大型水平定向钻穿越项目工程施工方案.doc

大型水平定向钻穿越项目工程施工方案大型水平定向钻穿越项目工程施工方案 1 管线定向钻穿越施工方案 穿越施工时首先进行施工现场进场道路及施工场地的修 筑与平整，随后在出土端的施工作业带内进行穿越管道的 预制施工（完成组对、焊接、防腐、试压等）。与此同时， 将钻机、发电机组、控向系统、泥浆系统进行就位安装、 连接调试。设备安装调试完成后立即进行穿越施工。穿越 施工前将顶管机与钻机连接开始出、入土端钢套管的安装， 套管安装采用“顶管法”。然后经过 6 次的预扩孔和 1 次 清孔后，钻机牵引已预制完成的管线开始回拖，直至管线 钻出地面后，穿越施工完工。 1.1 定向钻穿越工艺流程 1.2 设计交桩及测量放线 施工前，与设计就穿越点位置进行仔细交桩，明确管道 的穿越位置及控制坐标。根据设计交桩与施工图纸放出钻 机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土 点、出土点成一条直线。 1.3 进场道路及施工场地平整 从施工场地附近的塘边路修筑一条 130m8m 的施工便 道进入土点施工现场，穿越入土点及修筑的施工便道均在 鱼塘里，塘内需要进行抽水晾晒，并铺垫平整出 50m60m 的施工场地，在场地附近需要开挖一个 40m40m2m 的泥 浆池。在出土点平整 50m60m 的施工场地，并开挖 30m30m2m 的泥浆池。 1.4 地锚基础的安装 1.4.1入土点采用组合基础的方式来承受管道回拖时的最大 回拖力，前面的基础采用钢管桩基础，共需打入16根钢管 桩，使用槽钢及钢板，把钢管桩连接起来，使其成为一个 整体。在钢管桩基础拉后面埋设8个地锚。示意图如下： 钢管桩 钻机基 础 地 锚 坑 穿越方向 15m 基础连接部部 1.4.2 出土点采用组合基础的方式来锚固钻机，基础采用沉 箱做基础，沿沉箱周围共需打入 4 根钢管桩，并把钢管桩 和沉箱焊接连接起来，使其成为一个整体。在沉箱基础拉 前、后面各埋设 2 个地锚。 1.5钻机选取及配套设备就位 1.5.1施工过程中先将钻机就位在穿越中心线位置上，钻机 就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。 1.5.2根据规范要求，钻机吨位选取应符合以下公式： F 拉Lf-（D-）7.85+kDL 式中：F 拉计算的拉力，t L穿越管段的长度，m f摩擦系数， 0.1-0.3 D管子的直径，m 管子的壁厚， m k粘滞系数，0.010.03 式中：L=*m、f 取最大值 0.2，D=0.813，=0.0159，k 取最大值0.02。 经计算得 F 拉*246.4吨，按规范要求，钻机宜 选取 F 拉的1.5-3倍，因此*9800型钻机（回拖力=980T） 满足规范要求。 1.6测量控向参数 按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在穿越 轴线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比， 并做好记录，取其有效值的平均值作为控向 Line Az 值。 1.7钻机试钻 开钻前做好钻机、发电机、泥浆系统、控向系统等的 安装和调试，等一切准备就绪，确定系统联合运转正常。 然后开始试钻，钻杆和钻头吹扫完毕并连接后，严格按照 设计图纸和施工验收规范进行试钻，当钻进20米左右时 （即钻头入土约两根钻杆）检查各部位运行情况，如各种 参数正常即可正常钻进。 1.8 管道穿越施工方案 本次主管道定向钻施工大体可分为3个阶段：钻导向孔； 扩孔、洗孔、测孔、修孔；管道回拖。工艺流程见下图： 管道回拖 入土端导向 孔钻进至稳 定层 入土端导向孔套管 钻进安装 入土端导向孔钻进 跟踪测量 导向孔完成 六级扩孔、洗孔、 测孔、修孔 主管预制、试压 管道下沟、发送*-*推管机安装 1.8.1 导向施工 1.8.1.1 钻导向孔 钻导向孔时，由于大钻杆刚度大，适合长距离穿越， 但是他的钻进阻力和旋转扭矩也较大，小钻杆虽然刚度小， 钻进距离短，但在满足刚度要求的前提下钻进阻力小，旋 转扭矩也小，所以采用不同规格的钻杆组合钻进。 入土侧钻具的连接方式如下： *钻机 65/ 8"钻杆 泥浆分流器 5 .5"钻杆 无 磁钻铤 无磁短节 泥浆马达牙轮钻头 出土侧钻具的连接方式如下： *钻机 5 .5"钻杆 泥浆分流器 5 .5"钻杆 无磁 钻铤 无磁短节 泥浆马达牙轮钻头 泥浆马达选用 5LZ172 型螺杆钻具，性能参数见下表： 钻具型 号 马达流量 范围 马达压 降 额定扭 矩 最大 扭矩 钻 压 功 率 导向孔钻进示意图导向孔钻进示意图 (L/min)(MPa)(N.m)(N.m)( kN) ( kW) 5LZ172 C 941894 4.052007345100126 控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到 主管穿越。开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，控 向与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合 钻出符合要求的导向孔，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。 出、入土点导向孔钻至水平段后，停止钻进，准备安 装导向孔套管。 1.8.1.2 钻头跟踪测量 。 系统主要原理 DX-I 型导向系统探测器安装有三轴微磁强计和三种重力 加速度计，地面计算机通过这些传感器的数据计算出钻头 的方位角和倾角，然后根据每一根钻杆的数据累计计算出 钻进长度、钻头深度以及左右和上下的偏差。 导向系统是依靠地磁场进行导向的，由于地磁场容易受 到地面磁性物质（如河流上通过的船舶、高压线等）的干 扰，导致控向出现偏差，针对这一问题的解决方法是采用 在地面布设一个强磁场线圈或使用磁靶对钻头进行辅助定 位，由于此次穿越对接位置在水面下，不宜铺设强磁场线 圈，所以采用 GPS 钻头跟踪测量仪（磁靶定位结合 GPS 自 动测量）在对接前对钻头进行精确定位（如下图所示） ，确 保对穿精度。 GPS 钻头跟踪测量仪最大测量深度 60m，可置于水中， 深度测量精度 0.5m，GPS 定位精度<2m。 GPS 钻头跟踪测量仪工作原理： 出土点入土点 穿越中心线 钻头位置 GPS钻头跟踪 测量仪 穿越轨迹 根据出、入土点标定的 GPS 坐标,建立穿越中心线的 GPS 坐标系， GPS 钻头跟踪测量仪发射磁信号，钻头探测 器接收到信号后，由计算机计算出钻头相对穿越中心线的 相对位置。 采用上述系统进控向，可在钻进过程中随时对钻头位 置进行检测，而无需设置任何辅助设施。对环境影响小。 1.8.2在入土段安装导向孔套管 由于该工程穿越距离较长，钻杆的推力达上百吨， 同时，浅层地质较疏松，容易造成钻杆弯曲，同时，出入 土段导向孔的曲线段也容易使钻杆过度弯曲，造成导向孔 钻进的推力加大和钻杆的失稳； 另外为保证泥浆返浆通畅，减小或避免大堤处跑冒 浆的风险。所以本次穿越拟采用在入土段和入土弧线段套 钻套管的方案，入土段套管安装至水平段，具体选用的材 料、设备及施工方案如下： 套管参数 a套管规格 273 mm X12 mm 无缝钢管 b套管材质 20CrMo 由于螺纹连接的石油套管接头处无法承受套钻过程中钻 机给套管施加的扭矩，所以本工程我*选用优质低碳合金 钢无缝钢管作为套钻套管。钢管之间采用焊接的方式连接， 可满足本次施工需要。这一方法已在不同工程多种地质情 况下使用过，是一种成熟的施工工艺。 1.8.2.1主要施工设备、机具 序号名称 规格型 号 数量 1 半自动焊机NPS- 500 2 2 外对口器DK- 273 1 3 套管钻头3001 4 自锁式套管卡 头 1套 5 焊接施工平台 1组 1.8.2.2主要施工工艺 本项工程的导向孔套管的施工采用套钻套管的方案，首 先钻导向孔至水平段，然后更换钻具，安装套管钻头，套 进导向孔的钻杆，沿钻杆方向套钻套管，当一根套管钻到 位置后，套管自锁卡头随钻机退回，再装卡套管到焊接平 台上，由外对口器固定后开始焊接，两台半自动焊机同时 工作，焊接时间约1015分钟，焊接结束后，重复上次工序， 继续套钻钻进，直到套钻到设计长度，然后卸下套管卡头， 恢复导向孔的正常钻进工序。 口 口 口 口 口 口 口 口 口口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 1.8.3 钻头握手对接 由于此次工程穿越距离较长，地质相对比较松软，钻 进阻力较大，导向孔对接后很难直接单端钻到出土点，另 外地质的不连续很可能造成错孔，从而引起导向孔的错位， 导至对接失败，所以在较软地层内长距离穿越，钻头必须 握手对接连成一体，牵引到另一端出土,才能确保导向孔的 穿越成功. 因此在施工过程中，入土段采用采用 5 1/2” 钻杆钻 进长度为 900600m 然后接 6 5/8”钻杆进行钻进，钻进长 度为 1000m，出土段采用 5 1/2”钻杆进行主动对接钻进， 钻进长度为 600900m。当两钻头钻进至预定对接位置后， 开启钻头对接系统（如下图） ，*钻机的钻头中安装对接导 向系统的信号发射装置，*钻机的钻头中安装对接导向系 统的信号接收装置，通过对信号的处理，计算出两钻头的 相对位置（如下图） ，再调整钻头的钻进方向，最后使两个 钻头扣合在一起（如下图） ，由出土端钻头将入土端钻头牵 引出土，完成长距离导向孔穿越。 钻头定位对接系统 导向孔对接示意图 钻头握手对接 穿越钻头对接后牵引出土 1.8.4 双钻机扩孔 所以根据本工程具体情况，采用双钻机同步扩孔，并 使用动力扩孔器提高扩孔效率。 扩孔时，采用双钻机扩孔，减少单侧钻杆使用扭矩， 同时可避免卡钻，钻具连接方式： *9800 型钻机”钻杆加重钻杆板式扩孔器 2 1 5 加重钻杆” 钻杆*2000 型钻机 2 1 5 根据穿越工程的实际情况，在穿越距离超长的特定条 件下，减小扩孔器的级差，增多扩孔次数，加快单次扩孔 的速度。 根据穿越工程的实际情况，在穿越距离超长的特定条 件下，减小扩孔器的级差，增多扩孔次数，加快单次扩孔 的速度，采取六次预扩孔及一次洗孔； 扩孔级 数 扩孔直径 (mm) 级差 (mm) 扩孔器型式 1400200 板式扩孔器 2600200 板式扩孔器 3750150 板式扩孔器 4900150 板式扩孔器 51050150 板式扩孔器 6112070 板式扩孔器 根据实际扩孔情况，每一次扩孔后都进行一次洗孔， 如果在扩孔过程中发现有抱钻杆情况，适当增加洗孔次数。 1.8.5测孔、俢孔 双钻机扩孔示意图双钻机扩孔示意图 扩孔完成后或在扩孔、洗孔过程中，在钻杆之间安装 测孔器，可随时孔洞进行测量。若孔的参数有不满足规范 及回拖管线的角度要求，针对有问题的部位进行俢孔，做 到有的放矢。 测孔器由传感器、数据处理、存储和电池舱几个部分 组成，可在施工的任何阶段对孔的参数（倾角、方位角） 进行测量，探测器出土后与计算机进行数据通讯，由计算 机分析测孔数据，对钻孔进行评定。 由于地层软硬不均，扩孔过程中，扩孔器在软地层下 切量大，在硬地层下切量小，容易出现台阶，当孔径扩至 1120mm 后，进行测孔作业，如果存在台阶孔的现象，采取 修孔措施，保证回拖前孔的平滑。 修孔器示意图如下： 修孔时，由一端的钻机驱动修孔切削头，另一端的钻机 驱动管道扶正段，管道扶正段内安装有探测器，根据孔内 的实际情况有针对性的进行修孔，并将修正后的孔型的参 数传至地面计算机，如果一次修正不能达到要求，可将切 削头退至修正的起始位置，再次进行修孔，直到达到要求 为止。 1.8.6 管道回拖 1.8.6.1 管道回拖 一切准备就绪后，开始正式回拖，回拖时应尽量减少 管线在孔内完全静止的时间。 回拖时钻具连接方式： *型钻机 ”钻杆加重钻杆950回拖扩孔器 2 1 5 旋转接头U 形环工作管线（*-*型推管机）夯管 锤（备用） 。 由于管径大、穿越距离长，回拖时，又可能发生塌孔 或缩径等情况，作为施工方案的一部分，回拖前，在出土 点场地安装*-*型推管机，如果回拖顺利，则不使用推管 机，但推管机处于完全准备好的状态，一旦发生回拖阻力 异常增大的情况，推管机马上可投入使用，进行助力回拖， 确保回拖安全。 1.8.6.2 回拖管的支撑和发送 管线回拖前，根据管线挠度和转角计算公式并结合具 体施工经验确定入洞前管线支撑的高度和位置，使管头的 位置和角度与出土点和出土角度致。将推管机安装在管道 入洞前的支撑点上，助力回拖。其余管线放入发送沟内发 送，无法挖发送沟的地段采用滚轮和土堆支撑，管道出发 送沟后以慢坡小角度爬上土堆，土堆高度随地形变化而适 当调整，另由于该土堆将近全部的管道均要通过，故此将 在土堆上铺垫土袋以增加承载力。土堆上部铺4-5层土工布， 保证管道防腐层不被破坏。 1) 在回拖作业时，增加泥浆润滑剂，使高润滑泥浆像 薄膜一样附着于防腐层表面，减少回拖阻力。 2) 回拖前后，准备好补口、补伤材料和器具及电火花 检漏仪，安排专人巡视管线。 1.8.6.3确保管线回拖顺利的措施 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。 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。 管线回拖采用发送沟的方式进行。发送沟采用挖掘 机作业加人工修整，其尺寸为上口宽2.5m、下口宽2m、深 1.5m；在挖发送沟时，发送沟轴线必须与穿越轴线在同一 条直线上，并计算好管线进入孔洞的这一段发送沟的坡度， 确保发送沟与穿越孔洞的圆滑平缓。 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。 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。 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 浮和固孔能力；加入泥浆流变剂，使泥浆在较高的粘度下 保持良好的流动性，提高携带能力，降低粘滞力；加入润 滑剂减小摩阻，对上部砂层起到良好的封闭作用。 在回拖时进行连续作业，避免因停工造成卡钻。回拖前 仔细检查旋转接头、连接头、扩孔器的连接，确定连接牢 固方可回拖，回拖时两岸要加强联系，协调配合将管线敷 设到预定位置。 1.8.7管线回拖防腐层保护措施 1.8.7.1由防腐作业人员配合管线回拖作业，在管道回拖前 对管道防腐层做全面的电火花检查，对破损处进行及时补 伤。在回拖过程中，随时检查管道防腐层与防腐套是否有 破损。一旦发现防腐层遭到破坏，立即对破损处进行处理， 并找出防腐层被破坏的原因，及时排除危害。 1.8.7.2本工程采用管道发送沟回拖。开挖发送沟时要控制 发送沟中心线与管道穿越轴线相重合，发送沟沟底纵断面 曲线与管道自由弹性曲线半径一致。发送沟开挖完成后， 要仔细检查发送沟内是否有塌方，沟底是否平整，发送沟 内不得有石块、树根和其他坚硬物。 1.8.7.3由于场地限制或其他原因，在不能挖或不能全部挖 发送沟的情况下，采取打土堆的方法将管道架离地面，让 管道不直接接触地面，降低回拖管线与地面的接触面积， 减少管道防腐层磨损机会。土垛人工装填土袋进行码砌 （袋装土内无砖头石块等硬物） ，然后在土堆上面铺一层土 工布，土工布上涂抹一层黄油，同时在回拖管道表面涂抹 一层黄油减阻，土垛间隔45 m 设置一个，土垛高度超过 30cm，然后将管道放在土垛上。 1.8.7.4在管道回拖之前，再次采用扩孔器对孔道进行回拖 清理，目的是将孔内孔底沉积物清出孔内，同时对扩好的 孔壁再次进行护壁加固润滑处理，保证管道的顺利回拖。 1.8.7.5使用多台吊管机将管道放入发送沟，管线下沟时， 注意不要让施工设备刮碰到防腐层，并设专人指挥。下沟 时吊点距离要符合设计要求，管道下沟采用大吨位尼龙吊 带，防止与管道发生硬接触，损伤防腐层。 1.8.7.6管道下沟后，向管沟内注入清水，使管线浮起，检 查测量发送沟内水的深度，以确保管道底部与沟底接触摩 擦而划伤防腐层。 1.8.7.7大口径管道的刚性较大，开挖的入孔槽深度和长度 要满足管道入洞时的曲率半径要求，入孔槽深度不小于 4m，以保证管线顺利进入扩好的空洞中，并能防止划伤防 腐层。 1.8.7.8在出土点一侧，管道入孔前与地表面接触部分，表 层土内不能夹有石块、硬物等，避免管道入孔时划伤防腐 层。 1.8.7.9回拖过程中，使用的泥浆必须符合规定的要求，并 与穿越段地质条件相匹配，保证孔内的光滑性；使用的泥 浆量必须保证充满整个孔洞，尽量在回拖时使管道在孔洞 内处于漂浮状态，减少管道在孔洞内与孔洞壁间的磨擦， 防止在孔洞内管道防腐层被损伤。 1.9 定向钻穿越泥浆方案 1.9.1泥浆系统 泥浆系统由泥浆搅拌罐、泥浆泵、泥浆反循环渣浆泵、 泥浆沉砂池、泥浆回收处理系统几部分组成。泥浆工作循 环示意图如下： 各部分详细参数描述如下： 1.9.1.1、 泥浆搅拌罐 泥浆搅拌罐由罐体、搅拌电机、减速机、搅拌器和管道 泵组成。 技术参数： 罐体容积 20m3 搅拌电机功率 2X4.5KW 管道泵功率 5.5KW 数量：出、入土点场地各配置2台 1.10.1.2、泥浆泵 选用两种型号的泥浆泵共2台，其中 MP-2500型1台， MP-1000型1台，两台泥浆泵可并联工作，最大泥浆排量 3000L/min。如果有必要，可将 MP-1000型泥浆泵放置在出 土点，以利于出土点泥浆的循环利用。 MP-2500型泥浆泵由拖撬、柴油机、变速箱、卧式三缸 单作用柱塞泵、控制、润滑系统及高低压管线等主要部件 构成。 技术参数：发动机功率：280KW，最高泥浆压力 10MPa。 MP-1000型泥浆泵每分钟泥浆排量1000升，最高工作压 力10Mpa，发动机功率140KW。 1.9.1.3 泥浆沉砂池 在钻机钻头入土点附近挖一个沉砂池，使从地下返回的 泥浆流入沉砂池，使返回废泥浆中携带的钻屑自然沉淀。 1.9.1.4、反循环渣浆泵 利用轴流泵，将经过初步沉淀的泥浆抽到泥浆振动筛 上。 1.9.1.5、泥浆回收处理系统 该系统主要由振动筛、渣浆泵和旋流器组成。 振动筛由两台振动电机、一个振动筛箱、一副粗筛板、 一副细筛板组成，振动电机是振动筛的激振源，由电机直 接带动偏心装置产生离心力。两台振动电机作同步反相运 动，使振动筛产生直线运动。 渣浆泵系统由渣浆泵和驱动电机组成。 整个泥浆净化装置对泥浆的最终净化效果，主要取决 于旋流器的分选指标。净化指标主要体现在对 0.074mm（200目）粒级的分离程度。旋流器选用耐磨、防 腐的聚氨酯材料制成，安装结构采用环形分布。 泥浆净化处理过程如下： 反循环砂石泵从泥浆沉淀池中抽吸出的泥浆通过总进 浆管输送到泥浆净化装置的粗筛网，经过其振动将粒径在 3mm 以上的颗粒分离出来。经过粗筛筛选的泥浆进入泥浆净 化装置的储浆槽，由净化装置的渣浆泵从槽内抽吸泥浆， 在泵的出口具有一定储能的泥浆沿输浆软管从水里旋流器 的进浆口切向射入，通过水里旋流器的分选，粒径微细的 泥砂由旋流器下端的沉砂嘴排出落入细筛。经细筛脱水筛 选后，较干燥的细渣料分离出来，经过细筛筛选的泥浆再 次返回储浆槽内，处理后的的干净泥浆从旋流器溢流管进 入中储箱，然后沿总出浆管再次进入泥浆的搅拌罐，重新 配置合格后泵送入空内。 在穿越施工中，返回泥浆一般经过以上三级处理即可 满足施工要求，重复利用。 ZX-200型泥浆净化处理系统最大泥浆处理量200m3/h。 净化除砂效率可达90%以上（0.074mm 粒级） 。渣料筛分能力 25-80t/h。装机总功率48KW。 1.9.1.6 泥浆性能检测仪器 检测项目仪器名称单位数量 密度密度计台 1 马氏漏斗粘度马氏漏斗粘度 计 个 2 塑性粘度、表 观粘度、动切 力、静切力 六速旋转粘度 计 台 1 滤失量API 滤失量仪台 1 返回泥浆含砂 量 含砂量仪套 1 固相含量固相含量测定 仪 台 1 1.9.2泥浆配置方案 1.9.2.1 泥浆工艺设计 泥浆室内试验主要为解决穿越过程中，自来水配浆， 钻屑携带，钻屑悬浮，保护孔壁，防止漏，塌，卡，润滑 等问题。选择最佳泥浆体系，确保穿越工程安全顺利进行， 选择最佳处理方案的试验方法： 1）选择配浆土的合适容量及有效水化时间 2）选择增粘剂，防塌固壁剂的使用限量 3）选择润滑剂的使用效果及限量 本次穿越工程地质主要为淤泥、粉砂、粘土和淤泥夹砂。 针对砂层，其主要特点是结构松散、泥浆漏失大、不可 压缩；不稳定、易坍塌，不成形。此时泥浆配制主要时通 过增加泥浆粘度，封堵孔壁，减小水和泥浆的漏失，孔壁 可以得到保护，成孔得到保障。另外，以高分子聚合物作 骨架，低分子聚合物作交联，形成网架结构，以获得高质 量的泥饼而稳定砂土层结构；液体无机正电胶的重要流变 性特点是具有固/液双重性，即体系静止时，呈固体性能， 外力作用下有弹性；但一经受到剪切扰动，体系即可在瞬 间转化为流体，因而表现出其流变参数特点为：低剪切粘 度高，高剪切粘度低，动切力大，三转、六转值大而相接 近，初终切相接近，剪切稀释指数 Im 值高，动塑比值大而 水眼粘度低等流变参数特征。显然，这样的流变学性质对 泥水体系来讲是十分可贵的。这种流变性一是不会大幅降 低水马力，二是可以充分携带泥砂，即使泥浆处于静止状 态，泥砂也能悬浮于泥浆之中。 针对淤泥层和粘土层，泥浆配方主要考虑通过束缚和阻 止粘土吸水后的过分膨胀、遏制膨胀系数高的粘土肆意侵 占孔道的体积，抱死钻具，防止缩径对回拖管道产生很大 的握紧力； 1.9.2.2 导向孔阶段泥浆方案 在导向孔阶段，泥浆的主要作用时护壁、排屑，防止 钻屑床的产生。 另外，为了提高泥浆马达的效率，泥浆的配置方案还 需考虑泥浆在钻头喷嘴处的粘度，提高钻进效率。 在钻导向孔阶段，泥浆粘度控制在4050s，现场通过 马氏漏斗粘度计进行检测。 在泥浆中加入高分子聚合物，水解后可桥连更多的膨 润土小板分子，形成良好的泥浆骨架体系，迅速提升泥浆 粘度。使膨润土泥浆的胶体结构更为稳定。同时，在高分 子长链的作用下，泥浆的润滑性能也得到提升，可有效降 低在沙层钻进过程中的扭矩。 泥浆配制：泥浆粘度要求40-50s 配方：水+5-7%膨润土+适量润滑剂 这一过程中泥浆用量主要是依据泥浆马达使用需求，使 马达产生足够的动力，单端泥浆流量预计在2000L/min，压 力约35MPa。 1.9.2.3 扩孔阶段泥浆方案 扩孔时，泥浆的主要作用是护壁和排屑，合理控制泵 的排量，根据地层土的参数在泥浆中加入防塌剂。提高泥 浆的防塌性能。 在淤泥中钻进、扩孔，成孔的难度大。这类地层称为 机械松散性地层。由于颗粒间缺乏胶结，钻进时孔壁很容 易坍塌。 解决思路：增加井壁颗粒间的胶结力，粘性较大的泥 浆适当渗入井壁地层中，可以明显增强砂、砾之间的胶结 力，以此使井壁的稳定性增强。 提高泥浆粘度，主要通过使用高分散性泥浆（细分散 性） 、增加泥浆中的粘土含量、加入有机或无机增粘剂等措 施来实现。在这种地层中钻进所采用系分散性泥浆配方 要求泥浆粘度浓度较高，能乳化沙，悬浮沙，泥 浆能使沙流动，携带沙出孔口。泥浆在孔壁形成一层薄泥 皮，粘附在孔壁上，防止泥浆漏失，泥浆填满孔道停留孔 内，泥浆对孔壁产生压力，稳定孔壁，防止坍孔。要求泥 浆能消除沙质地层沉淀吸附力。泥浆性能稳定，不被砾砂 和地下水稀释，防止埋钻、卡钻、埋管事故发生。 合理控制泥浆的比重。严格控制泥浆的失水量。 加入钻孔稳定剂，泥浆漏失控制剂。可显著抑制泥浆 在渗透性地层中的漏失，稳定剂与膨润土相互作用形成致 密坚韧的泥饼，护壁，降低由于泥浆漏失而对钻孔周围地 层的扰动，防止钻孔坍塌，稳定钻孔。其护壁机理为，聚 合物分子在孔壁表面的吸附胶结作用，由聚合物和膨润土 颗粒共同构成的泥饼对孔壁的胶结作用。由于采用了钠基 膨润土，其水化后的膨胀倍数为钙基膨润土的10倍以上， 膨润土的小板结构充分打开。膨润土的小板与高分子聚合 物之间的桥接作用，可在孔壁形成又薄又韧、致密的泥饼。 大大降低了泥浆的滤失，使泥浆的失水量减少，从而降低 了对周边地层含水量的扰动，使孔壁周边的地层尽量保持 原状，防塌性能增强。 泥浆配制：泥浆粘度要求70-90s 配方：水+8-10%膨润土+防塌剂+烧碱、纯碱适量 （1：1） 1.9.2.4 洗孔、回拖时的泥浆方案 回拖时，在成孔良好的情况下，管道回拖力的构成主 要有两部分，一部分是由于重力和浮力作用引起的摩擦力， 另一部分是由于泥浆结构粘度引起的粘滞阻力。通过改变 这两个参数可以降低回拖力，有效降低施工风险。 针对这两个参数，回拖时的泥浆除满足护壁、防塌孔 的功能外，在泥浆中适当加入无毒害的植物润滑剂可以降 低管壁的摩阻系数，减小回拖力。 另外，提高泥浆的触变性能，在管道静止时，切力能 较快增大到某个适当的数值，有利于钻屑悬浮，开始回拖 时，可有效降低泥浆对管壁的粘滞阻力。 泥浆配制：泥浆粘度要求70-90s 配方：水+7-10%膨润土+护壁剂+泥浆润滑剂 这一过程中泥浆用量主要是给洞中及时补给泥浆，预计 泥浆排量约为15002000L/min，压力约0.51MPa。 1.9.2.5 下套管阶段泥浆方案 钻孔过程中，施工时间长，套管在地下停留时间也很 长。同时，钻导向孔期间钻杆长期对套管扰动，缩孔问题 是肯定的，地层将套管抱死也是可能的。回拔套管时如何 将套管解开，防止回拔力过大是主要问题，解决办法：下 套管时使用 “万用王”加泥浆润滑剂防止抱钻。 泥浆配制：下套管期间泥浆粘度要求70s 以上 配方：水+7-10%膨润土+泥浆润滑剂 1.9.2.6 除了根据施工的不同阶段配制泥浆外，还需根据 地质情况，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正泥浆性能。粘土和淤泥层中可 适当降低泥浆粘度，砾砂层中应适当提高泥浆粘度。 1.9.2.7 泥浆回收处理再利用方案 穿越过程中，对返回的泥浆实施回收处理再利用，处 理步骤如下： 1）泥浆池沉淀 2）振动筛分离 3）旋流分离器分离（除砂、除泥） 4）密度、粘度等泥浆参数进行检测 5）根据检测参数重新配置符合使用要求的泥浆，在配 置前做好小型实验，防止药品不配伍造成药品浪费，或者 达不到预期目的。 6）泥浆重新进入循环 穿越施工完毕后，每条河流都要有一定量的剩余泥浆， 同时也有处理废泥浆产生的泥砂，处理措施有以下几种： 1、回收废泥浆时分离出来的泥沙等，设专门的堆放场 地。 2、定向穿越施工完成后，对剩余泥浆和回收废浆浆时 分离出来的泥砂有几种处理方法： 运送到当地垃圾填埋场。 就地掩埋在泥浆池内。 晒干回填或作耕作土用。 无论采用哪种办法，都要征得相关部门同意，不可造 成环境污染。剩余泥浆外运时要使用密封好的灌车运输， 防止运输过程中泥浆洒落到路途上。 1.101施工预案 1.10.1 扩孔过程中出现台阶的消除预案 修孔 由于地层软硬不均，扩孔过程中，扩孔器在软地层下 切量大，在硬地层下切量小，容易出现台阶，当孔径扩至 1120mm 后，进行测孔作业，如果存在台阶孔的现象，采取 修孔措施，保证回拖前孔的平滑。 修孔时，由一端的钻机驱动修孔切削头，另一端的钻 机驱动管道扶正段，管道扶正段内安装有探测器，根据孔 内的实际情况有针对性的进行修孔，并将修正后的孔型的 参数传至地面计算机，如果一次修正不能达到要求，可将 切削头退至修正的起始位置，再次进行修孔，直到达到要 求为止。 1.10.2 抱钻杆解决方案 施工过程中，如果出现不可预测的停工时间过长等情况， 钻杆在洞内有可能被抱住。 万一出现这种情况，采用钻杆套洗工艺来解决。 钻杆套洗即使钻头沿着被抱住的钻杆向前钻进，钻进过 程中不断给孔内补充新鲜泥浆，使被抱住的钻杆在钻机驱 动下能够活动。为了使钻头能够沿着被抱住的钻杆前进， 使用了一个套筒套在被抱住的钻杆上为钻头导向，所以称 这一工艺为套洗。 钻杆套洗示意图 1.10.3冒浆应急预案 1）采取起钻的方式，边起钻边小排量注浆，一方面保 证孔壁的完好，另一方面通过起钻使孔壁更加通畅，保证 孔内向外反浆良好，从而减小孔内的压力，达到防止冒浆 的效果。 被抱住的钻杆套筒钻杆钻头 套洗方向 2）根据冒浆机理和冒浆的临界状态，向泥浆中添加环 保型添加剂（如增粘剂）和堵漏剂，改变泥浆的流变性， 使泥浆的流变参数达到防止冒浆和有效携带钻屑的需要。 3）在不同的钻进阶段，采用不同的泥浆排量和采取不 同的钻进施工技术，避免钻进过程中出现跑、漏、冒浆现 象。 1.10.4 管道返回拖预案 在确定无法继续回拖管道后，作为补救措施，采用管道 返回拖预案。 管道返回拖施工示意图 施工步骤施工步骤 将安装在管道回拖方向的推管机、夯管锤反向安装， 使用夯管锤向返回拖方向夯击主管道，逐步增加夯击力。 配合*-*型推管机向返回拖方向推管。如果管道在洞中的 阻力太大，则再增加两套 HL500型滑轮组协助向外拉管。 返回拖时，主钻机配合推管机、夯管锤不断旋转钻具， 减小钻具在洞中的阻力。 2 施工作业带清理 2.1 作业带清理之前，对测量放线人员进行技术交底，对特 殊地段的扫线做重点交代说明，扫线时测量人员参与作业 带清理工作。 2.2 施工作业带清理应严格遵循相关法律法规、施工规范， 保护农田、果林等植被，防止或减少水土流失的原则，通 过灌溉、排水渠时应采用预埋涵管等过水措施，不妨碍农 业生产。 2.3 施工作业带应与标志桩的路线完全一致，施工作业带 清理之后要恢复管道中心线标志桩。 2.4 一般地段根据管道施工占地宽度，采用推土机或人工 将占地范围内的杂物、石块清理干净及平整，确保机械设 备通过。 2.5 清理施工作业带时应测定埋地设施的位置，并设置明 显的标志，如地下电缆、管道、下*等，包括设计图中未 标出来与管道交叉和平行的设施。必要时用人工方式开挖 此处管沟，以免损坏已有的地下设施。 2.6 施工作业带清理之后要填写扫线工作记录，并请业主 代表及监理签字认可。 3 防腐管运输 3.1 编制防腐管及设备运输方案，报监理批准后实施。 3.2 防腐管装运前，应逐根检查验收防腐管的数量和防腐 层质量及管口的几何尺寸，做好详细的检查记录。经检验 合格的防腐管在出库单上签字后拉运出库，验收不合格的 防腐管不得装运。 3.2 防腐管装卸时，应使用专用吊具轻吊轻放，严禁摔、 撞、磕、碰损坏防腐层和管口。吊运时不得产生造成管体 或管端局部凹痕或失圆的冲击载荷。在吊装过程中，防腐 管与吊绳的夹角不宜小于30，以免产生过大横向拉力损 坏管口。 3.3 拖车与驾驶室之间要有止推挡板，立柱必须齐全牢固。 3.4 管车底部装有运管专用支架，支架与管子接触面垫橡 胶板，防止管线防腐层损坏。 3.5 装管高度不超过3层，管子伸出车后的长度不宜超过 2m。装管后应采用外套橡胶管或其它软质管套的捆绑绳捆 绑，捆绑绳与管子接触处应加橡胶板或其它软材料衬垫； 或用尼龙带、绳捆扎。 3.6 当运管车辆不能到达组焊现场时，可将钢管卸在公路 与作业带交叉点处的堆管场，然后由推土机牵引爬犁运到 组焊现场。 3.7 防腐管在现场选择地势平坦的场地堆放，不平坦的场 地用推土机或人工平整，在场地内平行放置四排枕木，枕 木上放软垫层。防腐管与地面隔离应不小于200mm。堆管场 设置排水沟，汽车、吊车道路进行硬化处理。靠近村镇、 路口堆放时，设置安全警示牌。 3.8 防腐管的最大堆放层数不得超过3层。运到工地上的防 腐管应堆放在施工作业带地势较高且平坦处，并均匀分布 管垛，露天存放时间不宜超过3个月。 3.9 管垛支承应以管垛的中部为准，均匀对称地配置，以 便使载荷分布均匀，管端距端部支承的距离为2.53m。 4 布管 4.1 布管时管子的吊装（运）使用专用吊具和运管车（爬 犁） ，吊管吊具或吊带的强度满足吊装使用的安全要求；吊 钩与管口接触面与管口曲率相同，应有足够的宽度；爬犁 运管时管子与爬犁之间用软质材料隔开。 4.2 布管前，先在管线中心线上打好管墩，每根管子下面 应设置1个管墩，靠近钢管中心处，放在管墩上的钢管底部 与地面的距离为0.30.5m。管墩可用土筑并压实，取土不 便可用麻袋装填软体物质或用枕木作为管墩，所有管墩应 确保稳固、安全。严禁使用硬土块、石块、碎石土作管墩。 4.3 在布管前，先要选配管口。布管人员应逐根测量钢管 的实际长度、管口周长，并进行管口的匹配和记录，用记 号笔逐根在防腐管中间的防腐层上进行现场编号。在每根 钢管长度方向上划出平分线，以利于平稳吊装。 4.4 布管过程中应做好记录，布管后应进行复查，经现场 监理认可后方可进行下道工序施工。 4.5 布管时管与管间首尾相接，相邻两管口错开一个管口， 成锯齿形布置，以方便管内清扫、坡口清理及起吊。 4.6 用爬犁拖运管子时，爬犁两侧装有护栏，且将管子与 爬犁捆牢，以防上、下坡串管。运管中不得使管子与地面 拖拉磨擦，卸管时，不得使用滚、撬、拖拉管子的方法。 4.7 吊管时，宜单根吊运。在吊管和放置过程中，应轻起 轻放，防止碰伤钢管防腐层和管口。机械吊管行走时，要 有专人牵引钢管，避免碰撞起重设备及周围物体。 4.8 遇有水渠、道路、堤坝等建（构）筑物时，应将管子 按所需长度堆放在位置宽阔的一侧，以便据边坡比确定布 管中心线和管道中心线间的距离。 5 管道组对 5.1 管口组对前用自制清管器清除防腐管内杂物。管端 50mm范围内清除油污，用磨光机清除铁锈、毛刺等，钝边、 坡口及盖面焊压边部分要打磨露出金属光泽。由管工对管 口坡口质量进行检查和验收，并办理工序交接手续。 5.2 对口时，吊管机械数量不宜少于2台。吊点置于已划好 的管长平分线处。 5.3 管口组对的错边量，应均匀分布在整个圆周上。根焊 道焊接后，禁止校正管子接口的错边量。严禁采用直接锤 击的方法强行组对管口。 5.4 使用外对口器时，一般应在根焊完成50%以上方可拆卸， 所完成的根焊应分为多段，且均匀分布，组对设备在根焊 完成后方可撤离。 5.5管道组对应符合下表的规定。 管道组对规定管道组对规定 序检 查 项 目规 定 要 求 号 1 坡口符合“焊接工艺规程”要求 2 管内清扫无任何杂物 3 管口清理（10mm范围 内）和修口 管口完好无损，无铁锈、油污、 油漆、毛 刺 4 两管口焊缝间距错开间距大于或等于100mm弧长 5 错边量 小于或等于2.0mm，延周长均匀分 布， 6 钢管短节长度不小于1.5m 7 管子对接不允许割斜口 5.6 管口组对完毕，由管工依据标准的规定进行对口质量 自检，填写管口组对记录，并与焊工进行互检，检查合格 后管工与焊工应办理工序交接手续。经监理复查，确认合 格后方可进行焊接。 5.7 所有已焊好的管段两端，每天下班前在管口安装临时 盲板。 6 焊接和外观检查 6.1 在施工前根据焊接工艺建立焊接质量管理体系，按照 焊接工艺的要求对焊工进行培训，使焊接人员的技术素质 和技术水平能够符合本工程施工验收规范的有关规定。 6.2 所有参加此工程施工的焊工必须具有有关部门颁发的 “焊工合格证” 、培训机