文/趙李楠，中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司

石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術(shù)應(yīng)用

文/趙李楠，中國(guó)石油管道局工程有限公司第四分公司

隨著社會(huì)的全面發(fā)展，石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術(shù)應(yīng)用十分關(guān)鍵。其不僅能夠使得定向鉆穿越技術(shù)更加成熟，還能讓石油管道的穩(wěn)定性得到整體的增強(qiáng)。本文主要針對(duì)石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術(shù)進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

石油管道；穿越泥巖；穿越技術(shù)

在石油管道穿越泥巖的過程中，其首先需要對(duì)定向鉆穿越技術(shù)進(jìn)行整體性的。但在實(shí)際的使用過程中，其依舊會(huì)面臨諸多的問題。所以，為了能夠讓石油管道體系得到良好的構(gòu)建。其需要對(duì)整體的施工重點(diǎn)進(jìn)行良好的把握。并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行良好的調(diào)整。最終使得穿越泥巖的定向穿越技術(shù)得到整體性的應(yīng)用。

1 石油管道穿越泥巖中工程案例分析

東部原油管網(wǎng)俄油引進(jìn)配套慶鐵線擴(kuò)能改造工程，起點(diǎn)為大慶分輸站，終點(diǎn)為鐵嶺分輸站。本工程為原油管網(wǎng)俄油引進(jìn)配套慶鐵線擴(kuò)能改造工程第 4 標(biāo)段內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)區(qū)特殊區(qū)段定向鉆穿越工程。穿越管線為南北走向，采用大型定向鉆 2 管同拖813mm＋114mm 方式穿越 。主管管徑為813mm ，管材材質(zhì)為 L450 （ ×65 ），鋼管壁厚為11.9mm ，鋼管采用 3-PE 外防腐，鋪設(shè)硅管套管為114×6.4mm 。穿越管道設(shè)計(jì)壓力 9.45MPa 。而地下水的水位深埋到1.9m~2.5m，標(biāo)高203.41~209.15m。地下水的水源來源于大氣降水，地下水位的變化幅度在1~2m左右。施工段的水文地質(zhì)和工程地質(zhì)對(duì)開挖施工不利。所以，為了能夠讓整體的施工效率得到相應(yīng)的提升，需要對(duì)整體的地質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)的分析。最終讓工程質(zhì)量得到相應(yīng)的提高。

2 施工的主要難點(diǎn)

2.1 泥巖特性分析

在石油管道的整體穿越過程中，其整體的地勢(shì)相對(duì)而言較為平坦。地層為耕土（最大揭露厚度為 0.6m ）、粉質(zhì)粘土（硬塑）、泥巖（抗壓強(qiáng)度為 0.6～1.7MPa ）層組成。施工地段地下水主要賦存在粘性土層中。地下水類型為上層滯水，地下水穩(wěn)定水位埋深為1.90～2.50m。由于其黏土層的覆蓋面積相對(duì)廣泛。所以，還是會(huì)給整體的施工帶來一定的難度。

2.2 鉆孔穿越難度大

因?yàn)榇┰降乃蕉文鄮r層給導(dǎo)向鉆頭帶來的反作用大，因此導(dǎo)致導(dǎo)向選孔傾斜，容易產(chǎn)生設(shè)計(jì)軌跡和導(dǎo)向孔軌跡之間的偏差，而泥巖層孔內(nèi)擴(kuò)很難并且和泥巖碎塊抱鉆， 必須對(duì)孔壁內(nèi)的孔道進(jìn)行配置泥漿來保證順滑，需要控制好泵壓漿巖粉被帶出孔外，必須選擇正確的擴(kuò)孔鉆頭來控制好鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，來保證成孔后的質(zhì)量，減少意外發(fā)生的幾率。尤其是在施工放線以及整體的測(cè)量過程中，其需要對(duì)孔道的各種變化情況進(jìn)行施工的控制。

3 施工中采取的主要技術(shù)控制措施

3.1 測(cè)量放線

如果要進(jìn)行精準(zhǔn)的放線需要對(duì)有關(guān)部門進(jìn)行穿越定向鋪管鉆機(jī)配備的全站儀來確保測(cè)量放線階段，將設(shè)計(jì)交底和施工的圖紙進(jìn)行準(zhǔn)確的控制和擺放合適的位置來確保鉆機(jī)中心線和入土點(diǎn)以及出土點(diǎn)成一條直線。進(jìn)一步獲得精確的穿越軸線來防止設(shè)計(jì)和穿越曲線的偏移。

3.2 鉆導(dǎo)向孔

此次的穿越長(zhǎng)度達(dá)到631.7m且地層也比較復(fù)雜，而工程的重點(diǎn)工序是鉆導(dǎo)向孔。鉆頭采用的鉆具有APl標(biāo)準(zhǔn)S135的加厚型鉆桿，鉆頭采用三牙輪鑲齒碳化鎢鉆頭。

在進(jìn)行導(dǎo)向鉆孔的時(shí)候需要仔細(xì)觀察井眼泥漿的返出現(xiàn)象，每一個(gè)小時(shí)進(jìn)行一次取樣，泥漿工程師應(yīng)當(dāng)做好實(shí)驗(yàn)和分析，把分離物和地質(zhì)勘探的報(bào)告兩者進(jìn)行對(duì)比，來確定能否對(duì)泥漿性能調(diào)整并做好記錄，可以準(zhǔn)確的判斷它的地質(zhì)狀況，來進(jìn)行各類參數(shù)的決策，來確保穿孔成功。

控制圖紙的設(shè)計(jì)控向，導(dǎo)向孔和擴(kuò)孔回拖的管道基礎(chǔ)，導(dǎo)向以各級(jí)設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行鉆孔，這就對(duì)技術(shù)人員的技術(shù)要求比較高，并對(duì)每個(gè)鉆桿都進(jìn)行標(biāo)注，控制好單根鉆桿的折角必須小于0.4°以及連續(xù)的三根鉆桿折角變化小于1.2°，且穿越軌跡曲率半徑大于或者等于1390m，達(dá)到入土角和出土角以及管底最大深埋的要求。

3.3 管道穿越

在進(jìn)行鉆孔進(jìn)入的時(shí)候，控向員可以依據(jù)穿越曲線圖進(jìn)行實(shí)際變化的結(jié)合來發(fā)布指令，對(duì)鉆進(jìn)進(jìn)行調(diào)整和操作。司鉆員需要注視儀表臺(tái)的推力顯示表和扭矩顯示表，流量表和泥漿壓力等參數(shù)對(duì)施工的技術(shù)來說都十分重要。比如，司鉆員需要按照嚴(yán)格的要求來進(jìn)行施工和處理，并及時(shí)解決問題。

3.4 清孔排漿

在擴(kuò)孔的過程中，根據(jù)各地層的抗壓強(qiáng)度的不同變化靈活控制扭矩。盡可能保證擴(kuò)孔速度的均勻和泥漿排量，泥漿壓力的均勻，保持井口返漿容量較大和流速基本不變，避免返漿倒灌入孔道內(nèi)泵排量控制在0.30.6m3/min柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。

清孔時(shí)，增加泥漿流量20%~30%。盡量攜帶多的鉆屑，并在遇到局部扭矩較大地段，放慢擴(kuò)孔成形若一次清孔未能降低扭矩和推拉力，可以進(jìn)行第2次清孔。在擴(kuò)孔施工中，將從孔洞中返出的泥漿引流到泥漿回收池中，并將返漿抽吸到泥漿循環(huán)處理系統(tǒng)中進(jìn)行2級(jí)振動(dòng)除砂和旋轉(zhuǎn)離心分離。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.5 定向鉆穿越

施工中我們最終確定采用的泥漿配比。通過在施工中的應(yīng)用是成功的，配制的泥漿具有以下幾個(gè)特點(diǎn):良好的流變性能，保證有較強(qiáng)的攜鉆屑能力;優(yōu)良的潤(rùn)滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡鉆;較強(qiáng)的護(hù)壁作用，能在鉆孔壁形成一定力學(xué)強(qiáng)度的泥皮，防止泥漿漏失，維護(hù)孔壁穩(wěn)定。正因?yàn)槲覀兣渲频哪酀{具有了以上幾個(gè)特點(diǎn)，所以保證了工程的順利施工。達(dá)到了水平定向鉆進(jìn)工藝設(shè)計(jì)的要求，完全滿足水平定向鉆進(jìn)在泥巖地質(zhì)條件的成孔技術(shù)，達(dá)到了要求和標(biāo)準(zhǔn)。

3.5.1 定向鉆穿越長(zhǎng)距離大管徑泥巖層時(shí)，要選擇較大動(dòng)力鉆機(jī)及配套合適的動(dòng)力鉆具。

3.5.2 定向鉆穿越合理的泥漿方案設(shè)計(jì)尤為重要。其整體的鉆具組合表的參數(shù)如下所示：

對(duì)定向鉆穿越施工中的彎曲半徑和管道回拖力等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行的理論研究表明，工程經(jīng)驗(yàn)公式用于管道穿越設(shè)計(jì)存在不足。對(duì)影響各參數(shù)的基本因素進(jìn)行了分析，給出了更加符合工程實(shí)際的理論計(jì)算公式。考慮到穿越過程泥漿的基本作用，提出了最小需要泥漿壓力和最大允許泥漿壓力的概念，并推導(dǎo)出計(jì)算公式。應(yīng)用定向鉆穿越的相關(guān)理論，對(duì)某管道穿越工程的3個(gè)穿越方案進(jìn)行了優(yōu)選，得到了關(guān)鍵穿越指標(biāo)的定量值。通過對(duì)關(guān)鍵參數(shù)的對(duì)比分析，確定了最符合工程實(shí)際的方案，應(yīng)用效果良好。

3.6 泥漿的配置

在進(jìn)行石油管道的初步建立過程中，需要對(duì)其泥巖進(jìn)行基礎(chǔ)的配置?？梢杂媚酀{失水量為出發(fā)點(diǎn)讓泥漿的配合比得到中和。通常情況下，泥漿的組成：膨潤(rùn)土 + 純堿 +Na-CMC ；漿的配合比（ kg/m 3）：1∶0.04∶0.06。在滿足基礎(chǔ)的配合之后，需要結(jié)合實(shí)際的施工情況對(duì)其進(jìn)行綜合性的調(diào)整。其泥漿配置的相關(guān)參數(shù)如上圖所示。

4 結(jié)語(yǔ)

石油管道穿越泥巖中的定向鉆穿越技術(shù)應(yīng)用十分重要，其能夠讓整體的穿越效果得到相應(yīng)的提升。在進(jìn)行穿越的過程中，其需要采用多種不同的方式讓整體的穿越效果得到相應(yīng)的增強(qiáng)。與此同時(shí)，還要對(duì)施工中的難點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系的分析。讓測(cè)量放線以及定向鉆穿越的效果得到較為明顯的增強(qiáng)。

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