提高長(zhǎng)輸管道大型定向鉆的回拖一次成功率

薛大帥(中石化中原建設(shè)工程有限公司，河南 濮陽(yáng) 457001)

1 工程概況

某液化天然氣(LNG)項(xiàng)目輸氣干線工程線路總長(zhǎng)89.6km，管道設(shè)計(jì)壓力為10.0MPa，其中直徑為Φ1016mm 的管線長(zhǎng)54.18km，而采用定向鉆穿越施工的有19 條，總長(zhǎng)約13km，其中長(zhǎng)度在1km 以上的定向鉆穿越施工有4 條，長(zhǎng)度共計(jì)約4.7km。大型定向鉆穿越多，管道口徑大、壁厚大、剛性大、重量大，相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)也就更大，對(duì)定向鉆成功回拖提出了挑戰(zhàn)。

2 回拖成功率現(xiàn)狀分析及目標(biāo)制定

通過(guò)對(duì)公司近幾年施工的其他項(xiàng)目中定向鉆穿越情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共完成直徑Φ1016mm、單處長(zhǎng)度1km 以上定向鉆穿越29 條，其中一次回拖失敗5 條，回拖一次成功率82.7%，同時(shí)對(duì)回拖失敗的原因整理分析，做出統(tǒng)計(jì)表，見表1。

表1 定向鉆一次回拖失敗情況統(tǒng)計(jì)表

從上述統(tǒng)計(jì)表分析，影響1km 以上長(zhǎng)度定向鉆回拖一次成功率的主要因素為管材抱死、塌孔，占總頻率66.66%，在施工中，必須加強(qiáng)此類問(wèn)題的控制，以提高定向鉆回拖一次成功率。通過(guò)查閱定向鉆相關(guān)資料，學(xué)習(xí)定向鉆施工隊(duì)的豐富經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和現(xiàn)有技術(shù)水準(zhǔn)，預(yù)計(jì)可解決問(wèn)題的占80%，因此直徑Φ1016mm 長(zhǎng)度1km 以上定向鉆回拖一次成功率可由82.7%提高至：1-17.3%×[66.6%×(1-80%)+33.4%]=91.9%。

3 原因分析及要因確定

3.1 原因分析

針對(duì)問(wèn)題，從操作人員、設(shè)備、材料、方法、環(huán)境五個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析調(diào)查，得出導(dǎo)致定向鉆回拖失敗的末端因素有9 個(gè)：

(1)鉆機(jī)操作人員水平低，操作不當(dāng)。

(2)擴(kuò)孔工藝不合理。

(3)導(dǎo)向孔曲線不符合要求。

(4)未清孔、清孔不徹底。

(5)復(fù)雜地質(zhì)情況。

(6)發(fā)送溝、入孔槽設(shè)置不合理。

(7)鉆機(jī)選用不合理。

(8)鉆具、鉆桿損壞。

(9)泥漿性能不符合要求。

3.2 要因確定

通過(guò)對(duì)9 個(gè)末端因素進(jìn)行了逐一驗(yàn)證，要因確定為：擴(kuò)孔工藝不合理；未清孔或清孔不徹底。

(1)定向鉆操作人員均持證上崗，從業(yè)多年，經(jīng)驗(yàn)豐富，能力滿足施工要求，且施工過(guò)程中均嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作。確定鉆機(jī)操作人員水平低，操作不當(dāng)為非要因。

(2)現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中存在越級(jí)擴(kuò)孔、擴(kuò)孔速度過(guò)快等現(xiàn)象，造成孔內(nèi)存在較多干燥、混合不良的鉆屑，無(wú)法隨泥漿返出孔外而停留在孔內(nèi)，極易增加回拖阻力，造成隱患。確定擴(kuò)孔工藝不合理為要因。

(3)在開鉆前對(duì)司鉆人員作好詳細(xì)的技術(shù)要求，對(duì)每一根鉆桿的鉆進(jìn)要求都提前在圖紙上作好標(biāo)注，控制鉆桿的折角變化：?jiǎn)胃@桿折角變化＜0.8°，連續(xù)三根鉆桿折角變化＜2.2°，通過(guò)重點(diǎn)控制單根鉆桿的鉆進(jìn)質(zhì)量和整體曲線的質(zhì)量，保證導(dǎo)向孔曲線光滑，穿越曲率半徑、管底最大埋深、入土角、出土角均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保導(dǎo)向孔實(shí)際曲線與設(shè)計(jì)穿越曲線的偏差符合設(shè)計(jì)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。確定導(dǎo)向孔曲線不符合要求為非要因。

(4)發(fā)現(xiàn)部分定向鉆在清孔環(huán)節(jié)為節(jié)約成本未清孔、或清孔不徹底，未通過(guò)扭矩、推拉力的降低和泥漿中鉆屑的比例綜合判斷清孔效果，只以扭矩、推拉力的降低判定清孔結(jié)束，較多鉆屑停留在孔內(nèi)或未與泥漿混合均勻，給回拖造成隱患。確定未清孔、或清孔不徹底為要因。

(5)定向鉆施工前會(huì)根據(jù)實(shí)地地形、地貌及有關(guān)特性進(jìn)行分析、判斷，必要情況下復(fù)雜地質(zhì)還要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘查，通過(guò)打勘察孔取樣分析，做出地質(zhì)報(bào)告。在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)觀察井眼泥漿返出情況，做好泥漿取樣、試驗(yàn)分析，將分離物與地質(zhì)勘探報(bào)告相比較，可以準(zhǔn)確判斷鉆進(jìn)過(guò)程中的地質(zhì)情況，來(lái)決策鉆進(jìn)運(yùn)行。確定復(fù)雜地質(zhì)情況為非要因。

(6)發(fā)送水道開挖嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求，中心線要和穿越軸線重合，溝內(nèi)注水，注水深度確保管道能夠漂浮在發(fā)送溝內(nèi)，降低鉆機(jī)回拖力。由于大口徑管道的剛性大，根據(jù)出土角和管道直徑計(jì)算得出入孔槽的深度和長(zhǎng)度，滿足管道入孔洞時(shí)的曲率半徑要求，保證管道順利回拖入空洞，而不至于產(chǎn)生憋勁或增加回拖力。受場(chǎng)地限制時(shí)，采用挖機(jī)、吊車等助力，順直管道，最大程度減小回拖阻力。確定發(fā)送溝、入孔槽設(shè)置不合理為非要因。

(7)施工前會(huì)根據(jù)地質(zhì)情況、管線長(zhǎng)度、鋪管需要回拖力進(jìn)行分析計(jì)算，選擇合適噸位和扭矩的鉆機(jī)。同時(shí)，在鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)前還會(huì)對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行檢查，性能良好，符合要求方可進(jìn)場(chǎng)施工。確定鉆機(jī)選用不合理為非要因。

(8)鉆具、鉆桿從導(dǎo)向孔到回拖全過(guò)程都在重復(fù)使用，抗扭、抗拉強(qiáng)度不斷降低，對(duì)于長(zhǎng)距離和大孔徑的鉆孔，必須選擇較大直徑的鉆桿，否則因扭矩過(guò)大導(dǎo)致鉆桿斷裂。對(duì)鉆具、鉆桿損壞對(duì)定向鉆回拖的影響進(jìn)行調(diào)查?，F(xiàn)場(chǎng)施工前對(duì)鉆具等進(jìn)行嚴(yán)格檢修，保證鉆具的質(zhì)量滿足施工要求，把不符合要求的鉆具不準(zhǔn)用于施工中；在施工過(guò)程中，使用每一件鉆具前應(yīng)先進(jìn)行一遍檢修，以防止鉆具在施工過(guò)程中出現(xiàn)斷裂情況；施工過(guò)程中注意對(duì)鉆具正確有效的使用，注意鉆具的磨損程度及時(shí)進(jìn)行修復(fù)；避免鉆具、鉆桿的損壞。確定鉆具、鉆桿損壞為非要因。

(9)泥漿的主要作用包括懸浮和攜帶泥屑，封閉孔壁、固孔，減少摩擦力等。施工前根據(jù)地質(zhì)情況有針對(duì)性的配置泥漿，施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量泥漿各項(xiàng)參數(shù)，檢查泥漿效果，對(duì)泥漿性能指標(biāo)持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不斷優(yōu)化泥漿配方，調(diào)節(jié)泥漿性能，擴(kuò)孔時(shí)適當(dāng)增加聚合物、流變劑，提高泥屑攜帶能力，降低粘滯力；回拖時(shí)適量加入潤(rùn)滑劑，提高泥漿潤(rùn)滑性，降低摩阻，保證管道順利回拖。確定泥漿性能不符合要求為非要因。

4 對(duì)策制定、實(shí)施及效果

4.1 對(duì)策制定

針對(duì)擴(kuò)孔工藝不合理這個(gè)要因，對(duì)策為選擇合理擴(kuò)孔工藝，避免越級(jí)擴(kuò)孔，選擇合理擴(kuò)孔速度，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況選用合理的擴(kuò)孔器，確定合理的擴(kuò)孔級(jí)數(shù)和擴(kuò)孔速度。而針對(duì)未清孔、或清孔不徹底這個(gè)要因，對(duì)策為加強(qiáng)清孔環(huán)節(jié)管理，保證徹底清孔，清孔合格率100%，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)清孔環(huán)節(jié)管理，所有定向鉆必須清孔合格。

4.2 對(duì)策實(shí)施

擴(kuò)孔過(guò)程是成功完成穿越工程的關(guān)鍵，擴(kuò)孔的作用是擴(kuò)大鉆孔，使孔道能容納回拖的管道，主要目的是混合鉆屑和泥漿，以制成泥漿排出孔外，使回拖的管道有進(jìn)入的空間。在擴(kuò)孔施工過(guò)程中，通過(guò)合理選擇擴(kuò)孔器、擴(kuò)孔級(jí)數(shù)、擴(kuò)孔速度，達(dá)到成功回拖的目的。

(1)擴(kuò)孔器的選擇：合理組合擴(kuò)孔器系列，采用板式擴(kuò)孔器和桶式擴(kuò)孔器搭配使用，可以確?？椎莱尚钨|(zhì)量。飛旋式擴(kuò)孔器切削能力強(qiáng)，阻力和旋轉(zhuǎn)所需要的能量小，適用于不塌方且不易包泥的底層；板式擴(kuò)孔器有較好的切削能力，又能很好的混合鉆屑和泥漿，并且能讓泥漿自由流過(guò)，但由于自身過(guò)重，大尺寸擴(kuò)孔時(shí)應(yīng)與桶式擴(kuò)孔器配套使用；桶式擴(kuò)孔器對(duì)底層的擠壓作用使其十分適用于易塌方和可塑地層，同時(shí)具有良好的清孔能力。

(2)擴(kuò)孔級(jí)數(shù)的確定：主管道管徑為φ1016mm，根據(jù)穿越擴(kuò)孔的要求，擴(kuò)孔直徑達(dá)到管徑的1.3～1.5 倍，每級(jí)擴(kuò)孔相差150mm～200mm，并根據(jù)地質(zhì)報(bào)告描述確定穿越的主要地層情況，確定預(yù)擴(kuò)孔工藝為七級(jí)擴(kuò)孔，分別為：φ400mm 擴(kuò)孔、φ600mm 擴(kuò)孔、φ800mm 擴(kuò)孔、φ1000mm 擴(kuò)孔、φ1150mm 擴(kuò)孔、φ1250mm 擴(kuò)孔和φ1350mm 擴(kuò)孔。

(3)擴(kuò)孔速度的確定：合理的擴(kuò)孔速度應(yīng)使泥漿和鉆屑的比例不小于1:1。擴(kuò)孔時(shí)，根據(jù)泥漿泵的排量和不同擴(kuò)孔直徑分別進(jìn)行計(jì)算，選用合理的擴(kuò)孔速度，使充足的泥漿與鉆屑混合并帶出孔洞，從而降低回拖力和扭矩。

加強(qiáng)定向鉆現(xiàn)場(chǎng)清孔環(huán)節(jié)管理，保證所有定向鉆回拖前必須進(jìn)行清孔，一般選用桶式擴(kuò)孔器。在清孔時(shí)，同時(shí)增加泥漿流量20%～30%，盡量攜帶出更多的鉆屑，保證孔洞的順暢。若一次清孔未能降低扭矩和推拉力，或者泥漿中鉆屑比例較多，仍需進(jìn)行第二次清孔。清孔可通過(guò)扭矩、推拉力的降低和泥漿攜帶出的鉆屑逐步減少進(jìn)行綜合判斷。通過(guò)清孔，有效清除孔內(nèi)鉆屑，形成光滑的孔道，減少回拖阻力。

4.3 實(shí)施的效果

通過(guò)確定要因，制定對(duì)策，在本工程后期的4 條直徑φ1016mm長(zhǎng)度1km 以上定向鉆過(guò)程中實(shí)施，經(jīng)過(guò)全體成員的努力、團(tuán)結(jié)協(xié)作和對(duì)對(duì)策的認(rèn)真實(shí)施，全部回拖成功，一次回拖成功率100%，大于預(yù)期目標(biāo)91.9%，實(shí)現(xiàn)了課題目標(biāo)。避免了回拖失敗造成的返工及工期延誤，有效減少了損失，創(chuàng)造了效益。此前，直徑φ1016mm、長(zhǎng)度1km 以上定向鉆回拖一次成功率為82.7%，回拖失敗率為17.3%，1 條定向鉆回拖失敗造成的返工及工期延誤損失約為30 萬(wàn)元。制定措施并實(shí)施后，4 條直徑φ1016mm、長(zhǎng)度1km 以上的定向鉆一次回拖成功率100%，避免的損失為30 萬(wàn)元×17.3%×4=20.76 萬(wàn)元，創(chuàng)造了較大效益。

5 結(jié)語(yǔ)

影響長(zhǎng)輸管道定向鉆回拖一次成功率的因素有很多，通過(guò)在工程實(shí)施中不斷分析和總結(jié)，全面認(rèn)識(shí)到質(zhì)量管理的科學(xué)性、群眾性和有效性，讓全員樹立質(zhì)量意識(shí)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，提高技術(shù)水平，將施工參數(shù)、工藝流程進(jìn)行歸納總結(jié)，形成作業(yè)指導(dǎo)書，供以后的類似工程進(jìn)行借鑒和參考，避免因相同或相似因素導(dǎo)致定向鉆一次回拖的失敗。通過(guò)不斷改進(jìn)施工方法和質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和人才效益。