最小埋深應(yīng)大于設(shè)計(jì)洪水沖刷線和規(guī)劃疏浚線以下6m，管頂距河床底部的最小距離不宜小于穿越管徑的10倍。根據(jù)穿越管徑和出入土角、曲率半徑及地質(zhì)情況的要求，穿越管線從岸上彈性敷設(shè)到湞江河床底部處的最小深度約為12.8m（對應(yīng)管底設(shè)計(jì)標(biāo)高38.2m）。根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖上所揭示的地層，綜合考慮上述各項(xiàng)因素，確定穿越管線兩側(cè)穿越粉砂、粗砂、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，河床底部處穿越中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。2.3.4回拖力的計(jì)算穿越管徑規(guī)格為φ1016×26.2mm，根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50423-2013的相關(guān)規(guī)定，穿越管段回拖時，鉆機(jī)的最大回拖力可按下式計(jì)算值的1.5倍～3倍選取。式中：FL－計(jì)算的拉力（kN）；L—穿越管段的長度（m）；f—摩擦系數(shù)，取0.3；D—鋼管的外徑（m）；γm—泥漿重度（kN/m3），可取10.5～12.0；γs—鋼管重度（kN/m3），取78.5；δ—鋼管壁厚（m）；Wf—回拖管道單位長度配重（kN/m）；K—粘滯系數(shù)（kN/m2），取0.18。計(jì)算結(jié)果見表2.3。表2.3回拖力計(jì)算結(jié)果Table2.3calculationresultsofdragbackforce管徑（mm）FL（kN）FL（kN）φ1016×26.211252250根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50423-2013，最大回拖力按照取計(jì)算值的1.5-3倍考慮，本次計(jì)算最大回拖力按照取計(jì)算值的2倍考慮，本次定向鉆工程，管徑為φ1016×26.2mm，選擇鉆機(jī)最大回拖力不宜小于2250kN。2.3.5徑向屈曲校核穿越管徑為φ1016×26.2mm，根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50423-2013的相關(guān)規(guī)定，穿越管段在擴(kuò)孔回拖時，應(yīng)核算空管在泥漿壓力作用下的徑向屈曲失穩(wěn)。按下列公式進(jìn)行核算：式中：Ps—泥漿壓力（MPa），可按可按1.5倍泥漿靜壓力或回拖時的實(shí)際動壓力選??；σs—鋼管屈服強(qiáng)度（MPa）；Fd—穿越管段強(qiáng)度設(shè)計(jì)系數(shù)；Pyp—穿越管段所能承受的極限外壓力（MPa）；Pcr—鋼管彈性變形臨界壓力（MPa）；Es—鋼管彈性模量；δ—鋼管壁厚（mm）；D—鋼管外徑（mm）；μ—泊桑比，0.3f0—鋼管橢圓度（%）。按1.5倍泥漿靜壓力進(jìn)行計(jì)算：式中，γ——泥漿重度（kN/m3），取12kN/m3；h——定向鉆穿越最低點(diǎn)距入土點(diǎn)的高差（m），為30m；計(jì)算結(jié)果如表2.4。表2.4徑向屈曲校核計(jì)算結(jié)果Table2.4calculationresultsofRadialbucklingchecking管徑FdPyp（MPa）Ps(MPa)φ1016×26.23.2320.54穿越管線管段在泥漿靜壓力下徑向屈曲滿足要求；在管線回拖過程時，管線泥漿壓力不得大于3.232MPa。2.3.6設(shè)備配套和鉆具組合設(shè)計(jì)在該工程施工過程中，選用主要設(shè)備有：GD4000-L型定向鉆機(jī)一臺（回拖力四百噸）、3HS-250泥漿泵一臺（最大工作壓力為20Mpa，最大工作排量3819L/min）、BWZS852-2P泥漿振動篩型泥漿振動篩一臺、JBQ7.5KW泥漿攪拌器一臺、泥漿儲蓄罐（6m*2.2m*2m）2個、P2磁地面復(fù)合導(dǎo)向系統(tǒng)一套、螺桿馬達(dá)一套（彎度1.75°）、5-1/2"FHS135鉆桿150根、24"-60"擴(kuò)孔器8套，以及其他發(fā)動機(jī)（75KW）、發(fā)電機(jī)組（TZH-260）各一套。導(dǎo)向孔正常鉆進(jìn)時鉆具組合為：主鉆機(jī)：105/8″鉆頭-2°φ165mm泥漿馬達(dá)-泥漿壓力短節(jié)-無磁變徑短節(jié)-φ165mm無磁鉆鋌--51/2″鉆桿。如圖2.4、圖2.5和圖2.6所示，分別為現(xiàn)場導(dǎo)向孔鉆進(jìn)使用的鉆頭、鉆桿和有線隨鉆測量儀。圖2.4導(dǎo)向孔鉆進(jìn)使用的三牙輪鉆頭圖2.4導(dǎo)向孔鉆進(jìn)使用的鉆桿圖2.5有線隨鉆測量儀在此類地層中進(jìn)行水平定向鉆施工時，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際檢驗(yàn)，以上設(shè)備可以滿足此類條件下的定向鉆施工，同時就導(dǎo)向孔鉆進(jìn)而言，上述鉆具組合也有較好的適用性。圖2.6為螺桿馬達(dá)剛剛被送入孔內(nèi)確定彎點(diǎn)。圖2.6螺桿馬達(dá)彎度1.75°工程現(xiàn)場冒漿事故的分析與研究在湞江定向鉆穿越項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)習(xí)時間為一個月，總體來說工程開展并不順利，現(xiàn)場遇到了數(shù)次問題、事故，嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度，光纜管導(dǎo)向孔計(jì)劃工期為7天，而實(shí)際施工29天仍未完成。經(jīng)分析，設(shè)備問題和泥漿工藝是產(chǎn)生問題的關(guān)鍵因素，本章將針對現(xiàn)場光纜管導(dǎo)向孔施工過程中遇到的問題、事故進(jìn)行介紹，并從設(shè)備配套、泥漿工藝方面進(jìn)行分析論述，為此后相似地層條件下進(jìn)行定向鉆進(jìn)施工提供參考、借鑒。3.1冒漿事故介紹光纜管導(dǎo)向孔于3月21日開始導(dǎo)向施工，導(dǎo)向鉆進(jìn)至進(jìn)尺第6根鉆桿時（約50m）時，旋轉(zhuǎn)扭矩跳動較大（0.60kN·m—1.80kN·m）,傾斜角上漂較大，在第5根鉆桿傾角為9°，第6根鉆桿傾角為7°，第7根鉆桿傾角為5°，連續(xù)3根鉆桿累加折角為4°，之后進(jìn)行回抽至第4根鉆桿，工具面調(diào)為180°后繼續(xù)推進(jìn)，經(jīng)過多次推進(jìn)，角度調(diào)整到9°，3月23日鉆頭順利入巖。入巖后每根鉆桿鉆進(jìn)速度約1.5h左右，旋轉(zhuǎn)扭矩跳動幅度大，增加洗孔次數(shù)后，旋轉(zhuǎn)扭矩有所下降（此段地層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，巖芯主要呈碎塊狀，局部呈短柱狀，塊徑約2~10cm）；3月24日鉆進(jìn)至第18根鉆桿后（該地層為泥質(zhì)粉砂巖），每根鉆桿鉆進(jìn)速度約2小時，旋轉(zhuǎn)扭矩較大，鉆進(jìn)過程中每根鉆桿進(jìn)行洗孔降低空轉(zhuǎn)扭矩；3月28日鉆進(jìn)第38根開始每根鉆桿鉆進(jìn)速度約2.5h，旋轉(zhuǎn)扭矩較大（旋轉(zhuǎn)扭矩控制在2.50kN·m以內(nèi)）增加洗孔次數(shù)1—2次，截止此時，施工進(jìn)度正常。但是在3月31日鉆進(jìn)時，當(dāng)進(jìn)尺至第51根鉆桿（約459m處）時，探測儀器信號出現(xiàn)故障，開始回抽鉆桿檢查信號，回抽過程中旋轉(zhuǎn)扭矩較大（旋轉(zhuǎn)扭矩控制在2.50kN·m以內(nèi)，一根鉆桿回抽速度約1.5小時左右），回抽至第4根查明信號線出現(xiàn)破損，此次停止鉆進(jìn)兩天。4月2日更換新的信號線后開始推送鉆桿，在入巖時鉆頭未進(jìn)入原孔洞，來回反復(fù)推送，未發(fā)現(xiàn)原孔，4月2日開始重新鉆進(jìn)，鉆進(jìn)過程中旋轉(zhuǎn)扭矩一直較大，每根鉆桿鉆進(jìn)完成后進(jìn)行洗孔，鉆速與第一次鉆進(jìn)時的鉆速相接近，每根鉆桿進(jìn)尺用時2小時左右，洗孔后旋轉(zhuǎn)扭矩相比上次略有增大，4月5日下午注砂泵電機(jī)出現(xiàn)故障，無法配置泥漿，使用回收漿繼續(xù)鉆進(jìn)。年4月7日鉆進(jìn)至第43根鉆桿時，鉆進(jìn)速度約3小時，第44根鉆桿鉆進(jìn)速度約4小時，洗孔過程中扭矩較大（1.99kN·m—3.00kN·m,泥漿鉆壓為1.5—2MPa），之后開始回抽鉆桿，回抽過程中一根鉆桿用時約1.5h左右（旋轉(zhuǎn)扭矩控制在2.50kN·m以內(nèi)），經(jīng)分析，第二次扭矩異常增大、鉆速異常降低原因有下：①因注砂泵電機(jī)出現(xiàn)故障，無法配置泥漿，施工過程中使用回收泥漿，施工過程中使用回收泥漿，泥漿粘度下降，攜帶碎屑能力降低，導(dǎo)致孔洞內(nèi)存在較多巖石碎屑，造成扭矩增大；②推進(jìn)過程中泥漿壓力變小，測算泥漿馬達(dá)使用壽命，鉆進(jìn)用時已超過額定小時數(shù)，造成鉆進(jìn)速度變緩。根據(jù)以上情況分析判斷決定回抽鉆桿，更換泥漿馬達(dá)以及鉆頭并重新配置泥漿從新推送鉆桿。由于現(xiàn)場沒有備用馬達(dá)和注砂泵備用電機(jī)，此次事故停止鉆進(jìn)4天。圖3.1為更換泥漿馬達(dá)。圖3.1現(xiàn)場更換新的泥漿馬達(dá)4月14日，在更換新的泥漿馬達(dá)和鉆頭鉆進(jìn)至500m左右時，導(dǎo)向系統(tǒng)信號丟失，不得不再次回抽鉆桿，最終發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向系統(tǒng)探棒信號線絕緣皮破損，導(dǎo)致線路短路，此次更換導(dǎo)線停止鉆進(jìn)1天。圖3.2為破損的信號線以及對其進(jìn)行更換。圖3.2破損的信號線及對其更換4月15日，在更換新的導(dǎo)向系統(tǒng)信號傳輸導(dǎo)線后，重新開始鉆進(jìn)，在進(jìn)尺至520m左右時，鉆頭所在位置的地表出發(fā)生冒漿現(xiàn)象，由于冒漿點(diǎn)附近有一個村莊和一個一級水源地，故不敢貿(mào)然施工。此次冒漿問題導(dǎo)致長時間停工，在4月18日結(jié)束實(shí)習(xí)時，仍未處理妥善。圖3.3為冒漿點(diǎn)在縱斷面圖的位置顯示。圖3.3冒漿點(diǎn)所在位置3.2冒漿問題分析及對策研究目前非開挖水平定向鉆工法日趨成熟，但是在其廣泛應(yīng)用的同時，也會遭遇更加復(fù)雜的施工難題。隨著穿越管道越來越長、管道直徑越來越大的現(xiàn)實(shí)需求，對施工設(shè)備、施工工藝的要求也越來越高，工程參數(shù)也會隨之越來越大。在工程施工中，通過泥漿循環(huán)將孔內(nèi)切削下來的巖屑排出，為了使保證排屑效果，往往要使泥漿在孔內(nèi)保持較高流速，而這會使泥漿在孔內(nèi)產(chǎn)生較大壓力；如果流速過低，又會導(dǎo)致巖屑無法順利排出，在孔內(nèi)形成堆積，減小泥漿流斷面，同樣會使泥漿局部壓力增大，當(dāng)孔內(nèi)泥漿壓力高于地層極限壓力后，便會壓裂地層，同時與天然孔洞或裂隙溝通，在地層中形成新的泥漿路徑，導(dǎo)致泥漿從地表漏出，這種現(xiàn)象即為冒漿。冒漿發(fā)生后，首先由于泥漿從地表漏出而大部分浪費(fèi)，循環(huán)返漿量減少，會大大增加對泥漿的需求量；其次泥漿通過孔壁滲向地層，這會改變地層巖土原有的應(yīng)力狀態(tài)，造成孔壁失穩(wěn)、坍塌的風(fēng)險增大；同時，泥漿漏至地表，在地表流動，會在地面的莊稼、河流、建筑或者交通等諸多方面產(chǎn)生影響。而在具體施工過程中，很多施工單位忽略泥漿技術(shù)的應(yīng)用，往往會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。對冒漿原因產(chǎn)生的原因分析如下：水平定向鉆工程的冒漿問題，實(shí)質(zhì)上是泥漿孔內(nèi)泥漿滲流到地表的過程，而這個過程又可以分為以下兩種情況[5]：第一，地下水位線低于鉆孔位置，此時地層中泥漿滲流屬于非飽和；第二，地下水位線高于鉆孔位置，此時地層中泥漿滲流分為兩個階段，首先是泥漿逐漸頂驅(qū)固有地下水、滲入地層的過程，其次泥漿滲流到水位線時，地下水位線液柱壓力遠(yuǎn)低于泥漿壓力，泥漿經(jīng)過地下水位線，繼續(xù)向上面地層滲流。參考達(dá)西定律，當(dāng)鉆孔深度一定時，水頭損失便為一個大于零的固定值，若水頭損失小于泥漿壓力，即使?jié)B流速度極小、滲流路徑極大，也可能發(fā)生冒漿。在具體施工過程中，結(jié)合實(shí)習(xí)現(xiàn)場冒漿問題的發(fā)生過程，分析認(rèn)為產(chǎn)生冒漿具體原因有以下三方面：1、地層及流體壓力條件（1）孔內(nèi)泥漿在壓力作用下，沿著地層中原有孔洞或裂隙通道流動，泄露至地表；（2）泥漿液柱壓力大于所鉆地層中的孔隙水壓力，在壓力差的作用下，泥漿由經(jīng)地層滲流至地表；（3）泥漿壓力大于地層原有破碎臨界壓力，地層在壓差作用下被壓裂，泥漿沿壓裂裂縫滲流至地表。2、泥漿配方體系不合適在現(xiàn)場施工過程中，作為定向鉆工程的“血液”，泥漿必須滿足一定的壓力和性能上的要求。鉆孔環(huán)空中的泥漿壓力既要保證足以平衡地層壓力、不至于導(dǎo)致孔壁坍塌，又要低于地層極限破碎壓力，以免壓裂地層造成泥漿漏失。在性能方面，若泥漿密度等性能指標(biāo)過大，會導(dǎo)致地層破裂產(chǎn)生冒漿；若過小，又會因?yàn)榧羟衅茐亩鴮?dǎo)致孔壁坍塌。同時，若選用不合適的泥漿體系配方，孔內(nèi)巖屑無法順利排出會導(dǎo)致孔內(nèi)壓力激增，壓裂地層，產(chǎn)生冒漿。3、現(xiàn)場施工工藝不合理在現(xiàn)場施工過程中的一些工藝參數(shù)不合理也是造成冒漿的主要原因之一。例如對于泥漿泵排量和鉆速這兩個重要參數(shù)，若泵量過大，會導(dǎo)致鉆孔內(nèi)環(huán)空泥漿壓力偏大，若泵量過小，又會導(dǎo)致鉆屑不能順利排出，孔內(nèi)憋壓，而鉆速太快會造成孔內(nèi)鉆屑含量過多而不能及時排出，同樣導(dǎo)致孔內(nèi)壓力激增，這些都是產(chǎn)生冒漿現(xiàn)象的常見因素。3.2.1泥漿應(yīng)用分析現(xiàn)場使用淡水泥漿體系。在導(dǎo)向孔階段，泥漿的主要作用是護(hù)壁，排屑，防止鉆屑床的產(chǎn)生。另外，為了提高泥漿馬達(dá)的效率，泥漿的配置方案還需考慮泥漿在鉆頭噴嘴處的粘度，提高鉆進(jìn)效率。根據(jù)地質(zhì)情況，在鉆導(dǎo)向孔階段，現(xiàn)場泥漿粘度控制在40～50S（現(xiàn)場通過馬氏漏斗進(jìn)行檢測）。泥漿配方為水+5～7%膨潤土，無其他添加劑。這一過程中泥漿用量主要依據(jù)泥漿馬達(dá)使用需求，使馬達(dá)產(chǎn)生足夠的動力，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中，泥漿泵泵壓為2~3MPa，泵量為0.6~0.8m3/min。此次實(shí)習(xí)現(xiàn)場所用泥漿泵為撬裝三缸單作用柱塞泵，最大工作壓力為20MPa，最大工作排量可達(dá)3819L/min。如圖圖3.4為現(xiàn)場使用3HS-280型泥漿泵。圖3.43HS-280型泥漿泵3.2.2泥漿極限壓力計(jì)算模型[6,7,8,9,10]當(dāng)?shù)貙硬槐粔毫训那疤嵯掳l(fā)生冒漿時，泥漿運(yùn)送通道一定，泥漿壓力越大，流速越快，巖屑的排出效率越高，因此通常要控制泥漿的泵送壓力在一定范圍內(nèi)。最大泥漿泵送應(yīng)為孔底最大泥漿壓力（即極限地層壓力）與泥漿在鉆桿內(nèi)損失的壓力之和。1、極限地層壓力計(jì)算模型地層極限壓力并不是土層的某種壓力特性，而是針對冒漿問題提出的一個概念。通過運(yùn)用土力學(xué)、巖石力學(xué)和彈塑性力學(xué)的原理分析計(jì)算，結(jié)合摩爾—庫倫破壞準(zhǔn)則進(jìn)行壓裂冒漿計(jì)算模型的建立，建立了多層地層組合的極限壓力計(jì)算模型。多層地層組合的壓力計(jì)算公式為：當(dāng)穿越河床是，相應(yīng)的臨界壓力計(jì)算公式為：當(dāng)在鉆遇地層中，最下一層是滲流層，以上是密閉地層，考慮形成漿液柱壓力，得到臨界壓力計(jì)算公式為：式中：Pmax—鉆孔中泥漿的臨界壓力（kPa）；?！囟?，在地下水以下去土體的有效重度（N/m3）；R—圓柱體地面半徑（m）；n—地層層數(shù)；H0—滲流地層高度（m）。2、Delft公式模型上述極限地層壓力計(jì)算模型公式稍微復(fù)雜，不便計(jì)算?，F(xiàn)在國內(nèi)外普遍認(rèn)可Delft公式來計(jì)算水平定向鉆施工過程中最大允許泥漿壓力（Arends，2003），前提是假設(shè)土體為均勻各向同性的理想彈塑性體。公式為：其中：式中：C—粘聚力（kPa）；Φ—內(nèi)摩擦角（rad）；σ0—初始有效應(yīng)力（kPa）；R0—初始孔徑（m）；Rpmax—最大允許塑性半徑（m）；G—剪切模量（kPa）。最大塑性區(qū)半徑可以取鉆孔軸線距離地表高度H的2/3。3、圓管內(nèi)流動阻力計(jì)算模型水平鉆孔內(nèi)泥漿壓力是通過計(jì)算泥漿在孔內(nèi)的流動阻力損失，從而得到鉆孔內(nèi)任意一點(diǎn)的流體壓力。根據(jù)流體特征，可將流體分為牛頓、賓漢、冪律、卡森四種模型。而泥漿是膨潤土加水混合而成的流體，屬于非牛頓流體，其流變特征可用賓漢流體模型解釋，也就是泥漿發(fā)生初始流動時必須要克服原始剪切阻力。根據(jù)泥漿流體模型，此處僅列出賓漢流體在圓管內(nèi)流動阻力計(jì)算模型：式中：Ηp——塑性粘度（mPa·s）；Q—流量（m3/s）；τd—動切力（Pa）；R—鉆桿內(nèi)半徑（m）；L—流經(jīng)距離（m）。3.2.3極限壓力計(jì)算方法適應(yīng)性分析如何對中石化湞江定向鉆穿越項(xiàng)目冒漿點(diǎn)處的泥漿壓力進(jìn)行核算，在查閱大量資料文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，目前現(xiàn)有的穿越地層泥漿臨界壓力計(jì)算模型很多都是基于土體[11,12]，對于巖石層卻并沒有普遍認(rèn)可的計(jì)算方法。而此次穿越地層工程中，穿越地層共有九層，其中自上而下，第六層為卵石層，第八層、第九層依次為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，而不是僅限于穿越土體，地層條件較為復(fù)雜，現(xiàn)有的計(jì)算模型并不能應(yīng)用于該此種地層條件。其次，由于施工單位對穿越巖石層的鉆孔穩(wěn)定性盲目自信，在前期勘查過程中，僅僅對土體層取樣進(jìn)行土工試驗(yàn)分析，而并沒有對巖石層取樣進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致對于此次所穿越巖石層的巖石物理力學(xué)性質(zhì)并沒有第一手的數(shù)據(jù)，這也導(dǎo)致后續(xù)無法針對穿越巖石層的孔壁穩(wěn)定、泥漿壓力等問題進(jìn)行進(jìn)一步分析。根據(jù)地質(zhì)勘察報告中關(guān)于巖石層的取樣分析，可以看出，第八層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖屬層狀構(gòu)造，巖芯主要呈碎塊狀，帶水鉆進(jìn)之后呈砂土狀，錘擊易碎；第九層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為泥質(zhì)膠結(jié)，泥質(zhì)粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，含膏鹽，且裂隙較發(fā)育。由此可以看出，第八層、第九層的巖層特點(diǎn)，可以說是“有利于”冒漿的。與土層不同，當(dāng)巖層有較為復(fù)雜的節(jié)理和裂隙存在時，裂隙或者節(jié)理的程度都對鉆孔圍巖有著較大的影響，此種情況下，不能將其假設(shè)為均勻、連續(xù)、各向同性的理想介質(zhì)。在鉆進(jìn)過程中泥漿對巖層的壓力作用下，壓裂往往不是在巖體塑性區(qū)擴(kuò)展形成，而是沿著裂隙或者節(jié)理等脆弱面形成，進(jìn)而形成泥漿泄露通道，甚至存在較為貫通裂隙、孔洞的巖層發(fā)生冒漿的風(fēng)險要高于土層。所以在水平定向鉆工法中，不能簡單地認(rèn)為在巖石層中鉆進(jìn)就不會發(fā)生孔壁失穩(wěn)、冒漿問題，并且，目前適用于土層的Delft公式以及其他比較成熟的模型，都無法很好地應(yīng)用于裂隙巖層，這也是以后重點(diǎn)研究的方向之一。3.2.4防冒漿泥漿體系的研究與分析從以上可以看出，冒漿現(xiàn)象主要是由于泥漿通過巖層裂隙和破壞土體、形成新的滲流通道而產(chǎn)生，所以，對于防冒漿泥漿，可以從降低鉆孔內(nèi)泥漿壓力和提高泥漿封堵能力兩方面來考慮。根據(jù)鉆進(jìn)過程中泥漿循環(huán)降壓理論，可以看出，在泥漿流經(jīng)途中任選一點(diǎn)，在該點(diǎn)泥漿的流過距離即為確定，此時泥漿在該點(diǎn)的壓力就主要取決于泥漿的各項(xiàng)性能指標(biāo)。同時在鉆頭破碎地層過程中，大量鉆渣被切削下來混入泥漿中，由于鉆渣中的粘土礦物成分發(fā)生水化以及部分惰材料分散在泥漿中，同樣會導(dǎo)致泥漿粘度增大，所以我們也應(yīng)該考慮泥漿的穩(wěn)定性和排屑能力。1、防冒漿泥漿作用機(jī)理對于防冒漿泥漿來說，高剪切稀釋性其必須要滿足的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其次，也應(yīng)該具有較好的降濾失性、抑制性、潤滑性和排屑能力。剪切稀釋性是塑性流體和假塑性流體的表觀粘度隨著剪切速率的增加而減低的特性，在鉆頭水眼處，剪切速率極高，此時泥漿較稀，利于破碎進(jìn)尺，在環(huán)形空間內(nèi)，剪切速率較低，此時泥漿粘度增大，利于排屑。較高的剪切稀釋性可以有效地降低流動阻力，從而減小孔內(nèi)泥漿壓力，將壓力控制在冒漿臨界壓力之下，避免冒漿事故的發(fā)生。對于剪切稀釋性，可以這樣理解，當(dāng)處于靜止或者較低流速狀態(tài)下時，泥漿中的黏土顆粒、微粒分子都是雜亂無序、隨機(jī)排列，并且它們之間通過若干“粘結(jié)點(diǎn)”膠結(jié)在一起，此時泥漿的表觀粘度較大；當(dāng)施加外界干擾后，在較高的流速狀態(tài)下，黏土顆粒、微粒分子排列變得整齊、有序，同時“粘結(jié)點(diǎn)”被破壞，分子之間的膠結(jié)力減弱，宏觀表現(xiàn)就是粘度降低。常用動切力與塑性粘度的比值（簡稱動塑比）來評價剪切稀釋性的強(qiáng)弱，當(dāng)剪切速率一定時，動塑比越大，剪切稀釋性越強(qiáng)。當(dāng)采用冪律模式表征泥漿的流變性時，流性指數(shù)n值得大小也可以表示剪切稀釋性的強(qiáng)弱，n值越小，漿液的剪切稀釋性越好。一般而言，動塑比應(yīng)該控制在0.36～0.48Pa/mPa·s，n值保持在0.4～0.7比較合適[13]。在鉆孔中壓力差的作用下，泥漿中的自由水通過孔壁孔隙或裂隙向地層中滲透的過程即為泥漿的濾失過程，而地層中除了較大的裂隙和孔洞外，一般地層的孔、裂隙比較小，只允許泥漿中的自由水通過，而黏土顆粒周圍的吸附水隨著黏土顆粒及其他固相附著在孔壁上構(gòu)成泥皮，不再滲入地層。具有強(qiáng)降濾失性的泥漿，可以很大程度上提高泥餅的質(zhì)量，使其致密，這樣可以減少泥漿的漏失，延緩泥漿壓力的擴(kuò)散，從而使孔壁穩(wěn)定，避免冒漿。泥漿降濾失的途徑主要有：①采用優(yōu)質(zhì)膨潤土和有關(guān)處理劑，增加水化膜厚度；②增加泥漿中黏土的含量；③選用能提高水溶液粘度的處理劑，增加泥漿濾液粘度；④加快在復(fù)雜地層段的鉆進(jìn)速度，減少孔壁裸露時間；減少泥漿循環(huán)對孔壁的沖刷。當(dāng)泥漿的抑制性較強(qiáng)時，可以抑制鉆渣中的黏土礦物成分在泥漿中的水化分散程度，從而控制泥漿粘度不受控制地增大，這樣可以避免環(huán)空中泥漿壓力增大，減小壓力激動，從而保持孔壁穩(wěn)定，避免冒漿。潤滑性較好的泥漿，可以通過將鉆具與孔壁之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦（惰性固體潤滑）、在孔壁形成油膜（瀝青類處理劑）、將鉆具與孔壁接觸產(chǎn)生的固-固摩擦，轉(zhuǎn)化為活性劑非極性端之間或油膜之間的摩擦（液體潤滑劑）等方式，起到減小摩擦阻力的作用，使鉆屑排出、泥漿循環(huán)變得流暢，從而減小環(huán)空內(nèi)泥漿壓力，減小冒漿風(fēng)險。排屑能力較強(qiáng)的泥漿主要依賴于泥漿中的高分子顆粒之間的膠結(jié)能力，使鉆屑可以克服自身重力，較長時間地懸浮，不會很快地堆積在鉆孔底部，從而能夠被順暢地帶出鉆孔，保證孔內(nèi)通暢，防止憋壓，泥漿壓力升高產(chǎn)生冒漿。在湞江定向鉆穿越導(dǎo)向孔施工過程中，現(xiàn)場使用泥漿配方為膨潤土（山東泗水）+自來水，并沒有添加其他處理劑。在前期更換注砂泵電機(jī)的幾天時間里，由于現(xiàn)場沒有備用電機(jī)，故只能使用經(jīng)過沉淀槽和振動篩處理的返回漿液進(jìn)行鉆進(jìn)，泥漿粘度、濾失性等性能大大下降，孔內(nèi)鉆屑無法有效、及時排出，大量鉆屑堆積在孔內(nèi)，這也為后期鉆進(jìn)冒漿埋下安全隱患。圖3.5為現(xiàn)場冒漿后，對泥漿基本性能參數(shù)進(jìn)行測定。；圖3.5現(xiàn)場測定泥漿性能參數(shù)2、防冒漿泥漿體系及配方研究針對于現(xiàn)場冒漿點(diǎn)處的地層特性，泥漿的高剪切稀釋性、高粘度和較好的攜帶鉆屑能力是泥漿的重點(diǎn)提升性能指標(biāo)。泥漿添加劑聚丙烯酰胺（PAM）和XC生物聚合物可以很好地提高泥漿的動塑比，使泥漿有較好的剪切稀釋性，屬于較有效的流型調(diào)節(jié)劑。通過其他學(xué)者通過對加入各種不同的添加劑的泥漿配方進(jìn)行剪切稀釋實(shí)驗(yàn)[14]，優(yōu)選出一套以高剪切稀釋性為主、同時兼顧有較好的降濾失性、抑制性、潤滑性和排屑能力的泥漿配方，配方如下：配方：6%土粉+0.02%XC+0.02%PAM該泥漿配方基本性能參數(shù)見表3.1。表3.1泥漿基本性能參數(shù)Table3.1basicperformanceparametersofmudΦ600Φ300Φ200Φ100Φ6Φ3pHn52.842.638.132.22017.71.6314.88.50.3162（注：表中Ф600、Ф300、Ф200、Ф100、Ф6、Ф3分別為六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)對應(yīng)600轉(zhuǎn)、300轉(zhuǎn)、200轉(zhuǎn)、100轉(zhuǎn)、6轉(zhuǎn)和3轉(zhuǎn)對應(yīng)的讀值；τd/ηp為動塑比；FL為失水量；pH為酸堿值；n為流型指數(shù)；MF為馬式漏斗粘度讀值。）該配方曾在西氣東輸工程某標(biāo)段北運(yùn)河穿越工程（主要為松散膠結(jié)地層）中被應(yīng)用，現(xiàn)場施工過程中，泥漿環(huán)空壓力可以保持在理想水平，且沒有發(fā)生冒漿現(xiàn)象。該配方在工程實(shí)踐被驗(yàn)證可行。3.2.5堵漏技術(shù)措施在水平定向鉆進(jìn)施工過程中，如果所通過地層發(fā)生了漏失，會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的工程后果，泥漿用量會加大，同時會造成孔壁失穩(wěn)坍塌、埋鉆卡鉆等事故直接影響鉆孔質(zhì)量和工程進(jìn)度，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。在工程實(shí)際施工中常用的液堵漏方法有水泥漿護(hù)壁堵漏、惰性材料和化學(xué)漿液護(hù)壁堵漏等[15]，而水泥漿堵漏和水泥-水玻璃漿液是較為有效的堵漏方式。1、水泥漿堵漏水泥作為一種固結(jié)性材料，與其他護(hù)壁堵漏漿液相比，具有貨源廣、成本低、無環(huán)境污染、使用方便等特點(diǎn)。同時它具有一定的滲透能力，與巖石的固結(jié)性較好，性能耐久穩(wěn)定，硬化后的水泥結(jié)石有較高的強(qiáng)度。而且在水泥漿灌入鉆孔過程中，水泥漿的流動性、凝結(jié)時間都可以人為進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足不同條件下灌注工藝的要求。用水泥漿進(jìn)行堵漏，是指通過灌注導(dǎo)管或鉆桿將水泥漿泵入孔內(nèi)漏失、坍塌的巖層或套管與地層的縫隙之間以達(dá)到護(hù)壁堵漏或固井的目的。當(dāng)鉆井過程中遇到卵礫石層、有較大裂隙的巖層、破碎帶等地層時，用普通的泥漿進(jìn)行堵漏難以達(dá)到理想的結(jié)果，此種情況下，可以采用水泥漿護(hù)壁堵漏。用水泥漿進(jìn)行堵漏時，首先需要停止鉆進(jìn)，利用泥漿泵將漿液通過鉆桿泵入孔內(nèi)，泥漿在此階段需要有較好的流動性，以便能夠滲入、填充漏失裂隙中。待水泥漿在漏失處凝結(jié)后，重新下入鉆具，掃孔鉆進(jìn)。要注意的是，由于實(shí)際施工中，對時間控制較為嚴(yán)格，所以需要在水泥漿中加入早強(qiáng)劑，使其盡可能快得固結(jié)，同時，堵漏對于水泥漿凝結(jié)后期的強(qiáng)度要求不高，只需滿足維持孔壁穩(wěn)定、防止泥漿漏失即可。2、水泥-水玻璃漿液堵漏水玻璃是由一定比例的二氧化硅和堿金屬組成，它可以溶在水中，屬無機(jī)硅酸鹽。水玻璃由于具有堵漏效果較好、成本低、貨源廣、配置方便以及適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被普遍使用，在工程實(shí)踐中，單一使用水玻璃漿液的情況較少，為了提高堵漏效果，大多采用水玻璃符合漿液，其中相比之下，效果較好的是水泥—水玻璃復(fù)合漿液。其中，水泥—水玻璃漿液堵漏機(jī)理為：首先將粘土基漿、水泥和水玻璃混合，形成復(fù)合膠質(zhì)漿液，之后在泵壓的作用下，將混合漿液送入鉆孔內(nèi)并向裂隙地層壓入，由于漿液具有較好的流動性以及克里希小，所以可以較容易地被壓入漏失裂隙中去。之后，基漿中的粘土顆粒被由水玻璃作用生成的硅酸鈣膠體包裹[16]，并且隨著包裹體的增大而發(fā)生顆粒沉淀，作為一種填充材料進(jìn)入到漏失地層的孔隙中去，隨即固化膠結(jié)，形成水泥漿液固體，并且具有一定的強(qiáng)度，從而封堵漏失孔洞，發(fā)揮堵漏作用。導(dǎo)向井眼軌跡的控制技術(shù)與對策研究在定向鉆施工中，導(dǎo)向孔是關(guān)鍵工序之一。導(dǎo)向孔的質(zhì)量好壞，除了泥漿、鉆具和操作之外，還取決于控向系統(tǒng)的“定向”功能。所謂定向，也就是要準(zhǔn)確的跟蹤鉆進(jìn)的方向，使得能夠按照設(shè)計(jì)的曲線鉆進(jìn)。實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)方向的調(diào)整，是通過推進(jìn)造斜短節(jié)來實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)方向改變。所以，控向系統(tǒng)除了要跟蹤鉆進(jìn)的三維坐標(biāo)之外，還需要采集造斜短節(jié)的姿態(tài)，即面向角。本工程控向系統(tǒng)采用2套地磁地面復(fù)合導(dǎo)向系統(tǒng)（P2），該控向系統(tǒng)由美國vectormagnetics公司生產(chǎn)，其核心部件為有線隨鉆測斜儀（即通常所說的“探棒”）。圖4.1為全套P2系統(tǒng)的組成。圖4.1全套P2系統(tǒng)組成有線隨鉆測斜儀的基本原理為：在每鉆進(jìn)一根鉆桿后，有線隨鉆測斜儀測量出每根鉆桿所改變的水平角度和縱向角度（精度達(dá)到0.1°），根據(jù)每根鉆桿鉆進(jìn)的長度（即單根鉆桿長度，可以在地表測出），計(jì)算出（通過地表計(jì)算機(jī)內(nèi)的控向軟件）每鉆進(jìn)一根鉆桿后三維坐標(biāo)的改變值（即鉆進(jìn)一根鉆桿后，在長度、深度、左右偏差的改變值）。P2系統(tǒng)能夠在鉆進(jìn)過程中，實(shí)時顯示鉆進(jìn)將要調(diào)整的方向，并實(shí)時生成導(dǎo)向孔曲線；在開鉆前，將設(shè)計(jì)的穿越曲線輸入到這套系統(tǒng)中，就可以實(shí)時顯示導(dǎo)向孔實(shí)際曲線與設(shè)計(jì)曲線在深度、左右方向上的差值，直接指導(dǎo)控向人員和司鉆人員的下一步曲線調(diào)整操作。圖4.2為施工中實(shí)時顯示鉆頭位置信息。圖4.2施工過程中實(shí)時顯示鉆頭位置信息磁方位角作為定向鉆穿越工程最重要的控向數(shù)據(jù)，是確保穿越曲線圓滑的最重要的保障。因此，在導(dǎo)向孔開鉆前，要認(rèn)真做好穿越中心線的磁方位角測量，這一數(shù)值是導(dǎo)向孔控向的原始依據(jù)數(shù)值，必須準(zhǔn)確。用GPS通過在穿越中心線上地表多點(diǎn)測量（一般情況下，出、入土側(cè)各取兩個點(diǎn)），然后將各組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，排除那些由于磁干擾而錯誤的數(shù)據(jù)，確定正確的磁方位角數(shù)值。如果各組數(shù)據(jù)相差較大（0.2°以上），則增加測量點(diǎn)（2-4個），直到確定正確的數(shù)值。在鉆進(jìn)過程中井眼軌跡控制可能產(chǎn)生的問題以及應(yīng)對措施如下[17]：1、防止定向鉆在鉆孔時呈“S”形的措施：（1）定向設(shè)備采用進(jìn)口P2定向系統(tǒng)，在鉆進(jìn)過程中嚴(yán)格控制全角變化率，盡量縮短測量間隔長度。（2）遇到地層軟硬變化或礫石時，參數(shù)測量間距不得超過2米。（3）調(diào)整方位要及時，并留有余量，禁止反復(fù)大幅度調(diào)整角度。（4）控向?qū)Υ┰骄燃肮こ坛晒εc否至關(guān)重要，開鉆前仔細(xì)分析地質(zhì)資料，確定控向方案，泥漿工和司鉆要重視每一個環(huán)節(jié)，認(rèn)真分析各項(xiàng)參數(shù)，互相配合鉆出符合要求的導(dǎo)向孔，鉆導(dǎo)向孔要隨時對照地質(zhì)資料及儀表參數(shù)分析成孔情況。（5）各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)行試鉆，鉆進(jìn)1～3根鉆桿后檢測各部分運(yùn)轉(zhuǎn)情況，各種參數(shù)正常后按次序鉆進(jìn)。（6）導(dǎo)向孔完成，鉆頭及無磁鉆鋌出土后要及時卸掉，裝上擴(kuò)孔器進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔，因穿越距離長扭矩大，卸鉆鋌和鉆頭時，用B型鉗，必要時可以加熱及錘擊等配合拆卸。2、導(dǎo)向孔曲線與設(shè)計(jì)曲線偏差控制措施：根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》GB50424-2015導(dǎo)向孔實(shí)際曲線與設(shè)計(jì)曲線的偏差不應(yīng)大于1%，且偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)向孔實(shí)際穿越曲線與設(shè)計(jì)穿越曲線的偏移量在深度方向上應(yīng)不大1m，橫向方向上也應(yīng)不大于1m，超出誤差允許范圍應(yīng)退回進(jìn)行糾偏。導(dǎo)向孔在鉆進(jìn)過程中偏離設(shè)計(jì)穿越曲線的原因可以歸納為以下三種情況：第一種情況：鉆機(jī)就位方位與管線設(shè)計(jì)穿越方位有偏差，造成在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)的過程中其軌跡逐漸偏離設(shè)計(jì)穿越曲線。第二種情況：受地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響。導(dǎo)向孔在鉆進(jìn)過程中要穿越不同地層，由于各地層地質(zhì)特征差異很大，即使是同一地層其硬度分布也會軟硬不均，因此，鉆頭在鉆進(jìn)的過程中比較容易偏向相對較軟的地層，造成與設(shè)計(jì)曲線發(fā)生偏移。第三種情況：在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中，由于鉆機(jī)操作人員（司鉆員、控向員）人為操作有誤，使穿越軌跡與設(shè)計(jì)曲線發(fā)生偏移。針對以上造成曲線偏移的原因，特制定如下措施：（1）保證鉆機(jī)就位方位與設(shè)計(jì)管線中心線重合的措施鉆機(jī)就位前，用測量儀器（如RTK）放出管線穿越中心線，根據(jù)穿越入土角、鉆機(jī)自身尺寸（車長、車寬、輪距等）等參數(shù)計(jì)算出鉆機(jī)就位的精確位置，并用白灰或用線繩予以標(biāo)記，并以此標(biāo)記作為鉆機(jī)就位的依據(jù)。在鉆機(jī)就位過程中，除了利用白灰或線繩標(biāo)記作為就位的標(biāo)準(zhǔn)外，就位后還要用測量儀器測量鉆機(jī)就位偏差，經(jīng)計(jì)算鉆機(jī)就位方位相對于管線中心線的角度偏差如果超過0.1°時，需要根據(jù)偏左偏右情況重新調(diào)整鉆機(jī)，經(jīng)多次就位-測量-調(diào)整-再測量，直到偏差控制在0.1°范圍內(nèi)。鉆機(jī)就位后，計(jì)算出精確的偏差數(shù)值，在開始鉆導(dǎo)向孔時及時調(diào)整此偏差為零，從而保證導(dǎo)向孔軌跡與設(shè)計(jì)穿越曲線重合。（2）確保導(dǎo)向孔在不同地質(zhì)層中的平滑過度。導(dǎo)向孔鉆進(jìn)是穿越施工的第一步也是最關(guān)鍵的一步，這就要求在鉆導(dǎo)向孔過程中對下面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行近一步的分析判斷?？叵騿T與司鉆員要認(rèn)真實(shí)際地做好施工記錄，為下面的預(yù)擴(kuò)孔及管線回拖提供切實(shí)可靠的施工資料。（3）控制人為因素造成導(dǎo)向孔軌跡與設(shè)計(jì)穿越曲線偏差的措施。開工前，進(jìn)行有針對性的培訓(xùn),加強(qiáng)控向人員與司鉆人員的配合，司鉆人員以控向人員的指令為準(zhǔn)，按照指令進(jìn)行操作，防止人為操作導(dǎo)致鉆孔出現(xiàn)偏移設(shè)計(jì)曲線?？叵蛉藛T應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)曲線計(jì)算每次傾角的調(diào)整度數(shù)，認(rèn)真掌握并注意穿越過程中的軌跡變化，通過軌跡變化確定控向方向的變化。從而控制導(dǎo)向孔軌跡與設(shè)計(jì)穿越曲線的偏移。各系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后進(jìn)行試鉆，鉆進(jìn)1～3根鉆桿后檢測各部分運(yùn)轉(zhuǎn)情況，各種參數(shù)正常后按次序鉆進(jìn)。第五章結(jié)論與建議5.1結(jié)論本論文是基于在中石化潛江—韶關(guān)輸氣管道工程線路湞江定向鉆穿越工程現(xiàn)場為期一個月的實(shí)習(xí)后，以實(shí)際工程案例為依托，對長距離水平定向鉆管道鋪設(shè)設(shè)計(jì)方案以及導(dǎo)向孔技術(shù)進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用分析與研究，重點(diǎn)對設(shè)計(jì)方法、冒漿問題以及軌跡控制技術(shù)展開了研究和探索，主要結(jié)論如下：水平定向鉆非開挖技術(shù)，特別是長距離鋪管技術(shù)仍然是未來管道鋪設(shè)的重要技術(shù)方法，設(shè)計(jì)方案的確定、定向軌跡的控制以及現(xiàn)場冒漿問題仍然是重點(diǎn)問題；針對中石化新疆煤制氣外輸氣管道項(xiàng)目中的潛江—韶關(guān)輸氣管道工程線路三標(biāo)段湞江定向鉆穿越工程，論文總結(jié)了關(guān)鍵技術(shù)問題，并就現(xiàn)場設(shè)備選型、工藝方法配套、泥漿技術(shù)開展了適應(yīng)性分析