珠三角地区河流定向钻穿越设计施工问题探讨

徐向阳，许明武，杨 菲

（中海石油炼化东莞油品储运有限公司，广东东莞 523988）

珠三角地区河流定向钻穿越设计施工问题探讨

徐向阳，许明武，杨 菲

（中海石油炼化东莞油品储运有限公司，广东东莞 523988）

由于珠江三角洲特殊的地理环境以及复杂的工程地质情况，定向钻穿越施工时遇到不少难题，如钻头在粉细砂层中的抬头问题、在淤泥质土层中的导向问题等。针对长输管道现场定向钻施工中遇到的问题，进行了分析研究，提出了缩小探孔间距、调整穿越曲线、采用两级导向孔等有效应对措施，为今后珠三角地区定向钻穿越设计和施工提供范例。

定向钻；河流穿越；珠江三角洲

近年来，定向钻施工技术日益成熟，已广泛应用于河流和一些特殊地段的穿越施工。在珠江三角洲地区的管道施工中，定向钻充分发挥了其非开挖施工的优越性。然而，由于珠三角特殊的地理环境和复杂的地质情况，定向钻穿越施工中遇到不少难题。

1 珠江三角洲的地质概况

本区在地质历史上经历过多次构造运动，其中华力西—印支运动使晚古生代发生过渡性褶皱，伴随断裂构造，构造线以北东向为主，次向为东西向，而燕山运动规模最大，活动最强烈，对区域构造格局影响深远。目前，本区域大地构造位置在华南准地台湘桂赣粤褶皱带中的粤中坳褶皱束之东端，次级褶皱位于灵山大岗石楼断凹盆地中，主要是白垩纪红色砂砾岩、泥岩组成的构造盆地[1]。地层按照成因类型自上而下分为第四系全新统耕地、第四系全新统海陆交互相沉积层、第四系更新统冲积层、基岩为白垩系上统粉砂质泥岩或泥质粉砂岩。地质主要特点是软土分布范围广、厚度大，软土主要是软塑状淤泥或淤泥质土等。从上到下各地层的主要分布为淤泥、中粗砂、淤泥、粉砂、淤泥混砂、黏土、泥岩、岩石等。

2 珠江三角洲定向钻穿越施工过程中出现的问题

根据国家技术规范，适合水平定向钻施工的地质条件为岩石、砂土、粉土、黏性土。对于仅在出土点或入土点侧含有卵砾石等不适合水平定向钻施工的地质条件，经采取措施后也可进行水平定向钻穿越施工[2]。在珠三角地区基本没有完全符合上述条件的地质情况，但有时由于实际施工需要，必须采用水平定向钻的施工工艺，因而会产生很多问题，主要有：

（1）由于地质变层复杂，出土端钻头穿过粉细砂层时无法抬头，导向孔钻孔失败。以某东江北干流穿越项目为例，根据勘察设计资料，定向钻设计的长度为980 m，设计穿越曲线需穿过素填土层、粉细砂层、粗砂层、砾砂层、砂质黏土层和泥质粉砂岩层，然后水平穿越500 m宽的泥质粉砂岩层，在出土端斜向上穿越粉细砂层。在实际施钻过程中，当钻头在出土端斜向上穿越粉细砂层时，因钻头喷浆冲刷粉细砂，形成流动层，无法支承钻头重量，致使钻头抬不起头继续向上推进，从而改变了方向；由于阻力不断增加，整个钻杆的扭矩也就相应增大，施工人员将钻杆反复抽回和推进，最后导致钻杆断裂。断点处于管侧钻杆出土前100 m左右的位置，经过多次抓捞，断在底下的钻头无法找到，最后只能重新钻导向孔。从现场抽出的钻杆来看，断点截面比较平齐，证明钻杆断裂原因为扭矩过大而断裂 （见图1）。

（2）在长距离的淤泥地层中，无法控制钻头的位移，最终产生 “屁股”形曲线。以某洪屋涡水道定向钻穿越项目为例，其穿越长度设计为1 180 m，穿越段地质为素填土、淤泥，中粗砂、黏土、粉质黏土等的交错地层，考虑到环境因素，钻头要在780 m处的两座房屋建筑桩基础中间通过，两桩基础之间相距约2.5m。由于钻头要经过承受力较差的淤泥层，钻头无法按照导向位置曲线移动，在左右方向偏差较大。当钻头打到780 m时就碰到了桩基础，无法通过间隙。施工单位数次在770 m附近调整导向，企图通过推力调整迫使钻杆转向，均未成功，并连续发生三次钻杆严重弯曲断裂 （见图2）。

3 定向钻施工问题分析和应对措施

3.1 东江北干流穿越

（1）从钻孔返回泥浆的状况分析，发现返回泥浆中的物质与勘察资料记录的不同，原因是勘察设计布局的勘察点间距较大 （50～80 m），控制程度低，没有反映出实际地质情况。

（2）穿越曲线出土端粉细砂层厚度较大，且采用了拖拉力为2 500 kN的大型钻机，施加的钻进压力过大。

鉴于以上两点提出新钻导向孔的解决方案。首先增加两个地质探孔，以便更加确切了解地质情况；增加穿越曲线设计长度，出土点向前移动33 m，从粉细砂层的最薄处穿过。其次根据进尺及钻进深度，调整泥浆泵的泥浆进入量，以此控制泥浆压力，尤其是钻头到达粗砂层与粉细砂层时，需要降低泥浆的压力，同时控制钻进速度，降低钻进压力，确保泥浆形成稳定护壁效果；另外，泥浆配制中添加容易护壁成孔的添加剂，保证从粗砂层过渡到粉细砂层的护壁形成，使导向孔钻孔成功。

3.2 洪屋涡水道定向钻穿越

调查显示在钻侧780 m内，桩基地层虽然是黏土，但钻头经过的地层有中砂层和淤泥层，淤泥层的承受力不稳定，容易造成钻头走偏，因而长距离钻进就难以控制钻头的定向准确度，以致导向失败。

针对以上问题采用两级导向孔的施工方法，新老钻进方案示意见图3。

首先，第一入土点不变，第一出土点改在桩基础前方20 m的地方，即穿越长度760 m处；其次，第二入土点设在原出土点处，第二级施工时导向孔钻头从这里入土，穿越410 m后从两桩基础中间通过，大约在770 m的地方出土。两级导向孔完成后，通过大开挖将两钻杆连接，于是就形成一条“屁股型”的曲线，然后通过钻杆钻头的来回扩孔，使导向孔成为一条比较圆滑的通道，减少了管道回拖的阻力，最终导向孔施工成功完成。

4 结束语

在珠三角地区，某项目共采用定向钻穿越16条大中型河流，虽然施工过程遇到了包括地质、场地以及技术上的诸多问题，但是经过设计和施工的充分结合，最终解决了漏浆、塌孔、断钻头和钻杆以及分段回拖等一系列问题，全部回拖成功，为管道的顺利贯通提供了保障，也为珠三角地区定向钻穿越积累了宝贵的经验。

[1]广东省地质局.区域地质测量报告（广州幅）[R].广州：广东省地质局，1999.3-5.

[2]GB 50427-2007，油气输送管道穿越工程施工及验收规范[S].

Discussion on Design and Construction Problems in Directional Drilling Crossing Construction in Pearl River Delta Region

XU Xiang-yang（CNOOC Dongguan Oil Storage and Transportation Co.， Ltd.， Dongguan 523988，China），XU Ming-wu，YANG Fei

Due to peculiar geography and complex geological conditions in the Pearl River Delta,directional drilling crossing construction meets many problems,such as the driller head rising in silty-fine sand layer and the orientation deviation in sludge-soil layer.The problems encountered in the long distance pipeline directional drilling are analyzed,some effective measures are put forward,such as narrowing survey hole spacing,adjusting crossing curves and drilling two level pilot holes,which provide examples for future directional drilling crossing design and construction in the Pearl River Delta region.

directional drilling;crossing river;Pearl River Delta

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.010

徐向阳 （1978-），男，河南许昌人，工程师，1999年毕业于中国石油大学 （华东）油气储运专业，2006年毕业于中山大学管理学院项目管理专业，硕士，现主要从事石油天然气储运工程管理工作。

2011-06-21