Rio benevente穿越工程施工技術及實例

陳 翔（中石化江漢油建工程有限公司，武漢 433123）

Rio benevente穿越工程施工技術及實例

陳 翔
（中石化江漢油建工程有限公司，武漢 433123）

介紹了rio benevente穿越工程項目的施工技術及工藝特點。

水平定向鉆；巖石；控向；擴孔

1　項目工程概況

Rio benevente穿越，穿越管徑為22”*15.9mm主管加上4”光纜管套管，穿越長度635m。穿越地層為：靠近山體一側為約200m花崗巖，河流及紅樹林側為淤泥質粘土。河流距離入?？诓蛔?km，水質含鹽量大于1000mg/L，且有潮汐現(xiàn)象。

2　工程特點

（1）此工程管道輸送介質為鐵礦石礦漿，目前建設的為礦砂管道三號線。之前已建成2條并行管線，并已在運營中。

（2）穿越地層巖石為花崗巖，取芯樣品檢測硬度在60MPa以上，實際穿越巖石應大于該值。

（3）穿越施工現(xiàn)場附近無淡水水源。

（4）由于地形及紅樹林保護區(qū)影響，施工作業(yè)區(qū)十分狹窄。入土點側作業(yè)帶寬度為22m。出土點側寬度最寬處為15m，平均寬度10m。

3　項目實施過程

3.1準備過程

入土點側準備：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，山體一側地貌為一側靠山，一側靠低洼紅樹林區(qū)，已建管道埋在作業(yè)帶中部，地表僅有不足0.5m的覆土，之下為山體基巖。常規(guī)需要挖坑的錨固箱坑，泥漿坑無法開挖。使用地勘巖石取芯鉆機進行鉆孔打樁固定臨時地錨。泥漿坑使用外運土方圍地上坑。

出土點側準備：由于出土點側場地狹窄，前期任務主要是平整場地，準備圍堵漏漿沙袋。

此工程使用兩臺鉆機作業(yè)。DD440鉆機進入入土點側，進行導向孔作業(yè)，最后一級清孔作業(yè)及管道回拖工作。DD625鉆機進入出土點側，進行擴孔作業(yè)及第一級清孔作業(yè)。這樣可以消除雨季對道路影響而導致鉆機倒運困難的問題，且可以增加施工效率，節(jié)省工期。

兩側泥漿輸送通道使用兩條管路進行溝通。

3.2控向

本次穿越控向難度主要在于已建管道及輸送介質的影響，決定穿越全程布設人工磁場。但由于河面較寬，寬度為150m。且有潮汐現(xiàn)象，提高了布設線圈的難度。初步實施是河面不加固定樁，直接使用一個線圈整個跨過河面。但由于線圈跨度太長，線圈向下彎曲，且受潮汐水流影響左右彎曲。無法達到控向精度要求，于是采用河面定鋼樁固定線圈。在導向孔控向操作時，方位角變化與人工磁場變化在不能完成對應，方位角失去了作為方向判斷的依據(jù)。僅采用人工磁場數(shù)據(jù)作為方向判斷依據(jù)，方位角變化作為鉆桿折角調整依據(jù)進行控向控制。

3.3導向孔鉆進，擴孔及清孔

本次穿越巖石為硬巖，導向孔單根鉆桿鉆進時間平均為5h。鉆頭在使用60h后更換過一次，鉆頭碳化鎢磨損嚴重，基本磨平。更換新鉆頭后，比磨損鉆頭鉆進效率增加約20%。導向孔完成后，確定巖石層長度為193m，剩余地層為淤泥質粘土。一側極硬一側極軟，地層交界明顯。巖石擴孔確定使用滾刀式擴孔器擴孔，滾刀式擴孔器專門為巖石層擴孔設計，僅適合在巖石層擴孔，不適用其他地層，在193m巖石層擴完既從巖石層入口退出再更換下一級滾刀式擴孔器。直至巖石層擴孔至40寸后才開始使用板式擴孔器進行普通地層擴孔。普通地層擴孔完成后再分別從不同的方向各進行一次清孔。由于出土點側地層極軟，泥漿泄露情況嚴重，井下鉆具泥漿供應排量都減少到極限，泥漿在此地層只能起到鉆具潤滑作用，不能達到排屑及撐孔的作用。在二次清孔時發(fā)現(xiàn)孔洞存在局部塌孔情況。

3.4回拖

管道回拖為吊管機配合滾輪發(fā)送，管道在回拖期間還要進行二接一。管道沿作業(yè)帶預制，沿作業(yè)帶彎曲起伏，共存在2個彎點。其中急彎管道曲率半徑不足500倍管道直徑，在兩個彎點均設置兩臺吊管機緩解管道彎曲應力。另外管道入洞口放置一臺吊管機配合管道入洞、防腐工補傷及管道二接一對口工作。管尾放置一臺吊管機。

4　出現(xiàn)的問題

4.1巖石入土

入土角與山體巖石存在23°夾角，巖石入洞口就在地表，鉆頭進入巖石時會順巖石切面趨勢向左偏折。第一次入土時，用土包覆鉆鋌后，用挖掘機按壓土壤防止鉆頭入洞跑偏。但入土仍有一定向左的趨勢，但由于泥漿馬達右旋趨勢逐漸將向左角度趨勢消除。但第二次入土采用原辦法，但是趨勢向右，在加上泥漿馬達右旋趨勢疊加，造成第二次導向孔向右趨勢過大。第三次使用專用裝置夾住鉆鋌入洞，但仍有輕微向右角度偏折。在控向時連續(xù)向左糾偏以消除向右趨勢。

4.2卡鉆

導向孔鉆進時發(fā)生兩次卡鉆，卡鉆點都出現(xiàn)在巖石破裂帶上。第一次卡鉆時及時發(fā)現(xiàn)返漿量減小，同時扭矩增加，泥漿馬達鉆壓增加，卡鉆點在泥漿馬達及鉆頭接頭處，通過嘗試，使用高位并供漿將鉆頭拔出巖石破裂帶。之后采取破裂帶堵漏措施。

第二次卡鉆是在回拔鉆桿糾偏過程中，發(fā)現(xiàn)返漿停止后，當時認為泥漿是從已鉆導向孔孔洞中漏失掉，于是繼續(xù)開始糾偏鉆進，結果發(fā)現(xiàn)扭矩增大，回拔鉆桿時發(fā)現(xiàn)卡鉆。這次卡鉆是由鉆屑堆積在破裂帶區(qū)域，抱死鉆桿接頭臺階卡鉆。增加扭矩及拉力回拔鉆桿，導致鉆桿從卡鉆接頭臺階處發(fā)生斷裂。

因為母扣接頭臺階比公扣接頭臺階要平滑很多，為防止鉆桿接頭臺階卡鉆，建議將鉆桿反接母扣朝前進行導向孔鉆進。

4.3泥漿

巖石穿越所需要的泥漿量比常規(guī)地層要大很多，但通過合理的凈化回收可以有效的降低施工成本。本次工程由于泥漿凈化裝置老化，造成凈化后泥漿含沙量大，從而導致泥漿泵，連桿泵多次磨損維修，影響施工效率。另外，由于場地局限，泥漿處理池容積也未能完全滿足工程需要。

4.4擴孔

在巖石擴孔中，最高扭矩大且跳動幅度大，對井下鉆具都是一個考驗，扭矩力量都集中在擴孔器前的鉆桿及短節(jié)上，工程前期無法對所有井下鉆具進行檢測，其中一個短節(jié)在擴孔時發(fā)生破裂脫扣，但所

幸未造成嚴重后果。另外，多根鉆桿絲扣也因為扭矩過大損壞，但在今后類似工程中，對鉆具的選擇上應十分謹慎。

5　項目中的成功點

5.1兩臺鉆機協(xié)同作業(yè)

在項目初期使用兩臺鉆機同時進場，既出入土點各一臺鉆機。實際以其中一臺作業(yè)為主，另一臺處于待命狀態(tài)。由于兩側都有鉆機，在擴孔時所需考慮的退鉆桿或出現(xiàn)井下事故都可以很及時的得到解決。在18寸巖石層擴孔時，擴孔器完成退出時，使用DD625鉆機推鉆桿無法推動，直接使用DD440鉆機連接鉆桿將18寸擴孔器拉出巖石孔洞。另外在30寸巖石層擴孔時，擴孔器前短節(jié)因材質問題發(fā)生破裂脫扣，同樣直接使用DD440鉆機將脫扣擴孔器及鉆桿拉出洞口，剩余井下部分鉆具再有DD625鉆機推出。為該項目中在雨季施工過程中，省去了不少鉆機倒場及安裝的時間。

具體比較：鉆機按時間排序使用情況為導向孔（DD440）—18寸巖石擴孔（DD625）—退18寸巖石擴孔器（DD440）—第二次擴18寸擴孔～30寸巖石擴孔時井下短節(jié)脫扣（DD625）—退30寸巖石擴孔器（DD440）—第二次30寸巖石擴孔～第一次清孔（DD625）—第二次清孔～回拖（DD440）。

若使用一臺鉆機作業(yè)，則鉆機總計需倒場6次。在加上該項目施工期間雨季對道路的影響，節(jié)省工期應在2周以上。如若是長距離巖石擴孔，一個擴孔器無法完成擴孔任務，則在退擴孔器這一過程中，則能夠節(jié)省更多的鉆機倒場次數(shù)，從而節(jié)省更多的工期。

5.2泥漿循環(huán)流程

本次的泥漿循環(huán)流程覆蓋到了整個施工界面，本次項目的客觀情況對這次泥漿方案相對于常規(guī)泥漿方案相比做了極大改動。主要改動涉及到水源拉運，泥漿池的圈圍，出入土點之間的泥漿溝通，出入土點兩臺鉆機的泥漿供應。

相對常規(guī)項目而言，泥漿流程可以根據(jù)實際情況和富裕的場地還可以進行二次調整，但該項目由于其特殊性，泥漿流程的建立必須是一步到位且不太可能做到二次調整，而在工程執(zhí)行中也得到了驗證。

5.3擴孔方案

本次工程整個擴孔方案與計劃前有所不同，但大致順序是：第一步使用滾刀擴孔器系列僅對巖石層進行擴孔；第二步使用板式擴孔器系列從巖石洞口進入對普通地層進行擴孔。

在巖石擴孔完成前先保留不對普通地層擴孔，其目的在于如果先進行普通地層擴孔可能會產(chǎn)生新的泥漿泄漏點，而后續(xù)大級別的巖石擴孔泥漿返出量會有所減小，如果完全不返出，則整個泥漿循環(huán)系統(tǒng)就會失去作用，而靠新配置泥漿進行作業(yè)肯定不會達到使用泥漿循環(huán)所能達到的效率。

6　總結

由于鉆機的增加，中方人員將會因為項目分配至各臺鉆機機組中工作，單臺鉆機人員數(shù)量將會是一個持續(xù)精簡的過程，大鉆機機組按照單臺鉆機最終6名中方人員并可以進行雙班作業(yè)為目標進行整合。這就對每名機組成員素質及工作能力有了更高的要求。因此機組成員不能再局限于崗位限制，將來項目將會以一個工作區(qū)塊對機組人員來要求，每名成員都會肩負數(shù)職。為盡快達到這一目標首先的工作就是提高隊伍整體水平，培養(yǎng)盡可能多的跨崗位成員。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.127