管道水平定向鉆穿越河流施工要點(diǎn)分析

戶永海

（管道四公司（穿越公司），河北 廊坊 065000）

0 引言

20 世紀(jì)80 年代，水平定向鉆技術(shù)開始出現(xiàn)在工程施工中，并在經(jīng)過多年的發(fā)展后逐漸成熟，得到廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)在我國發(fā)展較快，且設(shè)備先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自動化模式，設(shè)備的配套裝備也都有，這也是我國定向鉆更容易成功和被廣泛使用的原因。

1 管道水平定向鉆穿越概述

在研究管道水平定向鉆技術(shù)的過程中，泥漿技術(shù)是非常重要的，主要是為了保證孔內(nèi)安全性和穩(wěn)定性，現(xiàn)在的水平定向鉆速度越來越快，因此對泥漿的要求也更高。水平定向鉆進(jìn)技術(shù)的發(fā)展帶動著泥漿技術(shù)的發(fā)展，泥漿技術(shù)也有了不小的進(jìn)步，到了一個(gè)新的發(fā)展階段，泥漿技術(shù)的類型、體系、處理方式和理論都已經(jīng)在逐步完善。不過泥漿技術(shù)的缺點(diǎn)就是應(yīng)用和管理方面還不夠集中，沒有對泥漿技術(shù)進(jìn)行規(guī)范化的要求，也沒有設(shè)定專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，有一些管理人員覺得只要能打出泥漿就行，造成了很多工作人員都沒有打泥漿的機(jī)器，泥漿設(shè)備也比較缺乏，正是因?yàn)檫@些條件才導(dǎo)致泥漿技術(shù)簡單化，遇到較為復(fù)雜的地層也無法發(fā)揮出優(yōu)質(zhì)施工方案的優(yōu)點(diǎn)，對我國的鉆探工程質(zhì)量有很大的影響，降低了工程質(zhì)量和工程效率，還有一些地層根本就無法鉆探。

面對現(xiàn)在泥漿技術(shù)的缺點(diǎn)，要想讓泥漿技術(shù)能夠有效地發(fā)揮出來，就應(yīng)該改變傳統(tǒng)的理念和施工方式，提高泥漿工程的質(zhì)量，發(fā)揮出更有效的效果，這也是解決鉆探工程施工問題的基礎(chǔ)。

2 管道水平定向鉆穿越河流施工關(guān)鍵

2.1 勘測、放線和精確定位

2.1.1 水平定向鉆

定向鉆施工順序建議為：先進(jìn)南側(cè)定向鉆施工，再根據(jù)南側(cè)定向鉆實(shí)際線位進(jìn)行北側(cè)定向鉆施工，然后根據(jù)主管道2 次定向鉆線位進(jìn)行光纜定向鉆施工。

在進(jìn)行南岸定向鉆施工時(shí)，根據(jù)主河槽定向鉆入土點(diǎn)坐標(biāo)、出土點(diǎn)坐標(biāo)，首先在施工現(xiàn)場進(jìn)行測量工作，完成鉆機(jī)場地控制線的放線工作，合理安排設(shè)備擺放位置，保證鉆機(jī)中心線與出、入土點(diǎn)在同一直線上，施工過程中要隨時(shí)記錄實(shí)際鉆孔軌跡。

南側(cè)定向鉆施工完畢后，應(yīng)先將管道實(shí)際軌跡測量并放線定位出來，然后以此為參考，按設(shè)計(jì)圖紙測量并放出主管北側(cè)定向鉆的鉆機(jī)場地控制線及設(shè)備擺放位置線。為保證連頭操作可行，根據(jù)管道主河槽定向鉆的出土點(diǎn)的實(shí)際線位和出土點(diǎn)局部調(diào)整灘地定向鉆的入土點(diǎn)，使灘地定向鉆的入土點(diǎn)端線位與主河槽定向鉆出土點(diǎn)端線位基本平行，且中心線間距為4m 確保兩定向鉆基本平行，且中心線間距為4m。

主管道定向鉆完成后，根據(jù)主管道2 次定向鉆實(shí)際線位情況，根據(jù)圖紙，完成鉆機(jī)場地控制線的放線工作，合理安排設(shè)備擺放位置，保證光纜套管出、入土點(diǎn)在同一直線上，且與主管道定向鉆實(shí)際線位基本平行，且中心線間距為10m。

2.1.2 基坑開挖連頭

根據(jù)定向鉆主河槽定向鉆中線與入土點(diǎn)、灘地定向鉆中線與入土點(diǎn)的實(shí)際位置，測量并放出兩鉆的連頭具體位置，之后根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測量、放出基坑的開挖面，井點(diǎn)降水的匯水渠等。同時(shí)還應(yīng)測量、放出臨時(shí)堆放開挖土方的位置。

2.2 鉆進(jìn)導(dǎo)向孔

導(dǎo)向孔是使用水平定向鉆機(jī)按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的曲線參數(shù)如入土出土角度、曲率半徑、深度等進(jìn)行鉆進(jìn)。通常水平定向鉆進(jìn)的鉆頭端部是斜面面板，采用輔助射流的切削方式進(jìn)行鉆進(jìn)。鉆頭中的發(fā)射器可將鉆進(jìn)過程中的位置頂角、方位角、深度等參數(shù)傳輸給地面的導(dǎo)向儀，以便對鉆進(jìn)軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控糾偏。通常情況下導(dǎo)向孔的鉆進(jìn)曲線最大偏移量不可以超過2m。露出地面的一段縱向偏差不可以超過總長度的1%，而且不能超過12m。橫向偏差不可以超過總長度的一半，而且不可以超過6m。導(dǎo)向孔曲線和總曲線之間的差額應(yīng)該保持在一定的范圍之內(nèi)，如表1所示。

表1 導(dǎo)向孔允許偏差

2.3 擴(kuò)孔與洗孔

擴(kuò)孔階段在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)完成之后，使用擴(kuò)孔器進(jìn)行導(dǎo)向孔擴(kuò)徑完成。具體做法是將擴(kuò)孔器與鉆桿相連，鉆機(jī)帶動鉆桿回拖轉(zhuǎn)動時(shí)，擴(kuò)孔器隨鉆桿一同回拖轉(zhuǎn)動。根據(jù)所需要的尺寸不同，有時(shí)擴(kuò)孔和管道鋪設(shè)的程序可以同時(shí)進(jìn)行，有時(shí)則需要在保證孔道沒有縮徑、塌方等情況的發(fā)生下，使用不同尺寸的擴(kuò)孔器對孔道進(jìn)行多級擴(kuò)孔，以達(dá)到管道回拖的要求。同時(shí)鉆井液在工程中也非常重要，它是擴(kuò)孔過程中的血液，對擴(kuò)充孔洞有很重要的作用。鉆井液對鉆進(jìn)工程來說是很關(guān)鍵的，很多復(fù)雜的地形都是可以通過鉆井液來解決的?，F(xiàn)在人們已經(jīng)越來越重視鉆井液的應(yīng)用，所以，使用合適的鉆井液方案可以提高鉆井成功率，還可以降低成本。

3 水平定向鉆泥漿技術(shù)應(yīng)用

3.1 松散不穩(wěn)定地層泥漿技術(shù)應(yīng)用

因?yàn)榈貙幽z結(jié)力不好，就會造成地層松散，內(nèi)部孔洞也會不穩(wěn)定。處理該問題的關(guān)鍵，是提高泥漿黏度，同時(shí)加入防塌劑，如瀝青類材料。泥漿黏度較大可以很好地增加砂石之間的結(jié)合力，提高內(nèi)部孔壁的穩(wěn)定性。而且低軟化點(diǎn)的瀝青能夠在孔壁的表面產(chǎn)生一種瀝青膜，這種膜具有保護(hù)作用，當(dāng)瀝青顆粒進(jìn)入地層當(dāng)中后，就可以增強(qiáng)孔壁的穩(wěn)定性了。

在該地層施工的過程中，我們可以采取相應(yīng)的細(xì)分散泥漿體系，可以根據(jù)實(shí)際情況提高泥漿里面的黏土，然后使用一些增黏劑、失水劑、稀釋劑和瀝青類等產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)處理。

3.2 破碎不穩(wěn)定地層泥漿技術(shù)應(yīng)用

如果地層孔洞穩(wěn)定性比較差的話，就會影響地層的穩(wěn)定性。可能會造成坍塌和破裂的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題就需要提高地層的機(jī)構(gòu)強(qiáng)度，提高孔壁的穩(wěn)定性。具體的辦法就是在泥漿里面加入一些瀝青類產(chǎn)品與超細(xì)碳酸鈣來堵住這些裂縫，增強(qiáng)孔壁的穩(wěn)定性?；蛘邷p少泥漿的流失問題，產(chǎn)生的泥皮也可以提高孔壁的穩(wěn)定性，讓泥漿反速和泥漿黏切更牢固，確保能夠破壞掉大塊的地層，保持泥漿的層流，降低對孔壁的腐蝕。分析地層的孔隙壓強(qiáng)和地應(yīng)力，得到準(zhǔn)確的泥漿密度，一定要確保在沒有超過地層極限壓力的同時(shí)對孔壁產(chǎn)生有效壓力，這樣才可以避免孔壁發(fā)生坍塌或者掉塊。

在這種底層上最有效的泥漿技術(shù)就是聚磺泥漿技術(shù)，該技術(shù)其實(shí)是在三磺泥漿中加入聚丙烯酸鉀、水解聚丙烯睛按鹽或鉀鹽，然后加入超細(xì)碳酸鈣和其他種類的防塌劑。

3.3 水敏性地層泥漿技術(shù)應(yīng)用

水敏性地層是因?yàn)閹r石礦物環(huán)境影響所產(chǎn)生的差異性地層，主要可以分成吸水膨脹地層、吸水分散地層和吸水剝落地層，這三種地層都會對鉆進(jìn)施工帶來不同程度的影響，比如導(dǎo)致孔內(nèi)出現(xiàn)坍塌、縮頸，以及泥漿黏切上升等問題。處理以上問題的關(guān)鍵是提高泥漿的抑制能力、防止泥漿失水、提高泥漿的穩(wěn)定性、增強(qiáng)泥漿的潤滑效果。可以采取下面幾個(gè)方法：

（1）提高泥漿的抑制能力，可以加入一些鉀離子、鈣離子等無機(jī)鹽陽離子防止泥漿出現(xiàn)分散的問題，也能夠使用一些高分子聚合物來和黏土顆粒來解決這些問題。

（2）要想降低地層塌陷的概率，就需要從地層的內(nèi)部展開工作，提高泥漿的抑制能力，第一步要確保壓強(qiáng)平衡鉆進(jìn)，如果還沒有達(dá)到最大的地層破裂，可以加入一些物質(zhì)來提高泥漿的密度，保證地層壓強(qiáng)穩(wěn)定，穩(wěn)固孔壁，也可以加入一些瀝青類防塌劑增強(qiáng)效果。

（3）鉆進(jìn)過程中一定要保持較好的潤滑能力，為了避免出現(xiàn)阻卡的問題，需要減少設(shè)備和地層所產(chǎn)生的摩擦力。

（4）最好使用大泵量，可以順利地將巖石碎屑和大掉塊排出，還可以將縮徑?jīng)_蝕，防止設(shè)備與縮徑發(fā)生卡鉆的問題。

對這種地層來說，可以使用抑制效果比較好的聚磺泥漿或粗分散泥漿。

3.4 水溶性地層泥漿技術(shù)應(yīng)用

水溶性地層一般都是氯化鈉地層比較多，還有一些石膏、鉀鹽、天然堿和芒硝等地層。在以上地層的鉆進(jìn)中，會出現(xiàn)很多問題；其中包括有鹽類地層融化以后會造成泥漿的性能變差，泥漿會不能正常使用，而且后續(xù)的泥漿穩(wěn)定性也會降低，很容易出現(xiàn)阻卡或者是埋鉆的問題。多數(shù)情況下鹽層都具備蠕動變形的特點(diǎn)，在鉆進(jìn)的過程中會出現(xiàn)縮徑的現(xiàn)象。下面是解決這類問題的方法：①可以向泥漿里面加入一些和地層溶解物類似的材料，變成鹽水泥漿，減少泥漿給地層帶來的侵蝕性；②嚴(yán)格控制泥漿的失水量，保持泥漿的溶解速度和孔壁的保護(hù)膜正常，從而形成密度較高的保護(hù)膜；③提高泥漿比例，加強(qiáng)地層壓力，減慢地層縮徑速度。

面對該地層一般都會使用飽和度不同的鹽水泥漿技術(shù)，調(diào)制鹽水泥漿的過程中流失性和失水量控制起來比較困難，因此可以采取加入泥漿處理劑來解決。

4 結(jié)語

根據(jù)趨勢推測，未來水平定向鉆會和其他非開挖施工法結(jié)合，礫石層和卵石層以后是一定可以被穿透的，只要不斷研發(fā)新的鉆探技術(shù)，就可以應(yīng)用在不同種類的地層當(dāng)中。