复杂地质条件下大口径管道穿越曲线处理方法

2011年第12期 近年来，随着川气东送、西二线等大型管道项目以及各地天然气 管网的建设，大口径管道定向钻穿越工程日益增多。 穿越曲线是否平 滑、曲率半径是否满足要求，是大口径定向钻穿越工程能否成功的第 一步。 下面以山东天然气管网工程泰安-青岛段干线北胶新河穿越工 程为例，介绍复杂地质条件下大口径管道穿越曲线的处理方法。 1工程简介 山东天然气管网工程泰安-青岛段干线北胶新河穿越工程， 定向 钻穿越水平长为510.63m， 入土角815， 出土角546， 曲率半径为 1500D。 定向钻穿越包含2条管道，分别为输气管道D101621.0mm、 硅管套管D114，间距为15m。 穿越最大埋深17.9 米， 2.工程地质情况 断面勘探深度内各工程地质层特征综述如下： 2.1 1层素填土：灰黄色，可塑，稍湿，岩性主要成份为粉质粘土， 含少量砾石。 主要分布于北胶新河河堤上部。 层厚1.40m，层底标高： 9.82m，层底埋深1.40m。 2.2层粉质粘土：灰黄、褐红色，可塑硬塑，稍有光滑，摇振反应 无，干强度及韧性中等,含铁锰质结核及钙质结核，铁锰质结核粒径 1040mm， 钙质结核粒径560mm，含量约5%10%，局部富集，表层 多为耕植土。 该层全区分布。 层厚2.204.80m，层底标高：4.518.78m， 层底埋深2.204.80m。 2.3 1层全强风化泥质砂岩：棕红色夹浅灰色，原岩结构基本破 坏，岩芯呈砂土状，夹少量原岩碎块，手扳易碎。层厚1.906.70m，层底 标高：-0.704.66m，层底埋深4.109.70m。 2.4 2层中等风化泥质砂岩：棕红色，夹少量浅灰色，泥质、粉细粒 结构，块状构造，岩芯呈柱状，节长1060cm，锤击易碎，手扳易断。 岩 石矿物成份主要为粉细砂及粘土矿物。揭露厚度5.8021.70m，层底标 高： -2.26-18.78m，层底埋深5.8021.70m。 岩石单轴抗压强度最高为 8Mpa。 2.5层中等风化凝灰岩：浅灰色紫灰色，凝灰质结构，块状构造， 裂隙较发育，裂隙充填物为粘土，岩芯呈柱状，节长一般1030cm ，最 长可达200320cm。 该层未揭穿，揭露厚度2.3013.20m，层顶标高- 2.26-18.78m。 岩石单轴抗压强度最高为39Mpa。 穿越经过的地层主要是素填土、粉质粘土、全强风化泥质砂岩、 中等风化泥质砂岩。 3.工程特点及难点 3.1穿越设计曲线无水平段，且出土点后方为一水沟，导向孔钻进 过程中，必须确保每根钻杆角度变化达到设计要求，才能保证钻头在 预定位置出土。 3.2穿越管径为1016mm，曲率半径为1500D，每根钻杆变化角度 为0.35，对控向精度要求较高。 3.3穿越地层有约450米岩石层，导向钻进必须使用动力钻具，造 成控向信号滞后约10米，增加了控向难度。 3.4地层软硬不均，在软硬交替位置角度调整不易控制。 3.5探孔数目较少，各探孔间距为100米，地勘资料不够详细。 4.主要技术措施 4.1首先进行硅管套管导向孔施工， 并严格按照输气管道导向孔 施工的要求去做，为下一步进行输气管道导向孔施工总结经验。 4.2全程布置人工磁场，确保控向精度，勤测量，勤调整，防止因偏 差过大造成纠偏困难。 4.3每根钻杆钻进时做好记录，包括钻进速度、调整角度时推进的 长度、所用时间、角度变化情况等，以便于判断地层的变化情况，并总 结出在不同地层中控向的规律。 4.4因动力钻具造成信号滞后约10米，需根据上一根钻杆的钻进 情况，结合这一根钻杆的角度变化，判断在同样地层中调整一定角度 所需推进的钻杆长度，确定每根钻杆钻进方式。 4.5根据前面钻杆的钻进情况，采取合理的钻进方式，尽量将每根 钻杆角度变化控制在0.35，单根钻杆最大角度变化不超过0.8，连续 四根钻杆累计角度变化不超过2.2。 4.6每根钻杆角度调整或纠偏应分两次进行， 间隔一定的距离， 尽量避免一次调整到所需角度，以保证穿越曲线更加平滑。 4.7在地层软硬交替位置，应根据钻进速度、推力等参数对地层情 况进行判断，结合前面的钻进记录，及时调整钻进方式，防止角度调整 过大或不足。 4.8若角度调整过大，可抽回一跟钻杆，将钻头放到调整角度的位 置，并将钻头钟面转到相反方向，反复推拉进行修孔，直到获得符合要 求的角度为止。 4.9硅管套管导向孔完成后， 控向及司钻人员及时对施工过程进 行总结，找出不同地层的控向规律，用于指导下一步的输气管道导向 孔施工。 5.施工中遇到的问题 5.1光缆套管导向孔施工过程中钻进到约15.7米深时，角度变化 出现不受控制的情况，单根钻杆斜度增加了2.3，经反复修孔，斜度无 明显变化。将穿越深度加深后，出现角度无法抬起的现象，继续钻进约 50米后恢复正常。 5.2输气管道导向孔施工过程中遇到同样问题， 调整穿越位置及 穿越深度，仍然无法解决。 5.3 762mm岩石扩孔器扩孔到斜度增大位置时无进尺， 退出后 发现扩孔器前方的扶正器磨损严重，扩孔器磨损正常。 根据施工情况分析，该处中等风化泥质砂岩中存在硬度更高的岩 石夹层，且两岩层结合面与钻头之间的夹角较小，造成钻头无法钻入 硬岩层中，导致钻头沿软硬结合面钻进，引起斜度变化。同时因斜度变 化过大，导致762mm岩石扩孔器前方扶正器被孔下方硬岩层挡住， 岩石扩孔器未接触到硬岩层，造成无法继续扩孔。 6.解决方法 6.1输气管道导向孔斜度突然增大后，在调整无效情况下，对后面 钻进的几根钻杆角度进行适当调整，使实际穿越曲线尽可能满足曲率 半径要求，并尽量回归到设计曲线上，继续钻进，直到出土。 6.2 610mm扩孔结束后， 用约10米长的457钢管对两个 610mm岩石扩孔器进行刚性连接，作为修孔机具进行修孔。 6.3修孔结束后，用610mm岩石扩孔器替代762mm岩石扩孔 器前方的扶正器，继续进行扩孔，利用610mm岩石扩孔器切削掉硬 岩层，确保762mm岩石扩孔器能继续扩孔。 接下来的扩孔施工均采 用小一级的岩石扩孔器代替扶正器来进行。 6.4将最大扩孔尺寸增加到1500mm，以减小曲率半径不符合要 求带来的回拖风险。 6.5扩孔完成后，连接一根1016钢管进行试回拖，成功后方可 进行输气管道的回拖工作。 7.结语 通过严谨细致的操作、仔细认真的分析，合理有效地措施，泰安- 青岛段干线北胶新河穿越工程输气管道一次回拖成功，为以后的导向 孔施工、穿越曲线的修正和大口径管道的回拖积累了宝贵的经验。科 复杂地质条件下大口径管道穿越曲线处理方法 刘滨 （胜利油田胜利石油化工建设有限责任公司定向穿越工程公司山东滨州256600） （上接第273 页） 6.3各使用单位设备管理员、防爆电工自行检查 他们每天对运行中的设备进行巡回检查、处理。下班后，并及时填 写防爆电气设备记录。 严把教育关，全面提升管理人员队伍素质。 人是生产力中最活跃 的因素，也是机电管理