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风化岩层定向钻导向孔施工质量控制

发布日期:2019-04-09 19:46:00 点击:

1,风化岩层地质情况概述
风化岩是新鲜岩在风化作用下形成的物质,可划分为全风化、强风化、中等风化和微风化。其中全风化和强风化强度一般较低,而微风化和中等风化强度较高,东黄(复)线和东临线安全隐患整治工程高密段定向钻穿越地层属于微风化岩层。据施工地质数据显示,一般地段风化岩层厚度约为9~12米。
2 风化岩层定向钻导向孔施工两大难点
2.1测量放线较难
依据水平定向钻施工地势特点,出土点与入土点之间无法通视,属于测量放线的特殊地段,尤其是风化岩层长距离定向钻穿越地段的测量放线,难度更大。
2.2导向孔成孔能力较差
风化岩层的风化程度不同,导致地层的每个层位所需要的泥浆性能有很大的差异,造成配置相适宜的泥浆难度较大,对泥浆要求较高。定向钻的导向孔施工中,风化岩层存在的层位导向孔成孔能力较差。
3 风化岩层定向钻导向孔施工
3.1 地质勘查
依据勘查单位提供地质勘查报告对施工地段进行实地勘查,主要从两方面进行:第一,对地上的构筑物进行排查,例如高压线杆、大型建筑物等;第二,对地下工业设施进行排查,例如城市供热、天然气管线、国防光缆等。
3.2 测量放线
根据施工图、设计控制桩进行测量放线,定向穿越往往是施工困难地段,测量时入土点、出土点两点大多不能通视,操作过程中,定好了出、入土点,就需要利用坐标控制,来回倒点,将入土点、出土点之间的直线在现场标出。而且,定向穿越对测量放线的精度要求高,这就需要在操作过程中精益求精,尽量减少人为操作误差,主要控制措施有:在测量木桩上画交叉点,定桩定向时使用对中杆;进行多次测量来减少误差——“一定二测三校验”。对入土角、出土角、方位角要求精确,进行梯度测量,测量后进行数据整理,利用计算机模拟技术进行定向钻导向孔的轨迹模拟。
3.3 场地平整
定向钻施工占地包括钻机场地、管线场地、蓄水池及泥浆占地、管线焊接占地。设备安装区域夯实、采取相应的地基加固处理措施。钻机安装场地的大小根据钻机型号而定。泥浆池和蓄水池占地根据管径的大小、场地及地质情况而定,尽量节约用地。在出土点一端,应根据管道中心轴线,占地宽度和长度(为穿越设计曲线长度加50m),放出管道场地、泥浆池占地及管道焊接占地边界线,并标出拖管车出入场地的路线和地点。
3.4 泥浆的配制
3.4.1泥浆的概述
定向钻泥浆在定向钻穿越工程中非常重要,泥浆一般由膨润土、水及泥浆添加剂等构成,依据穿越地段的地层情况,泥浆成分配比比例作适当调整。风化岩层地质情况相对复杂、岩层不均一性较大,对泥浆的性能要求较高。
①泥浆具有较强的流动性和粘度,携带风化岩层钻屑能力要强,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泥浆需有比较强的护壁作用,能提高钻孔孔壁的稳定性,尤其对于风化岩层地层不均一容易坍塌的地层。
③泥浆具有较强的润滑性能和降温功能,为钻具提供有效的润滑作用,特别是当穿越风化岩层地层时,由于钻具与地层之间的摩擦较大,产生较大的热量,需要泥浆降温,保护钻具以保证顺利施工。
④依据风化岩层的每个层位风化的程度不同,需随时调整泥浆的压力和流量,满足钻导向孔的施工需要。
3.4.2风化岩层泥浆的配制
①水预处理:水从河流中抽到指定的池中,经过沉淀池沉淀后,抽入水罐内加碱(Na2CO3)软化,降低水中的Ca2+、Mg2+离子含量,改善水质硬度,同时提高水的PH值,水的PH值为9~10时最适合膨润土的水化。
②依据近几年定向钻导向孔施工经验,发现风化岩层泥浆的粘度值要求相对较大,根据地层情况泥浆要求粘度如下:
③一般采用Na-CMC(钠羧甲基纤维素)泥浆
这是一种最普通的提粘型泥浆,Na-CMC起进一步提粘和降失水作用。配方:1m3水,优质造浆粘土60~80kg,纯碱3~5kg,Na-CMC 10~20kg左右;泥浆性能:密度1.03~1.3,粘度25~60s,虑失量小于12ml/30min,pH值约9.5。
3.5 无线控线系统监控
导向孔施工时,采用无线监控系统进行监控,保证能量发射探头与跟踪接受仪在一条垂直线上,数据及时与管线穿越段设计图纸所设计的轨迹参数对照,保证定向钻导向孔轨迹符合设计要求。
4 结论及建议
①风化岩层定向钻穿越时,施工前的准备工作要求较高,对所穿越地段的地质情况仔细分析,做好测量放线、控向参数采集、导向孔轨迹的控制设计等的基础工作,制定切实可行的施工方案,进行计算机模拟。
②导向过程中钻孔穿越曲线做到“平、滑、圆、缓”,钻进时,严格控制每一根钻杆的控向参数,保证每一根钻杆的偏差量为最小值;导向孔偏差过大,在抽出部分纠偏时,在原孔、新孔交汇处形成折角很大的曲线,无法满足管道的穿越曲率半径要求。
③在导向孔钻进过程中对控向参数、泥浆性能、排量参数、钻机拖拉力、扭力参数等数据及时的收集与整理,根据数据的对比,判斷钻进情况,及时做出合理调整,保证施工质量,提高定向钻导向孔钻进的成功率。
④风化岩层地层穿越采用的钻具组合,在出土端钻出岩石地层进入土层时,动力钻具自重较大,地层不均一,钻头会出现难抬头的现象,导致滞后出土。因此使钻头倾斜角在岩层里可提前增加2°左右,防止进入土层后角度掉的太大出土滞后。
⑤根据风化岩层地质情况配制优质的泥浆,地质情况复杂,采取配制高粘度泥浆,钻进过程中对泥浆的成分配比、泥浆流量、钻压及时调整,保证泥浆的携岩性能确保能够顺利钻穿