水平定向钻作业指导书 水平定向钻作业指导书 1 适用范围1 适用范围 适用范围 1.1 定向钻穿越适用于管道及电缆、光缆等钢套管穿越湖泊、沼泽、河流、公路、铁路、建筑物及其它不宜进行开挖施工的地段。 1.2 穿越段地层为非卵石土壤。 1.3 穿越点有安装钻机和管线组焊场地，地下无其它不明障碍物。 1.4 穿越管道直径不大于φ720mm，穿越长度≤1500m，穿越管段的最小覆土厚度≥6m，最大覆土厚度≤30m。 2 施工原理及特点2 施工原理及特点 施工原理及特点 2.1 施工原理 水平定向钻机在要穿越的障碍物一侧，沿预定轨道钻一导向孔，钻头在障碍物一侧设计穿越点入土，从障碍物另一侧出土，然后卸下钻头换上扩孔器并连接要穿越钢管，用钻机通过钻杆把要敷设在障碍物下面的管道或钢套管沿导向孔回拖到钻机一侧的地面上出土。其原理是：钻机通过钻杆推动钻头沿设计曲线旋转前进，泥浆通过钻杆内部输送至钻头，从钻头的水嘴喷射冲刷钻头前端的泥土，起到减少钻头旋转和推进的阻力，同时冷却润滑钻头、粘结固定孔壁。钻头的钻进位置及钻进方向由控向系统和泥浆的配比来控制。钻头的位置及钻进方向由钻挺内的信号棒发送信息，利用有线式控向方式向控向员提供信息，由控向员根据计算机提供的钻头在孔内的位置参数实行控制。 定向钻穿越示意图见下图一。 入土点 出土点 钢管 河 流 定向钻机 钻孔曲线 图一：定向钻钻孔示意图 2.2 定向钻穿越施工特点 2.2.1 施工质量好。采用定向钻穿越敷设管道，其埋深能够满足设计要求，避免了常规开挖穿越埋 1 深不足的隐患。 2.2.2 施工周期短，一般为大开控工期的三分之一。 2.2.3 施工占地少，避免了大开挖对环境造成的破坏，可最大极度地减少工农业生产的影响。 2.2.4 社会效益好。避免了对已建基础设施的损坏，确保了航运、公路、铁路等交通工具的正常畅通，不影响人民群众正常生活、工作秩序。 2.2.5 节省工程投资。节省大量的人工及土方工程费用。 3 施工程序 竣工收尾 扩孔拖管 回拖准备 泥浆准备 场地准备 设备搬迁就位 钻前准备 管道准备 测量放线 组焊、探伤 返修、补口 钻导向孔 检 验 注：⑴、钻前准备包括设备试运、配制泥浆，控制参数标定。 ⑵、管道准备包括防腐管运输、布管。 ⑶、检验包括电火花检漏、试压通球扫线。 ⑷、回拖准备包括管道进发送沟或上发送道。 4 施工准备及施工技术要求 4.1 施工场地和施工道路 4.1.1 根据穿越管径穿越长度和穿越段出、入土地点的地理环境，确定入土点和出土点，施工场地面积，对取水不方便的穿越点在钻机附近应设一个蓄水池，容积应根据施工用水量确定，钻机一侧的泥浆池也应根据穿越情况确定大小，以满足使用和不影响穿越操作为宜。 4.1.2 穿越管段预制场地设在出土点一侧，从出土点向外延伸，宽为20m左右，长度为穿越长度加50m。管段预制场地中心线应与入土点、出土点成一条直线。 4.1.3 穿越出、入土点的施工场区的道路应确保畅通，能满足大型施工车辆的正常通行，否则应对 2 施工便道进行整修。 4.1.4 在出土点附近需要设30m×40m施工场地及一个泥浆池。泥浆池的大小视地质情况和穿越长度、管径及扩孔次数确定，以满足泥浆不外溢，不影响管道组对和施工设备通行为宜。 4.2 测量放线 4.2.1 根据设计图纸放出管线中心线及入土点、出土点位置，在入土点一端测量确定钻机安装位置，标出地锚箱、泥浆池和蓄水池的占地边界线。 4.2.2 在出土点一端，根据穿越钢管中心轴线放出管线预制、场地及泥浆池占地界线，并标出拖管车进入场地路线。 4.3 设备安装调试 4.3.1 将钻机安装在设计要求穿越的轴线上，钻机导轨与水平面的夹角略大于设计的入土角（一般比入土角大1°），钻机、地锚箱应安装牢固、平稳且运转可靠，钻机要根据预先计算出的拖拉力进行可靠固定。 4.3.2 对钻机进行调试直至运转正常，控向调校可靠，并将现场测定的方位角，出、入土点坐标等参数整理，归档并存入计算机，以备钻机进过程中进行对比和调整及施工后复核。 4.3.3 对所需钻杆进行逐根检查，将合格钻杆摆放规整，并安装好钻具。 4.3.4 辅助设备安装就绪，进行联合试运，直至正常。 4.3.5 泥浆系统应能保证正常工作，系统所用泥浆罐容积视具体的穿越工程而定。 4.4 泥浆准备 4.4.1 泥浆由膨润土、添加剂加清洁水搅拌而成，配比随地质情况和导向影响而定，一般密度为1.02－1.05g/cm3、含砂量≤1％、PH值＝7－10。回拖泥浆比重要确保管道悬浮。 4.4.2 泥浆粘度一般在30－70S之间，根据地质情况和管径大小确定泥浆粘度，泥浆粘度值见表4.4.2，粘度用马氏漏斗测定，每两小时测定一次，并做好记录。 表4.4.2 泥浆粘度值表 地质状况 粘度值（S） 管径Φ（mm） 钻导向孔 273 273～426 426～529 大于529 粘 土 30～40 30～40 30～40 40～45 45～50 亚粘土 35～40 35～40 35～40 40～45 45～55 粉 砂 40～45 40～45 40～45 40～45 50～55 细 砂 40～45 40～45 40～45 45～50 55～65 中 砂 45～50 45～50 45～50 50～55 55～65 粗 砂 50～55 50～55 55～60 55～60 65～70 软岩石 45～50 45～50 50～55 50～55 55～65 4.4.3 按照穿越管径及长度，配制足够数量的泥浆并准备好添加剂。 4.5 管道准备 3 4.5.1 按设计及施工验收规范要求，完成防腐管道运管、布管、组焊、探伤、补口、试压等全部工序。 4.5.2 管道焊接后应进行100％超声波检查和X射线检查，达到合格标准。 4.5.3 管道防腐层要用电火花检漏仪100％检漏，在规定的检查电压下达到无一漏点。如有漏点要按规定补好。 4.5.4 管道压力试验达到标准，管道出入、土点附近道路应畅通，管道自重太大时，应准备发送小车。 4.6 地质勘探 4.6.1 探孔平面布置，地质钻探孔应沿穿越段轴线两侧对称错开布置，一般孔距为100m，每排孔与穿越中心线距离为20—30m，如钻探中发现地质复杂难以判断地质变化时，应酌情增加探孔密度，探孔布置见图2。 地质探孔 100m 穿越管段轴线 25m 20～30m 20～30m 图2 探孔布置图 4.6.2 探孔深度应大于管线敷设深度10 m。 4.6.3 详细调查并掌握穿越段以下地质资料，取样深度、含水量、颗粒度、液性指数、塑性指数、液限、塑限。对 低洼地、沼泽地等区域，还要调查掌握相关的水纹资料。 4.6.4 详细、真实可靠地绘制穿越地段地形图及地层剖面图。 4.7 钻导向孔的要求。 4.7.1 钻导向孔是整个工程的关键，导向孔应根据设计曲线钻进，每根钻杆的折角应根据管径大小确定，边钻进边测量，并作好记录。钻杆折角应符合表4.7.1要求。 表4.7.1 钻 杆 折 角 管径（mm） 219以下 219—426 426以上 单根钻杆最大弯折角度 2° 1° 0.8° 三根钻杆累加角度 5° 3° 2° 4.7.2 控向工作必须仔细，包括方向测定和动态调整。钻头前进的方向由造斜短节控制，通过钻杆的旋转和推进并配合造斜器的适当位置可实现钻进方向的调校。 4.8 扩孔及回拖管道技术要求 4 4.8.1 孔径DH与管径D的关系是DH=1．5D，当穿越管段直径小于325mm，地层为粘土、亚粘土、粉土、粉砂层时，可不进行预扩孔而直接连接扩孔器进行回拖，当管径大于325mm，且地质为中砂层时应进行预扩孔。一般情况下管径每增加150mm时应增加一次预扩孔。管径与预扩孔次数及地质情况变化对照见表4.8.1。 表4.8.1 管径与预扩孔次数及地质情况情况变化对照表 管径（MM） 预扩孔次数 地质情况 粘土地带 非粘土地带 273 1 2 325 377 2 3 426 3 4 529—720 4 5 4.8.2 管段回拖前将管段摆放在发送托管架上或放入发送沟内。当采用发送沟发送管段时，要求地形平坦，沟内不得有石块等硬物且应放水。 4.8.3 管段回拖前应与钻具可靠连接，其顺序为钻杆→扩孔器→旋转接头→U型环→管段，扩孔器应用泥浆冲洗，确认钻杆内畅通无异物。泥浆喷嘴畅通无阻，然后连接。旋转接头应保证正常工作，U型环要强度可靠，全部连接完且检查无误再回拖。 4.8.4 回拖穿越管段应连续作业，回拖速度以不超过2m／min为宜，所用泥浆要求同前。 5 质量标准 执行SY／T4079－95《石油天然气管道穿越工程施工及验收规范》。主要质量指标如下： 5.1 出土点精度：出土点沿涉及轴线的纵向偏差不大于穿越长度的1%，且不大于10m，横向偏差应不大于穿越长度的2%，且不大于2m。 5.2 管道防腐层：按设计要求的电压检查无漏点。 5.3 管道压力试验：符合设计要求和STJ0401－98规范规定。 5.4 管道组焊：100％的超声波探伤和X射线探伤。 6 主要设备 序号 1 2 3 4 5 6 7 名 称 定向钻机 泥浆系统 推 土 机 发电机组 米勒一体焊机 挖 掘 机 吊 车 规 格 CMS55030 东方红802T 75KW DU—OP 日立 8t 5 数量 1 1 2 2 2 1 1 单位 套 套 台 台 台 台 辆 备 注 8 9 7 劳动组织 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 8 安全措施 辅助设备 值 班 车 3 辆 发送道等 工 种 （职 务） 项目经理 技术、质量 控 向 员 司 钻 员 泥 浆 员 发 电 工 气 焊 工 电 焊 工 操 作 工 司 机 管 工 材 料 员 保 管 防 腐 探 伤 工 起 重 普 工 安 全 员 合 计 人数 2 2 2 3 3 2 2 4 3 4 3 1 1 4 3 2 6 1 48 备 注 正、副各1人 根据工程量大小可随时调整 8.1 特种操作人员必须持证止岗，杜绝无证上岗和串岗。上岗员必须按规定穿戴劳保用品. 8.2 严格执行安全操作规程，坚决杜绝违章操作、违章指挥。 8.3 每天坚持召开班前安全会。加强安全教育，强化职工安全意识，做到“安全第一、预防为主”。 8.4 施工现场的易燃物品做到妥善保管，并做好防火标志，配齐足够的消防器材。 8.5 分头处理废弃物品、材料，防止环境污染。 8.6 用电设备接地要可靠，防止触电事故发生。 8.7 扩孔、回拖作业时，统一指挥，密切联系，加强协调与配合管理。 8.8 导向孔完成后，尽可能缩短钻具在导向孔内的停滞时间。 8.9 钻进及回拖过程中，如遇压力突变，应及时对照地层进行分析，必要时抽回一定数量的钻杆，重新调整。 8.10 控向、司钻要严格按照设备操作要求作业，设备运输过程中必须绑扎牢固。 8.11 吊车作业时，要有专人指挥。 6 8.12 钻杆应清洗干净，钻头及扩孔器入土前用泥浆冲刷。 8.13 现场设专职安全员一名，负责安全监督和检查。 9 施工记录 9.1 水平钻穿越管道就位检查记录 9.2 管道焊接施工记录 9.3 管道试压记录 9.4 防腐补口施工记录 9.5 防腐层电火花检测记录 9.6 管道清管记录 7