薛大帥(中石化中原建設工程有限公司，河南 濮陽 457001)

1 工程概況

某液化天然氣(LNG)項目輸氣干線工程線路總長89.6km，管道設計壓力為10.0MPa，其中直徑為Φ1016mm 的管線長54.18km，而采用定向鉆穿越施工的有19 條，總長約13km，其中長度在1km 以上的定向鉆穿越施工有4 條，長度共計約4.7km。大型定向鉆穿越多，管道口徑大、壁厚大、剛性大、重量大，相應風險也就更大，對定向鉆成功回拖提出了挑戰(zhàn)。

2 回拖成功率現(xiàn)狀分析及目標制定

通過對公司近幾年施工的其他項目中定向鉆穿越情況進行統(tǒng)計，共完成直徑Φ1016mm、單處長度1km 以上定向鉆穿越29 條，其中一次回拖失敗5 條，回拖一次成功率82.7%，同時對回拖失敗的原因整理分析，做出統(tǒng)計表，見表1。

表1 定向鉆一次回拖失敗情況統(tǒng)計表

從上述統(tǒng)計表分析，影響1km 以上長度定向鉆回拖一次成功率的主要因素為管材抱死、塌孔，占總頻率66.66%，在施工中，必須加強此類問題的控制，以提高定向鉆回拖一次成功率。通過查閱定向鉆相關資料，學習定向鉆施工隊的豐富經(jīng)驗，結合現(xiàn)場實際情況和現(xiàn)有技術水準，預計可解決問題的占80%，因此直徑Φ1016mm 長度1km 以上定向鉆回拖一次成功率可由82.7%提高至：1-17.3%×[66.6%×(1-80%)+33.4%]=91.9%。

3 原因分析及要因確定

3.1 原因分析

針對問題，從操作人員、設備、材料、方法、環(huán)境五個方面進行了詳細的分析調(diào)查，得出導致定向鉆回拖失敗的末端因素有9 個：

(1)鉆機操作人員水平低，操作不當。

(2)擴孔工藝不合理。

(3)導向孔曲線不符合要求。

(4)未清孔、清孔不徹底。

(5)復雜地質(zhì)情況。

(6)發(fā)送溝、入孔槽設置不合理。

(7)鉆機選用不合理。

(8)鉆具、鉆桿損壞。

(9)泥漿性能不符合要求。

3.2 要因確定

通過對9 個末端因素進行了逐一驗證，要因確定為：擴孔工藝不合理；未清孔或清孔不徹底。

(1)定向鉆操作人員均持證上崗，從業(yè)多年，經(jīng)驗豐富，能力滿足施工要求，且施工過程中均嚴格按照操作規(guī)程操作。確定鉆機操作人員水平低，操作不當為非要因。

(2)現(xiàn)場施工過程中存在越級擴孔、擴孔速度過快等現(xiàn)象，造成孔內(nèi)存在較多干燥、混合不良的鉆屑，無法隨泥漿返出孔外而停留在孔內(nèi)，極易增加回拖阻力，造成隱患。確定擴孔工藝不合理為要因。

(3)在開鉆前對司鉆人員作好詳細的技術要求，對每一根鉆桿的鉆進要求都提前在圖紙上作好標注，控制鉆桿的折角變化：單根鉆桿折角變化＜0.8°，連續(xù)三根鉆桿折角變化＜2.2°，通過重點控制單根鉆桿的鉆進質(zhì)量和整體曲線的質(zhì)量，保證導向孔曲線光滑，穿越曲率半徑、管底最大埋深、入土角、出土角均能達到設計要求，確保導向孔實際曲線與設計穿越曲線的偏差符合設計及標準規(guī)范要求。確定導向孔曲線不符合要求為非要因。

(4)發(fā)現(xiàn)部分定向鉆在清孔環(huán)節(jié)為節(jié)約成本未清孔、或清孔不徹底，未通過扭矩、推拉力的降低和泥漿中鉆屑的比例綜合判斷清孔效果，只以扭矩、推拉力的降低判定清孔結束，較多鉆屑停留在孔內(nèi)或未與泥漿混合均勻，給回拖造成隱患。確定未清孔、或清孔不徹底為要因。

(5)定向鉆施工前會根據(jù)實地地形、地貌及有關特性進行分析、判斷，必要情況下復雜地質(zhì)還要進行詳細的地質(zhì)勘查，通過打勘察孔取樣分析，做出地質(zhì)報告。在導向孔鉆進過程中，通過觀察井眼泥漿返出情況，做好泥漿取樣、試驗分析，將分離物與地質(zhì)勘探報告相比較，可以準確判斷鉆進過程中的地質(zhì)情況，來決策鉆進運行。確定復雜地質(zhì)情況為非要因。

(6)發(fā)送水道開挖嚴格按照設計要求，中心線要和穿越軸線重合，溝內(nèi)注水，注水深度確保管道能夠漂浮在發(fā)送溝內(nèi)，降低鉆機回拖力。由于大口徑管道的剛性大，根據(jù)出土角和管道直徑計算得出入孔槽的深度和長度，滿足管道入孔洞時的曲率半徑要求，保證管道順利回拖入空洞，而不至于產(chǎn)生憋勁或增加回拖力。受場地限制時，采用挖機、吊車等助力，順直管道，最大程度減小回拖阻力。確定發(fā)送溝、入孔槽設置不合理為非要因。

(7)施工前會根據(jù)地質(zhì)情況、管線長度、鋪管需要回拖力進行分析計算，選擇合適噸位和扭矩的鉆機。同時，在鉆機進場前還會對鉆機進行檢查，性能良好，符合要求方可進場施工。確定鉆機選用不合理為非要因。

(8)鉆具、鉆桿從導向孔到回拖全過程都在重復使用，抗扭、抗拉強度不斷降低，對于長距離和大孔徑的鉆孔，必須選擇較大直徑的鉆桿，否則因扭矩過大導致鉆桿斷裂。對鉆具、鉆桿損壞對定向鉆回拖的影響進行調(diào)查?，F(xiàn)場施工前對鉆具等進行嚴格檢修，保證鉆具的質(zhì)量滿足施工要求，把不符合要求的鉆具不準用于施工中；在施工過程中，使用每一件鉆具前應先進行一遍檢修，以防止鉆具在施工過程中出現(xiàn)斷裂情況；施工過程中注意對鉆具正確有效的使用，注意鉆具的磨損程度及時進行修復；避免鉆具、鉆桿的損壞。確定鉆具、鉆桿損壞為非要因。

(9)泥漿的主要作用包括懸浮和攜帶泥屑，封閉孔壁、固孔，減少摩擦力等。施工前根據(jù)地質(zhì)情況有針對性的配置泥漿，施工過程中，現(xiàn)場實時測量泥漿各項參數(shù)，檢查泥漿效果，對泥漿性能指標持續(xù)進行監(jiān)測，不斷優(yōu)化泥漿配方，調(diào)節(jié)泥漿性能，擴孔時適當增加聚合物、流變劑，提高泥屑攜帶能力，降低粘滯力；回拖時適量加入潤滑劑，提高泥漿潤滑性，降低摩阻，保證管道順利回拖。確定泥漿性能不符合要求為非要因。

4 對策制定、實施及效果

4.1 對策制定

針對擴孔工藝不合理這個要因，對策為選擇合理擴孔工藝，避免越級擴孔，選擇合理擴孔速度，并針對現(xiàn)場情況選用合理的擴孔器，確定合理的擴孔級數(shù)和擴孔速度。而針對未清孔、或清孔不徹底這個要因，對策為加強清孔環(huán)節(jié)管理，保證徹底清孔，清孔合格率100%，加強現(xiàn)場清孔環(huán)節(jié)管理，所有定向鉆必須清孔合格。

4.2 對策實施

擴孔過程是成功完成穿越工程的關鍵，擴孔的作用是擴大鉆孔，使孔道能容納回拖的管道，主要目的是混合鉆屑和泥漿，以制成泥漿排出孔外，使回拖的管道有進入的空間。在擴孔施工過程中，通過合理選擇擴孔器、擴孔級數(shù)、擴孔速度，達到成功回拖的目的。

(1)擴孔器的選擇：合理組合擴孔器系列，采用板式擴孔器和桶式擴孔器搭配使用，可以確?？椎莱尚钨|(zhì)量。飛旋式擴孔器切削能力強，阻力和旋轉所需要的能量小，適用于不塌方且不易包泥的底層；板式擴孔器有較好的切削能力，又能很好的混合鉆屑和泥漿，并且能讓泥漿自由流過，但由于自身過重，大尺寸擴孔時應與桶式擴孔器配套使用；桶式擴孔器對底層的擠壓作用使其十分適用于易塌方和可塑地層，同時具有良好的清孔能力。

(2)擴孔級數(shù)的確定：主管道管徑為φ1016mm，根據(jù)穿越擴孔的要求，擴孔直徑達到管徑的1.3～1.5 倍，每級擴孔相差150mm～200mm，并根據(jù)地質(zhì)報告描述確定穿越的主要地層情況，確定預擴孔工藝為七級擴孔，分別為：φ400mm 擴孔、φ600mm 擴孔、φ800mm 擴孔、φ1000mm 擴孔、φ1150mm 擴孔、φ1250mm 擴孔和φ1350mm 擴孔。

(3)擴孔速度的確定：合理的擴孔速度應使泥漿和鉆屑的比例不小于1:1。擴孔時，根據(jù)泥漿泵的排量和不同擴孔直徑分別進行計算，選用合理的擴孔速度，使充足的泥漿與鉆屑混合并帶出孔洞，從而降低回拖力和扭矩。

加強定向鉆現(xiàn)場清孔環(huán)節(jié)管理，保證所有定向鉆回拖前必須進行清孔，一般選用桶式擴孔器。在清孔時，同時增加泥漿流量20%～30%，盡量攜帶出更多的鉆屑，保證孔洞的順暢。若一次清孔未能降低扭矩和推拉力，或者泥漿中鉆屑比例較多，仍需進行第二次清孔。清孔可通過扭矩、推拉力的降低和泥漿攜帶出的鉆屑逐步減少進行綜合判斷。通過清孔，有效清除孔內(nèi)鉆屑，形成光滑的孔道，減少回拖阻力。

4.3 實施的效果

通過確定要因，制定對策，在本工程后期的4 條直徑φ1016mm長度1km 以上定向鉆過程中實施，經(jīng)過全體成員的努力、團結協(xié)作和對對策的認真實施，全部回拖成功，一次回拖成功率100%，大于預期目標91.9%，實現(xiàn)了課題目標。避免了回拖失敗造成的返工及工期延誤，有效減少了損失，創(chuàng)造了效益。此前，直徑φ1016mm、長度1km 以上定向鉆回拖一次成功率為82.7%，回拖失敗率為17.3%，1 條定向鉆回拖失敗造成的返工及工期延誤損失約為30 萬元。制定措施并實施后，4 條直徑φ1016mm、長度1km 以上的定向鉆一次回拖成功率100%，避免的損失為30 萬元×17.3%×4=20.76 萬元，創(chuàng)造了較大效益。

5 結語

影響長輸管道定向鉆回拖一次成功率的因素有很多，通過在工程實施中不斷分析和總結，全面認識到質(zhì)量管理的科學性、群眾性和有效性，讓全員樹立質(zhì)量意識，不斷積累經(jīng)驗，提高技術水平，將施工參數(shù)、工藝流程進行歸納總結，形成作業(yè)指導書，供以后的類似工程進行借鑒和參考，避免因相同或相似因素導致定向鉆一次回拖的失敗。通過不斷改進施工方法和質(zhì)量，提高經(jīng)濟、社會和人才效益。