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广州亿钻通非开挖工程有限公司
所属行业
线路、管道安装业
联系电话
13302214001
覃流云(总经理)
办公电话
020-34060006
地址:广州市海珠区南洲路142号二栋
电子邮件:yizuantong@163.com
经营范围:通信、自来水、煤气、电力等地下大、中、小型管道工程的敷设
 
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燃气管道沙河定向钻穿越关键工艺控制
  发布者:admin 发布时间:2009-9-28 13:01:26 阅读:3311

燃气管道沙河定向钻穿越关键工艺控制

 

广州非开挖工程

工程概况
  
燃气管道沙河定向钻穿越工程位于河南省平顶山市叶县遵化店境内,是西气东输支线----河南省城市天然气管网工程平顶山子项目中最长的一条河流穿越工程,也是地质条件最为复杂,难度最大的一个工程。业主平顶山市燃气总公司十分重视,对施工单位的设备、技术实力要求相当严格。
1.1
穿越段地貌及地质状况
地貌状况:沙河管道穿越位于沙河平顶山叶县境内,许平南高速公路沙河大桥西30米左右,管道穿越处河谷两岸地势平坦,河堤宽度大约455m,水面宽度80100m,水深约3.5m.河南岸地势宽阔,河北岸高速公路与村庄有20米左右狭长路段。根据现场情况,定向钻入土点定在河南岸,出土点在北岸。入土点钻机场地需要修750米左右的施工便道,四处转弯处转弯半径应大于15米。出土点借助农村生产路进入施工现场,需要修50米施工便道。
地质状况:地质勘探所揭露地层,自上而下分为5层,(1)层:粉细砂,黄褐色夹亚沙土薄层,松散,层底标高71.9,层底深度5m左右;(2)层:中砂,褐色含少量砾石,层底标高70.4,层底深度6.5m左右;(3)层:粗砂,黄褐色,含少量砾石,层底标高71.9,层底深度5m左右;(4)层:粘土,黄色夹杂灰绿色,含黑色铁锰结合及姜结石,姜结石含量局部密集,硬塑,层底标高59.9,层底深度17m左右;(5)层:粘土,灰绿色夹杂黄色、棕红色,含黑色铁锰结核及姜结石,坚硬,层底标高59.9,层底深度17m左右。
1.2
主要实物量
螺旋缝焊管Φ355.6×7.1mm,3PE加强级防腐钢管552m
施工工序
本次工程采用奥格DD-440水平定向钻机进行施工,该钻机最大回拖力200吨。
钻机于20041021日进场,经过就位、安装、调试,于20041025日开始钻导向孔,1026日导向孔完成,1027日开始预扩孔,1028日预扩孔完成,然后因钻杆运输问题扩孔时回扩器后未连接钻杆,而是在孔道中成功将钻杆送到出土端。1031日晚8点开始回拖,111日中午12点顺利完成管线穿越施工。

2.1  钻机进场准备
钻机场地(入土点):按照钻机施工及现场情况,应在原地貌的基础上推出30m×40m的钻机施工场地,必须推平压实,开挖边沟,如果钻机就位场地承载力不够,必须铺油管排或钢板,面积:30m*6m,进场道路转弯处其转弯半径R≥15m。由于施工设备重量大,进出场道路必须具有相当的承载力,采用灰渣铺垫,新修道路必须铺设钢板;
焊接预制场地(出土点):按照施工规范要求,用推土机推出1条大于穿越管线长度20米,宽度不小于12米的焊接预制作业场地,以及20×20m的出土点作业场地,并平整压实,以便管道预制,在回拖管线时安装滑送架用来保护管线防腐层及减轻摩擦力;
挖泥浆池及排水沟:出土点、入土点各挖一个长30m×20m×2m,坡比1∶0.67的泥浆回收池。挖排水沟2条:长20m、宽1.0m、深1.5m
挖地锚坑:8.4×2.6×1.5m,固定地锚箱一个;
施工临时用水:本工程离河流较近,可直接从河流中取水;
施工临时用电:施工用电采用75kw发电机组一台在施工现场发电。
2.2 
测量放线
根据施工要求的入土点和出土点坐标放出管线中心轴线,在入土点端测量并确定钻机安装位置及泥浆池的占地边界线;在出土点一端,根据管线中心轴线和占地宽度及长度,放出管线组装焊接预制场地边界线及出土点作业场地边界线。
测量控向参数:按操作规程标定控向参数,要求细心并尽可能多测取参数比较,以确定最佳参数,在管道中心线的三个不同位置测取,且每个位置至少测四次,并做好记录。2.3  钻机就位
道路施工场地完成后,按照施工平面的布置,进行钻机就位,罐区摆放,开挖泥浆回收池等。
2.4 
泥浆准备


2.4.2  泥浆配制:根据地质资料情况,确定泥浆配制方案,实施泥浆开钻,开钻前配制好30方优质泥浆。泥浆在定向穿越中起关键作用,我们将针对不同的地层采用不同的泥浆,若地质情况复杂,则对泥浆要求比较高,为了对付不同的情况,我们将采取以下措施:
按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂,配出合乎要求的泥浆。
使用的泥浆添加剂有:聚合物HFEC,滤失剂DFD-140,润滑剂,根据不同的穿越地质条件,
确定加入不同的添加剂。
为了确保泥浆的性能,使膨润土有足够的水化时间,在用量不能改变的情况下,将采取增加
泥浆储存罐的数量。
废泥浆的处理:在焊接场地挖一个废浆收集池,收集废泥浆,经沉淀之后处理;在钻机场地
也挖一个的泥浆回收池,泥浆经过回收池沉淀后,再经过泥浆回收系统回收;回收不了的泥浆排送到指定的地方。
2.5 
钻机试钻:进行系统连接、试运转,设备运转正常后,钻进1-2个单根后,检查各部位运转情况,正常后按次序钻进,确保导向钻进一次成功。
2.6 
穿越施工技术措施
2.6.1
导向轨迹设计
导向轨迹的确定应执行设计和规范要求,主要考虑以下因素:
满足规范要求的最小曲率半径,即R=1500Dn=410m,由于本工程穿越河流比较复杂,穿越地层主要是细砂、粗砂、砾石、粘土含姜石,该地层成孔差、稳定性差,为了减小管道的弯曲应力,增大穿越管道的曲率半径至R=2000Dn,即R=700m
满足穿越河流安全规范要求;规范要求穿越一般性河流,应保持河床以下6米,该工程入土点与河床高差9米,因此穿越深度应在15米以上(相对入土点深度)。
选择最佳主力穿越层位;根据本工程地质条件分析,穿越轨迹先后穿越14层不同的地质,13层的粉细砂、中砂、粗砾砂成孔难度大、稳定性差,不宜大段的在上述地层中,应选择第4层的粘土(含姜石)为主力穿越层位。
本工程属救援性工程,前期一穿越施工单位穿越失败,有120多米管道遗留孔中,给再次穿越带来诸多不便。众所周知,钢管对地磁影响较大,无论采取有缆和无缆控向均有干扰,至少应远离原有管道10米以上,另外,两次穿越距离太近,容易串孔,使工程变复杂化。但该工程出土点可用空间很小,至多只能平移4米,这就需要在纵向上保持一定的距离,即采取加深同时将两个造斜段分别向外移,加深余地很小,因为地质报告显示,第5层为粘土(含姜石,状态密度坚硬,不适合穿越,该层层面高度在17米左右,因此,加深的幅度很小。只有采取将两个造斜段分别向外移的办法,这样一来穿越长度必然会增加,假如使两次穿越的纵向距离为3米,按照出土角计算,出土端将延长28.5米,入土角以计算,入土端将延长20米,合计延长58.5米。从节约投资方面考虑,我们只延长出土端的长度,即穿越长度定在552米。
综合考虑上述因素,确定穿越轨迹。

2.8  导向孔钻进
 导向孔的钻进是整个定向钻的关键,我们采用DD-440水平定向钻机进行整个穿越工程的施工。定向设备采用英国Sharewell公司生产的MGS定向系统,确保出土位置达到设计要求 。控向对穿越精度及工程成功与否至关重要,开钻前仔细分析地质资料,确定控向方案,泥浆和司钻要重视每一个环节,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。
由于本工程为长距离复杂地层穿越,导向孔钻进时,推力较大,要求地锚固定必须牢固,泥浆性能达到高粘度、好流动,适当加大泵压,提高水马力。
2.9 
预扩孔
导向孔完成,钻头及蒙乃尔管(无磁钻铤)出土后要及时卸掉,装上扩孔器进行预扩孔。根据地质状况及管径分级扩孔,最后孔径D=1.2-1.3DnDn为管线直径)。采用Φ500扩孔器进行第一次预扩孔;扩孔时按照设计要求适当调整泥浆排量,控制回拖速度,按照设计扩孔参数平稳扩孔,操作员密切注意泵压、扭矩、回拖力的变化,严禁憋泵、憋钻、强行回扩。扩孔完成后,分析成孔情况,必要时再用Φ500扩孔器进行清孔。
2.10 
新技术的应用
由于DD-440钻机的钻杆较长(9.6m)、比较重,因此对钻杆运输成了难题,虽说穿越地段紧邻许平南高速公路,但高差太大,又无通行道路上下,其它绕行路段要穿过多个村庄,运输极为不便,且时间太长。经现场技术人员磋商决定,预扩孔时回扩器后不再连接钻杆,而是在扩孔完成后,在孔道中将钻杆送到出土端,为保证送钻杆顺利,在钻杆的前端连接一个自制的引导头,具体结构如图:


 2.11  管线回拖:导向孔经分级预扩、清孔,孔径达到管线回拖要求的条件,将检验合格的穿越管线吊上滑送架并检查无误后回拖。回拖是穿越的最后一步,也是最关键的一步,在回拖时采用的施工方式是:Φ450扩孔器+80T回拖旋转接头+Φ355.6×7.1 mm穿越管线。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。

关键工艺控制措施
防止钻孔时呈“S”型的措施
定向设备采用英国Sharewell公司生产的MGS定向系统(是目前穿越行业公认的最为准确、实用的控向系统),在定向钻进过程中严格控制全角变化率,尽量缩短测量间隔长度,特别是遇到地层软硬变化或砾石时,参数测量间距不得超过2米。调整方位要及时,并留有余量,禁止反复大幅度调整角度,防止出现“S”型轨迹。
确保定向钻出误差在设计范围内的措施
一是钻机测量就位时,利用全站仪准确放出钻机就位中心线;第二准确测量标定控向参数,要求细心并尽可能多测取参数比较,以确定最佳参数,在管中心线的三个不同位置测取,且每个位置至少测四次,并做好记录。三是在钻头入土和出土各200米范围内,采用地面信标(人工磁场)控向,增加控向的准确性。
确保扩孔顺利的措施
首先要做好导向孔,必须满足管线曲率半径的要求,特别是不能出现”S”型曲线;二是针对不同地层适时调整好泥浆,本穿越段地层较复杂,针对不同地层及时调整泥浆配比方案,适当控制泥浆粘度,增加滤失剂、润滑剂和防塌剂加量,稳固孔壁,减少縮径,稳定泥浆性能,防止大幅度调整泥浆,引起孔壁坍塌。
结语
⑴ 
穿越大型河流时,轨迹设计应结合地质状况,选择合理穿越层位;
⑵ 
对沙层、砾石及含姜石粘土层等不同穿越层位,应选择相应的泥浆添加剂,以确保施工顺利进行;
⑶ 
在遇到钻杆运输等类似问题时,应选择合理工艺方法,可用孔道中送钻杆的方法;
⑷ 
在定向钻穿越施工中,轨迹设计、控向、泥浆的合理性尤为重要。

 
 

 相关评论

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