定向钻施工方法介绍.ppt

1、定向定向钻施工方法钻施工方法定向钻设计、施工规范定向钻设计、施工规范定向钻设计、施工规范定向钻设计、施工规范 定向钻铺管技术是定向钻铺管技术是20世纪世纪70年代初，美国人克林顿年代初，美国人克林顿.马马丁将定向钻探技术和传统的铺管施工结合起来，发明了定丁将定向钻探技术和传统的铺管施工结合起来，发明了定向钻铺管施工技术。向钻铺管施工技术。1985年，中国石油天然气管道局第三工程公司引进了年，中国石油天然气管道局第三工程公司引进了RB-5水平定向钻机，开创了国内定向钻施工的先河。水平定向钻机，开创了国内定向钻施工的先河。1996年，中国石油天然气管道局第二工程公司引进了年，中国石油天然气管道局第

2、二工程公司引进了DD-60/R2水平定向钻机，是国内第二台定向钻施工设备。水平定向钻机，是国内第二台定向钻施工设备。1997年，中国石油天然气管道局第二工程公司又引进年，中国石油天然气管道局第二工程公司又引进了了DD-330水平定向钻机，同年中国国航引进了水平定向钻机，同年中国国航引进了DD-120水水平定向钻机。平定向钻机。1998年，地矿部勘探研究所生产了国内第一台年，地矿部勘探研究所生产了国内第一台DD-50水平定向钻机，拉开定向钻设备国产化的序幕。水平定向钻机，拉开定向钻设备国产化的序幕。MH370去哪了？1）应答机2）卫星、雷达3）高度、距离、偏离航线定向钻的钻头去哪了？1）导向信号

3、线2）地面信标、磁靶定位系统3）深度、钻进长度、水平位移一、定向钻简介一、定向钻简介二二、定向钻工艺、定向钻工艺三、定向钻泥浆三、定向钻泥浆一、定向钻简介一、定向钻简介2 2、定向钻布置、定向钻布置1 1、定向钻定义、定向钻定义1.定义2 2、定向钻布置、定向钻布置2.定向钻施工总平示意图定向钻施工总平示意图进场道路进场道路钻机场地出土场地管道预制作业带钻机场地标准布置图钻机场地标准布置图施工实例出土点场地布置图出土点场地布置图“二接一二接一”施工工艺施工工艺回拖第一段管道回拖第一段管道距离入孔点距离入孔点50米米对口焊接对口焊接焊口冷却后焊口冷却后继续回拖继续回拖回拖回拖1根钻杆根钻杆进行焊

4、口检测进行焊口检测检测完成继续检测完成继续回拖回拖1-2根钻杆根钻杆焊口不合格返修焊口不合格返修合格后进行补口合格后进行补口返修或补口完返修或补口完成后继续回拖成后继续回拖返修焊口检测返修焊口检测并继续回拖并继续回拖如果返修检测合格进行检测合格进行补口作业补口作业开始正常回拖开始正常回拖根据本工根据本工艺，回拖艺，回拖最长停滞最长停滞时间不会时间不会超过超过6个个小时（超小时（超规范问题）规范问题）水网地带施工场地和施工便道水网地带施工场地和施工便道水网地带的小型河流和沟渠通过方法水网地带的小型河流和沟渠通过方法二、定向钻工艺二、定向钻工艺定向钻穿越的施工流程清理场地、恢复地貌清理场地、恢复地

5、貌管道与钻具连接管道与钻具连接扩孔回拖管道扩孔回拖管道拆卸钻机拆卸钻机试压、吹扫试压、吹扫泥浆处理泥浆处理安装钻机安装钻机调调 校校泥浆配置泥浆配置穿越管道组对焊接穿越管道组对焊接钻导向孔钻导向孔预预 扩扩 孔孔无损检测无损检测补口、补伤补口、补伤试压、清管、扫线试压、清管、扫线防腐层检测防腐层检测平整场地平整场地测量放线测量放线2 2、导向孔、导向孔1 1、人工磁场、人工磁场3 3、预扩孔、预扩孔4 4、回拖、回拖1 1、人工磁场、人工磁场1.人工磁场v人工磁场法是在穿越中心线两侧布设闭合导线圏，通电后形成外加磁场，用以对控向参数的复核。人工磁场可不受任何外部磁场的干扰，准确反映钻头所在的具

6、体位置，左右偏移量和钻头深度情况，人工磁场测得的数据是探头所在位置的真实反映。人工磁场的实际应用能够保证实际出土点在设计穿越规范的范围内，为管道的顺利回拖打下了良好的基础。v4.3.2人工磁场线圈的角点采用木桩固定，保持四边笔直减少测量误差。线圈的宽度以3倍的探头深度为宜，也可以取3倍于设计曲线的最深值，长度不易过长，以免造成电阻过大，电流小而影响测量的真实度。线圈所使用的的导线截面积在10mm2以上为宜，4.3.3在钻头进入人工磁场后的下一根钻杆钻进完成时进行测量偏差。测偏时首先根据控向员的指令接通电源为线圈供电，供电设备选用现场的直流电焊机（或两块电瓶串联），通直流电的电流以7080A为宜

7、。测量完成后断开电源，重复测量23次取平均值做为当时的偏差量。进入磁场后每钻进一根钻杆测量一次，对比前后测量结果及时发现偏差和偏差趋势，如果不在标准要求范围内需及时纠偏或将钻进钻杆抽回至满足曲线要求处后重新钻进调整。2 2、导向孔、导向孔定向钻中的主要数据定向钻中的主要数据v导向孔作业关键要把握住2个角度、1个工具面和4个数据（4个数据时依据探头测定的2个角度和输入的钻杆长度计算所得）：INC（倾斜角）AZ（方位角）HS（工具面）AWAY（水平长度）MD（实长）ELVE（标高）RIGHT（水平偏差）定向钻可以调整角度的原理定向钻可以调整角度的原理1-2的角度当钻机旋转钻进时带动钻头和钻杆一同旋

8、转，则钻头沿直线钻进；当钻头旋转，而钻杆不旋转，钻机直推钻进时，根据工具面HS的方向调整角度。帆板运动帆板运动2.导向孔v水平定向钻进穿越的第一道工序是导向孔的施工。导向孔的轨迹控制通过导向钻头完成。导向钻头是一种带有斜掌面的射流辅助切削钻头，直径略大于钻杆，当钻杆带着钻头回转并给进时，将钻出直孔；当钻杆带着钻头只给进不回转时，将钻出弧孔（也称弯孔）。导向钻头内部带有发射器，地表有对应的接收器，能接收发射器采集到的斜掌面方位、导向钻头指向、深度等参数，地面操作人员通过控制参数达到控制施工轨迹的目的导向孔施工的主要设备和仪器导向孔施工的主要设备和仪器导向孔施工主要用到以下设备：导向孔施工主要用到

9、以下设备：探头探头 接口单元接口单元 司钻控制台司钻控制台 计算机计算机 探头可以测出钻头当前位置的探头可以测出钻头当前位置的INC、AZ和和HS（工具面）三个（工具面）三个角度，并将模拟信号传递到接口单元，由接口单位将信号转换为角度，并将模拟信号传递到接口单元，由接口单位将信号转换为数字信息后分送司钻控制台和计算机控制程序系统。钻机司钻根数字信息后分送司钻控制台和计算机控制程序系统。钻机司钻根据司钻控制台上提供的当前数据和下一步计划要达到的数据选择据司钻控制台上提供的当前数据和下一步计划要达到的数据选择进行司钻操作。控向人员根据测定的角度数据，输入钻进的钻杆进行司钻操作。控向人员根据测定的角

10、度数据，输入钻进的钻杆长度，由计算机程序自动计算当前钻头的三维坐标，控向员根据长度，由计算机程序自动计算当前钻头的三维坐标，控向员根据当前数据制定下一步钻进计划，并提供给司钻。当前数据制定下一步钻进计划，并提供给司钻。并不是每一个司钻人员可以将钻头位置控制到控向员的指定位置和角度，根据不同的地质有不同的操作方法，因此有一个经验丰富的控向员或司钻员是非常 必要的。数据传输示意图数据传输示意图探头安装位置向接口单元传输模拟信号向接口单元传输模拟信号接口接口单元单元接受模拟信号并转换成数字信号 计算机计算机司司 钻钻控制台控制台控向人员利用计算机进行计算，司钻人员根据数据进行钻进操作。导向孔v钻机被

11、安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线；作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。导向孔示意图入土点出土点设计曲线导向孔开始钻进钻机对穿就是两侧都有钻机，在水平段对接。导向孔对接施工示意图v导向孔施工一般采用9 1/2（230mm)的镶齿钻头进行施工，特殊情况下可以采用12 的钻头施工，在进行岩石地质穿越时还需要增加泥浆马达。v普通地质一般不采用泥浆马达钻孔，而是直接采用钻机本身的推进和旋转功能进行钻进施工。坚硬地质由于钻机本身的旋转速度有限，同时由于钻机旋转钻进只能钻进直线，因此必须加装泥浆马达，利用泥浆马达的高速旋转进行钻孔施工。导向孔3 3、预扩孔、预扩孔3

12、.预扩孔v在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.5倍；需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。预扩孔示意图入土点出土点扩孔形成的空间预扩孔开始钻机预扩孔v预扩孔作业的扩孔级别：v普通地质扩孔一般以6为一个级别，最后一级扩孔直径达到回拖管道的1.5倍；较好的地质最大可以按12 越级扩孔。v岩石地质扩孔也是以6-8为一个级别，经过特别设计，在岩石硬度不是特别高的情况下可以按10 越级扩孔。v大口径管道（大于900mm），最大扩孔直径可以扩到管径+12（305mm)。4 4、回拖、回拖4.管线回拖v导向孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后

13、，将钻杆、扩孔器、回拖活节、被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。回拖示意图入土点出土点扩孔形成的空间回拖开始钻机管线回拖中的管线，滚轮架管道入洞管道入洞管道回拖力的计算简便的计算方法：简便的计算方法：（每米管道重量（每米管道重量-每米管道浮力）每米管道浮力）穿越长度穿越长度摩擦系数摩擦系数（摩擦系数按通常的（摩擦系数按通常的0.3记取）记取）工程实例：工程实例：813 16.0穿越管道，普通地质，长度穿越管道，普通地质，长度1000m。每米管道重量：每米管道重量：2R h 7.8=0.813 3.14 0.016 7.8 =0.319吨吨 每米管道浮力：每米

14、管道浮力：R2=3.14 0.40652=0.519吨吨 管道最大回拖力：（管道最大回拖力：（0.519-0.319）1000 0.3=60（吨）（吨）需要的钻机回拖力：需要的钻机回拖力：2 60=120吨（安全系数一般吨（安全系数一般1.53）定向钻施工所需要的主要岗位定向钻施工所需要的主要岗位定向钻工程师：确保按照既定方案进行施工，解决现场突发定向钻工程师：确保按照既定方案进行施工，解决现场突发 问题；问题；控向员：严格按设计曲线要求进行导向孔施工，确保控向精控向员：严格按设计曲线要求进行导向孔施工，确保控向精 度和曲线平滑；度和曲线平滑；司钻员：按照控向员制定的计划，根据地质情况操作钻机

15、，司钻员：按照控向员制定的计划，根据地质情况操作钻机，完成导向孔施工，并进行扩孔和回拖作业。完成导向孔施工，并进行扩孔和回拖作业。接线员：进行探头信号线的连接工作和地面磁场线的布线作接线员：进行探头信号线的连接工作和地面磁场线的布线作 业；业；泥浆工程师：制定泥浆配比方案，确保泥浆供应。泥浆工程师：制定泥浆配比方案，确保泥浆供应。泥浆回收系统泥浆回收系统泥浆回收系统泥浆回收系统三、定向钻泥浆三、定向钻泥浆5.泥浆配制工艺泥浆配制工艺 泥浆被视为定向钻的“血液”，是定向穿越中的关键控制因素，其主要作用是悬浮和携带钻屑净化钻孔、稳定孔壁和降低扭矩和推拉力、冷却钻具。一.常用泥浆处理剂简介1、常用处

16、理剂主要有工业纯碱、正电胶干粉、CMC、CMS、封堵剂、油基润滑剂等，其主要性能特点如下：v泥浆配制2、处理剂的添加量一般控制在0.1%1%。二.泥浆性能参数1、密度 由于泥浆的特性密度，钻进中所需要的（超）静态流体压力（稍超压的地下水）可以作用于地下，支撑孔壁。由于切进的缘故，液体密度不断在增加。因此，有必要不断地用气体比重计或泥浆天秤测量进入地下和回流的泥浆。清洁的水/膨润土基液的密度是在1.05和.20g/cm3 之间。v2、粘度v 粘度（单位：mpa*s）可以理解为液体对流动的阻力。粘度存在着两种值，表观粘度和塑性粘度。满足被钻土质要求的粘度可保证泥浆的液压特性，尤其是被钻固态物质的运送和泵送能力。液体参数可以用构成粘度的添加剂予以变更。v粘度的测量单位，多数情况下使用一升泥浆通过“马氏漏斗”（马氏粘度）的时间来表示。如有必要，可用旋转的“叶片粘度计”提供屈服点或塑性粘度（宾汉模型）的精确数值。从这些数值可推导出泥浆的液压的和载荷承载能力。v3、PH值v PH值控制膨润土的物理化学结构并确定它们的电化学载荷，这就决定了钻屑液体的有效性以及添加剂的有效性。PH值是评定泥浆化学反应