天然气长输管道定向钻穿越岩溶裂隙地层的施工实践.pdf

81 技术研究2023年第9期定向钻作为一种成熟的非开挖技术，具有成本低、工期可控、安全可靠、环境影响小的优点，但因定向钻施工原理，往往应用于地层结构相对稳定的粘土、岩石等已成孔的地层穿越。但在天然气长输管道建设过程，经常会遇到因地貌、外协等原因采用定向钻方式穿越包含溶洞的岩溶裂隙地层。定向钻施工时，因岩溶裂隙地层结构十分复杂，其裂隙多、溶洞多，穿越施工一旦遇到此类地层，溶洞裂隙地层中定向钻泥浆大量漏失，从而导致施工过程出现钻具卡钻、钻杆断裂、成孔变形，回拖卡管、管道变形等极端风险1-5。所以岩溶裂隙地层定向钻施工技术是十分重要的，应引起实施者与管理者高度重视，以免引起重大工程事故。1 工程概况皖东北天然气管道工程项目驷马河定向钻穿越长度为690米，管径为D711*16mm。从驷马河地勘报告中发现，河岸两侧地质存在较大差异，西侧（入土点）主要为岩溶裂隙强发育的中风化灰岩，东侧则为稳定宜穿的泥质砂岩。设计在进行穿越路由选择时，经反复论证，为躲避溶洞，选择了岩石分界线附近作为穿越路由。该定向钻主要难点在于驷马河西岸，即距离入土点侧340米处直至入土点这一段，因该段地层为中等风化灰岩，岩溶裂隙强发育，会造成将来泥浆失返，钻屑无法完全带出，掉块、卡钻、曲线变形等等不利情况6。图1 驷马河定向钻断面图2 事前策划经分析研判，在此种地质情况下，除了需常规采取的堵漏、打捞、试回拖等措施外增加以下保证措施：1）针对不可控裂隙、溶岩，将原计算所需的400t钻机，调整为600吨钻机，同时配备7 5/8寸钻杆；2）针对分解明显的软岩、硬岩地质，提前准备两套岩石钻具；3）针对钻屑和不稳定地层，提前准备多尺寸打捞器。4）针对施工场地受限，“二接一”回拖风险增加，提前投入夯管锤进行保障。5）针对不利地层因素，选择12”1/4钻头天然气长输管道定向钻穿越岩溶裂隙地层的施工实践柳志伟 张晨 王建兴 万丽芬中石化皖能天然气有限公司 合肥 230000摘要：本文基于皖东北天然气长输管道工程泗马河定向钻穿越工程，对长输管道定向钻穿越岩溶裂隙地层施工技术进行了研究与实践，针对岩溶裂隙地层钻进可能出现的泥浆漏失、钻具卡钻、钻杆断裂、成孔变形等极端风险，对施工各阶段措施进行了事前策划、对策实施、经验总结，取得了良好效果，实现了一次性回拖通过，为类似工程提供借鉴。关键词：岩溶裂隙地层 定向钻穿越 泥浆 施工技术P r a c t i c e o f d i r e c t i o n a l d r i l l i n g f o r n a t u r a l g a s l o n g-d i s t a n c e p i p e l i n e c r o s s i n g k a r s t f r a c t u r e d s t r a t u mL i u Z h i w e i，Z h a n g C h e n，Wa n g J i a n x i n g，Wa n L i f e n Sinopec Wanneng Natural Gas Co.，Ltd.，Hefei 230000Abstract：Based on the directional drilling crossing project of Simahe River，a long-distance natural gas pipeline project in northeast Anhui Province，this paper studies and practices the construction technology of directional drilling crossing karst fractured strata.In view of the extreme risks that may occur in drilling karst fractured strata，such as mud leakage，drilling tool sticking，drill pipe fracture and pore-forming deformation，measures at various stages of construction are planned in advance，countermeasures are implemented，and experience is summarized，which has achieved good results and achieved one-time towing crossing，providing reference for similar projects.Keywords：Karst fractured stratum；Directional drilling crossing；Mud；Construction technique技术研究 82 2023年第9期进行钻导向孔，以增加钻杆环空。导向孔钻具组合：钻头12”1/4+197马达+197钻铤+6 5/8钻杆+7 5/8钻杆。并要求泥浆失返时每钻进五根钻杆后必须回拔1-2根钻杆观察钻杆力量情况，一旦出现卡钻情况需继续回拔钻杆直至力量正常。3 施工实施3.1 光缆套管回拖光缆管导向钻进数据正常，历时8天回拖完成。3.2 主管导向主管导向孔开钻正常直至在钻进至第34根钻杆时（距离入土点约330m处），洞口返浆明显减少，查探周边未冒浆，初步判断泥浆通过岩层裂隙漏失，采取持续注浆堵漏措施，历时7天导向完成。3.3 扩孔五级扩孔具体钻具及措施见下表，历时历时34天顺利扩孔完成。表1 五级扩孔具体钻具及措施扩孔级数钻具组合措施一级扩孔（18寸）7 5/8寸钻杆-18寸牙轮扩孔器-7 5/8寸钻杆二级扩孔（24寸）7 5/8寸钻杆-18寸牙轮扩孔器-7 5/8寸钻杆三级扩孔（28寸）7 5/8寸钻杆-28寸牙轮扩孔器-7 5/8寸钻杆由于二级扩孔存在返浆困难的情况，经商讨决定三级扩孔前，采用24寸扩孔器进行清孔，清孔钻具组合为7 5/8寸钻杆-24寸牙轮扩孔器-7 5/8寸钻杆。四级扩孔（36寸）7 5/8寸钻杆-36寸牙轮扩孔器-7 5/8寸钻杆五级扩孔（42寸）7 5/8寸钻杆-42寸牙轮扩孔器-7 5/8寸钻杆3.4 清孔打捞扩孔完成后，清孔打捞是决定该项目成败的关键，所以清孔打捞必须将洞内大部分钻屑及掉落岩石打捞出来。清孔打捞工作开始后，一次清孔打捞在53根钻杆至42根杆出现卡钻情况，单根钻杆耗时最小23分钟，最大耗时123分钟。二次清孔打捞在53根钻杆至41根出现卡钻情况，单根钻杆耗时最小19分钟，最大耗时114分钟。三次清孔打捞根据前两次的情况对钻具进行调整，在54根钻杆至40根钻杆处出现卡钻情况情况，单根钻杆耗时最小27分钟，最大耗时212分钟。卡钻情况在第八次清孔打捞中未出现，历时16天清孔打捞完成。经过8次打捞，所反映的扭矩极不稳定，主要集中在40-41根，46-47根，52-53根这几处上。但经过打捞筒不断打捞出石块，清孔清孔也慢慢好转直至到达回拖条件，与之前预估的情况类似，唯一不好预判的是具体清孔次数，只能根据现场每次具体清孔情况判断。直至第八次清孔打捞，清孔情况较理想，打捞筒内基本无石块，见图1。3.5 试回拖及回拖试回拖钻具连接为7 5/8寸钻杆+36牙轮扩孔器+300吨万向节+300吨卸扣+5根试D711回拖管+150吨卸扣+150吨万向节+7 5/8寸钻杆，试回拖扭矩范围为25000-40000NM，试回拖拉力为33吨，试回拖完成对回拖管道外防腐层进行了外观检测和电火花检测，均合格，判断无问题正式“二接一”回拖，回拖顺利，未用到备用夯管锤。局部有剐蹭孔壁瞬间拉力到达过120吨。回拖扭矩为25000-47000NM。回拖最大拉力为200吨。3.6 泥浆由于地层泥浆漏失严重，所以准备了两种配方，一种为低浓度配方，仅提供钻具润滑、降温及部分钻屑携带功能。另外一种是高浓度配方，泥浆还可以携带粗颗粒钻屑的功能。实施过程正常返浆时，采用高浓度配方。泥浆失返时，在扩孔阶段部分采用低浓度配方，见表2。图1 清孔打捞带出的孔内石块表2 低浓度泥浆性能粘度PH值表观粘度塑性粘度动切力动塑比N值初切终切459.514.5113.570.320.681.027.15高浓度泥浆性能粘度PH值表观粘度塑性粘度动切力动塑比N值初切终切8810.5301812.2640.680.758.17614.308 83 技术研究2023年第9期4 经验总结在该定向钻项目上，存在较大风险的主要有两方面，一是岩溶裂隙强发育导致的泥浆漏失现象，钻屑无法正常返出地面，可能会在漏点附近堆积；另一个是由于地质特殊，设计在进行穿越路由选择时，经反复论证，为躲避溶洞，选择的岩石分界线作为定向钻穿越层位，岩石性质不稳定，容易掉块。这与清孔打捞出多个岩石软硬不一、多样化、岩石碎块化等特征相吻合。这两方面均极易造成卡钻等一系列风险。由于该类地层极易出现泥浆失返现象，扩孔所切削的钻屑也不一定有出处从而堆积在孔内，具体沉积下来的钻屑的总量难以分析及估计，必须需要多次清孔打捞和试回拖进行验证，清孔打捞和试回拖的有效开展，是该定向钻一次性回拖成功的关键，对同类型控制性工程，具有借鉴意义。参考文献1 陈胥星，杜立，吴扬名.喀斯特地貌下定向钻穿越施工风险分析及控制措施 J.化工管理，2017，No.444（10）:198.2 梁国俭.西气东输二线渭河定向钻双向对穿中间连头基坑支护施工方法 J.石油工程建设，2012，38（5）:81-85+1.3 苗德海，莫阳春，王伟等.隧道穿越淤泥质充填溶洞施工力学行为研究 J.中国工程科学，2009，11（12）:41-46+60.4 米佳，袁屹，候智强等.赤水河喀斯特地貌燃气管道定向钻穿越施工实践 J.城市燃气，2021，No.560（10）:18-21.5 魏振伟，罗永强，杜明等.喀斯特地貌区定向钻穿越的卡钻风险控制 J.施工技术，2013，42（S2）:215-216.6 伍平，向勇.天然气长输管道汉江穿跨越方案研究 J.西华大学学报（自然科学版），2013，32（4）:94-99.挂钩，才能有效的激发员工降本的积极性和主动性。针对员工在降本增效过程中提出的高效的降本增效措施同样要给予丰厚的奖励，逐步引导降本增效的风气，带动全体员工参与降本增效的工作中来。2.4 找好效益增长点降本的工作是建立健全企业精细化、标准化的管理体系，是提高综合竞争力的有效手段，而寻找新的效益增长点是企业的核心竞争力，企业核心竞争力的提升主要是靠新产品、新技术的研发。在当前大形势下，新产品、新技术如雨后春笋层出不穷，要提高企业新产品、新技术的研发能力，仅仅靠几个项目或短期的技术攻关是远远不够的，要建立长期有效的科研体制机制，要有充足的科研经费，精干的科研人员，要建立雄厚的科研力量，才能厚积薄发，在关键时刻能够研制出新产品，这才是企业的核心竞争力，才能够源源不断的为企业提供源动力。3 结论综上所诉，降本增效工作不仅仅是简单的节水节电降低成本那么简单的，而是一项长期的、复杂的、具备完善的管理体制机制的一项工作，需要整个团队进行详细周密的计划，需要整个团队按部就班的根据各项指标进行实施，更需要管理者在关键时刻能够把握企业发展的方向，也需要每一位员工在企业降本增效工作过程中发挥每个人的力量，降本增效工作是一套庞大的管理体系，不仅仅能够完善规划企业发展的管理体系问题，并且能够不断的提高企业的综合竞争力和核心竞争力，在严峻的形势下，保证企业能够顺利发展，把握发展时机，长期立于不败之地。（上接第2 2 8 页）