复杂的岩石定向钻施工遇到的问题及解决方法

一、工程概况1、自然条件定向钻项目位于福建省泉州市黄塘镇陈埭头村。穿越段西侧为道路绿化带及城西大道，场地较狭窄；东侧为民房，场地条件一般，交通较便利。设计采用定向钻方式进行穿越，一根Φ457mm主管，一根Φ114mm光缆套管。定向钻实际穿越长度175m，其中岩石段穿越为115m。2、地质情况

穿越场地区域地层依据土体形成的地质时代、成因、地层岩性、物理力学性质的不同划分6个工程地质层：①层填土②层中粗砂、②1层淤泥质粉质粘土③层粉质粘土④层砂土状强风化花岗岩⑤层碎块状强风化花岗岩⑥层中～微风化花岗岩。根据现场揭露的地层情况，土层为填土、中粗砂、淤泥质粉质粘土、和强风化～微风化花岗岩，建议管道以④层砂土状强风化花岗岩为管道主要设置层，以定向钻方式进行管道穿越。二、工程特点及技术难点1、原设计入土点位于绿化带下方空地，因地方关系及地形地貌原因，出入土点均改到城西大道东侧的绿化带上。绿化带宽度为8米，下方已埋设一组6根的光缆套管，一根Φ1000V-PVC污水管，在出、入土点与穿越轴线均有交叉，且有污水沉淀池位于穿越中心线，穿越时增加了施工风险。2、此次穿越的惠安县惠女水渠在城西大道下方穿过，与穿越中心线垂直。修建惠女水渠时，在穿越中心线右侧山坡处为爆破施工，中心线左侧为回填施工，地下情况非常复杂。3、穿越位置位于城西大道拐弯处，出入土点后方均为城西大道路面，受长度限制，穿越曲线没有水平段。必须保证每根钻杆达到设计角度，否则无法出土。4、穿越段有115米长的岩石层，主要是中～微风化花岗岩，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。5、出土侧回拖管道沿城西大道绿化带预制，与穿越中心线有较大夹角，回拖施工难度较大。6、中心线右侧五米位置有一间民房，因岩石硬度较大，且部分地层为回填层，在扩孔过程中，可能会有较大震动，对民房产生不利影响。三、主要技术措施3.1导向孔施工

1、导向孔施工措施

（1）为避开一组6根的光缆套管，在入土点前方2-8米处，将地面挖开，暴露出光缆套管并采取保护措施。

（2）在入土点前方，将穿越路径与Φ1000V-PVC污水管和污水沉淀井交叉位置挖开，测量出其下底相对于入土点的准确高差，根据设计曲线，计算穿越路径与污水管和污水沉淀井的相位置。经计算，穿越路径与地下障碍物有冲突。经设计同意，将入土点位置后移，增加入土点与地下障碍物的距离，以保证避开地下障碍物。

（3）出土侧探明污水管道准确位置及深度后，通过计算，受场地限制按原设计路径将无法避开污水管道，后经设计同意，将出土点位置向右侧平移3米，可避开出土侧污水管。

（4）根据地下障碍物情况设计合理的穿越曲线，确保穿越路径可避开地下障碍物。（5）使用Sharewell公司的MGS控向系统进行导向孔施工。（6）全程布置人工磁场，保证控向精度。在地面上标出穿越中心线和地下障碍物位置，并将人工磁场测量的准确钻头位置与地下障碍物位置进行比较，确保钻头位置处于安全范围。

（7）导向孔施工时，使用9-1/2″三牙轮钻头+172动力钻具+7″无磁钻铤的钻具组合进行岩石钻进。（8）钻进过程中，每根钻杆做好记录，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的控向规律。（9）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，确定下一根钻杆的钻进方式。（10）钻进过程中每根钻杆都用人工磁场进行测量，根据偏差对基准方位角进行调整，确保导向孔偏差在允许范围之内。发现偏差及时纠正，避免偏差过大，无法纠偏。（11）出入土点均设泥浆回收净化系统，对回流的泥浆进行回收利用。2、遇到的问题及解决办法钻进到70米处，钻头位于惠女水渠下方，钻头角度忽然不受控制，单根钻杆角度增大达4.4°（按管道曲率半径应不超过0.8°），根据钻进情况及地质情况分析，此处可能存在软硬地层的结合面，并与钻进方向有较小夹角，钻头钻进到该处时沿硬地层表面前进，造成斜度度不受控制。经反复推拉修孔，未能取得效果。将钻头抽回到土层，改变方向及深度后重新开孔钻进，在80米处出现角度无法增大的现象，继续钻进将无法在预定位置出土。因入土点已无穿越位置，只能将钻机移到出土点进行导向孔施工。再次钻进时，将穿越中心线及穿越深度进行适当调整，尽量避开地层软硬结合位置，最终顺利出土，但在距入土点约70米处依然存在角度变化较大现象。3.2扩孔施工1、扩孔施工措施（1）根据钻进及地质情况，确定合适的扩孔器型号及扩孔级别。（2）Φ457管道进行了Φ450mm、Φ600mm、Φ750mm3个等级的岩石扩孔器进行扩孔，扩孔过程中要密切注意回拖力和扭矩的变化，同时严格记录钻具使用时间，防止发生牙轮脱落等事故。（3）软地层适当加快行进速度，避免扩孔器下沉，出现梨形孔。（4）扩孔到碎块状强风化花岗岩地层，对拉力及扭矩进行控制，防止出现卡钻事故，同时可减小因扭矩变化较大产生的震动对民房造成的影响。（5）每根钻杆扩孔完成后，反复推拉进行洗孔，确保成孔良好。（6）扩孔完成后进行修孔施工，确保成孔良好、曲线平滑方可回拖。修孔钻具组合为：Φ500岩石扩孔器（后置）+Φ450岩石扩孔器+Φ430（扶正器）+Φ450岩石扩孔器+Φ600岩石扩孔器（前置）。（7）不同地层使用不同的泥浆配比及参数，岩石层需保证携带钻屑的能力和足够排量，软地层需控制泥浆排量，防止冒浆。（8）扩孔过程中通过泥浆回收净化系统对泥浆进行回收利用，加强对泥浆性能的检测，及时调整，确保符合施工要求。2、遇到的问题及解决办法（1）Φ750mm岩石扩孔器扩孔到距入土点70米处，基本无进尺，根据导向孔施工记录，此处单根钻杆角度变化为3.8°，分析认为此处角度变化大，造成扩孔器前方扶正器被岩层阻挡，扩孔器牙轮无法接触岩层进行切削。在扩孔器前方加一个Φ600mm岩石扩孔器代替扶正器，先由Φ600mm岩石扩孔器进行修孔，再由后方的Φ750mm岩石扩孔器切削岩层，顺利完成Φ750mm扩孔施工。（2）修孔施工到距入土点70米处无进尺，分析认为依然是由于角度变化大，孔的曲线不符合曲率半径。将修孔钻具组合最前方的Φ600岩石扩孔器与后侧的Φ450岩石扩孔器调换，利用钻具组合的刚性，逐级将孔修整到满足要求的曲率半径，最终完成修孔施工。（3）修孔过程中，根据扭矩变化情况，认为孔内有尺寸100mm-200mm的碎石，在回拖过程中可能会对回拖管道造成影响。使用外径为650mm的打捞筒对孔内碎石进行打捞，将孔内较大尺寸的碎石打捞干净后再进行回拖工作。3.3回拖措施1、因回拖管道与穿越中心线有较大夹角，回拖前将管道摆放到城西大道中间的绿化带，并将靠