水平定向钻技术的发展与应用--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

水平定向钻技术的发展与应用

发表时间：2021/6/1 来源：《基层建设》2021年第2期作者：奚新灿

[导读] 摘要：本文主要介绍了在以往施工中水平定向钻技术应用实例，主要包括单边定向钻、定向钻落井牙轮打捞、复式扩孔、浮筒导向施工、使用钢板桩固定钻机、使用“蠕虫”配合回拖等施工技术，并对未来定向钻技术进行展望。

        中石化江苏油建工程有限公司
        摘要：本文主要介绍了在以往施工中水平定向钻技术应用实例，主要包括单边定向钻、定向钻落井牙轮打捞、复式扩孔、浮筒导向施工、使用钢板桩固定钻机、使用“蠕虫”配合回拖等施工技术，并对未来定向钻技术进行展望。
        关键词：复式扩孔、浮筒导向、钢板桩固定、“蠕虫”配合回拖
        一、技术介绍
        (1)复式扩孔施工技术
        水平定向钻在进入预扩孔工序时，传统的施工方法是：从出土点将扩孔器装上开始扩孔，至入土点将扩孔器卸下，再从出土点装上大级别的扩孔器，如此反复，完成预扩孔施工。但是在岩石地层，特别是长距离高强度岩石地层预扩孔时，按传统的施工方法，扩孔施工速度慢、效率低，施工风险大。运用复式扩孔施工技术可以有效提高施工效率，节约施工成本；同时降低牙轮脱落，钻具断裂等施工风险。

图1复式扩孔施工工艺流程图

                                        图2复式扩孔施工工艺进度图
        (2)浮筒导向施工施工技术
        水平定向钻在复杂地层预扩孔或管道回拖时，因井下发生意外情况，导致回拖阻力急变、钻具磨损或卡钻，因而发生断钻杆、断短节或断扩孔器等井下事故，造成井孔内无杆。用现有钻具组合，无法成功将钻杆顺原井孔穿过井孔全程，致使工程无法继续施工。以前通常是拔出所有井下钻具，再重新定位钻导向孔及预扩孔，从而导致之前所完成的工作量付诸东流，造成一定的经济损失，同时还将严重影响施工工期。
        浮筒导向施工技术是钻杆推动浮筒从原入土点进孔，沿原有井孔钻进，直至在原出土点露出地面。该工法经过多个水平定向穿越工程的成功应用，实践证明，浮筒导向施工技术具有广泛的推广应用前景。
        浮筒导向施工时需将浮筒与钻杆连接，从入土点进入原井孔内，同时注入泥浆，缓慢匀速旋进。旋进过程中，时刻注意推力、扭矩等参数的变化，及时分析和调整。直至浮筒到达出土点并露出地面。
        (3)使用钢板桩固定钻机技术
        近年来，定向钻穿越管线口径大、距离长，对钻机的回拖力要求极高，同时需要保证在回拖管线“起步”阶段钻机稳定，以确保最后回拖成功。这就对钻机固定地锚要求更高，传统的钻机固定地锚通常是使用地锚箱及混凝土方式，采取以上方式对施工场地进场道路要求高，后期处理对环境有一定影响，且成本较高。使用钢板桩固定钻机技术方便快捷，可以满足回拖力要求，后续处理无环境问题，且成本低。

图3浮筒结构示意图

                  图4钢板桩固定钻机施工图
        (4)使用“蠕虫”配合回拖技术
        对于大口径、长距离管线回拖，由于回拖起步拉力大、管道自重大，可能会引起管线入洞困难，钻具与管道存在夹角，从而造成钻具断裂、回拖失败等问题。使用“蠕虫”配合回拖技术，管道“蠕虫”回拖可以保证管道顺利入洞，减小钻具断裂等施工风险，同时管道“蠕虫”可以起到杠杆作用，避免因孔洞曲线不圆滑造成卡管问题，保证回拖顺利。
        二、应用实例及效果
        （1）天津液化天然气（LNG）项目输气干线工程定向钻穿越工程
        2016年完成天津液化天然气（LNG）项目输气干线工程立达养殖场定向钻穿越工程，成功运用了以上使用钢板桩固定钻机技术、使用“蠕虫”配合回拖技术，仅用18天就完成了管径为D1016mm、距离为1105米穿越工程，同时也刷新了江苏油建最大管径、最长距离的记录。
        （2）潜江-韶关输气管道工程线路二标段定向钻穿越工程
        2018年完成潜江-韶关输气管道工程线路二标段新墙河定向钻穿越工程，成功运用了以上复式扩孔施工技术、使用钢板桩固定钻机技术、使用“蠕虫”配合回拖技术，取得了良好的经济效益和社会效益，树立了良好的企业品牌。
        （3）青宁输气管线工程线路二标段定向钻穿越工程
        2020年完成青宁输气管线工程线路二标段403乡道定向钻穿越工程，成功运用了以上浮筒导向施工施工技术、复式扩孔施工技术、使用钢板桩固定钻机技术、使用“蠕虫”配合回拖技术，保证了全线施工工期，得到了建设单位、监理单位等各方的高度评价。
        （4）江苏沿海管道如东-常熟-太仓输气管线工程一标段定向钻穿越工程
        2020年下半年完成江苏沿海管道如东-常熟-太仓输气管线工程一标段定向钻穿越工程共计7条，成功运用了以上浮筒导向施工施工技术、使用钢板桩固定钻机技术、使用“蠕虫”配合回拖技术，保证了全线施工工期，为下一步市场开发做出了积极贡献。

                                     图5“蠕虫”配合回拖示意图
        三、技术发展方向
        随着水平定向钻穿越工程技术上的不断进步和长输管道建设和储气调峰基础设施建设的铺设的发展需要，未来大管径（≧1000mm）、长距离（≧1000m）水平定向穿越技术会被应用的越来越广泛，它具有基础投入成本较低、施工准确度更高、环境破坏较小、施工周期短等优点。与传统的大开挖施工相比，对设备、钻具依赖性较强，但施工的不可预见性较大，对专业技术要求较高，因此施工具有更大的风险。而且，一般来说，管径越大，穿越距离越长，地质条件越复杂，如果不采取积极有效的技术措施，很难确保穿越的成功，甚至有可能造成巨大损失。所以在定向钻未来发展过程中，对于超长距离、大口径管道穿越、“对穿”施工技术、双钻机同步扩孔技术、溶洞卵石特殊地层以及特殊地层泥浆的配制和使用等技术都是急需要研究的课题。