钻进过程中可能出现问题的应对措施及预案

第一章钻进过程中可能出现问题的应对措施及预案一、防止定向钻在钻孔时呈“S”形的措施在定向穿越施工过程中，孔道有时会出现“S”形的现象，造成这一现象的主要原因是导向孔曲线成形不好和扩孔时出现偏扩。地表或地下磁干扰造成探头探测数据失真，易诱导导向孔曲线成形不好；穿越地层软硬不均和扩孔器组合方式不当，易诱导扩孔器在孔道内偏扩。为防止在定向穿越施工过程中，孔道出现“S”形的现象，我方计划从以下两方面采取措施：1）导向孔精心控向，避免在这一阶段出现“S”形的现象2）认真做好穿越中心线的磁方位角测量。在导向孔开钻前，要测量穿越中心线的磁方位角，这一数值是导向孔控向的原始依据数值，必须准确。我们通过在地表多点测量（一般情况下，出、入土侧各取两个点），然后将各组数据进行分析对比，排除由于那些由于磁干扰而错误的数据，确定正确的磁方位角数值。如果各组数据相差较大（0.2°以上），则增加测量点（2~4个），直到确定正确的数值。3）导向孔严格按设计曲线钻进在开钻前对司钻人员作好详细的技术要求，对每一根钻杆的钻进要求都提前在图纸上作好标注；在钻进时，准确及时地向司钻人员发布控向指令，并随时根据钻进情况调整司钻推进、旋转操作。使导向孔严格按设计曲线钻进。在导向孔施工阶段，重点控制导向孔钻进质量，避免误操作。4）认真分析穿越各地层组成成分、物理力学性质，选取合理的扩孔工艺，防止扩孔器偏扩①认真分析穿越各地层组成成分、物理力学性质。穿越各地层往往软硬不均，因此，在钻前，要将各穿越地层中土的类型、含水量、孔隙度、粘聚力、内摩擦角、地基承载力标准值、侧摩阻力、锥尖阻力等等，仔细阅读，将这些数据标识在穿越曲线图上，以指导司钻人员操作。②根据穿越地层选用合理的扩孔器组合方式。原则上，在地层呈软塑、可塑状态的淤泥质粘土或粉质粘土时，采用桶式扩孔器；在地层呈硬塑状态的粘土或粉质粘土时，采用切割刀式扩孔器。在小级别扩孔（Φ300）时，可以采用切割刀式扩孔器；在较大级别扩孔（Φ700）时，尽可能采用桶式扩孔器，以减轻扩孔器在软地层中因自重大、土层对扩孔器的承载面积小而下沉的程度。保证孔道成形良好，整体曲线不变形。③在扩孔器进入软地层扩孔后，在扭矩控制在40000ft*lb内的情况下，尽可能加快扩孔速度；同时，加大泥浆排量，保持井口返浆流速基本不变，避免返浆倒灌入孔道内。二、导向孔出现偏离的应对措施导向孔曲线与设计曲线的偏移量半径不应大于2m。出土点沿设计轴线的纵向偏差应不大于穿越长度的1%，且不大于10m；横向偏差应不大于穿越长度的0.2%，且不大于2m。钻导向孔是定向钻穿越施工过程中重点控制的关键工序,导向孔质量的好坏直接影响钻机回拖时回拖扭矩与拉力的大小。因此,导向孔与设计穿越曲线是否重合是关系到管道最后回拖成功的关键。导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原因可以归纳为四类：第一，钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差，造成在导向孔钻进的过程中其轨迹逐渐偏离设计穿越曲线。第二，受外部磁场的影响，控向方位角非管线走向的真实方位角，从而控向软件计算钻头方位的参数发生变化，导致从计算机采集的数据非钻头的真实位置。第三，受地质结构的影响。导向孔在钻进过程中要穿越不同的地层即使是同一地层其硬度分布也会软硬不均，因此，钻头在钻进的过程中比较容易偏向相对较软的地层，造成与设计曲线发生偏移。第四，在导向孔钻进过程中，由于钻机操作人员（司钻员、控向员）人为操作有误，使穿越轨迹与设计曲线发生偏移。针对以上造成曲线偏移的原因，我们特制定了如下措施：1）保证钻机就位方位与设计管线中心线重合的措施钻机就位前，用测量仪器（如经纬仪）放出管线穿越中心线，根据穿越入土角、钻机自身尺寸（车长、车宽、轮距等）等参数计算出钻机就位的精确位置，并用白灰或用线绳予以标记，并以此标记作为钻机就位的依据。在钻机就位过程中，除了利用白灰或线绳标记作为就位的标准外，就位后还要用测量仪器测量钻机就位偏差，经计算钻机就位方位相对于管线中心线的角度偏差如果超过0.1°时，需要根据偏左偏右情况重新调整钻机，经多次就位-测量-调整-再测量，直到偏差控制在0.1°范围内。钻机就位后，计算出精确的偏差数值，在开始钻导向孔时及时调整此偏差为零，从而保证导向孔轨迹与设计穿越曲线重合。2）外部磁场对方位角的影响及控制措施外部磁场主要由地下管道、地下光缆、刚性建筑物（构筑物）、大型船只、地上高压线等产生，这些外部磁场将影响地磁场强度和地磁角度，从而影响控向方位角，控向方位角的不确定最终导致钻孔时方向失控。根据现场确定的外部磁场的位置，在钻孔时，探测器到达外部磁场前，钻孔方向不能出现过大的左右偏移量，保持实际方位角与控向方位角的偏差在允许的范围内，在进入外部磁场时，实际方位角发生变化，此时的方位角与控向方位角不同，钻进时暂不考虑干扰后的方位角而直接按直线钻进，在进行数据测量时，根据控向工具面的位置输入与控向方位角接近的方位角。钻头穿越过磁场干扰区后，计算机控向数据恢复正常，此时导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差应当在许可范围内，万一两者偏差较大，首先计算出实际偏差量，然后将经过磁场干扰区的钻杆抽出后重新钻进进行偏差调整。在已知偏差量的情况下进行调整是很容易的，通过调整消除磁场影响，使导向孔轨迹与设计穿越曲线重合。3）对于穿越砂层的定向钻要确保导向孔在该层中的平滑过度（关键部分）导向孔钻进是穿越施工的第一步也是最关键的一步，这就要求我们在钻导向孔过程中对下面的地质结构进行近一步的分析判断。控向员与司钻员要认真实际地做好施工记录，为下面的预扩孔及管线回拖提供切实可靠的施工资料。4）采用人工磁场钻机控向系统是依靠地磁场进行方位控制，通过钻头后面的探头将导向孔参数传输到计算机。地磁场容易受到地下管线、地下电缆、地面高压线等金属构件的干扰，从而造成控向参数不准确。人工磁场是在穿越中心线两侧布设的闭合线圈，布设简单方便，在施工中既经济又有效，其优点是它不受外部磁场的干扰，可以准确无误的将钻孔数据反映出来，当探头到达此闭合的线圈区域内,接通直流电源产生磁场,通过人工磁场可以测得穿越轴线的左右偏移和穿越标高。通过人工磁场与地磁场左右偏差的比较,可以确定目前钻头方位角,从而确定下一根钻杆的行进方位。由于人工磁场在地磁场受干扰的情况下可以提供准确的管线穿越方位角，在地磁场不受干扰的情况下可以校正控向方位角的正确性，从而能够很好的控制导向孔与设计穿越曲线偏移，并能保证穿越曲线的平滑性。5）控制人为因素造成导向孔轨迹与设计穿越曲线偏差的措施开工前，进行有针对性的培训,加强控向人员与司钻人员的配合，司钻人员以控向人员的指令为准，按照指令进行操作，防止人为操作导致钻孔出现偏移设计曲线。控向人员应严格按照设计曲线计算每次倾角的调整度数，认真掌握并注意穿越过程中的轨迹变化，通过轨迹变化确定控向方向的变化。从而控制导向孔轨迹与设计穿越曲线的偏移。三、导向孔卡钻的应急预案⑴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，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，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。⑵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，多次反复，直到顺利通过“缩孔”地段。四、管线回拖受阻的应急预案应区别受阻位置和实际情况区别对待。当管线回拖进距离相对较短时，宜采取往出土侧回拉的方式；当管线回拖至接近出土时，可采取往钻机侧助推的方式；当回拖管线位置处于中间段，两个方向均可考虑，在地层中受阻时，用助推方式成功的机率较大。回拉和助推的方式有两种：①机械设备操作方式：利用挖掘机、履带拖拉机、吊管机等爬行设备，在管端安装卡具，连接钢丝绳进行回拉或助推。优点：设备和卡具准备简单，操作平稳，与钻机的配合施工好；缺点：提供的推、拉力有限。②夯管锤操作方式：一台350型夯管锤（含17～20m3空压机1台，配套机具和管路1套），在管端安装事先加工好的卡具，利用夯管锤的瞬间、高频冲击力进行回拉或助推。优点：无需后背力，提供的冲击力很大，最大瞬间冲击力可达600t以上（可调），且可以和管线、钻杆等相连接，前进和后退方向均可调整，解决受阻问题的能力强。缺点：设备租用、运输，卡具加工等时间较长，与钻机的配合施工同步性较差，需精心策划、组织。五、防止出现跑浆的应急措施①钻导向孔阶段导向孔钻进阶段是管线穿越的关键，因为管线穿越孔还没有钻通，因此在导向孔钻进的过程中，穿越泥浆是在盲孔中向入土点返出，如果入土点前端孔堵塞，则有可能在穿越沿线冒出泥浆，因此在管线导向孔的前100米，将采取比较大的泥浆量，泥浆的流量较大便于携带出破碎的泥土，使孔始终是通路。在导向孔的后半段，泥浆压力要减小，因为穿越距离长时泥浆很难再从入土点孔洞内返出。②扩孔阶段开始扩孔的前半段，要采取比较大的泥浆量，利用泥浆的流动把孔内的泥土带到出土点。当扩孔中段，泥浆量要减小，因为距离出土点与入土点都比较远，泥浆从这两点返出需要的压力较大，如果采取大的泥浆压力可能从沿线冒出泥浆。在回扩到距离入土点较近时泥浆排量再次加大，泥浆将从入土点孔洞返出。③回拖阶段在管线回拖阶段，因为整个穿越孔内充满了泥浆，因此在回拖管线的过程中，泥浆的排量与压力不用太大，随着管线进入穿越空洞，孔内的泥浆将被管线挤出因此管线的回拖速度不能太快。④泥浆应急小组另外，我们成立泥浆应急小组，该小组负责管线沿穿越沿线进行泥浆情况巡查，发现有冒泥浆点要及时通知技术人员及时调整穿越方案控制泥浆继续在该点冒出。