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水平定向钻穿越施工中的对接技术屠言辉，苗冀清，徐树枫（中国石油天然气管道局穿越公司，河北廊坊 065001）摘要： 在长距离水平定向钻穿越导向孔施工中 ， 由于钻柱与孔壁之间存在较大的摩阻 ，因 此 钻 头 的旋转要明显滞后于钻机动力头的 旋 转 ， 由此造成井下工具面角难以控制 ，从而使控向精度受到了影 响 。 为 解 决 此 问 题 ， 采 用 了 对 接 技 术 。 文章主要介绍了对接技术的原理及对接时井下钻具的组合方 式， 并以中俄原油管道黑龙江穿越工程主管道导向孔对接实例加以说明 。关键词： 水平定向钻 ；中图分类号： TE973.4对接技术 ； 控向；钻具组合文章编号： 10012206 （2011） 05002605文献标识码：B对接技术的优势在非开挖管道施工技术中， 水平定向钻技术以 其对交通、 环境的破坏及干扰小， 施工安全高效， 综合成本低等优点而备受推崇。 随着该项技术的应 用及发展， 产生了为适应长距离定向钻穿越施工的 对接技术， 水平定向钻对接技术具有以下优势：短距离的定向钻穿越施工中， 一般都采用单向定向控制技术进行导向孔施工， 实际出土点很难和设计1出土点完全吻合。而对接技术由于是从入土点和出土点同时向中间钻进， 就不存在出土点的位置误差问题。 在穿越曲线两端采用套管隔离卵砾石层的工 程中， 对接技术的优势尤为明显。解决了长距离水平定向钻定向控制困难问对接技术的应用现状对接穿越技术已经在国内外多项重大工程施工 中得到成功应用。 在国内， 有钱塘江、 磨刀门水（1）2题。 在定向钻穿越过程中， 随着钻进长度的增加，钻柱受到地层摩擦阻力显著增加， 钻柱扭转变形加大， 这就导致钻机扭矩不能及时传递到钻头上，头在井底处于不连续的转动状态。 这种情况下，钻司道、福建 LNG 东西溪、 饮马河、中俄原油管道黑龙江穿越工程等长距离或特殊地质的导向孔对接穿越， 其中钱塘江、 磨刀门水道穿越先后打破定向钻钻很难控制井下工具面角的朝向， 使得地表显示的工具面角与井下实际工具面角存在一定的偏差，从穿越的世界纪录（见表 1）。而导致钻进方向失控。而对接技术则是从设计穿越在国外，水平定向钻对接穿越的最长距离为美曲线的入土点和出土点同时向中间钻进， 从而有效缩短了单向导向孔的钻进长度， 避免超长距离的定国波斯顿海湾 11 km 穿越， 该次穿越共分 4 段 进行， 其中最长的一段穿越距离超过 4 km； NACAP向控制， 钻孔方位角和倾角更容易控制，孔曲线的平滑。保证了钻公司采用该技术在法国的 Rhone (隆河)河谷成功穿越河谷两侧厚重的砾石层 ，铺设一条总长超过（2） 入土点和出土点完全符合设计要求。表 1在中1 036 m、 管道直径 609.6 mm 的钢质天然气管道 ；国内对接穿越工程案例!序号工程名称完工日期工程地质穿越长度/m备注1234钱塘江磨刀门水道福建 LNG 东西溪 饮马河2006 年 11 月2008 年 01 月2008 年 08 月2009 年 11 月黏土淤泥质粉质黏土、 淤泥 强风化花岗岩、 圆砾等 卵石、 泥岩2 454.152 6301 6921 380.5创造管径 （D 813 mm） 长度世界纪录创造长度世界纪录第 37 卷第 5 期屠言辉等： 水平定向钻穿越施工中的对接技术27在德国北部莱茵河，使用该技术完成的水平定向离以及两口井平行 度 量（ hstie， rstie）（ hsconv，钻岩石穿越距离达 2 500 m，其中岩石的最大抗 都可以通过主测井井下传感器测得。rsconv）压 强 度 达 到 160 MPa； 2005 年 8 月 ， 德 国 LMR钻进公司采用该技术在易北河 成功铺设一条长 2 626 m、 直径 350 mm 的输油 PE 管道。对接技术的工作原理井下对接要求钻井轨迹平滑， 能够为后续的扩3孔作业以及成功拖管奠定良好基础。对接点钻井轨迹的平滑与否， 很大程度上取决于前期导向孔施工情况。如图 1 所示，两台钻机分别从入土点和出土点根据设计钻井曲线的总长度和主测井与被测井向中间水平段钻进，入土点一侧的钻井称为主测双方实际钻进的长度，计算出主测井与被测井井下井， 出土点一侧的钻井称为被测井， 对接时主测井负责测量被测井井下钻头的位置并实现对接， 主测钻头的距离，当相距 5 10 m 的时候实施对接。对接时， 主测井井下钻具保持不动， 被测井井下钻具井轴线与被测井轴线几乎接近平行。被测井井下钻组合在十几米到几十米的范围内（具体范围视实际具组合中的轴向磁铁所产生的磁场分解为三个互相垂直的磁场分量， 分别为轴向分量、 高边分量和右情况而定）以间距 0.5 m 逐步反复移动，被测井每移动 0.5 m， 主测井井下传感器测量一次，测量的手边分量；主测井井下钻具组合中的传感器测得被一系列数据以曲线图表形式在主测井控向软件界面测井井下磁场分量的数值，通过分析磁场分量的数上显示出来。 测量完上述的一组数据后，将主测井值来判断两口井的接近程度。井下钻具组合移动至另一井深处保持不动， 被测井重复上述动作， 主测井再测得另一组数据。 以此类推， 将主测井井下钻具组合置于多个井深处，反复被测井动作， 测得多组数据后进行纵向数据对比，从中选择一组可信度高的数据， 确定对接时主测井 井深位置。通过分析测得数据，可以得知两口井在对接坐标系中的相对距离因为这个值表（hstie， rstie） ，图 2 为在对接点附近建立的对接坐标系，矢量示被测井井下轴向磁铁相对于主测井井下传感器的ax 是主测井的轴向单位矢量， 矢量 s 是被测井的上下左右位置，所以控向人员可以根据此值调整主轴向单位矢量，过对接坐标系主测井与被测井的相对位置关系通测井或被测井的井下控向短节的工具面角并继续钻进以求更接近对方井， 钻进一段距离后， 再重复测来描述。对接坐标系hs rshs rs所在的平面与矢量 ax 垂直， 与矢量 s 近似垂直。量得到两口井的相对距离，然后调整井下控向短节对接坐标系hs rs 的原点， 即矢量 ax 与平面 hs为主测井井下钻具组合中传感器所处的工具面角继续钻进， 直到对接成功为止。的交点，对接时井下钻具组合对于有线控向系统 ， 井下钻具组合主要由钻rs4的位置，该位置在主测井中的井深值为 mdtwt；对接坐标系中的点（hstie， rstie） ， 即矢量 s头、 带弯外壳的螺杆马达、 泥浆压力传感器、控向hs rs与平面hs rs 的交点，为被测井井下钻具组合中探棒（两端带扶正器） 和无磁钻铤组成，其中控向轴向磁铁所处的位置， 该位置在被测井中的井深值为 mdmwt。 图中 hsconv、 rsconv 的值用来表征被测探棒安装在无磁钻铤内部，如图 3 所示。在导向孔钻进至对接点以前的施工阶段，主测井轴向矢量 s 与主测井轴向矢量 ax 的平行度。其井与被测井的井下钻具组合都如图 3 所示。到达对中， 主测井井深 mdtwt 由主测井一方控向人员累加接范围以后， 被测井需要起钻更换井下钻具组合，根据实际情况可以有如下几种组合方式：钻杆长度得到 ，被测井井深 mdmwt、对接相对距28石 油 工程 建 设2011 年 10 月测量时，控向探棒放在穿越设计曲线的中心线上，并与其相距约 10 m 以外的计算机相联接。轴向磁铁放置在控向探棒附近， 且保持其轴线与控向探棒轴向平行， 两者之间相距 1 m， 如图 4 所示。利用计算机测量并记录轴向磁铁的磁场强度 Bax，然后将轴向磁铁极性反转 180 ，再次测量轴向磁对接过程中主测井负责继续钻进并完成与（1）铁的磁场强度 Bax （rev）。则轴向磁铁的磁极矩就被测井对接， 被测井只是在对接范围内原井中来回移动供主测井测量其井下轴向磁铁产生的磁场数可用如下公式计算出来： M = （Bax-Bax （rev） /2。此处计算出来的 M 值均取绝对值， 而对接时 M 值 因实际井下轴向磁铁的磁极朝向不同有正负之分。据， 而后被测井井下钻具组合更换为钻头、轴向磁控向探铁（具有磁性的短节）、 泥浆压力传感器、棒和无磁钻铤。对接过程中被测井负责继续钻进并完成与（2）主测井对接，主测井只是在对接范围内测量被测井井下轴向磁铁的磁场数据， 而后被测井井下钻具组合更换为钻头、 轴向磁铁、 带弯外壳的螺杆马达、泥浆压力传感器、 控向探棒和无磁钻铤。对接参数的设置控向参数的校准与确定是定向钻穿越成功与否 的关键工序， 是定向钻穿越施工必不可少的步骤。5轴向磁铁周围磁场分量的测 量校准完成轴向磁铁磁偶极矩的测量以后， 控向探棒5.2在施行单穿定向钻穿越施工之前，必须对控向探棒的精度， 穿越曲线的方位角， 施工现场的重力场、磁场以及地磁夹角进行测量， 通过多次测量结果的在原地不动，将带有轴向磁铁的钻具组合放置在相距控向探棒 1 2 m 的距离处，且保持两者轴线平横向比较， 最终确定穿越现场的方位角，参考重力行， 然后测得两者之间的精确垂直距离。测量时， 控向探棒保持固定， 带有轴向磁铁的 钻具组合沿其轴线以每次 0.5 m 的距离逐步向前移 动， 钻具组合移动的轨迹长度应至少大于控向探棒 的全部长度， 测量时两者之间相对位置示意如图 4场、 磁场和地磁夹角的值，并确定控向探棒的测量误差， 将该误差作为施工时的参考， 上述相关参数的测量及校准方法见有关文献。 根据磁场、和地磁夹角的变化可以判断外界干扰情况，们采取其他措施来消除干扰。重力场以便我所示。钻具组合每移动 0.5 m，用于移动的设备和在实施对接穿越之前， 上述参数同样需要提前人员均要远离测量点 10 m 开外以减少外界干扰 ，测量和校准，目的是保证前期导向孔轨迹最大程度与控向探棒相连的计算机测量一次数据，完成图 4上符合为对接而设计的理论钻孔轨迹。被测井井下中从 A 点至 N 点的全部测量后，即完成一组数据钻具组合中的轴向磁铁是对接穿越施工中必不可少的钻具， 轴向磁铁产生的磁极矩与其周围磁场分布 相关参数的测量和校准是保证对接成功的另一必要 工序。的测量。 完成一组数据测量后，将控向探棒与钻具组合的垂直距离作为已知的初始条件， 并输入相关参数的取值范围， 进行数据处理， 从而得到轴向磁 铁周围磁场分布的分量值， 以供井下对接时使用。轴向磁铁磁偶极矩的测量校 准为了减小测量误差 ， 使得测量数据更加接近5.1为了减少测量误差， 现场可多测几组数据，均值。取其平井下对接时的实际情况，应将控向探棒轴线与穿应用举例黑龙江穿越工程为中俄原油管道控制性工程，6越设计曲线的水平中心线相重合 ， 且测量位置附近10 m 以内无外界磁场 （包括高压电缆、 通讯电 缆、 其他金属物体等产生的感应磁场）。该工程穿越中俄界江黑龙江。工程包括主管和备用管， 两条管道间距 25 m， 穿越长度均为1 100 m。第 37 卷第 5 期屠言辉等： 水平定向钻穿越施工中的对接技术29穿越曲线两端分别贯穿约 80 m 长的卵砾石层，钻主管道导向孔施工过程中，主钻机安装在俄罗孔两端的曲线段是极其破碎的砂岩， 极容易造成塌孔和卡钻事故， 因此该工程被中外定向钻穿越专家 誉为世界性穿越难题。斯境内， 负责主测井钻进， 辅助钻机安装在中国境内， 负责被测井钻进。 钻进过程中在冰封的江面上全程布置人工磁场， 用于精确控制主测井、被测井为解决穿越曲线两端长距离卵砾石层、破碎砂的倾角、 方位角。 对接在距离主钻机入土点 570 岩容易引起的卡钻问题， 工程采用夯管技术分别向穿越曲线两端夯入约 80 m 长的 D 1 600 mm 钢套管645 m 区域内实施，到达对接区域后，主测井井下钻具保持不动， 被测井起钻并在地面安装轴向磁铁用于隔离卵砾石、 破碎砂岩层，同时采用对接技术后重新下到对接区域内， 配合对接作业。主测井在成功地完成了导向孔施工， 下面以主管道导向孔施工为例介绍对接技术的应用。井下 570 m 处开始使用 PMR 程序实施对接，对话框如图 5 所示。PMR主测井井下传感器在 569.2 m 处保持不动，被测井井下钻具从辅助钻机一侧 500 m 处逐步移动至510 m 处 ，测得的轴向磁铁磁场数 据 以 分 量 形 式（B-axial、 B-rs、 B-hs） 用曲线显示出来。 图 5 左侧曲线分析结果如下， B-axial 值先负后正可推断 被测井井下轴向磁铁 N 极朝下， 在 B-axial 值为零 处 B-rs 和 B-hs 值均为正可推知被测井井下轴向磁铁位于主测井井下传感器的左下方。软件自动计算出被测井井下轴向磁铁相对于主测井井下传感器的坐标为 hsite = - 0.7 m， rsite = - 1.1 m，将此时的主在距离入土点 645 m 处完成主管导向孔对接作业后， 俄罗斯境内主测井的井下传感器进入中国境 内的被测井中， 此时软件显示被测井中的轴向磁铁 相对于主测井井下传感器的坐标为 hsite = - 0.3 m， rsite = - 0.4 m。 对接点在理论上形成一个 0.25 m 左右 的台阶 （见图 7）， 导向孔直径约为 10 in （ 0.25 m），测井与被测井井下钻具相对位置表现在对接坐标系中， 如图 6 所示， 即控向人员将处在 569.2 m 井深 处的主测井井下钻具组合的工具面角调节至 238 并继续钻进， 然后再测量并采集被测井井下磁场数 据， 直至完成对接。30石 油 工 程 建 设2011 年 10 月#白成勇（长庆油田分公司建设工程处，陕西西安 710086）摘要： 陕甘宁地区冬季气温相对较低 ， 影响管道工程的施工质量 ，文章通过多次陕甘宁地 区 冬 季 管道施工的实践 ， 总结出该地区冬季施工注意事项及措施 ，既能确保管道工程在冬季施工时符 合 石 油 工程建设规范的要求 ，关键词： 管道工程 ；又可以保证冬季施工的工程质量及施工安全 。冬季施工 ； 注意事项 ； 技术措施中图分类号： TE973.8文献标识码： B文章编号： 10012206 （2011） 05003003陕甘宁地区每年 10 月末进入冬季，季风和沙局联系或通过其他途径获取可靠的气温 、料， 特别是强降温及风、 雨、 雪、 雾天气，气象资及时通暴是这个季节的主要特点。 11 月份气温大约在 10 - 10 ， 对管道工程的施工影响不是太大； 12 月知施工现场做好防控工作， 备好能够满足防风防冻要求的防风保温棚、 保温被、 管口加热设备。份 至 第 二 年 的 2 月份温度则相对较低 ，温 度 在-15 左右， 严重影响管道工程的建设质量。气温管道冬季施工的定义为：当管道施焊时的环境在来年 3 月份开始回升， 一般在 -10 10 ， 4 月温度连续 5 天低于 5 时，工程即进入冬季施工。份以后气温已升至 0 以上，可以进行正常的施工程施工的各工序， 特别是焊接、 防腐作业必须采取冬季施工技术措施。工作业。 冬季施工，一般要设专职人员与当地气象!对接技术的应用降低了长距离钻孔容易造成卡钻、 抱钻和角度失控的风险， 并使得工程有条件在 出、 入土端同时安装套管的情况下进行导向孔钻进作业， 在缩短工期的同时， 也使得实际出、完全达到设计要求。参考文献：入土点1 叶文建. 水平定向钻穿越施工中的定向控制技术J. 非开挖技术，2007，24（2）:45-50.2 王瑞，王伯雄，康健，等. 水平定向对接穿越及导向技术研究J. 探 矿工程，2009，36（9）：69-71.3 贾伟波，王勇光，刘敏强. 定向钻对穿与夯管技术的综合应用J.建筑机械化，2008，（9）：57-60.4 蔡亮学，何利民，吕宇玲，等.水平定向钻穿越方案，设计方法研究J.石油工程建设，2010，（2）：1-4，10.5 曹晓东，张斌，苏勇.铁秦线羊肠河水平定向钻穿越施工技术J.石 油工程建设，2009，（4）：34-37.这个台阶显然不利于预扩孔和管道回拖作业 ， 这是岩石地层对接的一个弊端。为了克服台阶带来的后续施工风险， 技术人员现场设计了一套修孔钻具， 用于磨平对接点处形成的台阶 ， 降低对接作 者 简 介 ： 屠 言 辉 （1982-）， 男 ， 安 徽 宿 州 人 ，助 理 工 程点处钻井狗腿值。 经修孔后， 之后的预扩孔 、回师 ， 2009 年毕业于中国地质大学 （ 北 京 ） 地 质 工 程 专 业 ，硕 士 ， 从事水平定向钻穿越施工工作 。收稿日期： 2010-07-07拖工艺过程顺利进行，迹已经平滑无障碍。表明导向孔对接点钻井轨#陕甘宁地区管道冬季施工注意事项及措施 CONSTRUCTION & INSTALLATION （22） Aerial Butt Construction Process and Calculation of Large and High TowerDONG Zheng-jun （Sichuan Petroleum Engineering Construction Co., Ltd., Chengdu 610213, China）Abstract： During the MIS Oilfield surface construction in south part of Iran, the sweet gas tower of 33 m length, which is divided into two sections, is delivered from China to Iran by sea transportation and requiressite assembling and installation. According to the site condition, sufficient demonstration and calculation are conducted to confirm the process of aerial butt welding and partial heat treatment for the high tower, together with the construction way of sectional hoisting and vertical assembly as well as making pertinent construction measures. In this paper, the operation procedure of aerial assembly is described, and forces on the tower body during hoisting are calculated and analyzed, the crane capability, rigging safety and strength after heat treat- ment are checked up. The results show that both hoisting scheme and heat treatment scheme satisfy the re- quirements. This construction process needs less equipment and is cost-saving, safe and reliable.Key words： large and high tower; aerial butt assembly; hoisting; force analysis; calculation of strengthafter heat treatment（26） Interconnection Technique of Horizontal Directional Drilling for Pipeline Crossing ConstructionTU Yan-hui （China Petroleum Pipeline Crossing Company, Langfang 065001, China）, MIAO Ji-qing, XU Shu-fengAbstract: In long-distance pilot hole construction, big friction between drill string and bore wall causes that the bit rotation lags behind the rotation of drilling machine power head, so it is hard to control the down-hole tool face angle， and the directional control precision is influenced. In order to fix the difficulty of direc-tional control in long -distance pilot hole construction, the interconnection technique comes up. This paper mainly introduces the principle of interconnection technique and the downhole equipment assembly, and gives a living example of Heilongjiang River crossing project, which belongs to the China-Russia crude oil pipeline project, to explain the application of the interconnection technique in horizontal directional drilling.Key words: horizontal directional drilling; interconnection technique; directional control; drilling tool as-sembly（30） Matters for Attention and Countermeasures in Winter Construction of Pipelines in Shan-Gang- Ning RegionBAI Cheng-yong （Construction Engineering Division of Changqing Oilfield, Xian 710086， China）Abstract： The air temperature in winter in Shan -Gang -Ning region is relatively low, that influences pipeline construction quality. The matters for attention and countermeasures for pipeline construction in winterin the region are summarized based on many times of construction practice, that can ensure pipeline construc- tion in winter to comply with petroleum engineering construction criteria, and ensure engineering quality and construction safety.Key words： pipeline engineering; construction in winter; matters for attention; technical measure（33） Tower Base Reinforcement of Pipeline Bridge Crossing over Hanjiang River in Wei -Jing OilPipeline ProjectSUN Zhao-qiang （Hongjing Department, SINOPEC Pipeline Storage and Transportation Company, Jingmen434500, China）， XIANG Xiu-ping， SHANG Zhong-hu， et al.Abstract： In a routine inspe