摘 要：定向鉆技術(shù)起源于石油鉆井工業(yè)，結(jié)合水井工業(yè)和公用設(shè)施建設(shè)方面的技術(shù)，經(jīng)演變之后的水平定向鉆進(jìn)技術(shù)，廣泛用于市政管道、油氣管道的建設(shè)行業(yè)，屬于穿越的一種非開(kāi)挖施工技術(shù)。當(dāng)前油氣管線的建設(shè)中定向鉆穿越地段多，且地層為風(fēng)化巖層較多，由于巖層的風(fēng)化程度不均一性給施工造成了很大的難題，對(duì)定向鉆施工泥漿要求高，其中導(dǎo)向孔施工在定向鉆施工中有著舉足輕重的作用，所以控制定向鉆導(dǎo)向孔的施工質(zhì)量尤為重要。

關(guān)鍵詞：風(fēng)化巖層；定向鉆；導(dǎo)向孔；泥漿

1 風(fēng)化巖層地質(zhì)情況概述

風(fēng)化巖是新鮮巖在風(fēng)化作用下形成的物質(zhì)，可劃分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)化和微風(fēng)化。其中全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)度一般較低，而微風(fēng)化和中等風(fēng)化強(qiáng)度較高，東黃（復(fù)）線和東臨線安全隱患整治工程高密段定向鉆穿越地層屬于微風(fēng)化巖層。據(jù)施工地質(zhì)數(shù)據(jù)顯示，一般地段風(fēng)化巖層厚度約為9～12米。

2 風(fēng)化巖層定向鉆導(dǎo)向孔施工兩大難點(diǎn)

2.1測(cè)量放線較難

依據(jù)水平定向鉆施工地勢(shì)特點(diǎn)，出土點(diǎn)與入土點(diǎn)之間無(wú)法通視，屬于測(cè)量放線的特殊地段，尤其是風(fēng)化巖層長(zhǎng)距離定向鉆穿越地段的測(cè)量放線，難度更大。

2.2導(dǎo)向孔成孔能力較差

風(fēng)化巖層的風(fēng)化程度不同，導(dǎo)致地層的每個(gè)層位所需要的泥漿性能有很大的差異，造成配置相適宜的泥漿難度較大，對(duì)泥漿要求較高。定向鉆的導(dǎo)向孔施工中，風(fēng)化巖層存在的層位導(dǎo)向孔成孔能力較差。

3 風(fēng)化巖層定向鉆導(dǎo)向孔施工

3.1 地質(zhì)勘查

依據(jù)勘查單位提供地質(zhì)勘查報(bào)告對(duì)施工地段進(jìn)行實(shí)地勘查，主要從兩方面進(jìn)行：第一，對(duì)地上的構(gòu)筑物進(jìn)行排查，例如高壓線桿、大型建筑物等；第二，對(duì)地下工業(yè)設(shè)施進(jìn)行排查，例如城市供熱、天然氣管線、國(guó)防光纜等。

3.2 測(cè)量放線

根據(jù)施工圖、設(shè)計(jì)控制樁進(jìn)行測(cè)量放線，定向穿越往往是施工困難地段，測(cè)量時(shí)入土點(diǎn)、出土點(diǎn)兩點(diǎn)大多不能通視，操作過(guò)程中，定好了出、入土點(diǎn)，就需要利用坐標(biāo)控制，來(lái)回倒點(diǎn)，將入土點(diǎn)、出土點(diǎn)之間的直線在現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)出。而且，定向穿越對(duì)測(cè)量放線的精度要求高，這就需要在操作過(guò)程中精益求精，盡量減少人為操作誤差，主要控制措施有：在測(cè)量木樁上畫(huà)交叉點(diǎn)，定樁定向時(shí)使用對(duì)中桿；進(jìn)行多次測(cè)量來(lái)減少誤差——“一定二測(cè)三校驗(yàn)”。對(duì)入土角、出土角、方位角要求精確，進(jìn)行梯度測(cè)量，測(cè)量后進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)進(jìn)行定向鉆導(dǎo)向孔的軌跡模擬。

3.3 場(chǎng)地平整

定向鉆施工占地包括鉆機(jī)場(chǎng)地、管線場(chǎng)地、蓄水池及泥漿占地、管線焊接占地。設(shè)備安裝區(qū)域夯實(shí)、采取相應(yīng)的地基加固處理措施。鉆機(jī)安裝場(chǎng)地的大小根據(jù)鉆機(jī)型號(hào)而定。泥漿池和蓄水池占地根據(jù)管徑的大小、場(chǎng)地及地質(zhì)情況而定，盡量節(jié)約用地。在出土點(diǎn)一端，應(yīng)根據(jù)管道中心軸線，占地寬度和長(zhǎng)度（為穿越設(shè)計(jì)曲線長(zhǎng)度加50m），放出管道場(chǎng)地、泥漿池占地及管道焊接占地邊界線，并標(biāo)出拖管車(chē)出入場(chǎng)地的路線和地點(diǎn)。

3.4 泥漿的配制

3.4.1泥漿的概述

定向鉆泥漿在定向鉆穿越工程中非常重要，泥漿一般由膨潤(rùn)土、水及泥漿添加劑等構(gòu)成，依據(jù)穿越地段的地層情況，泥漿成分配比比例作適當(dāng)調(diào)整。風(fēng)化巖層地質(zhì)情況相對(duì)復(fù)雜、巖層不均一性較大，對(duì)泥漿的性能要求較高。

①泥漿具有較強(qiáng)的流動(dòng)性和粘度，攜帶風(fēng)化巖層鉆屑能力要強(qiáng)，使鉆屑在孔底呈懸浮狀態(tài)，通過(guò)泥漿的流動(dòng)使鉆屑能夠順利返出地面。

②泥漿需有比較強(qiáng)的護(hù)壁作用，能提高鉆孔孔壁的穩(wěn)定性，尤其對(duì)于風(fēng)化巖層地層不均一容易坍塌的地層。

③泥漿具有較強(qiáng)的潤(rùn)滑性能和降溫功能，為鉆具提供有效的潤(rùn)滑作用，特別是當(dāng)穿越風(fēng)化巖層地層時(shí)，由于鉆具與地層之間的摩擦較大，產(chǎn)生較大的熱量，需要泥漿降溫，保護(hù)鉆具以保證順利施工。

④依據(jù)風(fēng)化巖層的每個(gè)層位風(fēng)化的程度不同，需隨時(shí)調(diào)整泥漿的壓力和流量，滿足鉆導(dǎo)向孔的施工需要。

3.4.2風(fēng)化巖層泥漿的配制

①水預(yù)處理：水從河流中抽到指定的池中，經(jīng)過(guò)沉淀池沉淀后，抽入水罐內(nèi)加堿（Na2CO3）軟化，降低水中的Ca2+、Mg2+離子含量，改善水質(zhì)硬度，同時(shí)提高水的PH值，水的PH值為9～10時(shí)最適合膨潤(rùn)土的水化。

②依據(jù)近幾年定向鉆導(dǎo)向孔施工經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)化巖層泥漿的粘度值要求相對(duì)較大，根據(jù)地層情況泥漿要求粘度如下：

③一般采用Na-CMC（鈉羧甲基纖維素）泥漿

這是一種最普通的提粘型泥漿，Na-CMC起進(jìn)一步提粘和降失水作用。配方：1m3水，優(yōu)質(zhì)造漿粘土60～80kg，純堿3～5kg，Na-CMC 10～20kg左右；泥漿性能：密度1.03～1.3，粘度25～60s，慮失量小于12ml/30min，pH值約9.5。

3.5 無(wú)線控線系統(tǒng)監(jiān)控

導(dǎo)向孔施工時(shí)，采用無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，保證能量發(fā)射探頭與跟蹤接受儀在一條垂直線上，數(shù)據(jù)及時(shí)與管線穿越段設(shè)計(jì)圖紙所設(shè)計(jì)的軌跡參數(shù)對(duì)照，保證定向鉆導(dǎo)向孔軌跡符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論及建議

①風(fēng)化巖層定向鉆穿越時(shí)，施工前的準(zhǔn)備工作要求較高，對(duì)所穿越地段的地質(zhì)情況仔細(xì)分析，做好測(cè)量放線、控向參數(shù)采集、導(dǎo)向孔軌跡的控制設(shè)計(jì)等的基礎(chǔ)工作，制定切實(shí)可行的施工方案，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。

②導(dǎo)向過(guò)程中鉆孔穿越曲線做到“平、滑、圓、緩”，鉆進(jìn)時(shí)，嚴(yán)格控制每一根鉆桿的控向參數(shù)，保證每一根鉆桿的偏差量為最小值；導(dǎo)向孔偏差過(guò)大，在抽出部分糾偏時(shí)，在原孔、新孔交匯處形成折角很大的曲線，無(wú)法滿足管道的穿越曲率半徑要求。

③在導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)控向參數(shù)、泥漿性能、排量參數(shù)、鉆機(jī)拖拉力、扭力參數(shù)等數(shù)據(jù)及時(shí)的收集與整理，根據(jù)數(shù)據(jù)的對(duì)比，判斷鉆進(jìn)情況，及時(shí)做出合理調(diào)整，保證施工質(zhì)量，提高定向鉆導(dǎo)向孔鉆進(jìn)的成功率。

④風(fēng)化巖層地層穿越采用的鉆具組合，在出土端鉆出巖石地層進(jìn)入土層時(shí)，動(dòng)力鉆具自重較大，地層不均一，鉆頭會(huì)出現(xiàn)難抬頭的現(xiàn)象，導(dǎo)致滯后出土。因此使鉆頭傾斜角在巖層里可提前增加2°左右，防止進(jìn)入土層后角度掉的太大出土滯后。

⑤根據(jù)風(fēng)化巖層地質(zhì)情況配制優(yōu)質(zhì)的泥漿，地質(zhì)情況復(fù)雜，采取配制高粘度泥漿，鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)泥漿的成分配比、泥漿流量、鉆壓及時(shí)調(diào)整，保證泥漿的攜巖性能確保能夠順利鉆穿。

參考文獻(xiàn)

[1]陳雪華，張德橋，康新生，金建，長(zhǎng)江中游巖石層首次定向鉆穿越施工技術(shù).《石油工程建設(shè)》2006年03期.

[2]李小苗.巖層中非開(kāi)挖導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)[J].產(chǎn)品技術(shù)，2004年第7期.

（作者單位：中國(guó)石化管道儲(chǔ)運(yùn)有限公司濰坊輸油處）