肖文娟
徐州实华管道特种作业有限公司穿越工程处 江苏徐州 221008
摘要：近年来，川渝地区天然气管网建设进入了一个高速发展的阶段，在西南油气田分公司范围内建设的成都一德阳输气管道改造工程、北内环输气管道。南干线西段复线工程、南干线东段安全隐患整改工程、中青线改造工程、北外环输气管道二工程等，河流水平定向钻被广泛采用。由于穿越管径大、距离长，在定向钻施工过程时常发生回拖受阻现象。通过对基岩型河流定向钻穿越进行分析比较，受阻多为孔洞成型较差，对回拖造成较大阻力而导致。
关键词：水平定向钻；整改；修孔技术
一．大口径管道水平定向钻回拖受阻主要原因分析
川渝地区地形地貌复杂多样，包括山地、丘陵等类型。区域内多险峻的高山和起伏的丘陵。复杂的地形地貌使得川渝地区的地层结构也较为多样，地层出露齐全，地层结构复杂，岩性分布不均匀，第四系更新统和全新统覆盖层主要由卵石、粉土、细砂含卵石、粉质粘土等组成；覆盖层下以砂质泥岩、砂岩、泥岩等基岩构成基底，岩性呈渐变接触，岩石产状变化大，饱和单轴抗压强度变化较大，一般为5．0．55．0MPa。特殊的地质条件决定了水平定向钻穿越所经过的岩层变化较大，岩石的软硬不均，因此，在施工过程中钻头通过泥岩、砂岩相互交错分层的地层中，由于岩石软硬不均，成不规则分别，孔洞内极易形成“狗腿”。在后期多次扩孔过程中(大口径管道水平定向钻扩孔级数较多，如813mm管道扩孔通常在5次，914mm管道扩孔通常在7次，并不能有效清除“狗腿”，反而容易造成“狗腿”现象加剧，在孔洞中形成一个台阶，对管道回拖造成阻力。
二．孔洞成型情况分析及影响
孔洞中卡点的存在，导致孔洞成型质量差。通过对以往工程的数据和地勘资料的分析，一般在岩层变化的地方，极易出现“狗腿”，孔内可能形成分段台阶式“s”型曲线，孔内钻屑及沉渣较严重，造成回拖过程中钻杆与回拖管道形成一定的夹角，加大钻机的拖力和扭力，极易造成钻杆(或其他钻具的连接部位)断裂，回拖失败。
在施工过程中，对照地勘资料仔细分析岩层变化的位置，测算出距离孔洞的距离，做好标记。在分级扩孔过程中，特别留意钻具通过岩层变化点时拖力和扭力的变化情况，同时记录个扩孔过程中每个钻杆的力矩变化情况。如果在整个扩孔过程中，力矩变化不大，相对平缓，那么可以初步判断孔洞成型较好。如果在某些位置力矩波动明显，那么需对该位置特别关注。如果力矩波动位置与岩层变化位置相近，而且在每次清、洗孔过程中，力矩波动位置也基本吻合，那么可以初步判断该位置存在卡点，孔洞成型差。
由于孔洞内无法直接观察，因此需记录整个扩孔和清、洗孔过程中每根钻杆拖力和扭力的数据，用距离作为横轴，力矩作为纵轴，绘制力矩波动图，能够直观反映孔洞中卡点的大致位置。记录每级扩孔和清、洗孔的数据，形成多幅波动图，然后对比分析波峰的位置，以判断卡点的位置和分析卡点对管道回拖的影响。
三．修孔技术探讨
通过波动图分析，如果卡点数量多，且波动幅度大，为增大回拖成功率，避免由于回拖失败造成孔洞报废的风险，可增加修孔工序。下面以北外环二期工程清江定向钻为例，初步探讨修孔技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆涪江定向钻穿越管道为中914mm，长度约1．2km，使用ZT一500型钻机，168mm钻杆定向钻施工在完成中1300mm扩孔后，进行主管回拖，当回拖至480m左右时，钻机拖力和扭力突然增大，孔洞出现剧烈响声，钻杆发生断裂。通过对钻进过程中钻进参数结合拖出试拖管道划痕分析，钻孔内局部存在台阶式弯曲、S形曲线“卡点”(主要分布在从人土点开240m、500m、800m、1060m共四个区域卡点等)，造成试拖过程中局部扭矩增大(最大120KN．m)，回拖力相对较均匀，一般为60～80t。基于以上分析判断钻孔的通过性和完整性仍相对较好，可以利用该钻孔进行修孔，满足回拖914mm管道要求。为满足修孔和避免再次出现孔内不可控因素，在出土端安装一台DDw一800型钻机，使用巾127mm钻杆进行辅助修孔。
1.修孔施工措施
第一次修孔采用书1300mm回扩钻头+书1050mm桶式钻头相连接，从出土端向人土端进行修孔。利用ZT一500钻机(原钻机)的牵引进行旋转修孔，此时辅助DDW一800钻机只起辅助作用，应松开钻机卡紧装置，让书127mm钻杆处于自由旋转状态，随钻头一起旋转。当需要同拖反向回拖往复修孔时，才开始用辅助钻机回拖，这时应松开zT一500钻机卡紧装置。入、出土两端钻机操机手应随时保持通讯畅通，协调配合。当完成第一遍修孔后，将修孔钻头转运至出土端，同时利用zT一500钻机将由168mm钻杆连接书127mm钻杆推送到出土端场地，然后连接上由1300mm滚刀回扩钻头+书1100mm桶式钻头，进行第二次修孔作业。
当完成第二遍修孔后，利用zT一500钻机将书168钻杆连接+巾127mm钻杆推送到出土端场地，连接由1050mm桶式钻头+书1300滚刀式回扩钻头+击l100mm桶式钻头，进行第三次修孔钻头作业。其中由1100桶式钻头长度4．00m，书1050桶式钻头，长度1．6m。三次修孔结束后，根据j次修孔的数据结果，若扭矩值仅比空钻高4．o一8．oKN．m，且扭矩平稳，无大的波动，说明修孔成功，可进行试拖。修孔结束，试拖一段长36m，书914x 17．5mm管道，以检验钻孔中管道的通过性，并简单模拟主管回拖状态。
2.修孔试拖钻具组合形式
3.修孔施工技术要求
(1)调遣一台DDw一800定向钻机至出土点，现场采用串珠状连接方式，修孔过程中往复回拖进行修孔。
(2)修孔期间对修孔往复循环行程进行控制，特别是孔内重点卡点区域应进行往复修复，每次行程控制在20～30m之间。
(3)对回扩钻头进行修改，对桶式回扩钻头增加4—6个(具体以泥浆泵的排量能满足为准)水眼，增大泥浆的排量。
(4)修孔期间每根钻杆的回扩时间控制在60分钟左右，每回扩2m，停顿3分钟，刻削掉钻孔上壁台阶。当修孔到孔内卡点时，控制回扩速度，拖力控制在60—80t，扭矩控制在40—60KN·m，若出现扭矩摆动或卡钻现象，立即停止向前回扩，辅助钻机回拖钻杆，以便下一行程运行。制定严格的钻进作业卡管理制度，对检测后的钻杆应进行编号，尤其在回扩钻头前端连接部位不得重复使用同一根钻杆造成钻杆疲劳。
(5)在回扩器进入岩层孔段，时刻注意扭矩、拉力的变化，超出正常值时应停止前进，实施回拖，每次往复应将钻杆和行程米数、钻进参数记录下来，以备参考分析。
4.修孔质量判定标准
修孔期间记录每根钻杆修孔时的回拖力和扭矩变化，特别是钻孔卡点区域修孔时的钻进参数变化范围，正常回拖力应小于60T，扭矩小于36KN．m。若修孔钻进参数仍大于上述值，则采用试拖管道继续模拟回拖修孔。
5.试拖的质量判定标准
试拖回拖力应小于60 T，扭矩小于36KN·m，且试拖过程中孔内和孔外扭矩和拉力均无太大变化、波动，证明孔内具有良好的通过性和经修孔后孔内成型较好。若模拟回拖修孔时回拖力大于上述回拖力和扭矩，则判定修孔质量相对较差，首先采用往复修孔，将回拖力和扭矩降到上述设定值以下，若往复修孔仍不能将回拖力和扭矩降到正常值以上，则应采用其他方法进行管道回拖。
四、结论及建议
涪江定向钻在通过三次修孔后，在试拖过程中，回拖力和扭力均无太大变化、波动，最后进行主管回拖，并取得成功。而且通过目测主管出土部分的保护层，未受到严重划伤，因此，可以说明涪江定向钻的孔洞内壁比较光滑，修孔措施取得一定效果。
通过对涪江定向钻修孔技术的讨论，在定向钻穿越施工过程中，由于目前无法直接观察孔洞的成型情况，只能通过记录施工全过程的相关参数来分析、判断。因此，在施工过程中需重视基础数据的收集、整理。在孔洞成型较差的情况下，为减小回拖失败的风险，可通过措施对孔洞进行修复，满足主管日拖的需要，降低风险，提高主管回拖成功率。
参考文献：
[1]水平定向钻管道穿越孔底泥浆的力学特性[J]. 蔡亮学,何利民,吕宇玲,薛振兴. 油气储运. 2011(01)
论文作者:肖文娟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/10
标签：钻杆论文; 孔洞论文; 钻头论文; 钻机论文; 管道论文; 扭矩论文; 过程中论文; 《防护工程》2018年第14期论文;