1 工程概況

1.1 工程簡介

由天津世紀(jì)東大管道穿越工程有限公司施工的中石油西氣東輸二期武漢倒水河穿越工程于2009年12月20日開工,2010年5月17日完工,歷時(shí)5個月。工程使用的主要施工設(shè)備包括威猛D750×900水平導(dǎo)向鉆機(jī)、南京雪威爾導(dǎo)向系統(tǒng)、美國標(biāo)準(zhǔn)石油鉆桿(6 5/8″)和蘭州 3HS-250,3HS-150泥漿系統(tǒng)等。

鉆機(jī)入口位置位于武漢市新洲區(qū)李集鎮(zhèn)倒水河南岸,距離南岸河壩270m處,出口位置位于倒水河北岸,距離北岸河壩180m,入土角度為10°,出土角度為6°。經(jīng)驗(yàn)算,定向鉆穿越回拖力不小于2803kN。鉆桿總長 890m,鋪設(shè)直徑 1219mm的天然氣管道(無縫鋼管),用作天然氣輸送。

圖1 穿越工程平面圖

1.2 土質(zhì)情況

根據(jù)鉆探勘察,原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)綜合分析,現(xiàn)將地質(zhì)各巖土層特征從上到下分析如下:①～⑦為地層序號。

①雜填土:主要成分是磚塊,碎石和爐渣,厚度為0.30～1.40m。

②耕土:主要成分是粉質(zhì)粘土,厚度為0.50～1.10m。

③粉質(zhì)粘土:主要成分是粘粒,韌性中等,干強(qiáng)度中等,均有分布,層厚2.40～16.30m。

④中粗砂:主要成分為石英,長石等,含少量云母片,含量約為50～60%,局部夾卵石,礫石及粉質(zhì)粘土夾層,厚度為5.3～16.90m。

⑤卵石:主要成分為石英巖,粒徑一般 2～7cm,大者10cm,含量約為60%左右,菱角狀,次菱角狀 ,石英砂和少量粘土填充,厚度1.00～5.70m。

⑥強(qiáng)風(fēng)化砂巖:巖石結(jié)構(gòu)為巖石風(fēng)化強(qiáng)烈,巖石質(zhì)軟,手易折斷,捏碎,合金易鉆進(jìn),干鉆難以鉆進(jìn),該層全場地均有分布,厚度4.2～17.10m。

⑦中風(fēng)化砂巖:巖石結(jié)構(gòu)為砂質(zhì),巖質(zhì)軟,合金易鉆進(jìn),巖石遇水而軟化,垮塌,失水易開裂,該層全場均有分布,由于鉆孔限制,未完全揭露,最大揭露厚度為24.30m.

1.3 地下水

根據(jù)勘察和收集的有關(guān)水文資料表明,穿越場地地下水類型主要為孔隙潛水和基巖裂隙潛水。孔隙潛水主要埋藏于中粗砂,卵石層中,卵石和中粗砂透水性良好,含水豐富,為強(qiáng)透水層:基巖裂隙潛水主要埋藏于強(qiáng)風(fēng)化砂巖,中風(fēng)化砂巖,補(bǔ)給來源以地表水體為主,與河水聯(lián)系密切,呈相互排泄和補(bǔ)給關(guān)系,勘察時(shí)兩岸地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高為20.03～28.40m,地下水位年變幅在1.00～2.00m之間。

1.4 鉆進(jìn)軌跡

入土角度為10°,要穿越河壩及倒水河床,所以在距河壩南岸270m入土,穿過耕土,粉質(zhì)粘土層,進(jìn)入中粗砂層,及卵石層后鉆進(jìn),進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖層,主要在中風(fēng)化砂巖層穿過河壩及河床可以滿足定向鉆穿越的深度要求,在距鉆機(jī)500m處上調(diào)角度穿過各地質(zhì)層,按甲方施工要求,在預(yù)先的出土點(diǎn),鉆桿出土。

2 施工過程

前期進(jìn)行場地規(guī)劃,鉆機(jī)進(jìn)場及泥漿池挖掘等工作,入土側(cè)擺放鉆機(jī)設(shè)備,鉆桿等,需臨時(shí)征地6700m2,出土側(cè)擺放鉆桿和管道組裝焊接場地,需臨時(shí)征地19300m2,設(shè)備于2009年12月27號進(jìn)入施工現(xiàn)場,并安排裝卸設(shè)備到位,開始工地現(xiàn)場實(shí)地勘察和管線實(shí)際探測,根據(jù)中石油公司所標(biāo)定的走向標(biāo),及所提供的地質(zhì)報(bào)告,水文資料,進(jìn)行導(dǎo)向正確位置標(biāo)定。

2.1 導(dǎo)向過程

圖2 穿越工程鉆機(jī)軌跡

威猛公司也派出了工程專家及技術(shù)人員,跟隨現(xiàn)場導(dǎo)向,鉆頭在10～15根鉆桿期間鉆進(jìn)時(shí),鉆機(jī)的頂進(jìn)力開始升高到約60噸,鉆頭進(jìn)入中砂層,鉆機(jī)繼續(xù)鉆進(jìn),在鉆進(jìn)到30根鉆桿時(shí),鉆機(jī)頂進(jìn)力升至100噸,鉆頭進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化砂巖和中風(fēng)化砂巖層,導(dǎo)向進(jìn)展很順利,在鉆進(jìn)60根鉆桿左右,鉆桿穿出巖層,經(jīng)過卵石層,粉質(zhì)粘土層和耕土后總共鉆進(jìn)桿93根鉆桿,鉆頭在預(yù)定的出土點(diǎn)出土,總共用時(shí)3天。

圖3 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)

圖4 導(dǎo)向鉆進(jìn)完成

2.2 回?cái)U(kuò)

考慮到地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,決定分6次回?cái)U(kuò)及洗孔。第一次回?cái)U(kuò)使用400mm的回?cái)U(kuò)頭,扭矩維持在35000N·m左右,回拖力小于70噸,經(jīng)過一個星期后,回?cái)U(kuò)完成。由于地層復(fù)雜多變,路徑長、孔徑大,期間為了更好的成孔和提高工程效率,工作人員根據(jù)回?cái)U(kuò)效果不斷的對回?cái)U(kuò)頭進(jìn)行了改進(jìn),并且每次改進(jìn)都達(dá)到了良好效果。除了威猛專家及工程人員不怕困難,勇于開拓創(chuàng)新的精神,設(shè)備可以讓不同的回?cái)U(kuò)頭發(fā)揮出其特點(diǎn)完成良好成孔這種高性能,起到了關(guān)鍵作用。鑒于文章篇幅,以下就不詳述每次回?cái)U(kuò)狀況了。

圖5 回?cái)U(kuò)用的回?cái)U(kuò)頭

圖6 回?cái)U(kuò)過程

圖7 回?cái)U(kuò)完成

2.3 回拖

2010年5月10號開始回拖1219mm的天然氣無縫管道,拖管過程中最大扭矩不超過35000N·m,最大回拖力不超過70噸,此次回拖除了工作人員的努力、耐心和充份的準(zhǔn)備工作,很大程度上得益于威猛鉆機(jī)的大扭矩高性能,使成孔質(zhì)量非常好,只花了14小時(shí),回拖便順利完成。

3 結(jié)論

在威猛公司派遣的工程專家及技術(shù)專家的現(xiàn)場專業(yè)指導(dǎo)下,工程施工中所遇到的問題和困難都得到了及時(shí)的處置,這對對此次項(xiàng)目的成功完成起到了很大的作用。而因客戶所使用的鉆桿是二手或三手鉆桿,在工程施工期間產(chǎn)生了不少困難,也限制了鉆機(jī)最大性能的發(fā)揮,無可避免的延緩了工程的竣工時(shí)間,但憑借著威猛D750×900超大型水平導(dǎo)向鉆的卓越性能,在不同的地層中保證了良好的成孔,為工程的順利竣工奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這又一次表明了威猛水平導(dǎo)向鉆機(jī)的高水平和高質(zhì)量,在行業(yè)中無以取代的實(shí)力。

(以上案例資料源自天津世紀(jì)東大管道穿越工程有限公司的實(shí)際施工情況,由百萊瑪設(shè)備有限公司工程師臧志成撰寫)