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定向钻穿越绕城高速专项施工方案.doc

光福调压计量站高压燃气管道新建工程

编制单位：天津市众元天然气工程有限公司

编制日期：2022年12月25日

《穿越工程岩土工程勘察报告》

光福调压计量站高压燃气管道新建工程，定向钻穿越绕城高速采用Φ323.9钢管，穿越长度241米左右，设计穿越最深点16米。入土点位于绕城高速东侧，需20米×40米工作区，入土点需开挖2米×2米×1.5米工作坑，另开挖2米×5米×2米泥浆循环回收池，出土点位于绕城高速西侧，需20米×12米工作区DB44／T 1634-2015 地下停车场用LED灯具技术规范.pdf，开挖2米×5米×2米泥浆循环回收池。（穿越地层为中风化石英砂岩）

根据定向钻穿越工程岩土工程勘察报告显示，原地表以下3米为中风化石英砂岩，岩石是特坚石，本工程管道穿越地段为特坚石层。

土质详细分布情况见岩土勘察报告。

成立光福调压计量站高压燃气管道新建工程项目部，成员见表1，施工设备见表2。

1、现场施工人员组成表

2、主要施工设备（施工设备一览表）

1、主要施工工艺和主要施工方法

1.1穿越施工工艺流程图

2.1.1施工前根据施工图、设计控制桩及场地实际进行测量放线；

2.1.2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内使用；

2.1.3依据设计平面图、断面图、设计控制桩、进行测量放线，采用全站仪进行测量；

2.1.4首先依据设计图纸复核两端控制桩的准确性，然后根据设计提供的控制桩放出入土点、出土点、管道穿越中心线及钻机位置中心线，并在中心线上每隔25m设加密桩。

2.2.1考虑施工设备进出场、钻杆及钻机等设备进入入出土点的需要，入土点需开挖2米×2米×1.5米工作坑，另开挖2米×5米×2米泥浆循环回收池，钻机作业场地测放尺寸为30×30m，出土点需20米×12米工作区，开挖2米×5米×2米泥浆循环回收池（导向完成后再开挖）。

2.3设备进场、组装调试

为保证设备安装顺利进行，防止设备因作业场地限制而发生拥挤现场。设备进场安装应按照先后顺序进行。设备进场安装顺利为：钻机安装 → 钻机操作控制室安装→泥浆系统安装→ 泥浆泵安装→钻杆摆放就位 → 其他设备安装就位

在施工作业带内无外界干扰的情况下，控向参数的测量尽量在设备进场前测量放线后完成，这样可在施工占地范围内将探测器装入防磁钻杆内。采用在入、出土点两侧沿中心线多测几点取平均值的方法，确定初步控向参数；再将探测器取出，只用探测器测量控向参数，再取平均值并与上一个平均值进行比较，如差异很小，可取平均值获得实际的控向参数，如相差很大，必须重新测量。

检查调试泥浆泵工作是否正常，泥浆泵压力表是否正常工作。

检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当。所有设备检查完后进行设备试运转。各系统运转正常后，钻进1～2根钻杆后检查各部分运转情况，各种参数正常后按要求钻进。

穿越过程中泥浆的控制方案

定向钻穿越主要施工步骤为钻导向孔、预扩孔和管线回拖三个主要工序，结合各个工序的施工工艺特点并针对穿越地层的地质特征采取一些必要的施工手段和辅助材料能起到对泥浆一定程度的控制。

针对岩石施工的特点，本次穿越施工安装使用岩石专用泥浆震动除砂器，对泥浆进行反复回收利用处理，有效克制泥浆乱排放，真正做到文明施工。

下面按工序分别介绍具体的控制方案：

1、钻导向孔阶段泥浆的控制方案

导向孔的钻进可分为三个阶段，第一：入土端倾斜段；第二：水平段；第三：出土端倾斜段。针对导向孔钻进过程的三个阶段的特点采取不同的泥浆控制技术方案，分述如下：

①泥浆排量及粘度的控制

在入土端倾斜段，随着钻头的钻进，穿越地层由浅到深，在这一阶段，泥浆的排量要尽可能选择大的泥浆挡位，一般要求泥浆排量不小于0.3m³/min。采用较大的泥浆排量是利用泥浆的快速返回携带出钻碎的岩石碎屑及砾石，防止岩石碎屑及砾石堆积在孔内造成孔内淤积堵塞，使钻进后的孔路畅通，保证孔内泥浆有返回到地面的通路。另一方面，大的泥浆排量可以利用泥浆产生的冲击力对地层起到切削作用，扩大导向孔的内径尺寸，增大泥浆返回通道的流通空间，也就减少了穿越段地面泥浆压力，同时减少了穿越段沿线地面冒泥浆的可能。

②司钻、控向的技术控制

由于入土端倾斜段是穿越轨迹的造斜阶段，钻杆需要在不旋转的情况下直接推进造斜，仅靠泥浆马达前面的高硬度合金钻头旋转调整造斜角度，因此钻杆推进阶段形成的环形内孔比旋转钻杆形成的环形内孔直径要小，这就造成内孔时大时小，产生“瓶颈”现象，减小了泥浆返回地面的容流空间。为了克服这一现象，要求控向与司钻密切配合，在倾斜段造斜的过程中，每根钻杆钻进完成后调整的倾斜角度比预定要求的大，待钻杆钻进到底后，将该根钻杆全部抽出，通过旋转钻进的方法使得倾斜角下降到要求的角度。这样通过增加了一道旋转工序使得每根钻杆的环形空间都加大了，这也就增加了导向孔内径尺寸，增大了泥浆地面返回通道，也就减少了穿越段地面泥浆压力，同时减少了穿越段沿线地面冒泥浆的可能。

当钻头钻进到水平段时，地层承受泥浆压力能力下降；另一方面，随着穿越距离的增加，泥浆从导向孔内返回地面需要的泥浆动力增加，当此动力超过路面的承受压力时，泥浆将不再从导向孔内返回到入土点地面，而是从路面的某个薄弱部位冒出。由于地质结构的复杂性很难对两个压力进行精确计算进行平衡掌握，因此，根据我们以往公路穿越的经验，我们一般要求泥浆的排量小于0.3m³/min。这样在钻进的过程中，由于泥浆的压力不够一般不会造成路面冒泥浆的情况。

②司钻、控向的技术控制

由于在水平段一般不需要对穿越曲线倾斜角进行调整，因此钻杆是旋转钻进的，在此过程中我们还要求司钻将钻机的旋转速度尽量提高，靠钻头的重力及旋转的搅动能力使导向孔内径尺寸加大，以增加泥浆的容留能力，减小地层压力。

导向孔钻进到出土端倾斜阶段后，随着钻杆的钻进，钻头的埋深逐渐变浅，地层承受压力的能力越来越小，因此要求泥浆的排量与水平段相同，一般控制在泥浆的排量小于0.3m³/min，通过减小排量达到控制泥浆压力以缓解地层压力。

②司钻、控向的技术控制

出土点倾斜阶段需要每根钻杆进行倾斜角的调整，因此出现与入土端倾斜段相同的情况，即钻杆推进段导向孔内径小于旋转段，为了克服这一缺点还是采取倾斜角先调整到比要求达到的角度大，然后整根钻杆回抽后再旋转钻进，利用钻杆及钻头自身的重力及钻头的旋转搅拌能力扩大导向孔内径，增加空内对泥浆的容留能力，从而分解泥浆对地层的压力，达到控制穿越沿线冒泥浆的目的。

2、预扩孔阶段泥浆的控制方案

预扩孔阶段泥浆的控制与以下几个方面有关：各级扩孔器的选择；泥浆的排量控制及扩孔速度与旋转速度等，下面对影响泥浆控制的各个因素进行分别描述。

第一：各级扩孔器的选择

扩孔器的选配一般原则是，前几级扩孔器级差可以大一点，最后两极扩孔器的级差要尽量小。针对济枣高速穿越的不同地层特征，经综合考虑，岩石专用扩孔器的选择级数为：Φ300mm、Φ400mm 共两级扩孔，扩孔完成后还要用Φ400mm桶式扩孔器进行清孔，具体扩孔级数及清孔次数视实际扩孔情况而定。

每级扩孔都是从出土端倾斜段开始的， 在扩孔器扩到出土端倾斜段时，尽量采用大的泥浆排量，大的泥浆排量可以冲刷孔壁增大孔径，还可以尽快置换孔内的泥浆，通过泥浆的置换靠泥浆的携带能力把孔内的岩石屑及砾石带出到孔外起到清孔的作用。当扩孔器进入到水平段时，要降低泥浆排量，减少地层压力。通过泥浆排量的控制达到控制泥浆压力的目的，以尽量做到泥浆在出土点与入土点两端流出，而不是在沿线地面冒出。

第三：扩孔速度与扩孔器旋转速度的控制

在扩孔的过程中，扩孔旋转速度与行进速度的快慢对泥浆的控制也起到很大的作用。扩孔器的旋转速度要根据地层的不断变化进行及时调整，而扩孔器的行进速度一般要求在路面阶段尽量放慢速度，防止因为行进速度过快形成活塞的挤涨效应，对地层造成压力，一般要根据返出泥浆的测试结果进行合理的控制。

3、管线回拖阶段泥浆的控制方案

管线回拖时，由于整个孔洞内充满了泥浆，管线进入后势必对孔内的泥浆造成挤压作用，给地层造成压力，因此回拖的速度不要太快，当管线回拖过公路后，可根据回拖拉力情况适当的增加回拖速度。

4、泥浆的合理配置与添加剂的选择

穿越过程中泥浆的配比是非常关键的工艺。泥浆的配比包括膨润土及添加剂的选择，针对不同的地层采取相应的泥浆配方既可以减少管线穿越的风险也可以有效的控制冒泥浆现象的发生。根据本工程地质情况可知，该管线主要穿越中风化砂砾岩。因此泥浆的粘度一般控制在60s至80s左右，在导向孔钻进的过程中除采用膨润土外，还需要添加水基润滑剂等泥浆添加剂以减小钻机的旋转扭矩提高转速，尽可能携带出岩石钻屑砾石及从而使孔壁光滑，减少了地层冒泥浆的可能。

在扩孔的过程中除在泥浆中添加水基润滑剂外还要添加防塌剂、滤饼剂等添加剂，这些添加剂可以很好的修复孔壁空隙，使泥浆与孔壁土质隔离从而控制泥浆从孔内的微小缝隙中冒出。

在钻机开钻前，提前采集水样，进行含盐量PH值的分析检验，要求含盐量（NaCl）小于1%，含钙量（Ca++）小于120毫克/升，检查水样合格后进行泥浆的配制，另外配制泥浆的水质不能是受到污染的脏水，必须采用干净的水配制泥浆。泥浆是由水、膨润土及各类添加剂（包括：虑饼剂、增粘剂、润滑剂、护壁剂、堵漏剂等）组成，泥浆粘度应根据地质情况和管径大小确定，泥浆粘度值可根据下表规定参考选取。泥浆粘度宜用马氏漏斗测量，每两小时测一次。

所有设备安装调试好并在泥浆配制好后可以启动钻机进行试钻，检查钻头水眼是否堵塞。如果没有堵塞则可以继续钻进。

在进行导向孔钻机时，应严格控制钻孔方向，保证钻孔曲线与设计穿越曲线吻合。在导向孔钻进过程中，应严格按设计给出的穿越曲率半径进行。

采用专门克服岩石的岩石扩孔器。导向孔钻成后，卸掉钻头、及控向系统，安装扩孔器进行预扩孔，扩孔时钻具组合顺序为钻杆+岩石扩孔器+钻杆，根据地层资料及钻进时的地质情况，确定预扩孔的级别和次数分别采用Φ300mm、Φ400mm、Φ500mm、Φ600mm、Φ700mm、Φ750mm，用Φ700mm桶式扩孔器清孔，具体扩孔级数及清孔次数视实际扩孔情况而定。

为了避免塌孔现象发生，在扩孔过程中应根据地层地质情况，严格控制泥浆压力、泥浆粘度和泥浆排量，易塌孔地段适当增大粘度。

塌孔一般发生在回拖管段的前端，如果发生塌孔，此时应增大泥浆泵送量，适当降低泥浆粘度，将塌孔部位泥浆置换出去。

预扩前，应试喷泥浆，检查岩石扩孔器水嘴是否通畅，泥浆压力是否正常。

在扩孔的时候，根据扩孔孔径大小情况。必要时，要使用中心定位扶正器扶正钻杆。防止钻杆因自重发生下沉。

管道回拖前，在回拖管线前端焊接牵引头，焊接应符合相关标准的规定。

管道回拖施工应连续进行,除发生不可抗拒的原因外，严禁在施工中无故停拖。

2.1管线回拖时实施全过程监护，派专人在管线头部、尾部、中间及特殊地形段仔细观察回拖情况，用对讲机及时与钻机侧保持联系，发现问题及时处理。

2.2管线回拖尽量选择在白天进行，保证回拖安全。

2.3确保导向孔平滑、顺畅，满足设计曲率半径。

2.4严格按级差扩孔，不越级扩孔。完成最后一次扩孔再进行回拖，如钻机显示的回拖力及扭力较大，可缩小扩孔的级差，增加扩孔的次数。

2.5结合地勘资料进行合理的泥浆配比，使泥浆能最大限度发挥悬浮携带、润滑、固孔等功效。

2.6根据钻机显示回拖力及扭力的大小控制好回拖的速度。

技术先进、管理科学、持续改进、顾客满意

⑴ 总体工程质量达到合格；

⑵ 管线现场焊接一次合格率达96%以上（按口计算）,最终合格率达到100%；

⑷ 管线试压一次成功；

⑸ 管线回拖一次成功；

⑹ 工程交验合格率100%；

⑺ 顾客满意度≥93%。

3.1认真察看现场，仔细研究地质勘探资料及设计文件，编制确实可行的技术方案，在施工前组织所有人员进行详尽的技术交底；

3.2严格执行“上道工序对下道工序”负责的质量管理理念，确保每道工序质量牌受控状态；

3.3严格执行质量工作岗位责任制，做到“纵向到底、横向到边”，克服重进度、轻质量的思想；

3.4加强专职人员的检查监督，并接受业主、监理等管理部门的监督，使工程建设始终处于受控状态；

3.5关键岗位操作人员必须持证上岗，加强培训，没有取得资格证者不准上岗。

3.6强化施工质量的监督控制，加强施工质量的中间检查，对重要的工序，未经质检部门和现场监理认可，不能进入下道工序施工；

3.7每月结合多个工程的质量通病及发现质量缺陷信息，制定纠正措施。

3.8质量与经济责任制挂钩，实施“质量否决权”。无自检、无施工技术记录、无验收签证及质量不合格，一律不予结算。

安全第一，预防为主；全员动手，综合治理；

改善环境，保护健康；科学管理，持续发展。

以人为本，自然和谐，依法治理，科学进步。追求最大限度地不发生安全事故、不损害员工健康、不破坏自然环境，持续改进HSE 管理绩效，不断提高HSE管理水平。

1、根据施工图纸，提前用白灰放出交叉管线的具体位置。

2、利用雷迪探测仪或者音频检漏仪，对交叉管道位置进行复测，穿越打导向过程中，采用导向美国的月蚀导向仪，严格按照设计图纸，和提前预定的导向曲线进行导向孔作业。

3、在每级扩孔施工中，要认真观察扩孔情况。在扩至安合管道交叉段时要放慢扩孔速度，避免扩孔器在扩孔时偏孔或上扬等情况发生。

7.1根据项目整体情况，编制科学合理的施工网络计划，抓住关键线路，解决主要矛盾，使网络优化运行；

7.2机组人员应服从大局、合理调度，确保施工进度按计划运行；

7.3提前与业主、监理单位、地方政府等单位联系，办好各种施工许可证，保证施工正常进行；

7.4加强现场协调，根据现场条件、环境和气候的变化，随时调整施工队伍的部署，严禁出现窝工和停工现象；

八、文明施工及环境保护措施

8.1充分了解环保法律、法规及当地相应政策和制度，在施工过程中坚决贯彻执行，并由专职安全员负责相关事宜的管理；

8.2施工现场采取措施实施全面隔离，并按规定挂设安全警示牌及安全标语，分割设施统一、整洁、完好。

8.3在施工中注意保护植被，尽最大可能地不损坏或少损坏原有植被；

8.4对施工区域以外的场地，不得随意进行挖掘、填埋、丢弃废物、搭建临时设施；如果确实需要利用施工区域以外的场地，则必须报业主和地方政府的有关部门批准；

8.6施工时，破坏的沟堤、坎等，施工结束后，立即恢复到施工前的地貌，防止水土流失和土壤污染。

8.7为了减少泥浆污染，采取的主要措施是控制泥浆压力、尽可能减少泥浆总量、及时清收和控制跑冒的泥浆，剩余的泥浆用密封的泥浆车装车外运，选择适宜的弃浆场所。

导向需7天，回扩需24天，回拖需1天，共计35天。

十、穿越过程中的不可预见因素及应急方案

由于地质构造与地层结构很复杂，单靠几个地质探孔反应的地质情况不能完全真实的描述出地层的具体变化情况，在管线穿越的过程中，有好多不可预见的非人为因素可能造成泥浆的失控，出现泥浆的跑、冒现象，如穿越沿线有废弃水井、以前的钻探孔、挖掘后回填的大坑、地层的天然裂缝以及地层其他原因引起的突然的软硬变化等都是造成泥浆失控的原因。这些非人为因素造成的冒泥浆是无法预见的而且是突发性的。

冒泥浆会带来两方面弊病，一是延滞了导向孔内泥浆的排渣能力，极易造成孔内缺浆，钻屑堆积，以及孔洞堵塞；二是冒浆点不能及时释放地下泥浆的压力，泥浆马达钻头工作时持续不断的泥浆流量会瞬间增大对周围土体的压力，造成地面开裂，再次扩大冒浆范围。

冒泥浆是定向钻穿越施工中的重大难题，不能完全避免，不可预见的或非人为因素的影响都有可能造成冒泥浆现象的发生。因此不论导向孔阶段还是扩孔阶段也会发生冒浆现象，而且扩孔阶段在较浅埋深处还伴随明显机械应力的释放现象，扩孔器会对周围土体机械挤压，即地面同样会开裂，这种情况在地面冒浆、孔洞不返浆时更容易出现。

万一出现这种情况，我们会及时采取处理措施，争取做到早发现、早控制、早处理。因此根据我们多年的施工经验，总结制定出了一套操作性强、切实有效的应急方案，以应对冒泥浆情况，将损失及影响降到最低。

在管线穿越过程中（导向孔的钻进、扩孔过程、回拖过程），我们专门抽出一部分人组成泥浆应急小组，该小组由组长带队负责穿越沿线的泥浆返浆的不间断巡查，他们的主要职责是：掌握泥浆的返出情况长沙市建筑门窗附框应用技术导则，何时出土点返浆、何时入土点返浆、何时发现穿越沿线地面有冒浆等情况，通过他们的观察将泥浆的控制情况直接汇报到控制室，由现场技术人员根据具体情况进行穿越技术方案的调整。另外，万一发现地面冒泥浆情况，该小组负责疏导与清理，尽量减少泥浆冒出面积的扩散。

泥浆应急小组配备对讲机以便及时向控制室汇报泥浆情况，另外，针对可能发生的冒泥浆情况，配备污水泵、水龙带、发电机、应急灯、铁锹、水桶及泥浆车等工具及设备，做到对冒出泥浆及时处理。

以本案例为例，就出现了以上情况，冒浆现象发生在导向阶段的末端或是接近预先的出钻点，若出现冒浆的迹象，最理想的方案是就地开挖看到钻头，然后沿钻进方向开挖发送沟，这样泥浆马达钻头无需在此范围段内持续工作（马达无需旋转，不再喷射泥浆），靠直推动作或地面外力引导出地面即可。发送沟尺寸10米*1.2米*1.5米。以此减少泥浆对周围土体破坏作用的扩大化。

穿越完成后泥浆的环保处理：

穿越完成后产生的废弃泥浆DB51／T 2149.1-2016 竹原纤维试验方法 第1部分：长度试验方法.pdf，我们采取统一拉运，集中排放，做到环保处理。另外，根据以往穿越经验，对于废弃泥浆的排放问题要争取当地政府部门及当地环保部门的意见，做到无害化处理。在处理的过程中请监理人员进行现场监督认可。