喀斯特地貌下定向钻穿越施工风险分析及控制措施

陈胥星 杜立 吴扬名

喀斯特地貌下定向钻穿越施工风险分析及控制措施

陈胥星 杜立 吴扬名

本文作者结合工程实际和以往定向钻穿越施工经验，总结分析了喀斯特地貌下定向钻穿越施工中的风险，探讨了应采取的各项风险控制措施，试图为定向钻穿越施工的风险管控提供经验，为后续广西天然气县县通工程建设中的定向钻穿越施工提供借鉴。

喀斯特 定向钻 风险 控制措施

1 引言

定向钻穿越作为一种非开挖技术，因其具有成本低、工期短、安全可靠，对周边环境影响小，协调难度小，不受环境季节影响等优点正广泛应用于石油、天然气以及一些市政管道建设中。在广西县县通天然气工程北流天然气专供管道工程和来宾天然专供等管道工程中，定向钻穿越也得到了应用。但是由于广西典型的喀斯特地貌，地下熔岩、裂隙、溶洞丰富，地质条件复杂，为定向钻穿越施工带来极大风险。而定向钻穿越作为管道项目中的一项重要控制性工程，施工的成败直接关系整个工程项目的进度，因此做好定向钻穿越的风险分析和控制措施显得尤为重要。

2 喀斯特地貌下定向钻穿越施工风险分析及控制措施

定向钻穿越施工主要包括钻导向孔、预扩孔、洗孔、回拖四个步骤，每个步骤都存在一定的风险，其中主要包括偏钻、掉钻、卡钻、钻杆断裂、无回浆、漏浆、管道防腐层损伤、管道回拖失败等风险。

(1)偏钻、掉钻 偏钻是指导向孔钻进过程中，钻头偏离设计曲线。当钻头钻进岩石裂隙部位沿裂隙前进则会出现偏钻。在遇到大型溶洞时，钻头存在突然失控的风险，此时则会出现掉钻。

控制措施：因为偏钻、掉钻容易导致穿越曲线的严重变化，致使最终出土点位置与设计不符。因此，在定向钻穿越设计前应充分考虑溶洞、裂隙的影响，科学勘探，选取合理的穿越位置，设计科学的穿越曲线，避开溶洞。

(2)卡钻 卡钻是指导向孔钻进过冲中扭矩突然增大，从而导致在正常扭转范围内无法旋转的现象。卡钻的原因主要有两种，一是当停钻时间过长时，孔洞坍塌导致卡钻。二是在钻进过程中，泥浆沿着地下大量的岩石裂隙流失，无法有效携带钻进岩屑，同时对钻具的润滑作用降低导致卡钻。卡钻是较为多发的事故，在西气东输广西某支线红水河定向钻穿越过程中就曾发生卡钻二十余次。

控制措施：施工前，应提前制定卡钻应急处置方案。施工中，应认真研究穿越地质、提高泥浆性能，配置悬浮能力大，流动性强、润滑效果好的泥浆。遇到卡钻时要认真查找原因，进行针对性的解卡。对塌孔导致的卡钻应进行清孔。对非塌孔导致的卡钻，应增大钻机推拉力，前后反复抽动钻杆，调整泥浆性能，反复尝试进行借卡。

(3)钻杆断裂 穿越过程中，钻杆主要受到拉力、扭矩和弯矩。钻杆断裂的原因主要包括弯矩过大，以及在穿越溶洞钻至熔岩时，扭矩的突然变化，钻杆上应力瞬间集中，造成钻杆断裂。钻杆的使用不当，如使用磨损严重的钻杆也会导致钻杆的断裂。在西气东输广西某支线鲤鱼江定向钻穿越过程中就曾发生过钻杆断裂事故。

控制措施：应使用经过无损检测合格的钻杆，对磨损、锈蚀减薄量过大和使用时间过长的钻杆应禁止使用，防止强度不够导致断裂。在钻进过程中，当钻进不良地层时，应适当降低速度，密切注意扭矩的变化，关注返浆情况。为防范回拖过程中的钻杆断裂，还应合理选择管道牵引头与万向节之间的连接方式，宜采用软连接，同时严格控制管道出土角，使入洞管道与钻杆轴线夹角趋近于零度，降低钻杆弯曲变形。在发生钻杆断裂事故后，则应采取相应的应急措施，如对钻杆进行打捞或重新制定钻孔方案。

(4)无返浆、漏浆 定向钻穿越中，泥浆主要承担携带碎屑、悬浮管道、润滑钻具、冷却钻头等作用，是关系穿越成败的重要影响因素。施工过程中发现返浆量减少或无返浆，则可以判断是出现漏浆，主要原因可能是出现溶洞。在来宾天然气专供管道定向钻穿越施工中就曾发生3次溶洞导致的漏浆事故。

控制措施：定向钻施工中遇到溶洞时，应抽回钻杆，卸掉钻头，采取压力注浆的方式对溶洞进行充填加固。若溶洞较大，则可以考虑调整穿越位置以降低施工成本。

3 对定向钻穿越风险管控的思考

定向钻穿越是一项风险性极大的施工方法，影响因素多，且受不同地质的影响。在勘察设计阶段，设计单位应规避风险，选取风险较低的穿越曲线，从源头降低风险。在施工阶段，施工单位应科学组织，严格按照施工方案施工，做好各项风险控制措施和安全防护措施。监理单位应对工程质量和施工现场安全严格把关，充分发挥监理职能。在此基础上，作为业主，应充分认识到定向钻穿越施工中的风险，严格要求，主动作为，做好穿越施工关键环节的风险控制。以管道回拖为例，可以建立定向钻回拖条件检查确认机制。在完成最后一次洗孔后，施工单位应对是否具备回拖条件进行自查整改，自查整改合格后报监理复查，监理复查整改合格后报业主确认。作为业主，应组织技术人员和监理对管道回拖前的安全保障措施、质量保障措施的落实情况进行检查，确认具备回拖条件后，下达回拖指令。通过规范回拖指令下达程序和建立三级回拖条件检查确认措施提高管道回拖成功率。

4 结语

定向钻穿越施工是一个需要多方、多环节协作配合的高风险系统性工程。为成功完成定向钻穿越，实现工程预期目标，需要我们充分考虑地质条件的复杂性，扩孔、回拖等施工过程的不可见性，施工影响因素的多样性，提前全面开展风险分析，落实控制措施，同时不断总结施工过程中的经验教训，提高风险预判和解决工程实际问题的能力。