浅议复杂地层水平定向钻穿越施工难点

浅议复杂地层水平定向钻穿越施工难点

李强超

中石化江苏油建工程有限公司管道技术工程分公司江苏扬州225261

摘要：本文主要阐述了江津-荣昌成品油管道工程小水库与园林基地定向钻穿越的工程案例。由于穿越工程受诸多因素影响，且穿越全线为岩石地层且富含石英砂,岩石强度差距大，地层软硬交错。由于地质复杂,定向钻穿越施工卡钻等事故多出于此类地质。在确定施工方案时,要综合考虑经济、安全及环境等因素的影响,只有加大施工技术控制管理,规避风险,才能保证穿越的成功。

关键词：水平定向钻;石英砂;软硬交错;碎石

0引言

水平定向钻穿越技术最早出现在70年代，80年代引进我国，是传统的公路打孔和油田定向钻井技术的结合。水平定向钻穿越技术施工周期短；能为管道提供最佳的保护层，减少维护费用；进入21世纪以来，水平定向钻穿越技术得到进一步发展，向传统意义上的高难度穿越三大禁区：岩石层、卵石层、流沙层发起不断的挑战。本文主要以江津-荣昌成品油管道工程小水库与园林基地水平定向钻穿越工程为施工案列，对水平定向钻穿越复杂地层施工过程中出现的部分难点，要点问题及解决措施进行一些初步的探讨，希望能起到抛砖引玉的作用。

1工程概况

小水库与园林基地水平定向钻穿越工程位于重庆市永川区黄瓜山代家店村，穿越水平距离为709米，平面走向存在4度拐角，出、入土点高差23米，地表高差起伏变化较大。穿越主管道规格为φ406.4×9.5mm，光缆套管规格为φ121×6mm，异孔回拖。根据地勘资料和当地村民钻井及附近石英砂矿信息收集，结合钻导向孔情况，本工程穿越地层含大量石英砂，可钻性极差，对钻具磨损尤为严重，且岩石硬度达到87Mpa以上。

2施工工艺流程

定向钻穿越施工大体可分为5个阶段：设计交底及现场交桩、测量放线、钻导向孔、预扩孔、管道回拖。工艺流程见下图：

3主要施工难点及措施

3.1、施工难度大大超出预想。根据招标文件描述，岩石最高强度为20-50Mpa，因此我方调遣68T钻机进场施工。然而通过实际施工发现，穿越地层岩石硬度高（后补地勘为87MPa）、难破碎（含石英砂）。在完成光缆套管回拖后，我公司意识到，在如此恶劣的地质条件下进行主管穿越必须要上大型穿越机及更多配套设备。随即，我公司重新调遣150T钻机进场施工，并重金聘请当地地质队对本工程进行了地勘钻探。通过地勘资料可知，本次穿越地层大部分为砂岩且富含石英砂，岩石单轴抗压强度最高为87Mpa，岩石较破碎，岩石软硬交错极差大，可钻性很差，研磨性强对钻具磨损非常严重。

3.2、石英砂岩研磨性强、可钻性差。岩石中富含石英砂，在钻具通过时，给钻具带来了持续研磨。单是完成两次导向孔钻进就报废10个导向钻头及10根泥浆马达，导向时需频繁起钻更换钻具且单根钻杆钻进时间超4小时。一级扩孔累计施工24天，报废10个全新扩孔器且单根扩孔时间达21.5小时。二级扩孔累计施工17天，报废7个全新扩孔器且单根扩孔时间达14小时，扩孔器牙轮磨损非常严重。因此在扩孔时必须严格控制扩孔器使用时间，频繁进、退扩孔器进行更换，防止因扩孔器使用过度而将牙轮掉于井下给后续扩孔造成更大困难。

3.3、岩石较破碎，井下掉落大量碎石块。由于岩石较破碎，扩孔时有大量碎石块掉落于井下，给后续施工带来很大的困难。由于碎石块在井下不固定，每次进、退扩孔器时都会在不同位置发生卡钻现象，严重时直接卡死。因此在进行第一次试回拖时，主管在几个碎石点拉力增加导致主管局部变形，且造防腐层损伤严重。介于此种地层情况，我们必须多次清孔，在有碎石的地段来回清孔以达到将碎石打小的目的。在多次清孔后效果不明显，我们采用自制打捞桶下井打捞碎石，经过多次反复打捞，将井下碎石打捞出大部分同时在主管上增加环氧玻璃钢保护层，保证第二次试回拖顺利完成。

（上图为井下打捞出部分碎石照片）

3.4、岩石软硬交错，扩孔轨迹易变形。本次施工最大扩孔直径为Φ580mm，共分为Φ430mm和Φ580mm两个级别。在本次穿越轴线上，存在好几处地层软硬交错处即扩孔时间相差很大，上一根扩孔用时十几个小时，下一根扩孔用时不到半个小时。在这种软硬交错的地方，扩孔器会往地层较软的一侧偏移从而造成井身曲线局部变形。在第一次试回拖时，主管在这种局部变形的地方受到小曲率半径的挤压，造成主管局部变形。介于此种情况，为保证主管顺利，我们采用多扩孔器相连修孔的施工方式（Φ580mm扩孔器+Φ500mm扩孔器、Φ580mm扩孔器+Φ580mm扩孔器、Φ580mm扩孔器+Φ500mm扩孔器+Φ580mm扩孔器以及自制狼牙式修孔扩孔器），各级别进行了多次反复的修孔，最后主管顺利完成回拖。

4结论与建议

4.1任何工程施工前的准备工作要求比较高，对所穿越的地质情况要仔细分析，做好测量放线、根据穿越管径、长度及地质复杂情况选择施工能力相当的钻机进行施工，避免更换钻机二次进场增加施工成本和延误工期。

4.2在研磨性强，可钻性差的地层施工时，对井下钻具的使用时间需严格控制，明确钻头及扩孔器最低安全使用时间。多次起钻检查，切勿急于求成造成井下掉落牙轮等井下安全事故。

4.3在井下存在较多碎石地层，在回拖前需多次清孔，尽量将井下碎石敲碎，分散铺开避免集中堆积影响局部孔径。对于多次清孔后任感觉有较大碎石时，建议采取相应打捞措施，多次打捞以达到井下顺畅为顺利回拖打下坚实的基础。

4.4在岩石强度变化较大，软硬交错的地层扩孔时尤其在第一级扩孔时，在地层变化的地方要减慢扩孔速度防止扩孔器过快通过造成井身轨迹变形，同时在扩孔器后3-5米处增加合适的扶正器加以扶正。在随后进行第二、三等级别扩孔时，在扩孔器前增加扶正器以保证井身轨迹不太过于变形。如在有扶正器扩孔的情况下，井身轨迹还有局部变形影响回拖，可采取多扩孔器相连进行反复修孔，必要时可制作特种扩孔器修孔以保证顺利完成回拖。

5结语

非开挖工程施工应用的规模和范围不断扩大，随着经济的快速发展，城市建设可谓日新月异，基础设施建设的投入力度不断加大，水平定向钻进市场前景必然更加广阔。定向钻穿越施工中，经常出现一些可避免和一些不可避免的问题。总之，要提高施工效率，做样板工程，就要敢于面对问题，多做思考，多做总结，积累经验。做到在经验中成长，在学习中进步。