定向钻穿越中的双管同孔穿越的技术研究

朱梅 刘文亮（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司）

一、项目概况和工程背景

1.定向钻同孔穿越的原因

（1）导向孔和光缆孔两孔互为备孔，当一个孔成功出土时，由于溶洞及其他地质风险原因，有可能发生再次成孔失败的情况。为避免定向钻穿越工程导向孔钻进过程中遭遇未探明的溶洞，致使导向孔曲线发生较大变化无法满足管道回拖的要求，造成重新打导向孔的情况发生，因此采用同孔回拖的方式可以有效的降低施工潜在风险；

（2）本工程管道定向钻穿越工程工期紧、任务重，为了有效的缩短工期，保证管道工程的如期贯通，故采用同孔回拖的方式进行施工；

（3）沿线河流穿越位置地形大多为丘陵，光缆管定向钻场地受限。

1.2 定向钻同孔穿越的设计理念

定向钻双管同孔回拖有两种设计理念：一种为双管全部套入一根套管中进行回拖；另外一种为双管无束缚回拖方式，即两个工作管前端套入1根套管，套管后端的工作管处于自由状态下回拖。双管组合穿越管道具有重量大、管径大等特点，因此，对工艺的要求更高，要求减少回拖过程中的摩擦阻力，采用高质量的泥浆等方法。

二、同孔穿越回拖施工方案

1.施工准备工作各工序

（1）放线

根据施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。施工测量放线工作要严格遵守测量标准规定，使用经过校验的G PS、全站仪等设备，并及时收集、整理测量放线记录和有关穿越测量资料，妥善保管。

（2）钻机作业场地

入土侧场地内要摆放钻机及配套设备、泥浆罐、泥浆泵等，平整入土侧场地，总占地面积为：60×60=3600 m2，其中泥浆池占地面积共为：30×30=900 m2。

出土点场地要摆放钻杆及泥浆设备等，总场地占地面积为：50×44=2200 m2，其中泥浆坑占地面积为20×20=400 m2。

出入土点两侧各挖砌深度为2 m的1个泥浆池。泥浆池内铺塑料花格雨布两层，在池子周围修封闭式梯形护堤并夯实，护堤高1m，防止泥浆外泄。

（3）泥浆配制

由于穿越经过地层主要是石灰岩层，穿越对泥浆性能的要求高，为克服对付这种不利因素，建议将采取以下措施：

a.水源采取抽取河水，用水泵输送至水罐内，在水罐中沉淀、过滤后配浆。

b.按照实验室确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出高效护壁、润滑等殊性的泥浆，提高回拖成功率。

c.为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，使用两套泥浆储存罐和泥浆快速水化装置。

d.泥浆的回收利用：钻机场地和出土点场地各有一个泥浆收集池，泥浆通过泥浆池收集，再经过泥浆回收系统回收再使用。

e.保持泥浆性能稳定，使泥浆性能稳定在75s-80 s。

2.施工过程各工序

（1）钻导向孔

导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，硅管套管穿越导向孔完成后直接进行回拖。

控向对穿越精度及工程成功至关重要，开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。

（2）扩孔

由于是输气管道与光缆套管同孔穿越，为保证输气管道外防腐不被损坏，关键因素在于扩孔直径足够大，扩孔直径必须大于两管外径之和的1.5倍，使孔有足够的空间容纳两条管道，防止管道发生相互挤压，摩擦损坏防腐层。岩石穿越防腐层的损坏很大部分来源于管道与凸凹不平的孔壁同和软硬交接处台阶的摩擦。针对这种情况，最后一道修孔工序至关重要，通过修孔可以有效的清除掉孔壁的凹凸不平部分和软硬交接处的台阶，使孔顺直平滑以尽可能的保护管线防腐完好无损。

（3）管线回拖

由于是同孔回拖，为防止光缆套管焊口处凸起的焊口损坏输气管道防腐层，建议采取光缆套管焊口处补口的方案，使用热收缩带隔离焊口与输气管道防腐层的接触，可以有效的防止光缆套管焊口凸起在与输气管道的接触摩擦时损坏输气管道防腐层。

为防止光缆套管在回拖过程中发生自转缠绕在输气管道上，采取输气管道与光缆套管分别单独安装万向节的方案，使光缆套管在有旋转应力时可以沿自身轴线自转，而不会缠绕到输气管线上。

为保证回拖的顺利和防腐层不受破坏，将采取以下措施：

a.全部管线均采用滚轮支架发送，防止管道防腐层损坏。

b.回拖前后，准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪，安排专人巡视管线，发现防腐层破损立即进行补伤。

3.同孔穿越回拖风险分析和控制

根据地质勘查报告，钻探揭露场区内沉积物主要为第四系冲洪积黏性土、圆砾，下覆石炭系灰岩，地层变化复杂，局部比较破碎。完成的24个钻孔中有溶洞的有8个，占总数的33.3%，溶洞大小不等，形状不规则，并伴有裂隙。因此施工难度和风险很大。在管道回拖过程中存在以下风险：

卡钻

由于溶洞、裂隙等原因在地层出现软硬交界面时可能出现扩孔台阶，或由于泥浆质量不稳定造成岩屑堆积在孔内而放生管道回拖遇卡现象.

应对措施：在回拖前做好管道解卡的应急措施准备。一旦发生管道回拖遇卡的情况，我们将及时地安装动滑轮组，将其与回拖管道的尾部连接，将管道及时从孔洞中拽出，重新进行修孔和清孔作业，在钻孔顺直平滑后，并将岩屑清除干净后在进行回拖作业。

钻具断裂

岩溶和裂隙经常会引起扩孔扭矩的突然变化，应力瞬间集中在钻具的某一点上从而造成钻具断裂，钻具疲劳是发生钻具断裂的一个主要原因。

应对措施：在管道回拖前对参与回拖的钻具再次进行无损检测，确保钻具完好无损，回拖一次成功。

三、泥浆质量不稳定造成穿越失败

泥浆质量的不稳定是造成卡钻、回拖遇卡的最主要原因，为了保证鲤鱼江定向钻穿越施工的顺利进行和成功回拖，必须保证泥浆质量的稳定。

根据规范及地层特征，确定整个工程施工期间泥浆粘度稳定保持到75s-80 s，现场用马氏漏斗测量，每两小时测一次。配比用一级膨润土加上环保型增粘剂及堵漏剂，配出高效护壁、润滑等特殊性的泥浆。

为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，配备泥浆快速水化装置,并在现场设置蓄浆池，规格为30 m×15m×2 m。根据现场实际情况，增加泥浆罐数量或新增蓄浆池，满足高质量泥浆配比需要。

四、同孔回拖保证管道防腐完好和回拖顺利施工的关键点

1.泥浆粘度75s-80 s，并保持稳定，以有效携带岩屑，保持钻孔干净。

2.扩孔至管道外径总和的1.5倍以上，使钻孔有足够的空间容纳输气管道和光缆套管。

3.使用多个扩孔器串联修孔，使钻孔平滑顺直，防止回拖遇卡和刮伤输气管道防腐层。

4.光缆套管焊口补口，防止焊口刮输气管道防腐层。

5.光缆套管分别单独安装万向节的方案，使光缆套管在有旋转应力时可以沿自身轴线自转，而不会缠绕到输气管线上。

6.全程使用滚轮支架发送管道，防止损坏防腐层。

双管同孔穿越是定向钻施工过程中的一种新型施工方式。目前广西境内多条河流、等级公路和铁路在定向钻穿越中均采用双管同孔穿越，同孔穿越应该避免管道在回拖过程中相互缠绕、刮擦和挤压，能够实现双管同孔穿越。

[1]《油气输送管道穿越工程设计规范》GB 50423-2007.

[2]《输气管道工程设计规范》GB 50251-2003.

[3]《油气输送管道穿越工程施工规范》GB 50424-2007.

[4]《石油天然气建设工程施工质量验收规范管道穿跨越工程》（SY4207－2007）.