陳 翔（中石化江漢油建工程有限公司，武漢 433123）

Rio benevente穿越工程施工技術(shù)及實(shí)例

陳 翔
（中石化江漢油建工程有限公司，武漢 433123）

介紹了rio benevente穿越工程項(xiàng)目的施工技術(shù)及工藝特點(diǎn)。

水平定向鉆；巖石；控向；擴(kuò)孔

1　項(xiàng)目工程概況

Rio benevente穿越，穿越管徑為22”*15.9mm主管加上4”光纜管套管，穿越長度635m。穿越地層為：靠近山體一側(cè)為約200m花崗巖，河流及紅樹林側(cè)為淤泥質(zhì)粘土。河流距離入?？诓蛔?km，水質(zhì)含鹽量大于1000mg/L，且有潮汐現(xiàn)象。

2　工程特點(diǎn)

（1）此工程管道輸送介質(zhì)為鐵礦石礦漿，目前建設(shè)的為礦砂管道三號(hào)線。之前已建成2條并行管線，并已在運(yùn)營中。

（2）穿越地層巖石為花崗巖，取芯樣品檢測(cè)硬度在60MPa以上，實(shí)際穿越巖石應(yīng)大于該值。

（3）穿越施工現(xiàn)場(chǎng)附近無淡水水源。

（4）由于地形及紅樹林保護(hù)區(qū)影響，施工作業(yè)區(qū)十分狹窄。入土點(diǎn)側(cè)作業(yè)帶寬度為22m。出土點(diǎn)側(cè)寬度最寬處為15m，平均寬度10m。

3　項(xiàng)目實(shí)施過程

3.1準(zhǔn)備過程

入土點(diǎn)側(cè)準(zhǔn)備：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，山體一側(cè)地貌為一側(cè)靠山，一側(cè)靠低洼紅樹林區(qū)，已建管道埋在作業(yè)帶中部，地表僅有不足0.5m的覆土，之下為山體基巖。常規(guī)需要挖坑的錨固箱坑，泥漿坑無法開挖。使用地勘巖石取芯鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔打樁固定臨時(shí)地錨。泥漿坑使用外運(yùn)土方圍地上坑。

出土點(diǎn)側(cè)準(zhǔn)備：由于出土點(diǎn)側(cè)場(chǎng)地狹窄，前期任務(wù)主要是平整場(chǎng)地，準(zhǔn)備圍堵漏漿沙袋。

此工程使用兩臺(tái)鉆機(jī)作業(yè)。DD440鉆機(jī)進(jìn)入入土點(diǎn)側(cè)，進(jìn)行導(dǎo)向孔作業(yè)，最后一級(jí)清孔作業(yè)及管道回拖工作。DD625鉆機(jī)進(jìn)入出土點(diǎn)側(cè)，進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)及第一級(jí)清孔作業(yè)。這樣可以消除雨季對(duì)道路影響而導(dǎo)致鉆機(jī)倒運(yùn)困難的問題，且可以增加施工效率，節(jié)省工期。

兩側(cè)泥漿輸送通道使用兩條管路進(jìn)行溝通。

3.2控向

本次穿越控向難度主要在于已建管道及輸送介質(zhì)的影響，決定穿越全程布設(shè)人工磁場(chǎng)。但由于河面較寬，寬度為150m。且有潮汐現(xiàn)象，提高了布設(shè)線圈的難度。初步實(shí)施是河面不加固定樁，直接使用一個(gè)線圈整個(gè)跨過河面。但由于線圈跨度太長，線圈向下彎曲，且受潮汐水流影響左右彎曲。無法達(dá)到控向精度要求，于是采用河面定鋼樁固定線圈。在導(dǎo)向孔控向操作時(shí)，方位角變化與人工磁場(chǎng)變化在不能完成對(duì)應(yīng)，方位角失去了作為方向判斷的依據(jù)。僅采用人工磁場(chǎng)數(shù)據(jù)作為方向判斷依據(jù)，方位角變化作為鉆桿折角調(diào)整依據(jù)進(jìn)行控向控制。

3.3導(dǎo)向孔鉆進(jìn)，擴(kuò)孔及清孔

本次穿越巖石為硬巖，導(dǎo)向孔單根鉆桿鉆進(jìn)時(shí)間平均為5h。鉆頭在使用60h后更換過一次，鉆頭碳化鎢磨損嚴(yán)重，基本磨平。更換新鉆頭后，比磨損鉆頭鉆進(jìn)效率增加約20%。導(dǎo)向孔完成后，確定巖石層長度為193m，剩余地層為淤泥質(zhì)粘土。一側(cè)極硬一側(cè)極軟，地層交界明顯。巖石擴(kuò)孔確定使用滾刀式擴(kuò)孔器擴(kuò)孔，滾刀式擴(kuò)孔器專門為巖石層擴(kuò)孔設(shè)計(jì)，僅適合在巖石層擴(kuò)孔，不適用其他地層，在193m巖石層擴(kuò)完既從巖石層入口退出再更換下一級(jí)滾刀式擴(kuò)孔器。直至巖石層擴(kuò)孔至40寸后才開始使用板式擴(kuò)孔器進(jìn)行普通地層擴(kuò)孔。普通地層擴(kuò)孔完成后再分別從不同的方向各進(jìn)行一次清孔。由于出土點(diǎn)側(cè)地層極軟，泥漿泄露情況嚴(yán)重，井下鉆具泥漿供應(yīng)排量都減少到極限，泥漿在此地層只能起到鉆具潤滑作用，不能達(dá)到排屑及撐孔的作用。在二次清孔時(shí)發(fā)現(xiàn)孔洞存在局部塌孔情況。

3.4回拖

管道回拖為吊管機(jī)配合滾輪發(fā)送，管道在回拖期間還要進(jìn)行二接一。管道沿作業(yè)帶預(yù)制，沿作業(yè)帶彎曲起伏，共存在2個(gè)彎點(diǎn)。其中急彎管道曲率半徑不足500倍管道直徑，在兩個(gè)彎點(diǎn)均設(shè)置兩臺(tái)吊管機(jī)緩解管道彎曲應(yīng)力。另外管道入洞口放置一臺(tái)吊管機(jī)配合管道入洞、防腐工補(bǔ)傷及管道二接一對(duì)口工作。管尾放置一臺(tái)吊管機(jī)。

4　出現(xiàn)的問題

4.1巖石入土

入土角與山體巖石存在23°夾角，巖石入洞口就在地表，鉆頭進(jìn)入巖石時(shí)會(huì)順巖石切面趨勢(shì)向左偏折。第一次入土?xí)r，用土包覆鉆鋌后，用挖掘機(jī)按壓土壤防止鉆頭入洞跑偏。但入土仍有一定向左的趨勢(shì)，但由于泥漿馬達(dá)右旋趨勢(shì)逐漸將向左角度趨勢(shì)消除。但第二次入土采用原辦法，但是趨勢(shì)向右，在加上泥漿馬達(dá)右旋趨勢(shì)疊加，造成第二次導(dǎo)向孔向右趨勢(shì)過大。第三次使用專用裝置夾住鉆鋌入洞，但仍有輕微向右角度偏折。在控向時(shí)連續(xù)向左糾偏以消除向右趨勢(shì)。

4.2卡鉆

導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)發(fā)生兩次卡鉆，卡鉆點(diǎn)都出現(xiàn)在巖石破裂帶上。第一次卡鉆時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)返漿量減小，同時(shí)扭矩增加，泥漿馬達(dá)鉆壓增加，卡鉆點(diǎn)在泥漿馬達(dá)及鉆頭接頭處，通過嘗試，使用高位并供漿將鉆頭拔出巖石破裂帶。之后采取破裂帶堵漏措施。

第二次卡鉆是在回拔鉆桿糾偏過程中，發(fā)現(xiàn)返漿停止后，當(dāng)時(shí)認(rèn)為泥漿是從已鉆導(dǎo)向孔孔洞中漏失掉，于是繼續(xù)開始糾偏鉆進(jìn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)扭矩增大，回拔鉆桿時(shí)發(fā)現(xiàn)卡鉆。這次卡鉆是由鉆屑堆積在破裂帶區(qū)域，抱死鉆桿接頭臺(tái)階卡鉆。增加扭矩及拉力回拔鉆桿，導(dǎo)致鉆桿從卡鉆接頭臺(tái)階處發(fā)生斷裂。

因?yàn)槟缚劢宇^臺(tái)階比公扣接頭臺(tái)階要平滑很多，為防止鉆桿接頭臺(tái)階卡鉆，建議將鉆桿反接母扣朝前進(jìn)行導(dǎo)向孔鉆進(jìn)。

4.3泥漿

巖石穿越所需要的泥漿量比常規(guī)地層要大很多，但通過合理的凈化回收可以有效的降低施工成本。本次工程由于泥漿凈化裝置老化，造成凈化后泥漿含沙量大，從而導(dǎo)致泥漿泵，連桿泵多次磨損維修，影響施工效率。另外，由于場(chǎng)地局限，泥漿處理池容積也未能完全滿足工程需要。

4.4擴(kuò)孔

在巖石擴(kuò)孔中，最高扭矩大且跳動(dòng)幅度大，對(duì)井下鉆具都是一個(gè)考驗(yàn)，扭矩力量都集中在擴(kuò)孔器前的鉆桿及短節(jié)上，工程前期無法對(duì)所有井下鉆具進(jìn)行檢測(cè)，其中一個(gè)短節(jié)在擴(kuò)孔時(shí)發(fā)生破裂脫扣，但所

幸未造成嚴(yán)重后果。另外，多根鉆桿絲扣也因?yàn)榕ぞ剡^大損壞，但在今后類似工程中，對(duì)鉆具的選擇上應(yīng)十分謹(jǐn)慎。

5　項(xiàng)目中的成功點(diǎn)

5.1兩臺(tái)鉆機(jī)協(xié)同作業(yè)

在項(xiàng)目初期使用兩臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)進(jìn)場(chǎng)，既出入土點(diǎn)各一臺(tái)鉆機(jī)。實(shí)際以其中一臺(tái)作業(yè)為主，另一臺(tái)處于待命狀態(tài)。由于兩側(cè)都有鉆機(jī)，在擴(kuò)孔時(shí)所需考慮的退鉆桿或出現(xiàn)井下事故都可以很及時(shí)的得到解決。在18寸巖石層擴(kuò)孔時(shí)，擴(kuò)孔器完成退出時(shí)，使用DD625鉆機(jī)推鉆桿無法推動(dòng)，直接使用DD440鉆機(jī)連接鉆桿將18寸擴(kuò)孔器拉出巖石孔洞。另外在30寸巖石層擴(kuò)孔時(shí)，擴(kuò)孔器前短節(jié)因材質(zhì)問題發(fā)生破裂脫扣，同樣直接使用DD440鉆機(jī)將脫扣擴(kuò)孔器及鉆桿拉出洞口，剩余井下部分鉆具再有DD625鉆機(jī)推出。為該項(xiàng)目中在雨季施工過程中，省去了不少鉆機(jī)倒場(chǎng)及安裝的時(shí)間。

具體比較：鉆機(jī)按時(shí)間排序使用情況為導(dǎo)向孔（DD440）—18寸巖石擴(kuò)孔（DD625）—退18寸巖石擴(kuò)孔器（DD440）—第二次擴(kuò)18寸擴(kuò)孔～30寸巖石擴(kuò)孔時(shí)井下短節(jié)脫扣（DD625）—退30寸巖石擴(kuò)孔器（DD440）—第二次30寸巖石擴(kuò)孔～第一次清孔（DD625）—第二次清孔～回拖（DD440）。

若使用一臺(tái)鉆機(jī)作業(yè)，則鉆機(jī)總計(jì)需倒場(chǎng)6次。在加上該項(xiàng)目施工期間雨季對(duì)道路的影響，節(jié)省工期應(yīng)在2周以上。如若是長距離巖石擴(kuò)孔，一個(gè)擴(kuò)孔器無法完成擴(kuò)孔任務(wù)，則在退擴(kuò)孔器這一過程中，則能夠節(jié)省更多的鉆機(jī)倒場(chǎng)次數(shù)，從而節(jié)省更多的工期。

5.2泥漿循環(huán)流程

本次的泥漿循環(huán)流程覆蓋到了整個(gè)施工界面，本次項(xiàng)目的客觀情況對(duì)這次泥漿方案相對(duì)于常規(guī)泥漿方案相比做了極大改動(dòng)。主要改動(dòng)涉及到水源拉運(yùn)，泥漿池的圈圍，出入土點(diǎn)之間的泥漿溝通，出入土點(diǎn)兩臺(tái)鉆機(jī)的泥漿供應(yīng)。

相對(duì)常規(guī)項(xiàng)目而言，泥漿流程可以根據(jù)實(shí)際情況和富裕的場(chǎng)地還可以進(jìn)行二次調(diào)整，但該項(xiàng)目由于其特殊性，泥漿流程的建立必須是一步到位且不太可能做到二次調(diào)整，而在工程執(zhí)行中也得到了驗(yàn)證。

5.3擴(kuò)孔方案

本次工程整個(gè)擴(kuò)孔方案與計(jì)劃前有所不同，但大致順序是：第一步使用滾刀擴(kuò)孔器系列僅對(duì)巖石層進(jìn)行擴(kuò)孔；第二步使用板式擴(kuò)孔器系列從巖石洞口進(jìn)入對(duì)普通地層進(jìn)行擴(kuò)孔。

在巖石擴(kuò)孔完成前先保留不對(duì)普通地層擴(kuò)孔，其目的在于如果先進(jìn)行普通地層擴(kuò)孔可能會(huì)產(chǎn)生新的泥漿泄漏點(diǎn)，而后續(xù)大級(jí)別的巖石擴(kuò)孔泥漿返出量會(huì)有所減小，如果完全不返出，則整個(gè)泥漿循環(huán)系統(tǒng)就會(huì)失去作用，而靠新配置泥漿進(jìn)行作業(yè)肯定不會(huì)達(dá)到使用泥漿循環(huán)所能達(dá)到的效率。

6　總結(jié)

由于鉆機(jī)的增加，中方人員將會(huì)因?yàn)轫?xiàng)目分配至各臺(tái)鉆機(jī)機(jī)組中工作，單臺(tái)鉆機(jī)人員數(shù)量將會(huì)是一個(gè)持續(xù)精簡(jiǎn)的過程，大鉆機(jī)機(jī)組按照單臺(tái)鉆機(jī)最終6名中方人員并可以進(jìn)行雙班作業(yè)為目標(biāo)進(jìn)行整合。這就對(duì)每名機(jī)組成員素質(zhì)及工作能力有了更高的要求。因此機(jī)組成員不能再局限于崗位限制，將來項(xiàng)目將會(huì)以一個(gè)工作區(qū)塊對(duì)機(jī)組人員來要求，每名成員都會(huì)肩負(fù)數(shù)職。為盡快達(dá)到這一目標(biāo)首先的工作就是提高隊(duì)伍整體水平，培養(yǎng)盡可能多的跨崗位成員。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.127