徐向陽，許明武，楊 菲

（中海石油煉化東莞油品儲(chǔ)運(yùn)有限公司，廣東東莞 523988）

珠三角地區(qū)河流定向鉆穿越設(shè)計(jì)施工問題探討

徐向陽，許明武，楊 菲

（中海石油煉化東莞油品儲(chǔ)運(yùn)有限公司，廣東東莞 523988）

由于珠江三角洲特殊的地理環(huán)境以及復(fù)雜的工程地質(zhì)情況，定向鉆穿越施工時(shí)遇到不少難題，如鉆頭在粉細(xì)砂層中的抬頭問題、在淤泥質(zhì)土層中的導(dǎo)向問題等。針對(duì)長輸管道現(xiàn)場定向鉆施工中遇到的問題，進(jìn)行了分析研究，提出了縮小探孔間距、調(diào)整穿越曲線、采用兩級(jí)導(dǎo)向孔等有效應(yīng)對(duì)措施，為今后珠三角地區(qū)定向鉆穿越設(shè)計(jì)和施工提供范例。

定向鉆；河流穿越；珠江三角洲

近年來，定向鉆施工技術(shù)日益成熟，已廣泛應(yīng)用于河流和一些特殊地段的穿越施工。在珠江三角洲地區(qū)的管道施工中，定向鉆充分發(fā)揮了其非開挖施工的優(yōu)越性。然而，由于珠三角特殊的地理環(huán)境和復(fù)雜的地質(zhì)情況，定向鉆穿越施工中遇到不少難題。

1 珠江三角洲的地質(zhì)概況

本區(qū)在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷過多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其中華力西—印支運(yùn)動(dòng)使晚古生代發(fā)生過渡性褶皺，伴隨斷裂構(gòu)造，構(gòu)造線以北東向?yàn)橹鳎蜗驗(yàn)闁|西向，而燕山運(yùn)動(dòng)規(guī)模最大，活動(dòng)最強(qiáng)烈，對(duì)區(qū)域構(gòu)造格局影響深遠(yuǎn)。目前，本區(qū)域大地構(gòu)造位置在華南準(zhǔn)地臺(tái)湘桂贛粵褶皺帶中的粵中坳褶皺束之東端，次級(jí)褶皺位于靈山大崗石樓斷凹盆地中，主要是白堊紀(jì)紅色砂礫巖、泥巖組成的構(gòu)造盆地[1]。地層按照成因類型自上而下分為第四系全新統(tǒng)耕地、第四系全新統(tǒng)海陸交互相沉積層、第四系更新統(tǒng)沖積層、基巖為白堊系上統(tǒng)粉砂質(zhì)泥巖或泥質(zhì)粉砂巖。地質(zhì)主要特點(diǎn)是軟土分布范圍廣、厚度大，軟土主要是軟塑狀淤泥或淤泥質(zhì)土等。從上到下各地層的主要分布為淤泥、中粗砂、淤泥、粉砂、淤泥混砂、黏土、泥巖、巖石等。

2 珠江三角洲定向鉆穿越施工過程中出現(xiàn)的問題

根據(jù)國家技術(shù)規(guī)范，適合水平定向鉆施工的地質(zhì)條件為巖石、砂土、粉土、黏性土。對(duì)于僅在出土點(diǎn)或入土點(diǎn)側(cè)含有卵礫石等不適合水平定向鉆施工的地質(zhì)條件，經(jīng)采取措施后也可進(jìn)行水平定向鉆穿越施工[2]。在珠三角地區(qū)基本沒有完全符合上述條件的地質(zhì)情況，但有時(shí)由于實(shí)際施工需要，必須采用水平定向鉆的施工工藝，因而會(huì)產(chǎn)生很多問題，主要有：

（1）由于地質(zhì)變層復(fù)雜，出土端鉆頭穿過粉細(xì)砂層時(shí)無法抬頭，導(dǎo)向孔鉆孔失敗。以某東江北干流穿越項(xiàng)目為例，根據(jù)勘察設(shè)計(jì)資料，定向鉆設(shè)計(jì)的長度為980 m，設(shè)計(jì)穿越曲線需穿過素填土層、粉細(xì)砂層、粗砂層、礫砂層、砂質(zhì)黏土層和泥質(zhì)粉砂巖層，然后水平穿越500 m寬的泥質(zhì)粉砂巖層，在出土端斜向上穿越粉細(xì)砂層。在實(shí)際施鉆過程中，當(dāng)鉆頭在出土端斜向上穿越粉細(xì)砂層時(shí)，因鉆頭噴漿沖刷粉細(xì)砂，形成流動(dòng)層，無法支承鉆頭重量，致使鉆頭抬不起頭繼續(xù)向上推進(jìn)，從而改變了方向；由于阻力不斷增加，整個(gè)鉆桿的扭矩也就相應(yīng)增大，施工人員將鉆桿反復(fù)抽回和推進(jìn)，最后導(dǎo)致鉆桿斷裂。斷點(diǎn)處于管側(cè)鉆桿出土前100 m左右的位置，經(jīng)過多次抓撈，斷在底下的鉆頭無法找到，最后只能重新鉆導(dǎo)向孔。從現(xiàn)場抽出的鉆桿來看，斷點(diǎn)截面比較平齊，證明鉆桿斷裂原因?yàn)榕ぞ剡^大而斷裂 （見圖1）。

（2）在長距離的淤泥地層中，無法控制鉆頭的位移，最終產(chǎn)生 “屁股”形曲線。以某洪屋渦水道定向鉆穿越項(xiàng)目為例，其穿越長度設(shè)計(jì)為1 180 m，穿越段地質(zhì)為素填土、淤泥，中粗砂、黏土、粉質(zhì)黏土等的交錯(cuò)地層，考慮到環(huán)境因素，鉆頭要在780 m處的兩座房屋建筑樁基礎(chǔ)中間通過，兩樁基礎(chǔ)之間相距約2.5m。由于鉆頭要經(jīng)過承受力較差的淤泥層，鉆頭無法按照導(dǎo)向位置曲線移動(dòng)，在左右方向偏差較大。當(dāng)鉆頭打到780 m時(shí)就碰到了樁基礎(chǔ)，無法通過間隙。施工單位數(shù)次在770 m附近調(diào)整導(dǎo)向，企圖通過推力調(diào)整迫使鉆桿轉(zhuǎn)向，均未成功，并連續(xù)發(fā)生三次鉆桿嚴(yán)重彎曲斷裂 （見圖2）。

3 定向鉆施工問題分析和應(yīng)對(duì)措施

3.1 東江北干流穿越

（1）從鉆孔返回泥漿的狀況分析，發(fā)現(xiàn)返回泥漿中的物質(zhì)與勘察資料記錄的不同，原因是勘察設(shè)計(jì)布局的勘察點(diǎn)間距較大 （50～80 m），控制程度低，沒有反映出實(shí)際地質(zhì)情況。

（2）穿越曲線出土端粉細(xì)砂層厚度較大，且采用了拖拉力為2 500 kN的大型鉆機(jī)，施加的鉆進(jìn)壓力過大。

鑒于以上兩點(diǎn)提出新鉆導(dǎo)向孔的解決方案。首先增加兩個(gè)地質(zhì)探孔，以便更加確切了解地質(zhì)情況；增加穿越曲線設(shè)計(jì)長度，出土點(diǎn)向前移動(dòng)33 m，從粉細(xì)砂層的最薄處穿過。其次根據(jù)進(jìn)尺及鉆進(jìn)深度，調(diào)整泥漿泵的泥漿進(jìn)入量，以此控制泥漿壓力，尤其是鉆頭到達(dá)粗砂層與粉細(xì)砂層時(shí)，需要降低泥漿的壓力，同時(shí)控制鉆進(jìn)速度，降低鉆進(jìn)壓力，確保泥漿形成穩(wěn)定護(hù)壁效果；另外，泥漿配制中添加容易護(hù)壁成孔的添加劑，保證從粗砂層過渡到粉細(xì)砂層的護(hù)壁形成，使導(dǎo)向孔鉆孔成功。

3.2 洪屋渦水道定向鉆穿越

調(diào)查顯示在鉆側(cè)780 m內(nèi)，樁基地層雖然是黏土，但鉆頭經(jīng)過的地層有中砂層和淤泥層，淤泥層的承受力不穩(wěn)定，容易造成鉆頭走偏，因而長距離鉆進(jìn)就難以控制鉆頭的定向準(zhǔn)確度，以致導(dǎo)向失敗。

針對(duì)以上問題采用兩級(jí)導(dǎo)向孔的施工方法，新老鉆進(jìn)方案示意見圖3。

首先，第一入土點(diǎn)不變，第一出土點(diǎn)改在樁基礎(chǔ)前方20 m的地方，即穿越長度760 m處；其次，第二入土點(diǎn)設(shè)在原出土點(diǎn)處，第二級(jí)施工時(shí)導(dǎo)向孔鉆頭從這里入土，穿越410 m后從兩樁基礎(chǔ)中間通過，大約在770 m的地方出土。兩級(jí)導(dǎo)向孔完成后，通過大開挖將兩鉆桿連接，于是就形成一條“屁股型”的曲線，然后通過鉆桿鉆頭的來回?cái)U(kuò)孔，使導(dǎo)向孔成為一條比較圓滑的通道，減少了管道回拖的阻力，最終導(dǎo)向孔施工成功完成。

4 結(jié)束語

在珠三角地區(qū)，某項(xiàng)目共采用定向鉆穿越16條大中型河流，雖然施工過程遇到了包括地質(zhì)、場地以及技術(shù)上的諸多問題，但是經(jīng)過設(shè)計(jì)和施工的充分結(jié)合，最終解決了漏漿、塌孔、斷鉆頭和鉆桿以及分段回拖等一系列問題，全部回拖成功，為管道的順利貫通提供了保障，也為珠三角地區(qū)定向鉆穿越積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]廣東省地質(zhì)局.區(qū)域地質(zhì)測量報(bào)告（廣州幅）[R].廣州：廣東省地質(zhì)局，1999.3-5.

[2]GB 50427-2007，油氣輸送管道穿越工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

Discussion on Design and Construction Problems in Directional Drilling Crossing Construction in Pearl River Delta Region

XU Xiang-yang（CNOOC Dongguan Oil Storage and Transportation Co.， Ltd.， Dongguan 523988，China），XU Ming-wu，YANG Fei

Due to peculiar geography and complex geological conditions in the Pearl River Delta,directional drilling crossing construction meets many problems,such as the driller head rising in silty-fine sand layer and the orientation deviation in sludge-soil layer.The problems encountered in the long distance pipeline directional drilling are analyzed,some effective measures are put forward,such as narrowing survey hole spacing,adjusting crossing curves and drilling two level pilot holes,which provide examples for future directional drilling crossing design and construction in the Pearl River Delta region.

directional drilling;crossing river;Pearl River Delta

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.010

徐向陽 （1978-），男，河南許昌人，工程師，1999年畢業(yè)于中國石油大學(xué) （華東）油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，2006年畢業(yè)于中山大學(xué)管理學(xué)院項(xiàng)目管理專業(yè)，碩士，現(xiàn)主要從事石油天然氣儲(chǔ)運(yùn)工程管理工作。

2011-06-21