石化定向钻施工组织设计0Word格式.docx
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由业主提供。
3施工部署
3.1施工总体方案
针对此工程成立了“大庆石化120万吨/年乙烯改扩建工程—厂际间互供管道工程穿越项目部”，按项目法组织施工，全面负责本工程的组织、指挥及协调管理工作，并选派曾参加西气东输工程、兰郑长成品油管道工程等工程施工的有经验的人员、队伍承担此项工程的施工。
建立健全各种管理网络，严格按设计图纸、技术规范精心组织施工，质量达到优良。
施工中使用P3工程项目管理软件（2.0以上版本）和Expedition合同事务管理软件（7.0版本）编制和上报有关管理文件，实施关键线路控制，确保在合同期内完成施工任务。
进行专业分工，提高工序质量。
对于穿越管段的组装焊接，我们成立了手工半自动焊机组1个，承担穿越管段的作业带清理、组焊、管沟开挖、下沟、回填任务；
防腐补口机组1个，承担本工程的管道焊缝补口、管线防腐层补伤；
穿越任务由水平定向钻穿越施工机组承担；
施工所需的材料、设备、机具的转运由运输机组承担。
对现场进行详细的踏勘，配备专业施工设备、机具及辅助材料，从而提高施工效率，加快施工进度。
使用网络计划指导施工，确保关键节点按时完成；
做到同步与立体交叉相结合、特殊与普通相结合，纵观全局，点面配套，缩短工期。
为了便于施工管理，使用固定电话、移动电话及Internet网络通讯。
3.2项目机构
3.2.1项目组织机构
项目组织机构图
3.2.2项目部主要领导岗位及部门职责
3.2.2.1项目经理
1）全面负责组织工程的实施，对工程的质量、进度和HSE负领导责任。
2）审核项目施工实施计划，确保按期完工。
3）组织对全体施工人员进行质量及HSE培训。
4）组织制定项目经济责任制及其他制度，并确保其实施。
5）组织调动各施工单位的人员、设备，解决施工中的重大问题。
6）组织协调与EPC、监理、地方及其它施工单位的关系。
7）组织对职工进行政策、法规教育，做好职工的思想工作。
8）组织党员参加党的各项活动，发挥党员的先锋模范带头作用。
3.3项目主要施工机组的确定
本标段穿越管段焊接拟采用手工+半自动焊焊接方法。
3.3.1半自动焊机组
根据我公司以往管道施工经验和施工能力，机组安排如下：
半自动焊接机组1个，计划日焊接进度4-5道口。
3.3.2定向钻穿越机组
我单位拟配备一个具有大型河流定向钻穿越施工经验的专业施工队伍来完成本标段所包括穿越施工任务。
3.3.3防腐补口机组
我单位拟配备一个具有长输管道施工经验的专业施工队伍完成本标段承担的穿越段管线环焊缝补口、防腐层补伤及阴保桩安装测试任务。
3.3.4运输机组
我单位似配备一个运输机组完成本标段施工任务所需施工机具、设备、材料的转场及拉运工作。
3.4施工任务划分
序号
单位名称
主要施工任务
备注
1
项目经理部
总体协调，管理施工，对工程质量、进度及HSE等负全面责任，负责对EPC、监理、地方政府等部门的联系工作。
2
半自动焊机组
承担本标段所包括的鱼塘
（一）穿越管段的作业带开拓、组焊、管沟开挖、下沟、回填任务
3
定向钻穿越机组
负责本标段所包括鱼塘
（一）定向钻穿越施工任务。
4
防腐补口机组
负责本标段承担的穿越段管线环焊缝补口、防腐层补伤及阴保桩安装测试任务。
5
运输机组
负责本标段施工任务所需施工机具、设备、材料的转场及拉运工作。
3.5关键工程及施工期限
本项目的关键工程计划安排：
钻导向孔、回拖。
本工程计划自2011年06月5日开工，2011年07月25日完工
4工程施工方案
4.1施工方案的确定
4.1.1钻机技术参数概述
钻台
推进力/回拖力
进给速度/最高速度
进给长度
120吨/220吨
0-15/0-33m/min 16.5m/11m
装夹和拆卸装置
直径范围
Φ85mm-Φ285mm
动力回转头
扭矩
一档/二档速度
90kNm/45kNm
50转/分/100转/分
驱动动力
柴油机cat3176c×
2×
272kw/2100RPM
液压系统
流量
变量泵/齿轮泵
系统压力
4×
550L/min
50L/min
258bar
4.1.2施工回拖过程中最大回拖力的计算
根据施工回拖过程中最大回拖力的经验计算公式和以往穿越施工经验，计算穿越回拖过程中最大回拖力
…………………………
（2）
式中：
F拉──计算的拉力，单位为千牛（KN）；
L2──穿越管段的长度，单位为米（m）；
F──摩擦系数，0.1～0.3；
D──管子的直径，单位为米（m）；
γ泥──泥浆的密度，单位为吨每立方米（t/m3）；
δ1──管子的壁厚，单位为米（m）；
k粘──粘滞系数，0.01～0.03。
g──重力加速度，单位为米每二次方秒（m/s2）。
经计算回拖力为644.5KN
根据经验，一般设计时取回拖力的值为计算回拖力的1.5—3倍，由于穿越地质条件较好，取2倍的安全系数，设计回拖力取值为不小于1289KN。
因此选用钻机220吨回拖能力完全满足穿越工程需要。
4.1.3管道发送沟
根据设计单位的施工图纸，采取沟上焊接的方式，沿穿越轴线向后开挖762米的管道发送沟，管沟开挖深2米，底宽2米，上口宽4.0米。
4.1.4工艺流程图
根据定向穿越施工标准及验收规范的要求,结合设计图纸和管道施工的特点,确定鱼塘
（一）定向穿越工艺流程如下图:
4.2工序描述
4.2.1设计交底（交桩）、测量放线
由EPC项目部组织
4.2.1.1设计交底（交桩）
施工前组织相关人员进行图纸会审，现场先期勘测，参加施工EPC组织的设计交底会议；
组建接桩小组，参加EPC、监理、设计和施工单位进行的现场交桩，特别对穿越线路上的中线转角桩、固定桩以及必要的水准点、三角点等认真做好记录，四方签字认可。
4.2.1.2测量放线
1）依据线路正射影像图、线路平面图、断面图、设计控制桩、水准标志桩，采用GPS定位仪、全站仪进行桩位测量，测量过程中对测量控制桩进行全过程保护。
对于丢失桩位依据交接桩记录、中线成果表进行补桩；
对于施工前桩位复测过程中有疑议桩位及时同设计联系、确认。
2）采用全站仪重复测量，确定穿越轴线、入土点、出土点、连接段施工作业带、穿越作业区的位置、里程、地面高程、管底高程和挖深，确定定位桩并做好测量记录。
3）采用三点一线、耐磨绳拉线的灰线布放方法，在作业带清理前放出施工作业带边界线，管沟开挖前放出管线轴线。
4）根据设计要求和施工方案，确定合理的钻机布置、钻进位置及组焊、回拖场地和泥浆池占地的位置和几何尺寸，并绘制施工场地平面图。
4.2.2施工便道和便桥的修筑及施工作业带（区）清理
根据现场实地勘察，入土点进场较为方便，出土点现场处于农田之中,机具和材料进入施工现场非常困难。
需要修筑施工便道和施工便桥,以保证设备机具和材料顺利进入施工现场。
4.2.2.1施工便道
1）入出土点进场路的宽度按4.5米计，长约分别为30、500m，用挖沟机在选择的进场路两侧各开挖出0.4米深的排水沟，排水沟在适当的位置与当地的排水体系相连通，排水畅通。
进场路及排水沟示意图如下所示：
施工便道断面图图1
2）将开挖出的土方平铺于施工便道上，并用履带设备压实。
3）用由槽钢、枕木和钢板制作的垫板密铺于便道上。
垫板如下图所示。
框架用20槽钢焊制，内部密铺4×
0.2×
0.2m的枕木，垫板用δ=12mm的钢板间隔0.4米焊接固定，在垫板的两侧用Φ20mm的钢筋制作吊耳。
4.2.2.2对原有道路的维护及加固
1）此地带的已有道路为乡村小道，在施工前和施工过程中应对原有路面加以维护和加固。
4.2.2.3场地的布置
1）入土点场地面积70m×
70m；
包括泥浆坑在内。
出土点场地面积：
50m×
50m包括泥浆坑30m×
30m，开挖泥浆池时沟底放置防渗布，以防造成污染。
2）每处沿场地四周挖0.25m（宽）×
0.5m（深）的排水沟，并用潜水泵进行排水。
3）在场地内铺置钢板，钢板规格为δ=16mm。
钢板为钻机进场及钻机底座处放置，以及拉运土粉车辆行走时使用，面积为800m2
4.2.2.4作业带（区）清理
1）施工作业带清理必须在征（占）地手续办理、地上（下）各种建（构）筑物和植（作）物及林木清点造册、EPC批准后实施。
施工作业带宽度原则上不得超出征地宽度，特殊地段需增宽要经过EPC批准。
2）在施工作业带范围内，采用推土机对经测量、确认无误的穿越连接段作业带进行清理、穿越作业区进行平整。
对于作业区内的电力、水利设施和古迹要加以保护。
3）清理和平整施工作业带时，要先将原线路标志桩平移至施工作业带边界处，注意保护线路控制桩，如有损坏，立即补桩恢复。
4.2.2.5协调和变更
1）在放线过程中，当管线经过村庄、林区、经济作物区、地面及地下障碍物地段时，积极与地方有关部门取得联系，争取支持，共同勘察、登记，现场确认。
2）对局部线路走向与地方百姓或当地发展有重大争议地段，施工承包商应及时向监理、EPC反映。
由EPC、监理和设计单位与地方有关部门协商解决。
如需改线由设计单位重新定测线路，出具设计变更通知单或变更施工图，并与承包商一起按设计变更和变更图重新交桩。
4.2.9挖发送沟、管线下沟
沿管线穿越轴线延长线方向，在出土点一侧，根据管线长度和施工规范要求，开挖发送沟。
发送沟尺寸见下图。
在发送沟开挖时,注意保证发送沟在穿越曲线的延长线上。
4.2.10钻机组装调试
4.2.10.1在施工前，根据图纸，选用地锚为8m×
2m×
2m，地锚自重10T，箱体注水30T，共重40T，地锚受力分析如图
FN
F
F2
G
θ
F为回拖力、G为重力、FN为土支撑力，F2为土层的反作用力，θ是钻机坐的角度，一般取穿越曲线入土角度，
为土的抗剪切强度，σ为地基承载力，
为土的内摩擦角，C为土的内聚力,S地锚与地基的接触面积。
垂直方向受力平衡的；
G=FSINθ+FN
即地锚的重力主要来平衡拉力在垂直方向的分解力FSINθ，当FN为0时，是地锚被竖直拉起的临界值。
也就是说地锚重力大于FSINθ时，地锚在竖直方向不会被拉起，所以地锚重力G≥1289×
SIN9.34/9.8=21T，地锚必须大于21T,所以用40T地锚足以满足要求。
水平方向受力平衡得：
FCOSθ=F2=
S
即S=FCOSθ/
地锚挖深约2.0米，此段地质是比较均匀的粉质粘土，计算土的抗剪切强度取其中的平均值。
根据库仑定律
查询图纸得内聚力=15KPa,σ=303KPa,
=10.3（都是取的平均值）
得
15+200×
10.3=15+55=70KPa
即S≥1419×
COS9.34/σ=20，由于施工地锚的侧面积为16平方米，不满足施工需求，
仅靠天然的土基所需要的面积很难满足施工需求，需要采取措施只有提高与地基的接触面积或提高地基的地基承载力，因此在地锚的四周锚固体四周采用毛石（地锚的左右两边各2.5m×
2m×
2m米宽，后方0.5m×
2m））和水泥砌筑，地锚前放置12m长，深度2m，厚度0.188m）的Φ89mm钢管排（这样增加了与土的接触面积，达到24平方米，可以满足施工需求），钢管排前紧贴挡板均匀打8个8m长，壁厚为δ10的φ219管桩。
同时将地锚、钢管排、管桩和钻机下所垫钢板用20#槽钢进行连接，保证在回拖管线过程中地锚的稳固。
管桩
地锚放置示意图
钢管排
锚固体安装：
根据施工平面图测量管道穿越中心线，通过测量地锚坑四角的位置，在落地后，确定锚固体位置后，开挖一长10m、宽2.5m、深2.5m的锚固坑，再找到地锚中心线与穿越轴线一致，在坑底铺设厚度为0.5m的块石，上表面用水泥砂浆找平，然后放入锚固体。
钻机就位后支在钻机滑道上，使滑道、地锚形成多个稳固的三角形，以防钻机侧翻，增强地锚稳固性。
4.2.10.2将钻机平台与锚固体连接，钻机四条支腿下利用钢结构平台垫平。
通过调整四条支腿，使主机平台与水平面的夹角与入土角一致。
在安装钻机时，依据设计图纸给出的穿越管线轴线采用全站仪测定出钻机的纵轴线。
钻机就位后须进行轴线复测，若钻机纵轴线与穿越轴线存在偏差，需精确测出两轴线间的夹角值，计算出水平漂移量，并记录下来，便于在钻进过程中修正穿越轨迹。
4.2.10.3将泥浆罐、泥浆泵等按平面布置图就位、组装连接。
4.2.10.4钻机各部系统联机试运，确认各系统运行正常。
4.2.10.5控向系统调校
1）在穿越前，对穿越区进行磁场测量，如该地区磁场干扰较强，应建立布控磁场，确保穿越过程中计算机显示数据的准确性。
对控向探测装置进行消磁及校验，以保证探头的准确性。
测量人员对定向穿越轴线进行复测，以减少测量误差。
2）认真分析设计图纸，测量出、入土点长度和地面高程。
在坐标纸上沿穿越设计曲线标明每根钻杆的位置和折角，便于控向操作,从而保证穿越过程中实际曲线与设计曲线一致。
3）复测穿越轴线，对入、出土点的位置、标高及水平距离进行效验；
精确测定轴线方位角,调校控向系统；
安装传感器、无磁钻铤、连接钻头、造斜短节，检测控向信号是否正常；
供给泥浆,检测钻头水嘴是否正常工作。
4）施工前，对控向系统进行调试和校核。
4.2.10.6导向孔施工钻具连接
钻具连接为：
动力头→动力头保护短节→钻杆→无磁钻铤→无磁钻铤→泥浆马达→钻头。
4.2.10.7扩孔、回拖钻具连接
动力头→动力头保护短节→钻杆→岩石扩孔器→钻杆
钢套管焊接完毕后，将穿入钢管中的钢丝绳与拖拉头连接，并将拖拉头焊接在钢管头部，另一端用盲板满焊封口，进行套管回拖作业。
动力头→动力头保护短节→钻杆→扩孔器→旋转接头→U型环→拖拉头→管线。
4.2.10.8施工注意事项
1）在出土点沿管线轴线方向前20米处开挖一条深2米、宽5米的泥浆回收渠，回收渠与出土点泥浆池相通，以保证泥浆及时回收，不污染环境，重复利用。
2）根据设计图纸，在严格执行设计穿越曲线规定的前提下，针对不同的地层选用合理的钻具组合，控制泥浆压力，争取减少扩孔次数，缩短回拖时间，减少所成孔的椭圆度，防止地面塌陷及开裂。
3）在穿越施工的过程中，首先严格按设计图纸进行穿越施工，根据地堪报告针对不同的地质，确定泥浆压力和泥浆排量力争杜绝泥浆的“跑、冒”。
其次派专人24小时对穿越处的大堤、河道及沿穿越轴线两侧10m内进行昼夜监视，当发现冒浆时,在冒浆点采取围堰截堵方法防止泥浆扩散。
同时降低泥浆压力，冒出的泥浆及时处理。
4.2.11泥浆配比
4.2.11.1在定向钻穿越施工中，对泥浆有如下要求：
1）良好的流变性能，保证有较强的携钻屑能力；
2）优良的润滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡钻；
3）较强的护壁作用，能在孔壁形成具有一定力学强度的泥饼，防止泥浆漏失，维护孔壁稳定。
4.2.11.2泥浆配制
1）泥浆的组成：
膨润土+水+化学处理剂，选用环保型泥浆。
2）技术参数：
穿越地层主要经过2层。
分别是粉质粘土和泥岩。
针对粉质粘土，配置泥浆
泥浆配比为:
膨润土10%+烧碱1%+铵盐3%+水，泥浆参数为
粘度50S-----60S
比重1.06-----1.11
PH值9.5-----10
针对泥岩
泥浆配比为：
膨润土10%+碱1%+正电胶4%+CMC1%+铵盐+水
参数为
粘度60S----80S
比重1.05-----1.10
切力2-----20
3）在扩孔的过程中，加入高分子处理剂使泥浆中的岩屑尽快的絮凝，经振动筛清除后，二次使用，同时有增稠、润洗作用，为使固孔效果明显配合使用防塌剂；
为降低泥浆中的失水需加入胺盐，使地下水层中的水不易侵入到泥浆中，而导致孔壁坍塌；
为调整泥浆的PH值需加入纯碱，促进粘土的水化分散和增稠。
4）回收再生的泥浆性能稳定，粘度、比重、切力都比较好有利于固孔防塌，因此应充分利用。
4.2.12光缆管施工
设计要求、施工实际情况及经验，先进行光缆套管穿越施工。
光缆套管采用D114×
6.0mm钢管。
光缆套管组焊时，为防止钢管内焊瘤伤及硅心管，钢套管对接焊口采用钝边为1mm不留间隙的单边焊。
焊接、检测完毕后管外，刷防锈漆和涂抹沥青漆做防腐处理两遍。
焊接钢套管：
要求在钢套管内预穿铁丝，便于硅芯管在钢套管内穿放。
为方便牵引硅心管，将钢套管分为200m左右为一组焊接，待硅心管顺序穿入后，再将不同组的钢管焊接在一起；
用钢绞线拖万向牵引头、钢锤和钢丝刷分段清管三次，除掉管内的焊瘤和焊渣。
硅心管组装和穿入套管。
组装前要用硅心管堵头堵住硅心管两端，不得让泥土、杂物进入硅心管。
牵引头制作：
牵引钢丝绳用钢线卡子紧在3组8号钢线上，组成拖放牵引绳。
用拖放牵引绳连接万向牵引头。
拖放硅心管组入套管：
用钢丝绳作牵引绳，低速拖放硅心管。
为确保硅芯管在钢套管焊接时不受损伤，每穿一段硅芯管组留15cm不穿出钢管口，焊接后再拖入下一段。
钢套管全程组焊。
钢套管封堵，焊接牵引头：
用与D114×
6.0焊接钢管外径相近的钢板，焊接封堵组焊后的钢套管两端管口，由厚钢板组成的端冒有一端应有牵引环，再连接牵引头。
管缝的封堵：
钢套管口两端与硅心管之间要用防水材料封堵，要求每段封堵长度在500mm以上,防止两岸洪水通过钢套管与硅心管之间的缝隙，互相窜水。
4.2.13导向孔施工
钻具连接为：
动力头→保护短节→51/2″S-135钻杆→7″无磁钻铤→泥浆马达→镶齿钻头
4.2.13.1施工前进行地质条件分析，根据设计曲线，计算每根钻杆的设计位置，并在座标纸上绘制钻杆设计位置图，图中注明地质情况。
在钻进过程中，根据钻进位置的地层情况对泥浆配比进行调配，保证泥浆技术参数满足穿越施工要求，防止地层的变化影响钻进方位角的调整。
4.2.13.2接线员把信号线接好后，安装相应钻具，听从起重人员指挥，钻机动力头向正向自由转至满扣为止，然后用钻机夹钳夹紧钻具头部，拧紧丝扣。
钻具接好后开通泥浆，根据地质情况调节泥浆压力。
4.2.13.3工具面的调整：
钻机动力头带动钻杆向后退0.6-0.9米，同时正向旋转，调整工具面至0゜，继续钻进。
4.2.13.4钻杆推进的推力为9-27吨，如推力过大，钻杆易顶弯。
4.2.13.5在导向孔的钻进过程中，严格监控每根钻杆的倾角、位置、地球引力矢量等数据，利用地面监控系统，监测钻头位置。
如出现钻头偏离设计曲线或水平漂移过大的现象，应及时抽回钻具，重新进行调整，保证穿越曲线在正常范围之内，以避免穿越实际轨迹偏移设计曲线过大。
4.2.13.6钻进过程中，针对控向系统反馈回来的磁倾角、磁偏角、地球引力矢量等钻进参数，进行认真分析，若发现钻进参数与设计参数出现偏差，及时调整、修正。
在钻进过程中，如角度增大、偏高，应立即停止钻进，并向后退至适当的位置，重新调整工具面，继续钻进。
4.2.13.7钻进过程中，如钻头下沉量过大，不能继续钻进时，最少应拔回三根钻杆，重新改孔。
4.2.13.8改孔时，根据实际情况，重新调整工具面位置，向前推进，确认新孔后，正常钻进。
4.2.13.9钻头出土后，立即停止供给泥浆，以防泥浆外泄，污染环境。
4.2.13.10每根钻杆的折角≤0.8°
且连续四根钻杆的折角≤2.2°
。
4.2.13.11导向孔允许偏差
导向孔曲线
出土点
横向偏差
上下偏差
纵向偏差
±
+1～-2
+9～-3
4.2.14预扩孔施工
4.2.14.1按照定向钻穿越施工技术规范和以往成功的施工经验，确定扩孔级别和次数，正确选择切割刀、扩孔器的尺寸和扩孔速度。
光缆管不扩孔。
主管扩孔作业：
动力头→动力头保护短节→钻杆→岩石扩孔器→中心定位器→钻杆
预计预扩孔7次，分别为：
第一级扩孔：
22″岩石扩孔器
第二级扩孔：
30″岩石扩孔器 22″中心定位器
第三级扩孔：
36″岩石扩孔器 30″中心定位器
第四级扩孔：
42″岩石扩孔器 36″中心定位器
第五级扩孔：
46″岩石扩孔器 40″中心定位器
第六级扩孔：
50″岩石扩孔器 46″中心定位器
第七级扩孔：
54″岩石扩孔器 50″中心定位器
洗孔作业采用54″岩石扩孔器
4.2.14.3按照动力头→动力头保护短节→钻杆→岩石扩孔器→中心定位器→钻杆的钻具连接顺序进行钻具连接，接好后开通泥浆、测试泥浆压力、观察水嘴喷泥浆状况，发现有堵塞的水眼，用铁丝捅开，反复检查，直至泥浆系统畅通且泥浆压力达到35-40KG/cm2后，进行预扩。
4.2.14.4预扩孔施工过程中，钻机动力头不允许反转。
4.2.14.5泥浆压力需控制在35-40KG/cm2，不得低于30KG/cm2。
4.2.14.6预扩孔时钻具的回拖速度控制在0.4-0.6米/分，回拖完一根钻杆后，需先停钻，然后再停止泥浆。
4.2.15管线回拖
4.2.15.1主管线回拖
（1）管线回拖时按以下顺序连接钻具:
动力头
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