定向钻施工设计方案.docx

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定向钻施工设计方案

临济管线马路-中林路管段更换工程施工

定向钻施工方案

市中宇建设工程有限公司

二0一五年十一月二日

定向钻穿越施工方案

由于本工程施工三条穿越，为保证施工工期，计划安排两台钻机同时施工，谷登GD1500-BL、GD900-BL各一台。

1.定向钻穿越施工流程

测量放线

钻光缆管导向孔

钻机等设备安装

系统调校

泥浆配置

管道组对焊接（线路）

回拖光缆套管

无损检测

补口、补伤（线路）

清管、试压（线路）

防腐层检测

回拖管道

清理场地、恢复地貌

主管发送

便道修筑、作业带清理及平整场地

管道与钻具连接

发送准备

管道严密性试压

钻主管导向孔

扩孔

洗孔

2.施工前了解穿越点的地质情况和地形地貌，掌握穿越的结构、设计深度要求，进行技术交底，检查施工穿越设备、配套设备及各种施工机具是否齐全完好，施工材料准备齐全，管材检验合格并经监理工程师认可。

穿越主管线使用正确，质量符合设计要求。

3.按照施工计划及时向业主、监理工程师、文物部门递交施工方案，审批通过后办理“穿越施工许可证”。

4.查明穿越段地下是否有管道、电缆、光缆等障碍物。

相关手续办理完成以及征地协调工作完成后，进场施工。

5.测量放线

1）测量放线由参加接桩的测量工程师主持；测量仪器经法定计量部门校验合格且在有效期使用。

2）依据设计平面图、断面图、设计控制桩、水准标桩进行测量放线，采用GPS定位，全站仪进行测量，测量放线中对测量控制桩全过程保护。

3）首先依据设计图纸复核两端控制桩的准确性，然后根据设计图纸提供的两端控制桩放出管道穿越中心线及钻机位置中心线，并在中心线上每隔50m设加密桩。

4）穿越中心线放线定桩后，放出主管道中心线，穿越管道应与穿越中心线成直线摆放，主管道布管中心线距穿越中心线3.5m，放线时还应放出两端连接段的中心线。

6．考虑施工期间为保证施工场地的完好，需修筑施工便道及施工场地，修筑方式采用土工布铺底，上方铺设管排，部分松软地段铺设δ=20mm钢板。

施工便道转弯处需加宽，满足15米的转弯半径。

7.入土点一端，场地按照50米×50米考虑，钻机场地垫平压实，保证钻机、动力站、泥浆泵等设备的进场就位。

泥浆池的尺寸为10m×10×2m，水池的尺寸为10m×7m。

8.出土点施工场地需修筑约6米宽的进场道路，道路推平压实，满足大型设备的进出场要求；出土点场地施工面积按40×30米考虑。

施工场地布置标准化，严格按照HSE标准要求进行施工，如下图片为我公司穿越施工现场布置。

施工现场图

9.管道发送布置：

穿越回拖管线采用发送支架和发送沟结合发送的方式。

10.钻机锚固、泥浆池

在入土点、出土点分别挖砌排浆池和蓄水池各1个，排浆池蓄水池尺寸为10m×10m×2.6m，边坡坡度1：

0.75，排浆池四周砌筑加固墙，坑铺垫防水塑料布。

钻机采用锚箱固定，锚箱布置在管道中心线上，距钻机0.5m处，在钻机场地挖5.6m×3.2m×2.2m锚坑1个，坑底做300mm中砂垫层和150mmC20素混凝土垫层。

在垫层上用砖砌筑4300mm×2200mm的池壁，池壁四周外与周围土壤间空余部分用混凝土浇注，将钢制地锚箱吊入锚坑。

施工时钻机下铺垫δ=12mm钢板60m2，钢板与锚箱用16#槽钢连接焊接。

图-2

60mm

椭圆封头

φ325

图-1

钻机铺垫钢板

20m×3m

锚箱

拖管头制作（参见图）

11.施工用水：

用DN65消防水龙带和潜水泵抽取淡水送入储水罐中。

12.钻机就位：

根据设计交底与施工图放出钻机场地控制线和设备摆放位置，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。

为保证放线准确性所用仪器应用GPS定位。

在存放钻机、发电机、泥浆泵、泥浆罐等设备场地铺垫双层塑料布，将钻机各部件组装，试运行。

测量控向参数：

按操作规程标定控向参数并做好记录。

在管线中心线上至少选定三个点测定磁方位角并采取防磁干扰的方法布置人工磁场。

图：

测量控向

13.泥浆配置：

按地质情况编写配置方案进行泥浆配置。

泥浆是定向穿越中的关键因素，本穿越经过砂岩、泥岩等地层，对泥浆的护壁及携带能力提出了较高的要求，我们将采取以下措施：

针对本工程为地质特点，我们选用优质的定向钻专用土粉，配合加一定比例的添加剂，确定泥浆配制方案。

这些泥浆配制方案都是针对地质预告得出的，若地质条件改变，其配制方案也随之改变。

1）将施工用水存入水罐，在水中加入纯碱，加速粘土颗粒分散,提高水的PH值为9.5左右；

2）钻导向孔阶段要求尽可能将孔的物质携带出孔外，同时维持孔壁稳定较长的时间，保持孔泥浆面,减少钻杆摩阻,保证导向孔顺利完成。

其基本配方是：

膨润土4%：

高聚物0.2%；润滑剂0.3%。

3）预扩孔阶段要求泥浆一定的动切力和良好的流动性,提高泥浆携带能力，其基本配方为：

膨润土4%，高聚物0.2%；润滑剂0.3%

4）清孔和回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携带能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻；其基本配方如下膨润土4%，高聚物0.2%；润滑剂0.4%；

各阶段泥浆性能总体应符合下以下要求:

漏斗粘度

表观粘度

动切力

中压失水

备注

45-55

10-14

≥15

≤3

为了便于泥浆工操作，根据上述泥浆配比要求，结合现场配浆设备制定现场施工泥浆配比方案，以下配置方法不是固定不变的,施工中要根据地层及工艺状况随时调整泥浆配比.，各阶段现场配泥浆配比如下表：

阶段

每罐泥浆材料用量（35m3）

彭润土（袋）

高分子聚合物（Kg）

润滑剂（Kg）

单项压力封闭剂（Kg）

导向孔

30-40

7-8

70-90

扩孔

45-55

6-8

70-100

回拖

20-30

5-6

90-100

5）根据地质资料情况，适时调正泥浆配制方案，在施工过程中根据不同的地层断面及时平稳调整泥浆性能。

根据之前施工经验，泥浆粘度要达到90″以上。

14.钻机试钻：

各动力、泥浆泵调试正常，钻杆清理编号后试钻，钻进1～2根钻杆后检查各部位运转情况，各钻进参数显示正常后依次钻进。

钻导向孔控向，对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。

图：

历城区南水北调干渠穿越

为防止钻孔时导向孔与设计穿越曲线的偏移，控向采用目前国际最先进的PⅡ控向软件（该软件可直接用于对接穿越）和地面信标系统进行精准控向。

当地面信标系统使用的电缆接通交流电后产生交变磁场，PⅡ软件即通过四次采集交流线圈数据并分析这些频率，并对导向探头和线圈之间进行矢量计算，筛选和取平均值后，最后得出导向探头精确位置。

同时，在施工中严格按照施工规，确保每根钻杆的操作，符合设计所规定的曲率半径围。

按设计穿越曲线绘制控向曲线，确定控向方案，并使用人工磁场钻导向孔。

钻杆钻进时每根钻杆最大折角不超过1.0°，连续4根钻杆累加折角不超过3°。

导向孔的偏差应符合：

导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不应大于2m，出土点沿设计轴线的纵向偏差应不大于穿越长度的1/500，且不大于2m；横向偏差应不大于穿越长度的0.5％，且不大于6m。

在开钻前，准备万能表格纸，在开钻后，绘制钻进导向孔的纵坐标曲线图和横坐标曲线图，曲线图（不得涂改）将作为永久保存竣工资料。

导向孔曲线图每一米取一个点（三维坐标）。

穿越出、入土点的管线连接按每个焊口测一点（三维坐标）录入数据库。

导向孔钻进时，钻具组合为：

91/2″动力钻具+65/8″无磁钻铤+65/8″S-135钻杆。

图：

定向钻穿越示意图

另外，针对本工程地质情况，我们在导向孔钻进过程中，为防止钻杆抱死，每隔300～400米处加一个泥浆分流器。

主管线导向孔完成后，进行一遍修洗孔，洗孔时同样每隔300～400米处加一个泥浆分流器。

15.钻导向孔

按设计穿越曲线绘制控向曲线，确定控向方案，并使用人工磁场钻导向孔。

钻杆钻进时每根钻杆最大折角不超过0.5°，连续4根钻杆累加折角不超过2°。

导向孔的偏差应符合：

导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不应大于2m，出土点沿设计轴线的纵向偏差应不大于穿越长度的1％，且控制在+5.5m～-3m之间；横向偏差应控制在±2m之间；钻头准确出土后，拆卸钻具并连接扩孔器。

扩孔器入洞前喷射泥浆，以检查水嘴是否畅通，一切无误后开始扩孔作业。

1）根据之前施工经验以及地质资料，为确保工程顺利施工，本工程扩孔采用增大扩孔直径级别，按照标准Ф325mm管线扩孔至Ф600mm可满足施工要求，但根据该条穿越实际情况，为防止岩屑在孔堆积，出现卡管情况，扩孔级别增大至Ф600mm。

因此本标段管道穿越拟采用4级扩孔+1级洗孔（根据实际情况可增加扩孔次数及洗孔次数）。

2）在每级扩孔施工中，要认真观察扩孔情况。

如果发生扩孔不顺畅等，要进行一次洗孔。

3）根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力。

图：

扩孔示意图

根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水嘴的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，减少岩屑床的生成。

根据施工实际扭矩和推拉力情况，确定洗孔级数。

保证洗完孔后，扭矩和推拉力都正常，方准备回拖。

16.管道回拖施

1）对钻机进行维护保养，对钻具进行检查，确保设备及钻具完好。

2）穿越扩孔施工前穿越管道按规定施工完毕检验合格。

3）穿越管道回拖用发送架准备就绪。

4）管道就位时避免与发送架乱碰，严禁损伤防腐层。

5）管道回拖前，应使用电火花检漏仪按设计要求的检漏电压全面检查防腐层，如有损伤应及时修补。

17.导向孔钻进完成，进行扩孔工作同时完成回拖管道的发送架摆放、摆管、垫管及沿线的防护工作。

采用土袋和滑轮支架垫支，接触面铺垫膨润土且抹黄油及浇水润滑。

当洗孔完成后，万向旋转接头、“U”型环，即将Ф750的岩石扩孔器与外径Φ610mm的钢管用分动器连接，然后管线检查合格后，用起重机将回拖管道角度与出土点角度顺直（管道与出土点不应出现夹角，如存在夹角，需重新变更穿越角度，或根据夹角大小调整管道角度，至少保证前60米顺直）。

在钻机旋转牵引下，拖入已成形的轨迹孔洞。

拖管前检查拖管头要焊接牢固，并经检验确认无缺陷。

要对管线进行全面检查，确保防腐层无损。

18.确保管线回拖成功的措施

1）设备：

采用大功率定向钻设备，上海谷登生产的GD61500-BL型钻机。

2）本工程施工时采用S135级45/8″钻杆，从而降低钻进过程中钻杆事故的几率，保证施工的连续性。

3）泥浆配比：

针对本工程砂砾地质，在泥浆配比严格按照泥浆工程师要求进行配比，泥浆粘度控制到90″以上。

4）扩孔技术：

根据本工程地质资料以及对定向钻穿越的施工经验，本次扩孔扩孔至Φ950mm。

5）确保导向孔平滑、顺畅、满足设计曲率半径的要求，并避免出现S弯。

6）最后一次扩孔（清孔）前对钻机等主要设备进行一次全面检查和维护保养，拖管前再进行系统检查，确保回拖过程中设备不出现问题。

7）管线回拖采用发送支架的方式进行。

8）及早做好拖管的各项准备工作，在各项工作准备好后，再进行最后一次扩孔（清孔），尽量压缩扩孔完成后和回拖前的停工时间，减少风险，若停工时间超过24小时，需要再进行一次清孔后再回拖。

9）调整好管道的入孔角度，与出土角保持一致，避免因管线弯曲造成应力过大而使回拖困难，根据施工实际情况，可将洞口沿轴线方向前挖20米左右，以达到降低支撑高度，管道入洞容易的目的。

10）通过调整泥浆性能，提高泥浆悬浮、携带、润滑、固孔、堵漏等功效。

适当增加聚合物含量，提高泥浆的悬浮