科普18：水平定向钻施工

1、 18:水平定向钻施工一、定向钻的定义和组成定向钻系统组成 1、钻机系统2、控向与造斜系统3、钻具4、泥浆系统5、回拖系统6、动力系统7、辅助系统1、钻机系统底座钻机架活动卡盘控制室底座：其上有行程齿条轨道、人行道、扶手栏杆等。底座后底部有支撑腿，其上端与底座铰链联结，下端与钢垫块相连，垫块座落在地面上或固定在专用拖车上。底座上配有两个液压管钳（卡盘），一个固定在底座前端，另一个可以沿底座两侧滑轨前后移动，从而实现钻杆的螺纹连接与拆卸。后支撑腿高度可调，从而可以改变入土角度。、控向与造斜系统 有线控向和无线控向 无线控向只适用于短距离、浅层穿越，配合中小钻机使用，其特点是控向方便，准确，但受穿

2、越深度和地形的限制，一般使用较少。 有线控向适用于长距离、深层穿越，配合大型钻机使用。 控制室：有各种控制仪表、显示仪表和计算机系统，用以控制钻机架和转盘的速度与方向，远程控制泥浆泵，远程操作管钳（卡盘）。可对钻机推拉力、转盘扭矩和泥浆泵的压力排量进行调节。 有线控向系统主要包括三部分：探头、控向软件和联接转换设备探头用于测量磁方位角和井斜角。探头结构主要由一个三轴磁强计、一个三轴重力加速计、数模转换器和计算电路部分组成。三轴磁强计用于测量磁场矢量，三轴重力加速计用于测量重力场矢量。 控向软件用于计算探头所在位置的里程、高程和左右偏差值。控向软件依据磁场矢量算出磁方位角，依据磁场矢量和重力场矢

3、量算出井斜角。 联接转换设备是将探头在井下测量的数据传输到地面，提供给计算机中的控向软件。动力与辅助系统：柴油机、液压泵和发电机主要作用是为钻机、泥浆泵提供高压油，以驱动各部分的液压马达，同时为计算机、照明和空调设备提供电源。主要辅助设备有：起重机、单斗挖掘机、推土机和管道施工设备等。 HY250型水平定向钻钻机定向穿越钻杆钻头扩孔器 美国奥格公司制造的探棒 定向钻钻头、钻杆二、定向钻施工布置进场道路进场道路钻机场地出土场地管道预制作业带1、平面布置图钻机场地标准布置图施工实例出土点场地布置图水网地带施工场地和施工便道道路搭设三、定向钻穿越的施工流程清理场地、恢复地貌管道与钻具连接扩孔回拖管道

4、拆卸钻机试压、吹扫泥浆处理安装钻机调 校泥浆配置穿越管道组对焊接钻导向孔预 扩 孔无损检测补口、补伤试压、清管、扫线防腐层检测平整场地测量放线安装钻机 1）钻机一般应安装在入土点和出土点的连线上。钻机导轨与水平面的夹角与设计的入土角相等。2）钻机应安装牢固、平稳，经检验合格后进行试运转。3）应对控向系统进行准确调校，调校的基准参数应存入计算机内。 2、导向孔1、人工磁场3、预扩孔4、回拖关键工序1.人工磁场人工磁场法是在穿越中心线两侧布设闭合导线圏，通电后形成外加磁场，用以对控向参数的复核。人工磁场可不受任何外部磁场的干扰，准确反映钻头所在的具体位置，左右偏移量和钻头深度情况，人工磁场测得的数

5、据是探头所在位置的真实反映。人工磁场的实际应用能够保证实际出土点在设计穿越规范的范围内，为管道的顺利回拖打下了良好的基础。4.3.2人工磁场线圈的角点采用木桩固定，保持四边笔直减少测量误差。4.3.3在钻头进入人工磁场后的下一根钻杆钻进完成时进行测量偏差。进入磁场后每钻进一根钻杆测量一次，对比前后测量结果及时发现偏差和偏差趋势，如果不在标准要求范围内需及时纠偏或将钻进钻杆抽回至满足曲线要求处后重新钻进调整。2、导向孔水平定向钻进穿越的第一道工序是导向孔的施工。导向钻头内部带有发射器，地表有对应的接收器，能接收发射器采集到的斜掌面方位、导向钻头指向、深度等参数，地面操作人员通过控制参数达到控制施

6、工轨迹的目的导向孔施工主要用到以下设备： 探头 接口单元 司钻控制台 计算机钻机司钻根据司钻控制台上提供的当前数据和下一步计划要达到的数据选择进行司钻操作。导向孔钻进钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线；作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。导向孔示意图入土点出土点设计曲线导向孔开始钻进钻机对穿就是两侧都有钻机，在水平段对接。导向孔对接施工示意图导向孔施工一般采用9 1/2 （230mm)的镶齿钻头进行施工，特殊情况下可以采用12 的钻头施工，在进行岩石地质穿越时还需要增加泥浆马达。普通地质一般不采用泥浆马达钻孔，而是直接采用钻机本身的推进和旋转功能进

7、行钻进施工。坚硬地质由于钻机本身的旋转速度有限，同时由于钻机旋转钻进只能钻进直线，因此必须加装泥浆马达，利用泥浆马达的高速旋转进行钻孔施工。导向孔3、预扩孔在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.5倍；需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。扩孔器回拖施工施力方向岩石扩孔器周边可以切土，扩大孔径预扩孔示意图入土点出土点扩孔形成的空间预扩孔开始钻机可以分级、多次扩孔施工过程中，还可以进行洗孔4、管线回拖导向孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节、被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为

8、止。勾着管道，回拖到位回拖示意图入土点出土点扩孔形成的空间回拖开始钻机管线施力方向回拖中的管线，滚轮架管道入洞定向钻施工所需要的主要岗位定向钻工程师：确保按照既定方案进行施工，解决现场突发 问题；控向员：严格按设计曲线要求进行导向孔施工，确保控向精 度和曲线平滑；司钻员：按照控向员制定的计划，根据地质情况操作钻机， 完成导向孔施工，并进行扩孔和回拖作业。接线员：进行探头信号线的连接工作和地面磁场线的布线作 业；泥浆工程师：制定泥浆配比方案，确保泥浆供应。泥浆回收系统泥浆回收，循环使用WX111 涡旋混浆装置泥 浆 分 离 装 置泥浆配制工艺泥浆被视为定向钻的“血液”，是定向穿越中的关键控制因素

9、，其主要作用是悬浮和携带钻屑净化钻孔、稳定孔壁和降低扭矩和推拉力、冷却钻具。泥浆性能参数1、密度清洁的水/膨润土基液的密度是在1.05和.20g /cm3 之间。2、粘度粘度（单位：mpa*s）可以理解为液体对流动的阻力。粘度的测量单位，多数情况下使用一升泥浆通过“马氏漏斗”（马氏粘度）的时间来表示。3、 PH值膨润土液体的PH值应在8.0和10.0之间。4、滤失量可通过滤失量测定仪测定，通常不超过15ml/30min。5、泥浆配制1、穿越工程由于泥浆用量大，要求保证泥浆中钻屑含量（一般保持在10%左右，保证施工安全），在钻机一侧采用泥浆回收的方法重复利用泥浆来满足大量泥浆的需要和减少废弃泥浆

10、的污染。2、从钻导向孔、扩孔到回拖，有多个工序需耗用较多泥浆，如不回收将增加工程成本，造成环境污染，所以安装回收、处理泥浆系统减少泥浆总量是必要的，出土点的泥浆通过钻杆倒运到入土点进行处理再利用，同时要及时清收和控制跑冒的泥浆。3、施工中要根据泥浆回返，冒顶情况和泵压变化等分析，判断并采取对应措施。如严重冒顶可进行封堵处理，当钻屑过多导致扭矩增大，应停止钻进，先进行循环，排砂或采取其它措施，待正常后再恢复钻进。4、当需较长时间停钻，应及时替入新泥浆提高护孔能力，防止塌孔卡钻；当出现钻屑床时，在泥浆中加入0.050.1%的泥浆结构剂。坚持循环泥浆清扫孔眼。定向钻技术和其他施工方法相比而言，对环境的影响较小，此项技术能达到障碍物下的最大埋深，最大限度保护管道，减少维修费用，基本上是免维护的，交通、航运不中断，大部分工作只在两岸地面进行，安全、高效，工期较短并且可以预测 ，尤其值得注意的是：在众多的施工方法中，定向钻穿越的造价是比较低的。定向钻施工技术无需扰动任何现有地面设施和现有地貌，对地面设施包括码头、航道、港池、道路等均没有任何影响。 定向钻技术对穿越