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水平定向钻施工重点环节介绍及经验交流时间：2012年3月3日四.泥浆配置一.水平定向钻概述二.施工现场勘察目录三.穿越“仪器”概述，流程及曲线设计五.施工过程注意问题六.施工经验一、水平定向钻概述1、发展前景随着城市高速现代化,地下管网建设迅速发展,管道穿越由于其技术综合成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优势日益受到人们的青睐。但面临下述问题1)市场竞争激烈,导致价格下降2)地下管网复杂,增加施工的风险2、施工工艺1)、管线勘察2)、穿越曲线设计3)、钻机进场4)、泥浆配置5)、钻导向孔6)、扩孔7)、回拖8)、环境保护9)、地貌恢复一、水平定向钻概述二、施工现场勘察一旦施工地点确定，应对相应区域进行勘测并绘制详细准确的地质地貌图纸。最终施工的精度取决于这一勘测结果的精度。1、地下管线探测城市地下管线资料残缺不全，有的资料精度不高或与现状不符等问题，以致影响地下管线规划建设的科学性和在工程建设过程中挖断、挖穿地下管线的事故时有发生。1）、地下管线探查地下管线探查是通过现场调查和不同的探测方法探寻各种管线的埋设位置和深度方法：要求业主提供工程现场地下管网资料寻找施工现场周围的工作井，查看管线的走向，情况不明打电话让相应负责部门到现场标明询问当地居民用管线探测仪进行测量钻机出入土点挖工作坑，至少1.5米深二、施工现场勘察2）、地下管线测绘地下管线测绘是对已查明的地下管线位置的平面位置和深度进行测量。我们要沿穿越方向，对已探测地下管线的深度及管线走向做出标记；根据探查结果，对现场地下管网进行复查，准确掌握地下各种管线和其他基础设施的分布及埋深，为导向孔轨迹提供准确的设计依据。2、地质勘察较长穿越工程应当让业主提供工程现场的地质勘察报告，根据地质勘察报告可以进行钻机及钻具组合的选择，也是我们提供工程报价的依据。二、施工现场勘察三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计1、导向仪三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计操作界面Locate(定位)PowerOff(关闭)SetUs(设定超声波测量值)Configure(设置)设置1Pt.Cal单点校准，2Pt.Cal双点校准，TeleCh信号频道TargetDepth目标深度，TargetPitch目标倾角，°Grade/%Grade斜度/百分数，UesMetric/UseEnglish使用公制/使用英制，Cold/NormalScreen冷暗/正常屏，SetTime设定时间，Code代码(维修用)，Exit退出。三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计2、碳棒的磁力线（信号）三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计3、定位点后定位点中位线前定位点三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计4、干扰信号⑴.有源（主动）干扰包括高压电缆，变电站，汽车发动机等所有有主动信号产生的物体。⑵.无源（被动）干扰包括大型钢结构，金属护栏，含盐量高的地层及金属含量高的地层，所有能够吸收并扭曲信号的物体。5、影响⑴.深度不准确⑵.定位困难⑶.角度面向角丢失6、解决办法尽量远离干扰，调整工作时间，盲打。7、碳棒超过40℃（104℉）会发出警报声，碳棒一端的温度点如果变黑则表示碳棒接触到超过104℃的温度，应视为失灵。1、工程前期的交底，要对工程概况有所了解，根据现场情况初步确定能否进行穿越施工，及大概需要的长度、出入土点位置。2、物探，绘制物探图根据现场情况定出物探范围，物探一定要做到细致，把范围内的井盖全部打开，并用雷迪跟踪探测，确定管线走向及与穿越交叉处的深度，注意没有井盖的管线，例如由电线杆下来的电力，墙边的电信等。物探完成后绘制物探图，具体定出出入土点位置，测量预计穿越长度。三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计3、设计导向轨迹物探完成后，根据距离入土点最近的管线的深度及距离，定出入土角，如果不能达到所需要的角度可以适当延长入土点与管线之间的距离；根据距离出土点最近的管线的深度及距离，定出出土角，如果不能达到所需要的角度可以适当延长出土点与管线之间的距离；最后根据与所有管线交叉处的有效安全距离定出导向轨迹。有效安全距离应减去扩孔上浮的距离。如果有弯曲度，可以调整出入土坑的方向，尽量减小导线轨迹的弧度。三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计4、钻机入场后的摆放，定位，角度等钻机入场后，根据设计出的导向轨迹，确定钻机的摆放位置，摆放钻机尽量使入土点和出土点在一条直线上，以方便导向，调整入土角度尽量按照设计的角度入土。三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计5、导向由于有时物探和导向之间相距时间较长，所以导向之前根据物探图把管线重新确定一遍，做到管线心中有数，导向时注意轨迹与管线之间的距离，并随时调整，如果遇到障碍可以调整钻进方向及深度；如果遇到软土或硬土，角度调整不能达到要求时，给操作工提供的钻进数据可以有提前量，但要随时注意角度变化。随时与操作工沟通，让操作工知道目前钻进的进度，注意土质变化，调整需要变化角度的距离，记录导向记录，绘制三点定位图。三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计三、穿越曲线设计在施工前要求业主提供穿越设计图纸，按照图纸提供的参数进行施工，如有问题及时与业主及设计进行沟通。如果业主没有设计图纸，要求我们自己进行设计，可按如下方式：1、在曲线设计时五个关键参数为：（1）入土角度（入土角通常选择在8--12度（14%-21%）之间），（2）最大穿越深度（根据地下管线探测结果）（3）曲率半径（钢管：R大于、等于1500D（D为钢管直径）；PE，PVC管：R大于或等于1500d和R大于或等于1000D（d为钻杆直径，D为待铺管直径）（4）穿越长度（现场实际测量）（5）出土角度（出土角应控制在5-12度（8.7%-21%）之间，）钢管时出土角5-8度（8.7%-14%）之间三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计2、选择合适的曲率半径1）曲率半径不宜太小，否则钻进时对钻杆偏磨严重，并且回拖管线时摩擦阻力增大，可能发生卡钻的危险。2）管线回拖来说，选择曲率半径越大越好。但选择曲率半径太大时，则每根钻杆的可调角度小，由于钻机的倾斜角已确定，则穿越深度太深，有时可能延长钻进的长度。根据穿越管的管径、穿越长度、要求的穿越深度、地层条件等选择合适的曲率半径。三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计3、每根钻杆的深度算法下一根钻杆的深度=现在的深度-百分数×钻杆长度例如现在深度是2米，角度是20%，如果钻进，下一根的深度为2-20%×3=1.4米4、整体算法⑴三角函数根据需要的深度及管材的曲率半径算长度⑵取中在平均曲率下，根据入土角度，长度和深度的互算角度/2×长度=深度，深度÷角度/2=长度三、穿越“仪器”概述，流程及曲线设计6、施工过程中角度变化的简单计算方法：3米钻杆为例，穿越深度为3米，此时仪器离出土点距离为30米，工作坑深度1.5米，每根钻杆调整1％为0.03米，1.5/0.03=50即10根钻杆要累计调整50个斜度（％）即每根调整后角度为（1、2、3、4、5、5、6、7、8、9）其和为50。每根钻杆增加1％，平稳上升，有利于管线回拖。四、泥浆配置泥浆是定向钻穿越工程中非常重要的因素，可以说，泥浆的质量，很大程度上，决定了定向钻施工的成与败。泥浆一般由水、膨润土及泥浆添加剂等配成，根据穿越工程的实际情况，泥浆的成分配比需要作适当调整泥浆的质量，主要从以下三个方面来控制：1、水。泥浆用水，宜用碱性的水.2、膨润土。宜用钠膨润土，不使用钙膨润土，3、配置好的泥浆pH值控制在8～10如果地质情况复杂、穿越直径和长度较大，对泥浆的性能要求就比较高，相应要采取不同的措施，通过添加泥浆添加剂改善泥浆性能，以确保能够穿越成功。四、泥浆配置1、泥浆的作用：（1）泥浆具有适当的粘度和流动性，携带钻屑能力强，使钻屑在孔底呈悬浮状态，通过泥浆的流动使钻屑能够顺利返出地面。（2）泥浆有较强的护壁作用，能够提高孔壁的稳定性，尤其对于孔径较大、容易坍塌的地层。（3）泥浆具有较强的润滑性能，为管线回拖提供有效的润滑作用，特别是当穿越长度较长，加入润滑剂降低摩擦系数可以降低管线的回拖力。（4）泥浆能够对钻具起降温作用。四、泥浆配置2、常用泥浆化学处理剂为了保证水平定向钻进泥浆的稳定性和提高泥浆的各种工艺性能，以适应各种情况下的钻进要求，泥浆中使用着各种各样的泥浆添加剂。水平定向钻进泥浆常用的泥浆添加剂有：A.纯碱；B.防塌剂；C.降失水剂；D.润滑剂；A.纯碱碳酸钠（Na2CO3），又叫苏打。纯碱在水中容易电离和水解，在配制时加入从而有效地改善粘土的水化分散性能，因此加入适量纯碱可使泥浆的失水下降，粘度增大。D.润滑剂它提高了泥浆的润滑性，从而降低了摩擦力，减少钻具与泥浆的摩擦，可防止粘附性卡钻。四、泥浆配置3、泥浆在不同地层的配置1）、粘土层的泥浆性能要求及组成A．其主要特点：成孔性好，可钻性好，钻具在土中旋转推进、造斜和出土都能比较好的成孔，不易坍塌，是最适宜穿越的地层。B.泥浆的组成：膨润土+纯碱+降失水剂在一般的条件下，采用上面的配合比；施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。2）、砂层和细砂、卵石、砾石（少量的）地层的泥浆性能要求及组成A．其主要特点：成孔性一般，易塌、易漏失、吸水能力强。导向孔和回扩孔时极易坍塌，泥浆含砂量高造成机具对岩屑的重复破碎，机具和设备磨损较重。B.泥浆的组成：膨润土（一级）+防塌剂（聚合物）+降失水剂+润滑剂在一般的条件下，可采用上面的配合比；施工中要根据现场的实际情况进行适当的调整。3）、泥岩：成孔性极好的泥岩，这类岩层在管径小、距离短的情况下，一般用清水就可以完成工程，但建议在清水中添加一些碱，提高造浆率和携带悬浮能力，能使工程更加顺利的完成。四、泥浆配置4、泥浆粘度值表地质状况粘土粉砂细砂中砂粗砂风化岩粘度（s)30~3530~4040~4540~4550~5545~50四、泥浆配置用马氏漏斗测量粘度五、施工过程中注意问题1、设备就位、安装、调试定好穿越长度后，根据入土点、入土角度结合现场实际情况使钻机准确就位。钻机设备、泥浆设备安装完成后，对设备进行调试、检查、确保设备安全运行。导向设备仪器安装完成后，对其进行校准，确保导向孔的精度。五、定向钻施工工艺2、导向孔钻进要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头。在导向孔钻进时，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。根据仪器显示数据进行及时调整，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求。司钻认真记录钻进过程中的扭矩、推力、泥浆压力。以便对地质情况有所了解，为扩孔器孔径及类型的选择提供依据，根据施工经验对扩孔速度进行控制。五、施工过程中注意问题五、定向钻施工工艺3、扩孔扩孔次序：根据管径、钻机吨位及地质条件确定每级扩孔器的选择，一般扩孔至管径的1.3~1.5倍，根据扭矩及拉力的大小决定是否需要清孔。在扩孔和回拖过程中控制钻进速度，不宜忽快忽慢、甚至停钻，这样会导致所扩孔径严重变形，在软硬交界的地层中尤为明显，因此在施工过程中要保持匀速，当因故停钻时要定时活动钻具。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。根据各种不同土质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。回扩过程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。五、施工过程中注意问题五、定向钻施工工艺4、回拖管线回拖时连接顺序：动力头—动力头保护短节—钻杆—扩孔器—分动器—U型环—拖拉头—管线原则上要求扩孔（或清孔）与铺管一气呵成，中间不允许有长时间的非作业停顿。回拖时钻机应先开泵打水，保证扩孔器排浆畅通，当扩孔器快要入土时，同时指挥钻机旋转，通过钻杆输送泥浆到扩孔器，一边旋转一边回拉。回拉铺管过程中，要密切注意拉力、扭矩、水压等参数的变化，同时还要随时关注现场有无异常情况出现，及时处理多余的泥浆。拉管中要派专人负责装卸及运输钻杆，以保持整个拉管作业的连续性。入土和出土之间密切配合，用对讲机互通信息