长输管道长距离水平定向钻穿越技术

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1、长输管道长距离水平定向钻穿越技术　　摘要：近年来，我国采用定向钻技术完成了长江、黄河等大型河流及海域的管道穿越工程，创造了一系列穿越世界纪录，长输管道定向钻穿越技术得到了广泛的应用。但穿越的成功与否要受到许多客观条件的影响，如钻进工艺、泥浆性能与地址条件的适应性，操作人员的素质以及机具设备的大小等等。本文通过长输管道黄河定向钻穿越失败与成功的案例，对长输管道长距离水平定向钻穿越技术进行了分析和研究。关键词：长距离；水平定向钻；穿越中图分类号：P634.7文献标识码：A1本课题穿越工程背景本课题研究的穿越工程位于内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗和包头市土默特右旗交界处黄

2、河成品油管道穿越。穿越处位于黄河河套平原包头段，地势较为平坦，地貌属于现代黄河冲积平原。穿越处地层勘察深度范围内分为5个大层。穿越段场地内的地层岩性上部①～②大层主要由粉土、粉质黏土及粉砂等组成，由于受黄河河道摆动影响沉积，地层复杂，各层层位变化较大；④层为粉砂层，水平穿越段在该层中经过。8管道穿越处为不通航河段，穿越处两岸大堤规整，为土质结构。黄河穿越段的管线设计压力为10.0MPa，穿越段管线为D355.6×9.5L415直缝高频电阻焊钢管，采用一次定向钻方式穿越，穿越工程等级为大型。线路实长3253.3m，其中定向钻穿越段3200m。穿越工程采用导向孔对

3、接工艺穿越黄河，黄河南岸为辅助钻机钻进，北岸为主钻机钻进，对接点设置在离主钻机1500m处，对接完成后，南岸钻机退出，北岸钻机沿南岸导向孔继续钻进。2一次穿越失败过程及原因分析2.1一次穿越失败过程主管导向孔于2012年10月16日开钻，10月24日北岸正式开钻，11月16日完成钻杆置换，开始进行扩孔前各项准备工作，出现无法转动及拖动的现象，发生抱钻，穿越失败。2.2原因分析2.2.1技术储备不足黄河穿越长度3200m，管径虽小，但距离长，是国内目前最长距离的定向钻穿越，世界上也是第二长的穿越工程。整个穿越长度中有3120m在粉砂地层中穿过，风险本来就很大，国

4、内没有超长距离穿越的实践经验，对超长距离的穿越风险认知还不够，技术准备还不充分。8黄河定向钻3200米的距离在国内是首次使用一次穿越，工程具有失败的风险。而某D457原油管道黄河穿越位置在本次黄河穿越上游平行65米处，主要经历层位相似，采用的是两次穿越+大开挖连头的方案。而本次穿越置换过程中从现场仪表指示来看，有时启动扭矩超过90000N.m，这是很危险的，一旦启动扭矩超过钻机的极限就无法起动，出现抱钻。2.2.2穿越技术难度较大2.2.2.1穿越两端距离偏长；2.2.2.2导向孔由于地质原因，容易出现不成形的现象；2.2.2.3穿越长度超长且地质条件为粉砂层

5、，流动性较大，极易产生抱钻、卡钻现象，施工难度较高；2.2.2.4内蒙古地区正处在冬季，气温低，虽采取冬季施工措施，但机械设备、泥浆系统仍容易出现故障，现场施工难度大。3黄河定向钻二次穿越成功8在总结第一次穿越经验教训的基础上，邀请国内外技术专家对工程关键工序、工艺进行深入论证，制定并完善施工方案，调派两台350吨以上的大型钻机，实施精准对接穿越，配备经验丰富的项目管理团队和两个标准化机组保障工程建设顺利进行。黄河穿越再穿主钻机、辅助钻机入土点是在原入土点基础上分别向黄河下游平移10m。5月21日黄河定向钻穿越进入连头、试压施工准备阶段，黄河定向钻穿越顺利完成

6、，创造我国同管径水平定向钻穿越最长纪录。4施工技术要点4.1钻机及配套设备就位根据规范要求，并考虑最大限度降低施工风险，采用两台大吨位钻机施工。4.2钻机及配套设备就位按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在穿越轴线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录，取其有效值的平均值作为控向LineAz值。4.3泥浆系统据设计文件的地质资料，穿越经过地层主要是粉砂层，穿越距离长，易缩径，造成钻杆被抱卡，使钻杆扭矩增大，推力或拉力增加，因此对泥浆的要求比较高，为克服这种不利因素，采取以下措施：4.3.1聘请中国石油泥浆专家进行前期泥浆试验和泥浆方案的

7、制定并进行现场指导。4.3.2现场取土样水样，按照实验室确定好的泥浆配比修订配比数据，符合配比要求后用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出具有高效护壁、润滑降扭等特性的泥浆，保障穿越成功率(主选CMC系泥浆)。4.3.3为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，增加泥浆储存罐至5个和2个泥浆快速水化装置。84.3.4对施工用水源进行检验，使用符合泥浆配置要求的施工用水。4.4钻机试钻开钻前做好钻机的安装和调试等一切准备工作，试钻1～2根钻杆后，确定系统运转正常，即可正常钻进。4.5钻导向孔主、辅钻机进行导向孔穿越施工，采用PARATRACK2控向仪,布人工磁场2

8、-3个，在无法布磁场的位置租用2套进口