大口径输气管道穿越长距离岩石层的技术研究与应用

王丽丽

中国石化管道储运公司抢维修中心技术质量科，江苏省徐州市 221008

大口径输气管道穿越长距离岩石层时会遇上很多困难，由于地址方面的原因会带来其它一些技术上面的难题，在控向技术、泥浆技术以及钻进技术的运用上都会比在其它工程中运用复杂且难度高，本文提出了几条在大口径输气管道穿越长距离岩石层工程中具体对这三个技术的使用，对工程的成功实施有一定的促进作用。

1 大口径输气管道穿越长距离岩石层碰到的地质难题

对于大口径输气管道穿越长距离岩石层的工程中大口径输气管道的铺设一般主要铺设在中等风化泥质粉砂岩、中等风化砾岩层或碎石黏土层中，两侧穿越点附近浅地层主要在粉质黏土、细砂、粉砂、圆砾中穿越。由于地址环境的复杂多变，对施工有很高的要求。

2 大口径输气管道穿越长距离岩石层碰到的难题

2.1 控向施工的难题

控向施工中存在四个难题：一是由于磁场会干扰泥浆马达的正常工作，要求钻头与控向离信号源之间的距离与普通软地层施工相比长12～12.5m，从而导致测量钻头方位数据与实际数据不符，导致控向作业盲区曾大。二是施工场地附近频繁有一些对磁场干扰很大的交通工具和其它物品出现，对控向作业的干扰十分大，会影响定向工作的精准程度。三是穿越底层时可能会遇见一段距离的碎石层、卵石等，而导向钻和水平定向钻都是不适合在这样的地质层中工作的。四是扩孔器在岩石层中的修控能力比较差，而成品管的顺利回拖则对岩石中导向孔圆滑的大小位置等都有较高的要求。以上四点都对控向技术在大口径输气管道穿越长距离岩石工程中的使用都有一定的难度，需要更高的技巧去克服。

2.2 钻进工艺的难题

在进行大口径输气管道穿越长距离岩石的工作时，会遇到很多需要从一种质地的岩石层钻到另一种不同质地的岩石层中的情形，这对钻进技术有很高的要求，其中又以层软土层与碎石层、碎石层与岩石层、软岩层与硬岩层结合部位的钻进工艺要求最高。不同地质层之间进行钻进时可能会对钻具造成一定的破坏，从而影响整个工程的施工，因此负责钻进工作的人员应当密切关注钻具的情况，同时在施工中避免卡钻的危险发生。

2.3 泥浆工艺难题

由于泥浆的使用量和岩石的硬度、泥浆马达的功率有关，而碎石层、岩石层的硬度远比普通软地层大，因此施工中穿越碎石层、岩石层时泥浆的使用量会成倍增长。这是因为钻头切削碎石、岩石的工作需要大排量的泥浆来驱动泥浆马达的工作，当岩石硬度越大时，钻头需要切削碎石、岩石的扭矩就越高，自然对泥浆排量的需求量就越大。

3 大口径输气管道穿越长距离岩石层的主要施工技术的使用

3.1 控向技术

在利用控向技术时主要包括5个步骤：一是找准穿越中心线的大地磁方位角，并以此为基准控制导向孔，弥补因各种因素无法布置地面信标系统而导致的偏差（具体可以在开钻之前利用全站仪和信号棒准确的找出此方位）；二是钻导向孔前用两根无磁钻铤来连接钻具，因为磁铁产生的信号会对泥浆马达以及其后一些钻杆的工作产生干扰，从而导致误差甚至更加严重的后果；三是使用1.75°泥浆马达钻导向孔，一方面可以减小造斜角度，另一方面能保证导向孔曲线的圆滑度从而避免在扩孔和回拖期间发生卡钻；四是为保证钻头位置能被精确的测量，将地面信标系统布置在入土侧和出土侧陆域；五是由于导向钻和水平定向钻都不适合在碎石、岩石段工作，适当的增加信号测量频率，可以将导向孔曲线的误差控制在可接受范围。

3.2 钻进技术

钻进技术具体可以从三个方面说：一是器具的选择及调整，选用最大扭矩可达的钻机以及低扭矩的对开式岩石扩孔器。在钻杆两边加桩固定，避免由于钻机的扭矩和推力过大而造成的钻杆弯曲，同时还可以增加钻杆的力量以及泥浆的排量及配比性。二是具体操作过程，当钻头从质地较软的地采用的施工方法为：首先降低钻进速度并减小钻进的力量同时调低钻机的旋转速度，其次等到钻头或者扩孔器进入较硬的地层1～1.5m后，加大钻进力量并调整钻机的旋转速度同时加大钻进速度但注意避免速度过而造成钻进曲线偏离预定的目标。三是避免卡钻的措施，在进行钻进工作前制定精确的方案并依照方案严格执行，这是保证在回拖期间以及预扩孔期间不会发生卡钻事故的基本前提。在具体施工时注意器具的选择，比如在预扩孔阶段应当使用比上一级孔径小11/2″～2″中心扶正器，在主管线最后一次扩孔完成后用直径介于回拖管径与成孔直径之间的桶式扩孔器再清孔两次并用此扩孔器进行回拖。

3.3 泥浆技术

泥浆技术的使用部分主要可以分为以下部分：一是对泥浆的调配，由于穿越地层条件的不同，泥浆的调配有所不同，但主要还是利用了地钻专用膨润土与一定比例的泥浆添加剂，同时在泥浆使用完成之后会回收废弃的泥浆并将其环保固化。泥浆的调配时比例的控制主要使用复合泥浆配比技术做参照，在定向钻膨润土加入其重量的8%～10%重量的淡水配出基浆，再根据具体情况所需加入一定必烈的泥浆添加剂，比如固壁剂、粘剂、清屑剂和润滑剂等。这样配置出来的泥浆可以保证其性能符合所需穿越地层的要求，减小因为泥浆原因而导致的孔壁漏失。

在具体的施工过程中根据所需进入的地质层的性质的不同对泥浆性能进行调整要求如下：在普通软土层穿越段时，增加固壁剂的调配比较同时控制泥浆适当失水，以导向孔塌瘪等；在含碎石地层时，增加胶凝强调、降滤失剂以及悬浮性提升剂的调配比例，这样可以有效的固孔、清孔并浮流碎石；在岩石穿越段时，一方面可以增大泥浆的润滑性和流变性，减小钻具与地面之间摩擦造成的钻具磨损，另一方面保证孔眼清洁以及钻屑的退出。

总而言之，大口径输气管道穿越长距离岩石层的质地及其它原因，导致其在施工方面存在很多困难，比如控向技术、泥浆技术以及钻进技术等技术的运用，本文针对其具体实施的困难及不足提出了几条解决的方案，希望能为其它工作者提供一个新的思路，以促进我国天然气能源相关事业的进步。

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