一、工程概況
河口1#山體定向鉆穿越位于甘肅省蘭州市西固區(qū)河口鄉(xiāng)河口村西南面約500m處附近。該項(xiàng)目穿越管徑ф914*23.6，并行間隔10m管徑ф114*6光纜管。施工的出、入土角度7°，穿越山體長(zhǎng)度約1492m，最大埋深160m左右，穿越地層主要為強(qiáng)、中風(fēng)化泥巖，泥巖的單軸飽和抗壓強(qiáng)度為30MPa，是目前國(guó)內(nèi)油氣管道領(lǐng)域最大口徑最長(zhǎng)距離的山體定向鉆穿越工程。
公司嚴(yán)格按照“高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量、高效益、高速度”的總方針，對(duì)工程進(jìn)行管理，建立健全質(zhì)量保證管理體系、HSE管理體系、工程施工管理體系等管理網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工驗(yàn)收規(guī)范編制各種管理文件，實(shí)施關(guān)鍵線路控制，確保按質(zhì)、安全、優(yōu)質(zhì)提前完成施工任務(wù)。
二、項(xiàng)目實(shí)施
導(dǎo)向鉆具組合：10-5/8三牙輪鉆頭+185泥漿馬達(dá)+185無磁鉆鋌+6-5/8鉆桿
控向：P2+陀螺儀
導(dǎo)向時(shí)使用GD12000-T鉆機(jī)，回?cái)U(kuò)孔采用XZ8600鉆機(jī)。
主要采用6級(jí)擴(kuò)孔，終孔徑1350mm。單根鉆桿擴(kuò)孔時(shí)長(zhǎng)多在40-85min之間，最大時(shí)長(zhǎng)154min。
因回拖場(chǎng)地受限，回拖采用九接一的方式，歷時(shí)10天9晚，用時(shí)約245小時(shí)，一次性完成回拖。
三、項(xiàng)目實(shí)施環(huán)節(jié)介紹
1、鉆機(jī)選擇
根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50423-2013）5.2.3條計(jì)算回拖力：
經(jīng)計(jì)算：
古浪-河口天然氣聯(lián)絡(luò)管道山體定向鉆穿越最大回拖力為1073.1kN，本工程最大回拖力取計(jì)算回拖力值的3倍，管道需最大回拖力為3219.2kN，選用XZ8600鉆機(jī)，最大回拖力800t。
鉆機(jī)參數(shù)如下表：
XZ8600鉆機(jī)
2、鉆導(dǎo)向孔時(shí)的鉆桿選擇
根據(jù)多年的施工實(shí)踐總結(jié)，5″鉆桿在通常情況下鉆導(dǎo)向孔的距離都能超過1300米，按照5 ″鉆桿能穿越1300米的施工能力進(jìn)行反推，可以推算出結(jié)合使用5 ″、5-1/2 ″、6-5/8 ″、7-5/8 ″鉆桿后的水平定向鉆穿越距離。
由于鉆桿的施工能力與鉆桿的壓桿失穩(wěn)密切相關(guān)，鉆桿的壓桿失穩(wěn)又與鉆桿的軸慣性矩關(guān)系緊密，導(dǎo)致壓桿失穩(wěn)的臨界力計(jì)算公式如下式：
上式中：PLj－為鉆桿所能承受的臨界壓力；
E－鉆桿的彈性模量；
I－為鉆桿的軸慣性矩；
L－為壓桿的長(zhǎng)度（即從鉆機(jī)動(dòng)力輸出端至鉗口的距離）；
μ－為長(zhǎng)度系數(shù)，在本文計(jì)算中根據(jù)桿端支撐情況取值為0.5。
鉆桿的軸慣性矩計(jì)算公式如下：
上式中：D－為鉆桿截面外徑；
d－為鉆桿截面內(nèi)徑。
5 ″、5-1/2 ″、6-5/8 ″、7-5/8 ″鉆桿的截面參數(shù)如下表所示：
因此由上表的比值可知，在鉆機(jī)施工能力（最大推力）的許可下，如果采用5″鉆桿可進(jìn)行的施工長(zhǎng)度為1300米，在忽略鉆桿外徑變化對(duì)摩擦阻力的影響，則采用5-1/2″鉆桿則可達(dá)到1726.4米，采用6-5/8″鉆桿則可以達(dá)到3190.2米，因此本項(xiàng)目采用6-5/8″鉆桿。
3、地層巖性
根據(jù)鉆探揭露、原位測(cè)試、室內(nèi)試驗(yàn)成果及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)綜合分析，擬建場(chǎng)區(qū)內(nèi)地層巖性主要為第四系地層、下白堊統(tǒng)河口群三組下段地層，勘探深度內(nèi)自上而下共分5層。各地層特征分述如下：
第①層黃土（Q3eol）：黃褐色，稍濕，稍密，主要包含粉土顆粒、砂土顆粒及少量植物根系，土質(zhì)均勻性一般。層厚 1.20～18.20m，土石等級(jí)為Ⅱ級(jí)，該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)普遍分布。
第②層卵石（Q3al）：雜色，中密～密實(shí)，骨架物顆粒含量為 65%～78%，一般粒徑 30～60mm，可見最大粒徑 110mm，亞圓狀，母巖為灰?guī)r、砂巖，顆粒表面中等風(fēng)化， 主要充填物為砂土、礫石，固結(jié)程度一般。層厚 6.60m，土石等級(jí)為Ⅲ級(jí)，該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)僅揭露于 HKZK2 鉆孔。
第③層全風(fēng)化泥巖（K1hk31）：紅褐色，巖石結(jié)構(gòu)基本被破壞，巖體破碎，節(jié)理裂隙的發(fā)育，巖芯呈黏土狀、砂礫石狀，巖質(zhì)較軟，遇水后強(qiáng)度降低，易軟化崩解。層厚 1.80～ 5.00m，土石等級(jí)為Ⅳ級(jí)，該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)普遍分布。
第④層強(qiáng)風(fēng)化泥巖（K1hk31）：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物、石英、長(zhǎng)石等，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，局部夾砂質(zhì)泥巖薄層，一般塊徑（柱長(zhǎng)）30～60mm，可見最大塊徑（柱長(zhǎng)）130mm，巖質(zhì)較軟， 泡水易崩解，巖石 RQD 值為 0～20%。層厚 5.10～48.50～m，土石等級(jí)為Ⅴ級(jí)，該層場(chǎng)區(qū)內(nèi)普遍分布。
第⑤層中等風(fēng)化泥巖（K1hk31）：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物、石英、長(zhǎng)石等，巖體較破碎～較完整，節(jié)理裂隙發(fā)育一般，局部區(qū)域節(jié)理裂隙發(fā)育，與鉆孔軸夾角多呈 13°～19°、21°～40°、55°～65°夾角，節(jié)理面微張，巖芯呈柱狀，一般柱長(zhǎng) 50～70mm，可見最大柱長(zhǎng) 800mm，巖質(zhì)堅(jiān)硬性一般，泡水易軟化， 巖石 RQD 值為 40%～90%。最大揭露厚度 90.00m，未揭穿。土石等級(jí)為Ⅵ級(jí)，該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)普遍分布。
該層有 1 夾層：
第⑤-1 層中等風(fēng)化砂質(zhì)泥巖（K1hk31）：青灰色～灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物、石英、長(zhǎng)石等，巖體較破碎～較完整，節(jié)理裂隙發(fā)育一般，局部區(qū)域節(jié)理裂隙發(fā)育，與鉆孔軸夾角多呈 13°～19°、21°～40°、55°～65°夾角， 節(jié)理面微張，巖芯呈塊狀、柱狀，一般柱長(zhǎng)（塊徑）30～70mm，可見最大柱長(zhǎng) 300mm， 巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖石 RQD 值為 30%～50%。層厚 22.00～66.00m，土石等級(jí)為Ⅵ級(jí)，該層在場(chǎng)區(qū)內(nèi)僅揭露于 HKZK1、HKXK3 鉆孔。
4、泥漿配制
穿越經(jīng)過地層主要是泥巖，且穿越節(jié)理密集帶，穿越距離長(zhǎng)，擴(kuò)孔尺寸大，易導(dǎo)致鉆屑攜帶不干凈，鉆桿粘卡，扭矩增大，推力或拉力增加，因此對(duì)泥漿的要求比較高，為克服這種不利因素，我們將采取以下措施：
1）按照實(shí)驗(yàn)室確定好的泥漿配比，將膨潤(rùn)土、泥漿添加劑進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?/span>
2）為了確保泥漿的性能，增加泥漿儲(chǔ)存罐和泥漿快速水化裝置，使膨潤(rùn)土有足夠的水化時(shí)間。
3）鉆機(jī)場(chǎng)地設(shè)置一個(gè)泥漿收集池，收集施工中孔洞內(nèi)返出的泥漿，經(jīng)過處理后泵入儲(chǔ)漿罐，循環(huán)利用。
4）施工過程中，做好泥漿配置記錄的填寫工作，每一道施工工序完成后，將泥漿配置記錄提交項(xiàng)目部存檔。
5、管線回拖
管道回拖是水平定向鉆穿越施工中的最后環(huán)節(jié)，也是最重要的環(huán)節(jié)。為保證管線入洞角度與實(shí)際穿越曲線的出土角吻合，并達(dá)到規(guī)范要求的曲率半徑，本定向鉆穿越回拖方案為：沿穿越軸線出土角度向入土點(diǎn)方向開挖發(fā)送坑，出土點(diǎn)后側(cè)開挖發(fā)送溝，形成自然“貓背”�！柏埍场眱蓚�(cè)圍堰，在圍堰內(nèi)注水和水質(zhì)潤(rùn)滑劑，用以潤(rùn)滑回拖管線，減小回拖阻力。因出鉆點(diǎn)受場(chǎng)地條件限制，不具備一次組焊回拖條件，采用“九接一”回拖方案，歷時(shí)10天一次回拖成功，刷新國(guó)內(nèi)大口徑、長(zhǎng)距離山體定向鉆新紀(jì)錄。
四、結(jié)束語
古浪-河口天然氣聯(lián)絡(luò)管道工程主要解決因澀寧蘭管道氣外輸量減少和蘭銀線冬季反輸能力不足導(dǎo)致蘭州市及周邊地區(qū)天然氣保供能力缺口問題；同時(shí)，在河口末站將西氣東輸系統(tǒng)、澀寧蘭系統(tǒng)及蘭銀線實(shí)現(xiàn)聯(lián)通，運(yùn)行更加靈活，可打造“N-1”堅(jiān)強(qiáng)天然氣管網(wǎng)，統(tǒng)籌解決甘肅、青海兩省供氣平衡問題，提高區(qū)域管網(wǎng)的供氣可靠性。水平定向鉆山體穿越技術(shù)因其施工距離長(zhǎng)、施工效率高的優(yōu)勢(shì)備受廣泛使用，專業(yè)技術(shù)和施工管理人員需對(duì)每一道施工工序精準(zhǔn)把握，特別是在地形復(fù)雜地區(qū)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，定向鉆技術(shù)將會(huì)越來越多地應(yīng)用到不同領(lǐng)域的工程實(shí)踐中。
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