水平定向钻的风险规避与故障处理最新年文档

1、水平定向钻的风险规避与故障处理随着我国经济和城市化建设的迅速发展， 非开挖技术的应用 越来越广泛。水平定向钻机就是被广泛使用的一种非开挖设备， 主要用于穿越公路、铁路、建筑物、河流，以及在闹市区、文物 保护区、农作物和植被保护区等不易开挖的条件下，进行供水、 煤气、电气、电讯、天然气、石油等管线的铺设或更新。其工作 过程是通过计算机控制进行导向和探测， 先钻出一个与设计曲线 相同的导向孔， 然后再将导向孔扩大， 把管线回拖到扩大了的导 向孔中，完成管线穿越的施工过程。1.潜在风险 一般来说，业主、管理部门和承包商最关心的重大风险包括： 钻孔失败施工人员和普通民众的安全 对环境、自然资源或者历史

2、文化资源的破坏 地表隆起以及建筑物或道路损坏 地表的塌陷和沉降冒浆破坏已有的公共设施2. 故障处理和减轻损失2.1 钻孔失败业主主要担心的就是钻孔的失败。 如果管线的安装并非至关 重要的考虑，那么项目一般都会被搁置。如果项目无法完工，那 么通常就是拖延和索赔， 而业主仍然必须找到一种方式来满足预 期项目的功能， 例如开挖或跨越管线。 以下因素都有可能导致钻 孔的失败。循环钻井液的漏失障碍物液压锁穿越曲线线性度问题钻孔坍塌管线破裂钻杆故障或孔底钻具故障2.1.1 循环钻井液的漏失如果遇到空洞或者裂缝较发达的地层、 钻孔坍塌、 钻进或者 回扩过快以及采用的钻井液配比不正确，会发生循环钻井液漏 失。

3、尤其重要的是钻井液的性质、 钻井液的体积以及钻进的速度 等因素一定要与地层的情况相符， 这样对于保持钻井液的环流和 钻孔的稳定性具有至关重要的意义， 因而可以最大限度地提高穿 越的成功概率。2.1.2 障碍物如果遇到障碍物， 并且采用了所有符合实际的措施之后， 钻 头或者扩孔器以及管线无法穿透这个障碍物， 那么钻孔就有可能 失败。潜在的障碍物包括：卵石、砾石、大石块以及建筑废料或地基如果在规划阶段识别了潜在地障碍物， 那么最佳的办法就是 通过调整钻进规划路径来避开它们。 如果无法更改路径， 那么何 种应对措施方为适当就取决于遇到这些障碍物地频繁程度， 障碍 物的类型、 尺寸以及它与钻进规划路径

4、之间的相对位置， 以及地 表的限制条件。 此类应对措施也取决于合同文件中有关现场状况 偏差以及潜在障碍物处理的条款规定。概括的说，经过障碍物时可以采取的措施包括以下几个方 面：在可能的情况下将钻孔路径移到一个更为合适的地方， 最好 在规划和设计阶段采取这种方法， 而不要在遇到障碍物之后才临 时制定应急措施，这样会造成工期的耽误和成本的浪费。调整钻具的钻进速度和泥浆泵的输送速率， 在试图要穿过或 者经过障碍物时要缓慢推进，不要发生严重的路径和斜度的变 化，造成穿越曲线的严重变化。将钻杆抽回，重新定向，以转向的方式绕过障碍物。 如果可以接近障碍物的话，则从地表开挖将障碍物清除。 可以尝试固定一个口

5、径较大的扩孔器， 然后以反向扩孔对障 碍物进行扩孔，穿透障碍物，或者将障碍物清理出原来的位置。2.1.3 液压锁 液压锁是钻井液环流从钻孔断流时发生的一种现象。 在施工 过程中， 如果没有将足够的钻井液泵入钻孔， 或者使用不良的钻 井液就回出现。经由扩孔器打入钻井液如果完全滞留在钻孔中， 而没有流出时， 液压锁便回发生。 被泵入钻孔的钻井液在没有排 放路径的情况下回开始增压， 压力会使管子无法移动， 直到钻井 液找到排放路径为止。当液压锁发生时，液体会停止流动，回拖 力会增大到钻机的最大限度，而旋转压力会变得非常低。应该采取的以下措施来减轻液压锁：保持钻井液的环流。沿着钻孔的路径， 在怀疑的受

6、压区开挖“排气孔”以释放压 力。受压区一般都在钻头或扩孔器的后面。等待几分钟让压力降低后再行钻进， 此时泥浆泵的输送速率 和钻进速度要降低。 压力完全排放干净， 所需时间从几分钟到几 小时不等。2.1.4 穿越曲线线性度问题如果定位和控向不精准， 或者因为地层状况司钻无法正确的 执行控向员转向指令，那么穿越曲线就有可能发生线性度的问 题。除此之外，发射器发出的信号也可能因为干扰的问题而失真， 这样也导致钻孔的定位不准。采取以下措施可以减轻这些问题： 更换与地层状况适宜的正确的钻头和钻具。采用抗干扰能力更强的发射器， 这种方式有可能会降低干扰 的影响。控向人员在发射器通过问题区域时采用人工磁场等

7、有效的 技术，在干扰区域进行发射器的跟踪定位， 这样可以保持定位更为准确有效如果存在主动干扰，可以关闭干扰源或者降低其干扰强度。2.1.5 钻孔坍塌 钻孔坍塌的诱因有多种， 并且严重影响着钻进施工的成功机 率。在水平定向钻作业中， 软质和松散的土质尤其会产生高度的 坍塌风险。钻孔的坍塌会直接导致旋转扭矩和钻进推拉力的增 大，并且会降低钻井液从钻孔中的流出量， 甚至导致钻井液断流。 为了减轻这种问题：从坍塌区域恢复钻井液环流， 增加钻井液的滤失控制和胶凝 强度，然后继续缓慢的钻进。 如果穿越卵石层或钻进路 线上有大石块， 石块容易从顶部或者侧面掉入钻孔。 出现这种情 况旋转扭矩会立即增大， 而且

8、有可能根本无法进行钻进、 扩孔或 回拖。为了减轻这种问题：如果这类问题在导向孔施工过程中发生，应该把钻杆抽回， 直到旋转扭矩恢复到正常值为止， 然后可以缓慢的连续钻进。 此 时石块有可能会被推入钻孔周围的地层， 或者被钻头切碎并在钻 井液环流的携带下从钻孔中流出。 如果在预扩孔过程中石块掉入 钻孔，通常情况下仍可以继续扩孔。 在管道回拖过程中大石块掉 入钻杆上会导致旋转扭矩增大，掉到管道上会导致回拖力增大。 一般情况下仍可以继续安装管道， 但有可能会导致管道损坏、 防 腐层损坏。在某些情下，管线回拖可能根本无法完成。可以在钻孔过程中可以安装套管来避免卵石或者大石块掉 入钻孔中。2.1.6 管线

9、断裂，钻杆故障或者钻具故障钻孔的准备不充分， 质量不过关或者在设计上存在缺陷， 均 会导致管线在安装过程中发生断裂。 例如如果所选管子的壁厚不 够，会导致弯曲能力不足， 这样管线在回拖过程中就有可能发生 断裂。为了减小管线断裂的可能：对于管线设计标准尽量设计的保守一些， 并且要遵守制造商 提供的建议。一定要采用正确的焊接程序和标准， 并且在回拖前要对焊口 进行检测。导向孔的曲线要严格按照设计曲线进行施工， 满足曲率半径 要求。在回拖之前，要对钻孔进行必要级数的扩孔作业，使得钻 孔形成足够好。钻杆的故障包括： 杆体和丝扣的维护保养不当， 钻杆的质量 低下，丝扣上的太紧，力矩过小或过大，在造斜而导

10、致弯曲半径 过当。为了减轻这样的故障问题：使用高质量的钻杆，并且钻杆的尺寸要与钻机的能力相匹 配。始终遵守钻杆的使用、保养和维护方法。 制定钻杆的检测计划，定期对钻杆进行检测。不要超过钻杆的允许弯曲半径， 钻杆的弯曲半径越大， 钻杆的使用寿命越长。要避免扭矩负荷过量而导致钻杆停钻， 扭矩能量的释放可能 导致钻具接头松口。在钻进时要避免钻进速度过快或过慢造成穿越曲线的拐点 过多或者未达到设计的弯曲半径， 在扩孔时也要避免在钻杆和扩 孔器连接处发生动态弯曲效应。尽量减少孔底钻具中钻具接头的数量。 调整旋转速度，钻进速度，泥浆泵送浆速度，并且合理选择 钻头类型，最大限度延长钻头的寿命。如果钻具掉入钻

11、孔并无法取回时， 如果可能应重新选择一条 钻进路径。2.2 地表隆起以及建筑物、道路损坏 地表隆起一般都是因为钻井液环流从钻孔中断流之后泵入 过量的钻井液造成的， 此时将引起地层迅速增压从而导致地表隆 起。如果在地表覆盖土不足的情况下， 采用桶式扩孔器进行扩孔， 钻孔中的切削的土壤会被扩孔器向四周挤扩， 可能会导致地表向 上隆起。 另外一个原因是扩孔或回拖管线速度过快， 此时扩孔器 切削下的碎屑无法与泥浆充分混合， 更无法被循环钻井液携带出 钻孔。为了减轻这一问题：退回钻头或者扩孔器，恢复钻井液环流，然后在继续作业。 此时要降低钻进和扩孔的速度， 同时要监控返浆中固体物质的含 量，然后根据返浆

12、的情况和地质情况调整泥浆配方和送浆速率。如果无法维持钻井液的环流， 应该计算出钻孔的体积， 并且 尽量限制泵入的钻井液体积不要超过钻孔的体积。在无环流的钻孔和扩孔中， 要时刻注意仔细监控泥浆压力的 变化，并且沿穿越路径巡视，监控毗邻的建筑物和设施。在使用桶式扩孔器回扩时， 要注意孔洞上覆盖土的厚度， 同 时要仔细监控泵入钻井液的体积。 桶式扩孔器不太适用干燥坚硬 的土壤。钻井液环流从钻孔中断流后， 如果泵入过量的钻井液， 则会 引起地层的迅速增压从而导致相邻建筑物的移位， 为了避免对建 筑物和公共设施造成损坏， 重点要降低钻进和回扩的速率以及泵 送泥浆的速率。2.3 地表塌陷或沉降与地表隆起或

13、者鼓包相比， 地表沉降虽然不常见， 但如果发 生沉降，后果却要比轻微鼓包要严重的多， 行人可能会因此受伤。 发生沉降的诱因包括：在松散的沙质或者非常柔软的土质中， 如果大量使用稀薄的 钻井液，则钻孔上方可能会发生严重的凹陷。在大口径浅地表钻进作业中， 钻孔环型空间内的钻井液加注 不充分。尤其会发生在一般松软土质中。要避免或者减轻沉降： 要使用合适的钻井液，并且钻井液流速要在容许的范围之 内。保持环型空间内钻井液流速足以将碎屑从钻孔内携带出。确保钻孔上方覆盖土的厚度足够。钻孔的环型空间要彻底充满钻井液。2.4 冒浆冒浆是一个业主和管理部门主要关注的问题， 也是令承包商 棘手的问题。 如果在施工过

14、程中出现冒浆， 很容易引发江河水体 的污染，鱼塘耕地的污染，给当地居民的生产和生活造成损失， 带来危害， 处理不好的话还会造成重大的社会影响。 应该说明的 是：钻井液中一般含有水、膨润土和化学药品，膨润土是一种天 然存在的无毒粘土矿物质。以下的因素可能会增大冒浆的风险：覆盖土厚度较小，这样就降低了地表的抵抗压力。 钻井液过于稀薄。 纯净的水或稀薄的钻井液在沙质地层中的 渗透距离较远，这样钻井液可能会在压力的作用下到地表。因钻孔坍塌而导致堵塞、 循环钻井液漏失， 并且在堵塞处发 生憋压。扩孔和回拖速度过快。 钻机推进和回拖速度必须确保扩孔器 能够履行其工作职责， 一方面形成尺寸适当的钻孔， 另一方面要 把碎屑和泥浆充分混合，带出钻孔。如果钻孔作业进展的过快， 那么泥浆泵可能无法跟上扩孔进度， 从而导致碎屑和钻孔清理不 足。这样就可能造成两方面的影响： 一是扩孔器施加过量的作用 力会导致钻孔周围覆盖土的断裂 ; 二是钻孔内碎屑清理不充分导 致钻孔堵塞、憋压。这样两个影响都会导致冒浆。2.5 破坏现有的公共设施破坏现有的公共设施的诱因包括不充分的规划与调查、 未曾 预见的干扰和不合规范的钻进规程。 不充分的规划与调查会导致 公共设施的定位错误或者未能预见出已有公共设施 ; 未曾预见的 干扰则会导