哈尔滨市治理三沟定向钻方案模板.doc

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自然状况
工程名称、 建设规模、 建设地点、 工程特点
哈尔滨市治理三沟工程位于哈尔滨市平房区和南岗区, 沿线大部分是城市道路, 交通条件比较便利。由于管线沿途都是农田及城市绿化, 本工程采用正常开挖下管无法完成, 因此唯有采用定向钻穿越方式可确保工程完成, 同时保证不破坏路面等优点。工程方式为: 定向钻穿越方式。
穿越长设计为DN800塑钢复合管, 承插连接( 胶圈密封) , 总施工距离11Km。管线内输送介质为自来水, 压力3——5Kg。按施工规范要求, 自来水管线埋深应大于施工所在地冻层, 哈尔滨市冻层深度为1.8米, 该管线管中埋深应在2.4m左右。由于施工地点在城市, 地下可能有障碍物, 在有障碍物处, 管线穿越深度增加, 在征得建设单位同意视障碍埋深确定加深的距离。
从开挖处探明的是地势较平坦, 局部稍有起伏。土壤表层0.4m左右为耕土, 局部夹粘土、 粉土薄层, 下部为粉质粘土, 地下水位埋深大于3.0m。
自然条件
地理位置和交通条件
穿越区位于地貌类型属低平原, 地基较为稳定
工程地质
土壤表层0.4m左右为耕土, 局部夹粘土、 粉土薄层, 下部为粉质粘土, 地下水位埋深大于3.0m。
气候条件
穿越区所在哈尔滨市, 位于松辽平原中部, 气候属于大陆性半干旱严寒气候, 受季节风影响较大, 冬季漫长, 寒冷干燥, 春季多风, 短促雨水集中在7-9月份, 每年10月15日至次年4月20日进入冬季施工期, 每年11月至次年5月施工均有开挖冻土现象发生。该工程主要施工阶段在春季。
水文条件
该地区地下水位埋深大于3.0m, 地下水PH值为8.10, 水质类型为碳酸氢钠型水, 硫酸根离子含量为287mg/L。
主要工程量
管道DN800塑钢复合管, 承插连接( 胶圈密封) , 总施工距离11Km

主要施工方法
哈尔滨市治理三沟工程施工总长度11km, 全程采用定向钻施工, 由于管线材质是塑钢复合管承插连接( 胶圈密封) , 在定向钻施工管线回拖时不能承受回拖拉力( 容易出现接口断开) , 因此在施工中, 根据现场实际情况将施工段定为200~~400m为一个穿越距离进行施工。
在每段的接头处挖8~10m长, 2.5m宽, 深度满足埋深的操作坑, 在两段管线回拖完成后, 在坑内用相同管材将两段连接起来, 完成中继间施工。
在由于定向钻施工中在钻导向孔及扩孔过程中要配制泥浆, 在钻导向孔及预扩孔过程中, 操作坑中泥浆要及时处理( 泥浆量是钻孔的实际体积的0.6倍) , 用钩机将泥浆装翻斗车上, 运到甲方指定的存放点。在每段管线回拖完成进行两段管线接口时, 需将坑内的泥浆按上述方法全部运走。以保证接管能正常进行。
由于管线材质是塑钢复合管承插连接, 接口不能承受定向钻回拖时的拉力, 为了防止管线在回拖过程中出现接口断开现象, 采用将每段穿越回拖的管段安装完后在两侧安装法兰固定, 中间用同长度Φ89厚壁钢管两头固定在两侧法兰片上, 将钻杆头连接在前端固定头上进行回拖, 回拖完成后将Φ89管线撤出, 法兰片拆下进行下道工序。
在地上组装管线时可能破坏绿化带或农田, 措施是在管道组装所占绿化带及农田上用编织袋装土铺在施工段上, 管线在编织袋上组装、 摆放和回托, 施工完后, 将编织袋装车运到下段进行施工, 这样保证绿化带和农田不受影响。但没处操作坑不能避免破坏地面植物, 需要甲方和地方协调征地, 以保证工程顺利进行。

穿越施工方案
1测量放线施工方案
准备工作
仪器检查校订
测量放线
定桩
划线
与地方协调( 甲方)
移桩
填写施工记录
下道工序
1.1测量、 放线工作程序为:

1.2测量、 放线由参加接桩的专业工程师主持, 测量仪器应经法定计量部门校验合格且在有效期内方可使用。
1.3根据现场的具体位置, 确定定向钻穿越的入土点、 出土点、 穿越轴线以及穿越场地的位置和范围。全站仪进行测量。测量放线过程中应对测量控制桩进行全过程保护。
1.4对于丢失的控制桩、 水准标桩, 应根据交接桩记录等定测资料进行补桩。
1.5管线测量应测定出定向钻穿越主管线中心线, 每30m设置一个标桩。
1.6扫线后, 在管线中心线每隔10m打上一个加密点。
1.7对施工现场标明的地下障碍物及在勘察现场过程中发现的隐蔽工程必须用探测仪器探明与管道中心线相交的准确位置, 并做出明显的标志, 标明名称、 埋深和尺寸; 以便管沟开挖时采用特殊的方法。
1.8穿越中心线定点后, 按工程需要放出穿越轴线和边界线, 陆上部分放出用地边界线。
1.9根据现场甲方给定的控制桩位置, 放出穿越轴线, 并确定穿越中心桩、 施工带边线。发送坑、 接收坑、 泥浆池、 蓄水池的位置和尺寸亦应同时放出。
1.10根据设计图纸测定出定向钻的入土点和出土点的坐标。
1.11施工测量放线允许误差应符合以下规定:
长度测量误差为±5%
角度测量误差为±2°
标高测量误差为±50cm
1.12出土点和入土点必须有4m×4m×2m的泥浆池以便泥浆的回收( 本工程采用中间操作坑作为泥浆坑) 。
1.13定向钻穿越的施工步骤
前期工作准备就绪后, 机械设备开始进入施工场地进行施工。施工的主要步骤及工作情况如下:
泥浆配制
测量定位

测径、 清管

场地平整
钻导向孔

挖发送沟、 布管
预扩孔
安装钻机

管道与钻具连接

回拖管道

拆卸钻机/套管

清理场地地貌恢复

定桩
测量放线
仪器检查校定
准备工作

下道工序
填写施工记录
移桩
穿越占地确定

1.14测量放线
1.15测量、 放线工程工序:
1.16泥浆性能控制技术原则
水平定向钻施工材料主要为膨润土, 而且泥浆的配比情况对穿越成功与否起决定性作用。泥浆的配置取决于钻孔时所面临的土壤状况。一般将土壤分为粗土和细土, 粗土一般没有吸水性, 能够使水自由流过颗粒, 它一般包括砂土和砾石, 细土一般包括粘土和页岩, 它可阻止水渗透到地层, 吸水膨胀。可是, 实际施工时所面临的土质界限并不明显, 可能变化很大或多种土质混合出现, 因此, 没有哪一种泥浆在任何土质中都是最好的, 只能根据地质实际情况配置。大致的原则是, 在粗土中使用膨润土, 在细土中使用聚合物。有时, 甚至同一个工程中使用多种泥浆。
膨润土混合配比表
地质情况
产品
推荐用量(每1,000升)
马氏漏斗粘度(s)
一般地层
流沙层
Hydraul-EZ(易钻)/
Insta-vis Plus(万用王)
(12-18公斤/
1.25-2.5升)
35-40
改进水质
低PH值水质
加入纯碱调整至8-10
(0.3-0.6公斤)

1.17导向孔
35～40s, ＋易钻＋帮手＋速浮, 加强携砂、 润滑、 固孔, 以增强携屑能力, 降低钻杆的阻力。
1.18预扩孔
泥浆粘度按导向孔。
+KHJ +PAC+速浮。
1.19管线回拖: 回拖泥浆粘度≤80s, 同时加KHJ润滑。
1.20泥浆添加剂用量及加料方法
①KHJ: 泥浆量的2～4‰, 一般20m3泥浆罐内加2大桶; 可直接在搅拌罐内加料, 混合均匀后使用。
②PAC: 在主罐内加, 每罐( 20m3) 加4～6桶, 预先搅拌水化。
③速浮: 在主罐加料斗上加, 每罐( 20m3) 加2包, 分四次加完。
1.21泥浆粘度和添加剂的使用还应根据现场实际情况进行调整, 上述内容仅作为泥浆配置的原则性要求。
1.22泥浆的混配注意事项
①水源: 抽用的水应尽量保持低含砂量, 可将水泵放置在水位相对较深的位置, 同时备足相应的水龙带。为预防砂石抽入搅拌水罐内, 现场设一水罐, 搅拌罐内的用水必须经水罐加碱调整PH值后方可使用。
②加料: 现场禁止采用割袋方式加料, 宜在加料斗设钢丝网, 严格控制编织袋线、 塑料布、 尼龙绳等进入泥浆马达。
③过滤: 泥浆进入高压泥浆泵前设置过滤器和过滤网, 每班清洗过滤器、 过滤网至少一次, 并做好交接班记录。
④场地:
Ⅰ泥浆罐、 高压泥浆泵四周挖排水沟, 利于排浆、 排水;
Ⅱ泥浆场地禁止铺垫小碎石, 以防止碎石带入罐内造成严重后果; 当班人员应控制上罐人员, 防止脚底将场地碎石、 线绳等带入罐内。
1.23泥浆设备的使用
①高压泥浆泵: MP－50泵至钻机架高压泥浆管为3″, 减少泥浆瓶颈段管线长度; 应考虑备用泵一台。
②给料泵( 4PW, 22KW) : 现场应配备不少于2台泵头, 有问题时及时更新检修。
③柴油发电机组: 现场配备一台20KW柴油发电机组, 专门用于给料泵供电。
1.24泥浆马达
泥浆马达的使用与泥浆的关系
①钻具的输出扭矩与泥浆流过马达产生的压力降成正比, 但对钻具输出转速的变化几乎不产生影响。
②输出转速与输入泥浆的流量成正比。
③泥浆的比重和粘度对马达性能的影响甚微, 但对整个系统压力有直接影响; 厂家推荐的泥浆中的含砂量低于1％, 若含砂量高于5％, 马达的寿命将大大缩短。
④为了确保万无一失, 建议再备用一台泥浆马达。
1.25流量控制
软地层穿越: 200～250gpm, 合0.756～0.945 m3/min, 特殊情况可进一步减小流量。
1.26压力控制
软地层穿越: 50psi( 合0.34MPa) 的压差。
1.27泥浆马达施工前, 应进行压力测试, 详细记录有关的数据。
1.28泥浆马达在反转的情况下( 如钻头受卡, 钻杆正转, 相当于泥浆马达反转) , 泥浆将经过钻头水眼倒吸入泥浆马达内, 如吸入泥浆含砂量过大, 会对泥浆马达造成严重的损坏。
1.29穿越应注意的几个问题
①出土点的进场道路和场地应进行修整, 能满足倒运钻具、 泥浆回收处理、 特殊情况处理等需要。
②所有钻具在使用前应进行表面清洗、 外观检查; 特别是钻杆丝扣和弯曲变形的检查, 有怀疑者按不合格处理, 送检合格后方可再用。
③操作人员的配备应保证具有较高素质、 充沛的精力; 控向、 司钻、 泥浆、 吊装等工种采用12小时二班作业。
④在导向孔完成之前, 尽量保持出土点附近的原始地貌和标志。
1.30 应急预案
导向孔卡钻的应急预案
①导向孔钻进过程中, 钻头很可能卡钻, 表现为泥浆压力剧增, 或伴随钻机扭矩瞬间的增大( 旋转钻进时) , 此时, 泥浆马达产生的扭矩无法克服岩石作用于钻头上的扭矩, 钻头停止转动。
处理的方法有二种: 一是当泥浆的压降能保持在500psi范围内时, 可采取立即停止钻杆的推进, 改为往钻机方向拉钻杆, 使钻头迅速离开岩石, 降低泥浆的压差, 然后用更慢的推力和推进速度钻进; 二是当泥浆的压降超过500psi时, 应立即关闭泥浆泵, 停止泥浆的泵送, 往钻机方向回撤钻杆, 防止泥浆马达因密封件受压过大而损坏。
②因此次穿越设计曲率半径小, 导向孔施工过程中, 在更换钻具或其它特殊情况回抽钻杆时卡钻。主要原因是个别地段造斜过大, 清孔不彻底, 钻屑过量堆积引起”缩孔”, 造成卡钻。
处理方法: 首先应保持泥浆的正常工作, 有足够的泥浆往孔内泵送, 此时钻杆且不可简单地继续往回拉, 否则容易将钻头卡死。应在泵送泥浆的前提下继续往前进, 耐心进行清孔, 同时按首次钻进记录调整钻头的高边, 停止钻杆的旋转往回抽, 注意控制好钻机的拉力, 然后旋转钻杆前进、 清孔, 多次重复, 直到顺利经过”缩孔”地段。
1.31试钻
搬运、 就位、 连接、 调试完成后, 对所有机械设备进行单机试运, 对泥浆系统、 控向系统进行调试。然后根据地质条件配好足量泥浆, 进行喷射, 钻机试钻进20-30米, 检查各部位、 各系统的运行情况, 发现问题及时处理。
1.32导向孔钻进
1.33根据设计轨迹和方位, 确定钻机位置、 固定钻机并连接泥浆系统及辅助系统。
1.34导向孔根据设计好的轨迹线路, 根据穿越的地质情况, 曲线半径设计为360.0米( ≥1200D) , 充分确保穿越轨迹的平滑。
1.35导向孔穿越时每钻进一根钻杆, 至少测量一次方向及钻头的实际位置, 对探测点要做好标记。认真记录钻进过程中的扭矩、 推力、 泥浆流量、 泥浆压力、 方向改变量。以便及时调整钻头的钻进方向和深度, 保证所完成的导向孔曲线符合设计要求。
见示意图:
钻导向孔

1.36回扩孔
1.37扩孔工艺根据地层情况采用反拉旋转扩孔成孔。
1.38导向钻孔完成后, 进行扩孔。钻头和钻杆必须确保连接到位、 牢固才可回扩, 以防止回扩过程中发生脱扣事故。
1.39根据各段不同地层配制不同浓度的泥浆, 使其扩孔时回拖力的数值和扭距值控制在钻机正常工作参数之内。
3.6.4回扩过程在必须根据不同地层地质情况以及现场出浆状况确定回扩速度和泥浆浓度及压力, 确保成孔质量。
见示意图:
预扩孔

1.40管道回拖
1.41确保回拖时管道防腐层不被损坏的措施
①钻导向孔时, 按设计要求进行施工, 保证导向孔圆滑、 平整, 避免出现超限的拐角。在回拖时采取的切割刀、 扩孔器直径比穿越管道直径大1.3倍, 以减少回拖阻力, 同时减少管道与孔壁发生的刮碰现象。
②泥浆配比随地质进行变化, 在回拖时对泥浆进行处理, 加入一定数量的增稠剂, 减少管线与孔壁的摩擦阻力, 孔内形成的泥饼要薄、 坚韧、 质密, 失水量要小, 泥浆粘度一定根据实际情况随时进行调整。
③根据地质变化随时调整泥浆配比粘度和压力, 回拖中经过泥浆的配比使管线悬浮在泥浆当中减少摩擦力。
1.42扩孔完成后首先对所回拉管线进行检查, 孔内干净, 没有不可逾越的障碍后, 经检查合格后根据现场情况采用发送沟回拉管道, 发送沟内注入水, 使回拖的管道在发送沟内处于悬浮状态, 管线在其上面匀速行进, 减少回拖阻力, 保护好管道防腐层。
管线回拖前从出土点洞口处开始向前开挖5米(深度为挖至已形成的洞口部)形成一条与穿越轴线相一致的管沟, 在回拖过程中, 使管线在重力作用下经过自然弯曲顺利进入洞口, 减小管线的回拖阻力。而且挖一发送沟, 本次发送沟的开挖, 根据回拖管线的实际拖力定为全程开挖发送沟以减少被回拖管线的回拖阻力。为防止回拖时管线飘移, 故重点在管线别弯处的发送沟要挖深1米左右, 确保回拖过程中管线的稳定。保证发送沟轴线在实际穿越轴线的延长线上, 确保管道在沟内的完好状态。发送沟内注入水, 水深度最少要达到回拖管线的三分之二处, 以便于悬浮管线, 减小回拖阻力。3.7.3确保管线顺利回拖的措施:
①管线回拖前对钻机、 钻具及泥浆配套系统等设备进行全面检查及维护保养( 附维护维修记录) , 确保钻机及其动力系统性能良好, 运转正常。泥浆系统通畅, 压力能够满足回拖要求。对钻杆、 切割刀、 挤扩器、 分动器等钻具进行探伤检查(Y射线或X光检测等)确保钻具无裂纹, 强度满足回拖要求。
②根据地下土质情况确定扩孔每次增加的尺寸, 在最后一次回扩时, 采取扩孔器直径比穿越管道直径大1.3倍( 24″) 的方式进行连接后扩孔, 扩孔之后采用扩孔器-分动器-管道连接的方式进行回拖,这样就能保证在回扩过程中钻机的大部分动力应用在了拉力上,从而避免了采用切割刀-扩孔器-分动器-管线连接而造成的钻机动力的分散, 确保回拖的成功。在回拖时钻具连接要迅速, 尽量缩短钻具在导向孔内的停滞时间。
1.43管线回拖时连接顺序: 动力头—动力头保护短节—钻杆—扩孔器—旋转接头—U型环—拖拉头—管线
1.44回拖的过程中根据钻机参数, 注入适当量的泥浆, 减少管道与孔壁的磨擦, 确保管壁防腐层不被破坏, 并能使管道与孔壁的缝隙充分填满, 经过膨润土的膨化作用, 完成孔壁与原土的完整结合。
1.45记录回拖中的技术参数, 设专人观察沿线是否有漏浆现象, 出现异常立即报告。
见示意图: 回拖管线

1.47施工技术保证措施
1.48防止定向钻在钻孔时呈”S”型的措施
在定向钻穿越的施工过程中, 导向孔的平滑与否、 能否与原设计曲线一致, 避免导向孔出现”S”型是顺利完成穿越施工的先决条件。需要采取了以下措施:
1.49在测量放线过程中, 为保证其准确性, 用全站仪对出、 入土点进行确认, 保证穿越管道与设计相符。
1.50在开钻前, 对钻探仪器进行校正, 并多点重复测量、 保证其精度。
1.51施工前进行地质条件的分析, 根据设计曲线在坐标纸上以每根钻杆连接的方式画出穿越曲线图, 给每根钻杆标号注明相应的地质情况.在钻进过程中, 根据钻进位置的地层情况对泥浆粘度进行控制, 随时根据地质条件调整泥浆压力, 泥浆配比等参数, 防止地下的塌陷等。
1.52在钻机就位后, 需精确测量出夹角的大小, 计算出水平漂移量并记录下来, 在钻进过程中按穿越曲率的允许值逐渐修正, 避免钻杆在地层中呈”S”型, 保证钻孔曲线的光滑, 提升导向孔的钻进质量。
1.53管道回拖防护措施
1.54管线回拖前要将管段放入发送沟内, 保证发送沟轴线在实际穿越轴线的延长线上, 确保管道在沟内的完好状态。
1.55全部连接并检查无误后, 用泥浆进行冲洗钻具, 确认钻具内畅通无异物, 泥浆喷嘴畅通无阻后, 正式回拖。
1.56管线回拖应连续作业, 回拖速度不超过定期2m/min, 并保证回拖中使管线能悬浮在泥浆当中, 以减小回拖阻力。
1.57回拖过程中, 两侧要加强联系遇到情况及时处理。

哈尔滨市治理三沟工程
定
向
钻
施
工
方
案

大庆金盛隆建筑安装工程有限公司
3月23日