定向钻铺管工程在不同地层中的应用

彭再芳

摘 要：作者以六种常见的地层形式为切入点，指出了各种地层的特点，将各种地层对定向钻铺管的影响及利弊进行了仔细的分析，并提出了解决的方法，对定向钻铺管施工具有很好的指导性意义。

关键词：地层；定向钻铺管；影响；解决方法

定向钻铺管就是通过水平定向钻机在不开挖地表的前提下铺设多种地下管线，从本世纪开始，它广泛被用于天然气、煤气、石油、供水、排污、电力、电讯等的管线铺设中，不会破坏河流、路面等地面附着物。随着该项技术应用的日益广泛，对它的研究也日益深入，本文就定向钻铺管技术在不同地层中的应用情况作一深入的探讨。

一、定向钻铺管在沙层中的应用

沙层在我国广泛分布，特别是在河流及河流两岸地区分布最广，沙层的种类很多，砂粒的几何尺寸从小到大，泥质的多少造成了沙层的千差万别。

沙层的基本特点是结构松散、成孔困难、容易塌孔，从而造成地层下沉，路面裂缝、下陷等现象。在孔内表现为砂粒大量下沉而造成埋钻埋管等事故，这是定向钻铺管中最常见的事情。因此，砂层的定向钻铺管施工的关键工艺就是泥浆的配制和应用，它对泥浆的要求是：1粘度浓度较高，能悬浮砂粒，携带砂粒并且能使其流动，从而把砂粒带出孔口。2泥浆在孔壁能形成一层泥皮，粘附在孔壁上，防止泥浆漏失。3当泥浆充满孔内后，泥浆对孔壁能产生压力，起到稳定孔壁，防止塌孔的作用。4能润滑钻具，减少扩孔的扭矩和回拖力。

砂层施工现场泥浆的配制问题目前主要有专门的膨润土厂家提供穿越用膨润土，根据当地沙层的实际情况，通过增减膨润土的用量来改变泥浆的粘稠度，如果效果还不好，再加适量的纯碱和羟甲基纤维素，经过反复调试，基本上能够调出适合当地沙层的泥浆来。

加入纯碱的作用是改变泥浆的PH值。使泥浆处于碱性状态，从而使泥浆变浓，有利于悬浮砂粒。羟甲基纤维素水溶性好，可直接投入到泥浆箱中搅拌，现场容易操作，它的作用主要是为泥浆搭建骨架，有利于乳化和悬浮砂粒。

二、定向钻铺管在淤泥质粘土层的应用

淤泥质粘土层在我国很多地区都存在，是定向钻铺管比较常见的一种地层，该地层的工程特点是强度较低、压缩性较大、粘结性较好、造浆率较高，是天然的定向钻铺管最佳地层。

在淤泥质粘土层中进行定向钻铺管，导向和扩孔速度快，成孔效果好，不容易产生塌孔、垮孔、埋钻和埋管的情况，由于这种地层的自然造浆率较好，在中小型的定向钻中一般不再需要配合膨润土造浆，直接用清水即可，即使在大型穿越中也只需配合少量的膨润土造浆，因为泥浆粘度太大会影响钻进速度，增加钻具的扭矩。

三、定向钻铺管在硬质板黄土中的应用

硬质板黄土地层在我国分布较广，特别是在北方地区分布更为广泛，一般板黄土地层厚度不均匀，硬质板黄土的特征主要有：韧性较强，结构较致密，压缩性较小，遇水易膨涨，成孔性较好，造浆率一般，一般不易塌孔，不易发生埋钻现象。

硬质板黄土在定向钻铺管中必须解决的几个问题如下：1由于硬质板黄土的韧性较强，结构致密，必须在钻头结构上使用刮刀钻头，刮刀片的薄厚要适当，扩孔时要有开式钻头和包裹式鉆头结合使用，要在钻头结构上下功夫，否则扩孔速度会非常慢。2由于硬质板黄土遇水易膨涨，这种地层具有缩径的特点，因此，拖管前扩孔的孔径比其它地层要稍大些，否则容易产生抱管的现象。3由于这种地层的自然造浆率一般，一般在中小型定向钻铺管时用清水作为冲洗液即可，为了提高该地层的自然造浆率，可在清水中加入一些烧碱来提高泥浆的粘度。

当碰到硬质板黄土扩孔较慢时，主要是从增加钻机吨位，改变扩孔钻头的结构，提高泵压和泵量三个方面解决问题。

四、定向钻铺管在全、强风化层中的应用

全风化、强风化地层的特征是矿物结构已破坏，大部分矿物质已风化成土，矿物颗粒间的连结力已基本丧失，网状裂隙极发育，手捏可破碎，这种地层浸水扰动易软化，有时存在环状风化球。

针对上述地层的特点，应采用岩石钻具施工。主要存在的风险及应注意的问题有以下几个方面：1导向孔控向困难，特别是软、硬地层的交界面位置，很难保证导向孔顺滑。2钻孔不完整，容易出现钻孔局部崩裂、垮孔、卡钻现象。解决的办法是增强泥浆的护壁功能，增加洗孔次数。3该地层钻孔内容易出现岩屑大小不均匀的现象，大块岩屑不容易被带出孔外，解决的办法是增加泥浆的粘稠度，不让岩屑沉积在孔底。

五、定向钻铺管在岩层中的应用

随着定向钻铺管越来越普及，岩石层的铺管也越来越多，岩石层的特点是：形状较完整，结构致密，硬度大，导向和扩孔都很困难。这种地层要有针对性的选择岩石钻具，施工中应用较多的是螺杆钻具，另外要根据不同岩层的硬度选择不同尺寸的螺杆钻具。

泥浆泵的选择是岩石钻孔能否顺利施工的关键，因为螺杆钻中泥浆马达的动力来源于泥浆泵提供的泵量和泵压，如果泥浆泵所提供的泵压和泵量不够，泥浆马达就无法正常工作，钻进也就无法进行。

泥浆马达尺寸的选择和岩石钻头类型的选择要根据岩石的种类和硬度进行合理的搭配，搭配不好，不但钻进进尺缓慢，而且对岩石钻具的损害都是很大的。

定向钻铺管穿越岩石层风险和难点主要有以下几个方面：1导向孔时碰到软硬地层的交接面容易形成台阶。2泥浆的要求较高，因为它可能要同时满足多种地层。3管道回拖时，由于地层中时有“孤石”的存在，或者软硬地层的交接面台阶处理不好，都可能在管道回拖时造成卡阻而拖管失败，解决的办法是进行试回拖。4钻具磨损严重，存在卡阻和断裂风险。

六、定向钻铺管在卵砾石层中的应用

卵砾石地层的特点是地层松散、很难成孔。采用泥浆护壁，钻头挤压地层的办法成孔效果都不好，因此，该地层一直被业内人士认为是水平定向钻铺管的禁区，风险投资极大。

卵砾石地层在施工中极易出现导向孔的导向倾角无法控制、卡鉆、回拖时卡管的现象，从而造成穿越铺管失败，甚至有时出现导向孔打过去了，再回拉扩孔时钻杆已被卡死。

对这类地层施工有几种解决的办法，效果会因地点不同而不同，仅供参考。1在施工无法进行下去的时候，可考虑适当改变铺管的位置。2夯入适当外径的钢管，造出一个拖管通道，把卵砾石层隔离开。3在卵砾石层埋深不大的情况下可考虑大开挖的办法，然后回填粘土或用水泥管、钢管等隔离卵砾石层。4其它施工正常的情况下，回拖管前应进行试回拖。5要调整泥浆粘稠度，增大泥浆排量，最大限度的向孔内输送粘性土的成分。

前面谈到的是在定向钻铺管中常见的几种地层，别外还有水溶性地层、严重漏失地层等，本文不再一一累述。

地层是一个结构和成分复杂的矿物体，没有任何两个地方的地层是完全相同的。一条穿越管的铺设往往穿过的不只是一种地层，在施工中要综合考虑各种地层的特点，分清主次，选择出一个比较全面、恰当的施工工艺方案，这才是定向钻铺管应对地层变化的有效方法。