定向鉆穿越礫石層綜合技術(shù)

文/徐今山 中石化中原油建工程有限公司 河南濮陽 457001

定向鉆穿越礫石層綜合技術(shù)

文/徐今山 中石化中原油建工程有限公司 河南濮陽 457001

隨著水平定向鉆穿越施工技術(shù)的不斷發(fā)展，礫石層穿越已經(jīng)不再是水平定向鉆穿越難以逾越的禁區(qū)，而如何在穿越施工中更好的隔離礫石層也成為了定性鉆穿越行業(yè)的重點研究對象。針對水平定向鉆施工中穿越大厚度、大粒徑礫石層這一技術(shù)難題，本文在分析礫石層地質(zhì)環(huán)境特點的基礎(chǔ)上結(jié)合目前的定向鉆施工技術(shù)對如何成功完成礫石層穿越進行了探討，并提出了一些可行性建議，希望能夠為金鉤應(yīng)用水平定向鉆穿越礫石層施工提供借鑒。

定向鉆；礫石層；非開挖；綜合技術(shù)

對于管線敷設(shè)來說，非開挖技術(shù)的出現(xiàn)可以說對其產(chǎn)生了根本性的影響，在此之前，管線的敷設(shè)不僅需要投入大量的成本，也會對環(huán)境、交通等造成一定的影響。而非開挖技術(shù)所具有的成本低、效益高、工期短、不破壞環(huán)境、不影響交通等優(yōu)點使得其近年來在我國得到了迅速的發(fā)展。而作為非開挖技術(shù)中應(yīng)用范圍最廣的一種技術(shù)——水平定向鉆進技術(shù)，也成為了目前在敷設(shè)供水、供氣、電信電纜等管線時的首要選擇。 經(jīng)過多年的實踐探索研究，我國的水平定向鉆進技術(shù)愈加的成熟，對地層的適應(yīng)能力也越來越強，以前被視為禁區(qū)的大厚度、大粒徑礫石層已經(jīng)被定向鉆成功穿越。

1、定向鉆進施工技術(shù)

1.1鉆導(dǎo)向孔。利用定向鉆進設(shè)備在入口處開始鉆進，在鉆進的過程中需要時刻的利用導(dǎo)向儀來對鉆進的情況進行監(jiān)測和控制，確保鉆孔能夠按照設(shè)計的線路前進，順利的從另一端鉆出地表，從而完成導(dǎo)向孔的施工。

1.2擴孔。值得注意的是，如果需要敷設(shè)的管線的直徑比較大，那么就很難順利的完成擴孔和回拖作業(yè)，這個時候必須采取有效的措施來對導(dǎo)向孔進行逐級的擴大，具體的導(dǎo)向孔每次需要擴展的直徑需要根據(jù)敷設(shè)管線、施工設(shè)備、地層條件和現(xiàn)場實際施工狀況來確定。一般來說，為了能夠確保管理的順利敷設(shè)，最終的導(dǎo)向孔直徑應(yīng)當(dāng)是待敷設(shè)管線之間的1.25-1.5倍左右。此外，孔徑的大小、不同的地層條件等會對孔內(nèi)殘余泥土的多少造成影響，因此在擴孔的時候也要根據(jù)孔內(nèi)的泥土量來確定是否有必要進行清孔。

1.3敷管。敷管時實現(xiàn)非開挖敷管目標的最后一步，從理論上來說，擴孔（清孔）能夠和敷管一氣呵成，中間沒有任何的非作業(yè)停頓是最為理想的，這樣可以最大限度的減少因鉆孔暴露時間過長而引起孔內(nèi)坍塌的危險。一般來說，敷管的主要過程如下：首先將出口處已經(jīng)焊接好的關(guān)系依次裝上連接頭、萬向接、擴孔鉆頭；其次，在入口處啟動鉆機，把擴孔鉆頭連接到鉆桿上；然后在確定各部件已經(jīng)牢牢的連接的情況下指揮鉆機開始會拉鉆桿，注意在擴孔鉆頭將要進入孔口的時候要及時的指揮鉆機開泵打水選擇，通過鉆桿輸送泥漿液到擴孔鉆頭，一邊選擇一邊會拉；最后，在待敷設(shè)管線已經(jīng)被拉到預(yù)定位置的時候及時的停止作業(yè)。如此一來，定向鉆進施工就完成了。

2、定向鉆穿越礫石層技術(shù)分析

一直以來，非開挖定向鉆鉆進技術(shù)在面對礫石層時都頗感棘手，復(fù)雜的地層環(huán)境，顆粒大小差距很大的構(gòu)造成分使得礫石地層的整體結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)乃缮ⅲ鴮?dǎo)致采用定向鉆進技術(shù)的話很難形成一個完整的孔道，而孔道的擴展和管道的回拖更是無從談起。對此，通過對常用的隔離技術(shù)進行理論分析，筆者認為定向鉆穿越礫石層時可以采用以下的技術(shù)方法：

2.1鋼套管隔離技術(shù)。相對來說，鋼套管隔離技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，定向鉆短距離穿越施工中經(jīng)常采用該技術(shù)。在施工的過程中通過鋼套管隔離技術(shù)來限制鉆孔設(shè)備在鉆孔過程中的鉆桿擺動，提高鉆桿在鉆進過程中的剛度。而將鋼套管技術(shù)應(yīng)用于隔離礫石地層是可行的，但是在實際的操作中需要注意處理好鋼套管和基巖之間的接觸部位，因為下伏基巖的抗壓強度一般情況下要遠遠的低于鋼套管本身的抗壓強度，這樣一來兩者之間就形成了抗壓強度變異性，在擴孔的過程中很容易形成折角，擴孔的次數(shù)越多，折角就會越大，進而會對管道的回拖造成一定程度的影響。因此，定向鉆穿越礫石層時采用鋼套管隔離技術(shù)的話，需要對改技術(shù)進行一定的優(yōu)化，確保鋼套管的抗壓強度和下伏基巖抗壓強度的協(xié)調(diào)性，盡可能的避免折角的形成。

2.2黏土置換隔離技術(shù)。黏土置換隔離技術(shù)指的就是在定向鉆穿越礫石層的時候?qū)⒌[石層剝離開挖，然后再用黏土進行分層碾壓回填，以此來確保導(dǎo)向孔的順序成形和擴孔工作的順利完成。但是值得注意的是，在回拖管道的時候要不斷的排水來保證黏土回填密實，一旦出現(xiàn)排水不暢的情況就很容易導(dǎo)致黏土在回填的過程中形成橡皮土，這種情況下鉆頭或者擴孔器在經(jīng)過該部位的時候，鉆頭和擴孔器在自身的作用下就會形成嚴重的折角。此外，黏土在回填夯實的過程中要嚴格的控制好含水量，過高或者過低的韓含水量都會對黏土的夯實效果造成一定的影響。和鋼套管隔離技術(shù)相比，黏土隔離技術(shù)的最大優(yōu)勢在于夯實之后的黏土的抗壓強度和下伏基巖的抗壓強度基本一致，這樣就不易出現(xiàn)折角現(xiàn)象，但是其對于施工技術(shù)的要求相當(dāng)高，使得該技術(shù)并沒有得到大范圍的推廣應(yīng)用。

2.3人造巖體隔離技術(shù)。人造巖體隔離技術(shù)是近年來新出現(xiàn)的一種隔離技術(shù)，目前已經(jīng)比較成熟，成為定向鉆穿越礫石層時首選的隔離技術(shù)。人造巖體隔離技術(shù)主要采用的是先將礫石地層剝離開挖，然后按照下伏基巖的巖體性能來制作“巖體”確保人造巖體能夠和下伏基巖的抗壓強度保持一致。相比于鋼套管隔離技術(shù)和黏土置換隔離技術(shù)而言，人造巖體隔離技術(shù)具有施工工藝較簡單，對施工技術(shù)的要求較低，成本不高，便于操作等優(yōu)點，例如由于人造巖體的抗壓強度和下伏基巖基本一致，因此鉆頭和擴孔器在鉆孔或者擴孔的時候不會出現(xiàn)明顯的折角，保證了所形成的孔道平滑順直；可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整人造巖體的材料配置比例，來消除人造巖體與下伏基巖之間存在的強度變異系數(shù)，適應(yīng)各種復(fù)雜的礫石岑，而且人造巖體四周基坑也可以作為泥漿儲存坑來使用，減小施工作業(yè)場地的占地面積。因此，人造巖體隔離技術(shù)成為目前定向鉆穿越礫石層的主要技術(shù)也是理所當(dāng)然的。

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