蔣青松+??

【摘要】無(wú)線控向系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單。適用于中、小型定向鉆穿越。

【關(guān)鍵詞】無(wú)限控向；信號(hào) ；短距離 ；跟蹤測(cè)量 ；干擾

Wireless control technology in small to directional drilling application

Jiang Qing-song

（Jiangsu Petroleum Exploration Bureau Oilfield Construction DepartmentJiangduJiangsu225261）

【Abstract】Wireless control to the system easy to operate. Suitable for medium and small directional drilling.

【Key words】Short distance；Unlimited steering；Signal tracking and measuring；Interference

1. 前言

（1）水平定向鉆敷設(shè)管道具有工期短、質(zhì)量高、不破壞周?chē)h(huán)境等特點(diǎn)，并且由于使用了跟蹤定位系統(tǒng)，能保證穿越管道達(dá)到設(shè)計(jì)埋深及在理想的出土點(diǎn)出土。

（2）水平定向鉆定向系統(tǒng)主要分：有線控向系統(tǒng)和無(wú)線控向系統(tǒng)。目前使用最廣泛的是有線控向系統(tǒng)，其控制精度高，用在大、中型定向鉆機(jī)上，適于進(jìn)行深、長(zhǎng)距離穿越。此系統(tǒng)價(jià)格昂貴，并且每根鉆桿中都需穿入電纜線、操作不便，接單根作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是操作者可以通過(guò)計(jì)算機(jī)比較直觀地了解探頭的詳細(xì)情況，并且一般沒(méi)有深度限制，抗干擾能力強(qiáng)。無(wú)線控向系統(tǒng)常用于中、小型定向穿越工程，它一般只能檢測(cè)15m以?xún)?nèi)的深度，抗干擾能力不高，有障礙物時(shí)使用不便。其優(yōu)點(diǎn)是施工成本較低，操作起來(lái)簡(jiǎn)單，無(wú)需電纜線，接單根作業(yè)時(shí)間短，在實(shí)際施工應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

（3）定向鉆穿越定位系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了導(dǎo)向鋪管的質(zhì)量?，F(xiàn)在應(yīng)用的定位系統(tǒng)主要是地面手提探測(cè)器配合有線控向系統(tǒng)或無(wú)線控向系統(tǒng)使用。

2. 無(wú)線控向系統(tǒng)特點(diǎn)及原理

2.1系統(tǒng)組成。

無(wú)線控向系統(tǒng)主要由無(wú)線探棒發(fā)射器、跟蹤接收器及遠(yuǎn)程顯示儀組成。

2.2定位原理：

無(wú)線探棒發(fā)射器依靠電磁波發(fā)送斜度、深度、方位等信息到接收器，再由接收器發(fā)送到遠(yuǎn)程顯示儀；接收器測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度可以判斷發(fā)射器的深度，發(fā)射器深度越深，信號(hào)越弱。

3. 無(wú)線控向流程

3.1測(cè)量放線。

（1）測(cè)量放線涉及到的穿越點(diǎn)、加密點(diǎn)的坐標(biāo)（x、y、z）應(yīng)該使用全站儀進(jìn)行精確的測(cè)量。根據(jù)設(shè)計(jì)交樁和設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行穿越長(zhǎng)度的復(fù)測(cè)，若設(shè)計(jì)交樁長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)圖紙長(zhǎng)度不符，及時(shí)確認(rèn)長(zhǎng)度。必須測(cè)量出穿越點(diǎn)及穿越中心線沿線關(guān)鍵點(diǎn)的自然標(biāo)高。

（2）在穿越中心線上設(shè)置加密樁，一般穿越軸線可通視情況下，在入土端一側(cè)設(shè)置3～5個(gè)樁，出土端設(shè)置2～3個(gè)樁，并且沿線每隔約50米設(shè)置1個(gè)樁，樁上設(shè)定標(biāo)記點(diǎn)，以便做精準(zhǔn)點(diǎn)。

3.2參數(shù)設(shè)定。

（1）將探棒放入探棒室連接好鉆桿，確認(rèn)連接牢固，用角度尺或水平尺進(jìn)行工作面的測(cè)量，并回零。

（2）將接收器置于離探棒3米處進(jìn)行“3米校準(zhǔn)”，并分別在不同距離測(cè)定數(shù)據(jù)，以判斷儀器誤差?？煞磸?fù)進(jìn)行“3米校準(zhǔn)”，將誤差控制在最小范圍。

3.3穿越曲線的主要參數(shù)和設(shè)計(jì)的方式：

3.3.1當(dāng)我們知道了穿越長(zhǎng)度，深度，入土角度和出土角度，管道材質(zhì)和直徑，壁厚等參數(shù)后，也可以手工進(jìn)行鉆孔曲線的設(shè)計(jì)和校正，穿越曲線一般有五段組成：第一直線段、第一造斜段、直線段、第二造斜段和第二直線段，如圖1。

圖1

3.3.2直線段CD，一般是穿越障礙物的實(shí)際需要長(zhǎng)度，第一直線段AE和第二直線段BF是為了達(dá)到一定深度所需要的段，根據(jù)穿越深度及造斜段的長(zhǎng)度決定；第一造斜段EC是鉆桿進(jìn)入鋪管位置的過(guò)度段，第二造斜段DF是鉆桿鉆出地表的過(guò)度段，因此，對(duì)典型的導(dǎo)向孔曲線的參數(shù)一般要求提供如下的幾個(gè)參數(shù)：

（1）穿越起點(diǎn)A （2）穿越終點(diǎn)B （3）鋪管深度h （4）第一造斜段的曲率半徑R1 （5）第二造斜段的曲率半徑R2 （6）鉆頭入土角α （7）鉆頭出土角β

R1 和R2 主要由鉆桿的曲率半徑和待鋪設(shè)管線的允許彎曲半徑?jīng)Q定。若是PE 管道，主要參考鉆桿的允許曲率半徑，若是鋼管時(shí)，一般取R1≥1500d，R2≥1500d，d 為待鋪管線的直徑（毫米）。

3.4繪制導(dǎo)向孔曲線。

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙繪制導(dǎo)向孔施工曲線，繪制內(nèi)容包括自然地面標(biāo)高曲線、導(dǎo)向孔曲線、特殊地層層位線。

（2）導(dǎo)向孔曲線要與設(shè)計(jì)曲線一致，導(dǎo)向孔曲線由10m的線段組成，每根線段變化的角度要小于設(shè)計(jì)曲率半徑允許的變化角度。導(dǎo)向孔曲線一般可分為入土直線段、入土井斜段、水平段、出土井斜段和出土直線段5部分，繪制曲線時(shí)要進(jìn)行體現(xiàn)。

圖2

（3）導(dǎo)向孔曲線橫縱坐標(biāo)可以用埋深、水平長(zhǎng)度或標(biāo)高、里程等方法，根據(jù)操作者的習(xí)慣選擇使用方法。

4. 導(dǎo)向孔的施工

4.1導(dǎo)向孔的施工，如圖2。

（1）施工時(shí)根據(jù)地層條件，應(yīng)與司鉆很好地配合，控制好鉆進(jìn)速度和泥漿排量，保證鉆孔方向沿設(shè)計(jì)曲線或接近設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行。理想曲線是單根鉆桿角度變化小于設(shè)計(jì)值，事實(shí)上，操作時(shí)很難保證單根角度變化小于設(shè)計(jì)值，但偶爾出現(xiàn)大于設(shè)計(jì)值且不連續(xù)的情況，只要不超出鋼管允許曲率半徑也是規(guī)范允許的。

（2）穿越難易程度因地層條件而異，中、小型定向鉆穿越，特別是小型定向鉆穿越主要以土層為主，所以導(dǎo)向施工不需要鏍桿鉆具，實(shí)際導(dǎo)向施工過(guò)程基本可以做到全程跟蹤測(cè)量，在發(fā)現(xiàn)角度變化快或有超深等現(xiàn)象時(shí)，可以及時(shí)進(jìn)行糾正。

（3）推進(jìn)或轉(zhuǎn)進(jìn)要放慢速度，停機(jī)觀察頻率要相對(duì)高，最好2～3m觀察1次。

（4）出土井斜段相對(duì)好控制，為了避免出現(xiàn)軟地層不抬頭情況， 需要控制好推進(jìn)尺和轉(zhuǎn)進(jìn)尺長(zhǎng)度，采用多推少轉(zhuǎn)和不連續(xù)轉(zhuǎn)的方法，發(fā)現(xiàn)變化趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)對(duì)策。

（5）盡量避免用90°和270°的工作角度鉆進(jìn)。

4.2鉆頭拆卸。

在鉆頭出土位置符合要求后，才能進(jìn)行控向系統(tǒng)的拆卸，防止不符合要求需要糾偏。

4.3導(dǎo)向孔糾偏。

導(dǎo)向鉆頭出土后，測(cè)量出土位置的橫向和縱向偏差，根據(jù)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范判定出土位置是否滿足要求，如果不滿足要求，需要進(jìn)行導(dǎo)向孔糾偏。

糾偏時(shí)首先要計(jì)算理論糾偏點(diǎn)，然后對(duì)照施工記錄，看該點(diǎn)是否適合糾偏，若不適合則向后逐根對(duì)照，直到找到適合糾偏的位置。通常情況下，原始孔為推進(jìn)且有角度變化的位置、土質(zhì)硬度變化小的位置及軟地層適合糾偏。

4.4現(xiàn)場(chǎng)記錄。

因周?chē)h(huán)境等因素影響，在控向過(guò)程中很多時(shí)候無(wú)線信號(hào)會(huì)受到很大的干擾，可以根據(jù)周?chē)h(huán)境、控向過(guò)程數(shù)據(jù)以及每次測(cè)量后所做的標(biāo)記等來(lái)糾正因干擾出現(xiàn)的誤差。所以，在實(shí)際控向過(guò)程中將每次跟蹤測(cè)量的點(diǎn)及測(cè)量數(shù)據(jù)一定要記錄清楚。

5. 注意事項(xiàng)

5.1鉆孔穿越曲線設(shè)計(jì)的一般原則：

鉆進(jìn)曲線設(shè)計(jì)和規(guī)劃是成功穿越鉆進(jìn)最重要的因素之一，尤其要重視以下的原則，保證安全施工：

在作鉆進(jìn)規(guī)劃時(shí)，計(jì)劃好導(dǎo)向孔離地下公用管線或其它障礙物的最小凈空是非常重要的。必須由擴(kuò)孔器的尺寸來(lái)決定導(dǎo)向孔鉆進(jìn)和回?cái)U(kuò)孔時(shí)的最小凈空，例如：

公用管線要求的最小凈空是24吋（610mm），導(dǎo)向鉆進(jìn)用4吋（102mm）的鉆具，經(jīng)過(guò)一根6吋（150mm）的水管，鉆孔中心與水管中心的最小凈空是24吋；那么，導(dǎo)向孔和水管之間的實(shí)際凈空是22吋（559mm）；如果用12吋的回?cái)U(kuò)器，實(shí)際的凈空會(huì)減至18吋（458mm）；因此，為了達(dá)到要求的最小凈空，必須增加間距；因?yàn)閿U(kuò)孔器必定穿過(guò)整個(gè)鉆孔，足夠的凈空是非常重要的。同時(shí)，也要考慮鉆頭在定位時(shí)的偏差；

5.2現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控

整個(gè)施工過(guò)程需要隨時(shí)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)有冒漿的地方，及時(shí)與控向員或現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人進(jìn)行聯(lián)系，便于驗(yàn)證控向操作數(shù)據(jù)信息。為了不引起地方協(xié)調(diào)關(guān)系以及減小對(duì)環(huán)境造成的破壞，要及時(shí)將冒出的泥漿回收處理。

6. 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)階段無(wú)線控向技術(shù)仍然是定向鉆穿越施工中運(yùn)用非常廣泛的一種手段。隨著定向鉆穿越技術(shù)的日益成熟，對(duì)導(dǎo)向孔的施工質(zhì)量要求也越來(lái)越高，而通過(guò)無(wú)線控向技術(shù)的應(yīng)用，施工中可以進(jìn)行跟蹤測(cè)量，因此可以將整個(gè)曲線的偏差控制在非常精確的范圍內(nèi)。本人在實(shí)際施工中很大程度利用了無(wú)線控向技術(shù)。例如，在西氣東輸劉莊儲(chǔ)氣庫(kù)輸氣線路工程39條定向鉆穿越中絕大部分都是利用的無(wú)線控向技術(shù)，福煉一體化工程配套成品油管道一期工程項(xiàng)目也基本上是利用的無(wú)線控向技術(shù)。

[文章編號(hào)]1619-2737（2017）11-13-957

[作者簡(jiǎn)介] 蔣青松（1981-），男，籍貫：四川廣安人，職稱(chēng)：助理工程師，2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)從事水平定向鉆管道穿越施工技術(shù)管理工作。