石油管道穿越泥岩中的定向钻穿越技术应用

2017-06-05赵李楠中国石油管道局工程有限公司第四分公司

新商务周刊 2017年2期

关键词：放线泥岩泥浆

文/赵李楠，中国石油管道局工程有限公司第四分公司

石油管道穿越泥岩中的定向钻穿越技术应用

文/赵李楠，中国石油管道局工程有限公司第四分公司

随着社会的全面发展，石油管道穿越泥岩中的定向钻穿越技术应用十分关键。其不仅能够使得定向钻穿越技术更加成熟，还能让石油管道的稳定性得到整体的增强。本文主要针对石油管道穿越泥岩中的定向钻穿越技术进行分析，并提出了相应的优化措施。

石油管道；穿越泥岩；穿越技术

在石油管道穿越泥岩的过程中，其首先需要对定向钻穿越技术进行整体性的。但在实际的使用过程中，其依旧会面临诸多的问题。所以，为了能够让石油管道体系得到良好的构建。其需要对整体的施工重点进行良好的把握。并对现场施工进行良好的调整。最终使得穿越泥岩的定向穿越技术得到整体性的应用。

1 石油管道穿越泥岩中工程案例分析

东部原油管网俄油引进配套庆铁线扩能改造工程，起点为大庆分输站，终点为铁岭分输站。本工程为原油管网俄油引进配套庆铁线扩能改造工程第 4 标段内汽车产业区特殊区段定向钻穿越工程。穿越管线为南北走向，采用大型定向钻 2 管同拖813mm＋114mm 方式穿越。主管管径为813mm ，管材材质为 L450 （ ×65 ），钢管壁厚为11.9mm ，钢管采用 3-PE 外防腐，铺设硅管套管为114×6.4mm 。穿越管道设计压力 9.45MPa 。而地下水的水位深埋到1.9m~2.5m，标高203.41~209.15m。地下水的水源来源于大气降水，地下水位的变化幅度在1~2m左右。施工段的水文地质和工程地质对开挖施工不利。所以，为了能够让整体的施工效率得到相应的提升，需要对整体的地质基础进行相应的分析。最终让工程质量得到相应的提高。

2 施工的主要难点

2.1 泥岩特性分析

在石油管道的整体穿越过程中，其整体的地势相对而言较为平坦。地层为耕土（最大揭露厚度为 0.6m ）、粉质粘土（硬塑）、泥岩（抗压强度为 0.6～1.7MPa ）层组成。施工地段地下水主要赋存在粘性土层中。地下水类型为上层滞水，地下水稳定水位埋深为1.90～2.50m。由于其黏土层的覆盖面积相对广泛。所以，还是会给整体的施工带来一定的难度。

2.2 钻孔穿越难度大

因为穿越的水平段泥岩层给导向钻头带来的反作用大，因此导致导向选孔倾斜，容易产生设计轨迹和导向孔轨迹之间的偏差，而泥岩层孔内扩很难并且和泥岩碎块抱钻，必须对孔壁内的孔道进行配置泥浆来保证顺滑，需要控制好泵压浆岩粉被带出孔外，必须选择正确的扩孔钻头来控制好钻机的转速，来保证成孔后的质量，减少意外发生的几率。尤其是在施工放线以及整体的测量过程中，其需要对孔道的各种变化情况进行施工的控制。

3 施工中采取的主要技术控制措施

3.1 测量放线

如果要进行精准的放线需要对有关部门进行穿越定向铺管钻机配备的全站仪来确保测量放线阶段，将设计交底和施工的图纸进行准确的控制和摆放合适的位置来确保钻机中心线和入土点以及出土点成一条直线。进一步获得精确的穿越轴线来防止设计和穿越曲线的偏移。

3.2 钻导向孔

此次的穿越长度达到631.7m且地层也比较复杂，而工程的重点工序是钻导向孔。钻头采用的钻具有APl标准S135的加厚型钻杆，钻头采用三牙轮镶齿碳化钨钻头。

在进行导向钻孔的时候需要仔细观察井眼泥浆的返出现象，每一个小时进行一次取样，泥浆工程师应当做好实验和分析，把分离物和地质勘探的报告两者进行对比，来确定能否对泥浆性能调整并做好记录，可以准确的判断它的地质状况，来进行各类参数的决策，来确保穿孔成功。

控制图纸的设计控向，导向孔和扩孔回拖的管道基础，导向以各级设计曲线进行钻孔，这就对技术人员的技术要求比较高，并对每个钻杆都进行标注，控制好单根钻杆的折角必须小于0.4°以及连续的三根钻杆折角变化小于1.2°，且穿越轨迹曲率半径大于或者等于1390m，达到入土角和出土角以及管底最大深埋的要求。

3.3 管道穿越

在进行钻孔进入的时候，控向员可以依据穿越曲线图进行实际变化的结合来发布指令，对钻进进行调整和操作。司钻员需要注视仪表台的推力显示表和扭矩显示表，流量表和泥浆压力等参数对施工的技术来说都十分重要。比如，司钻员需要按照严格的要求来进行施工和处理，并及时解决问题。

3.4 清孔排浆

在扩孔的过程中，根据各地层的抗压强度的不同变化灵活控制扭矩。尽可能保证扩孔速度的均匀和泥浆排量，泥浆压力的均匀，保持井口返浆容量较大和流速基本不变，避免返浆倒灌入孔道内泵排量控制在0.30.6m3/min柴油机转速。

清孔时，增加泥浆流量20%~30%。尽量携带多的钻屑，并在遇到局部扭矩较大地段，放慢扩孔成形若一次清孔未能降低扭矩和推拉力，可以进行第2次清孔。在扩孔施工中，将从孔洞中返出的泥浆引流到泥浆回收池中，并将返浆抽吸到泥浆循环处理系统中进行2级振动除砂和旋转离心分离。据现场的实际情况进行适当的调整。

3.5 定向钻穿越

施工中我们最终确定采用的泥浆配比。通过在施工中的应用是成功的，配制的泥浆具有以下几个特点:良好的流变性能，保证有较强的携钻屑能力;优良的润滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡钻;较强的护壁作用，能在钻孔壁形成一定力学强度的泥皮，防止泥浆漏失，维护孔壁稳定。正因为我们配制的泥浆具有了以上几个特点，所以保证了工程的顺利施工。达到了水平定向钻进工艺设计的要求，完全满足水平定向钻进在泥岩地质条件的成孔技术，达到了要求和标准。

3.5.1 定向钻穿越长距离大管径泥岩层时，要选择较大动力钻机及配套合适的动力钻具。

3.5.2 定向钻穿越合理的泥浆方案设计尤为重要。其整体的钻具组合表的参数如下所示：

对定向钻穿越施工中的弯曲半径和管道回拖力等关键参数进行的理论研究表明，工程经验公式用于管道穿越设计存在不足。对影响各参数的基本因素进行了分析，给出了更加符合工程实际的理论计算公式。考虑到穿越过程泥浆的基本作用，提出了最小需要泥浆压力和最大允许泥浆压力的概念，并推导出计算公式。应用定向钻穿越的相关理论，对某管道穿越工程的3个穿越方案进行了优选，得到了关键穿越指标的定量值。通过对关键参数的对比分析，确定了最符合工程实际的方案，应用效果良好。

3.6 泥浆的配置

在进行石油管道的初步建立过程中，需要对其泥岩进行基础的配置。可以用泥浆失水量为出发点让泥浆的配合比得到中和。通常情况下，泥浆的组成：膨润土 + 纯碱 +Na-CMC ；浆的配合比（ kg/m 3）：1∶0.04∶0.06。在满足基础的配合之后，需要结合实际的施工情况对其进行综合性的调整。其泥浆配置的相关参数如上图所示。