石化机械：RioBenevente穿越工程施工技术与实例

陈 翔
（中石化江汉油建工程有限公司,武汉 433123）

摘 要：介绍了ri o benevente穿越工程项目的施工技术及工艺特点。

关键词：水平定向钻；岩石；控向；扩孔

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.127

Rio benevente穿越，穿越管径为22”*15.9mm主管加上4”光缆管套管，穿越长度635m。穿越地层为：靠近山体一侧为约200m花岗岩，河流及红树林侧为淤泥质粘土。河流距离入海口不足2km，水质含盐量大于1000mg/L，且有潮汐现象。

（1）此工程管道输送介质为铁矿石矿浆，目前建设的为矿砂管道三号线。之前已建成2条并行管线，并已在运营中。

（2）穿越地层岩石为花岗岩，取芯样品检测硬度在60MPa以上，实际穿越岩石应大于该值。

（3）穿越施工现场附近无淡水水源。

（4）由于地形及红树林保护区影响，施工作业区十分狭窄。入土点侧作业带宽度为22m。出土点侧宽度最宽处为15m，平均宽度10m。

3.1　准备过程

入土点侧准备：根据现场实际情况，山体一侧地貌为一侧靠山，一侧靠低洼红树林区，已建管道埋在作业带中部，地表仅有不足0.5m的覆土，之下为山体基岩。常规需要挖坑的锚固箱坑，泥浆坑无法开挖。使用地勘岩石取芯钻机进行钻孔打桩固定临时地锚。泥浆坑使用外运土方围地上坑。

出土点侧准备：由于出土点侧场地狭窄，前期任务主要是平整场地，准备围堵漏浆沙袋。

此工程使用两台钻机作业。DD440钻机进入入土点侧，进行导向孔作业，最后一级清孔作业及管道回拖工作。DD625钻机进入出土点侧，进行扩孔作业及第一级清孔作业。这样可以消除雨季对道路影响而导致钻机倒运困难的问题，且可以增加施工效率，节省工期。

两侧泥浆输送通道使用两条管路进行沟通。

3.2　控向

本次穿越控向难度主要在于已建管道及输送介质的影响，决定穿越全程布设人工磁场。但由于河面较宽，宽度为150m。且有潮汐现象，提高了布设线圈的难度。初步实施是河面不加固定桩，直接使用一个线圈整个跨过河面。但由于线圈跨度太长，线圈向下弯曲，且受潮汐水流影响左右弯曲。无法达到控向精度要求，于是采用河面定钢桩固定线圈。在导向孔控向操作时，方位角变化与人工磁场变化在不能完成对应，方位角失去了作为方向判断的依据。仅采用人工磁场数据作为方向判断依据，方位角变化作为钻杆折角调整依据进行控向控制。

3.3　导向孔钻进，扩孔及清孔

本次穿越岩石为硬岩，导向孔单根钻杆钻进时间平均为5h。钻头在使用60h后更换过一次，钻头碳化钨磨损严重，基本磨平。更换新钻头后，比磨损钻头钻进效率增加约20%。导向孔完成后，确定岩石层长度为193m，剩余地层为淤泥质粘土。一侧极硬一侧极软，地层交界明显。岩石扩孔确定使用滚刀式扩孔器扩孔，滚刀式扩孔器专门为岩石层扩孔设计，仅适合在岩石层扩孔，不适用其他地层，在193m岩石层扩完既从岩石层入口退出再更换下一级滚刀式扩孔器。直至岩石层扩孔至40寸后才开始使用板式扩孔器进行普通地层扩孔。普通地层扩孔完成后再分别从不同的方向各进行一次清孔。由于出土点侧地层极软，泥浆泄露情况严重，井下钻具泥浆供应排量都减少到极限，泥浆在此地层只能起到钻具润滑作用，不能达到排屑及撑孔的作用。在二次清孔时发现孔洞存在局部塌孔情况。

3.4　回拖

管道回拖为吊管机配合滚轮发送，管道在回拖期间还要进行二接一。管道沿作业带预制，沿作业带弯曲起伏，共存在2个弯点。其中急弯管道曲率半径不足500倍管道直径，在两个弯点均设置两台吊管机缓解管道弯曲应力。另外管道入洞口放置一台吊管机配合管道入洞、防腐工补伤及管道二接一对口工作。管尾放置一台吊管机。

4.1　岩石入土(www.xing528.com)

入土角与山体岩石存在23°夹角，岩石入洞口就在地表，钻头进入岩石时会顺岩石切面趋势向左偏折。第一次入土时，用土包覆钻铤后，用挖掘机按压土壤防止钻头入洞跑偏。但入土仍有一定向左的趋势，但由于泥浆马达右旋趋势逐渐将向左角度趋势消除。但第二次入土采用原办法，但是趋势向右，在加上泥浆马达右旋趋势叠加，造成第二次导向孔向右趋势过大。第三次使用专用装置夹住钻铤入洞，但仍有轻微向右角度偏折。在控向时连续向左纠偏以消除向右趋势。

4.2　卡钻

导向孔钻进时发生两次卡钻，卡钻点都出现在岩石破裂带上。第一次卡钻时及时发现返浆量减小，同时扭矩增加，泥浆马达钻压增加，卡钻点在泥浆马达及钻头接头处，通过尝试，使用高位并供浆将钻头拔出岩石破裂带。之后采取破裂带堵漏措施。

第二次卡钻是在回拔钻杆纠偏过程中，发现返浆停止后，当时认为泥浆是从已钻导向孔孔洞中漏失掉，于是继续开始纠偏钻进，结果发现扭矩增大，回拔钻杆时发现卡钻。这次卡钻是由钻屑堆积在破裂带区域，抱死钻杆接头台阶卡钻。增加扭矩及拉力回拔钻杆，导致钻杆从卡钻接头台阶处发生断裂。

因为母扣接头台阶比公扣接头台阶要平滑很多，为防止钻杆接头台阶卡钻，建议将钻杆反接母扣朝前进行导向孔钻进。

4.3　泥浆

岩石穿越所需要的泥浆量比常规地层要大很多，但通过合理的净化回收可以有效的降低施工成本。本次工程由于泥浆净化装置老化，造成净化后泥浆含沙量大，从而导致泥浆泵，连杆泵多次磨损维修，影响施工效率。另外，由于场地局限，泥浆处理池容积也未能完全满足工程需要。

4.4　扩孔

在岩石扩孔中，最高扭矩大且跳动幅度大，对井下钻具都是一个考验，扭矩力量都集中在扩孔器前的钻杆及短节上，工程前期无法对所有井下钻具进行检测，其中一个短节在扩孔时发生破裂脱扣，但所幸未造成严重后果。另外，多根钻杆丝扣也因为扭矩过大损坏，但在今后类似工程中，对钻具的选择上应十分谨慎。

5.1　两台钻机协同作业

在项目初期使用两台钻机同时进场，既出入土点各一台钻机。实际以其中一台作业为主，另一台处于待命状态。由于两侧都有钻机，在扩孔时所需考虑的退钻杆或出现井下事故都可以很及时的得到解决。在18寸岩石层扩孔时，扩孔器完成退出时，使用DD625钻机推钻杆无法推动，直接使用DD440钻机连接钻杆将18寸扩孔器拉出岩石孔洞。另外在30寸岩石层扩孔时，扩孔器前短节因材质问题发生破裂脱扣，同样直接使用DD440钻机将脱扣扩孔器及钻杆拉出洞口，剩余井下部分钻具再有DD625钻机推出。为该项目中在雨季施工过程中，省去了不少钻机倒场及安装的时间。

具体比较：钻机按时间排序使用情况为导向孔（DD440）—18寸岩石扩孔（DD625）—退18寸岩石扩孔器（DD440）—第二次扩18寸扩孔~30寸岩石扩孔时井下短节脱扣（DD625）—退30寸岩石扩孔器（DD440）—第二次30寸岩石扩孔~第一次清孔（DD625）—第二次清孔~回拖（DD440）。

若使用一台钻机作业，则钻机总计需倒场6次。在加上该项目施工期间雨季对道路的影响，节省工期应在2周以上。如若是长距离岩石扩孔，一个扩孔器无法完成扩孔任务，则在退扩孔器这一过程中，则能够节省更多的钻机倒场次数，从而节省更多的工期。

5.2　泥浆循环流程

本次的泥浆循环流程覆盖到了整个施工界面，本次项目的客观情况对这次泥浆方案相对于常规泥浆方案相比做了极大改动。主要改动涉及到水源拉运，泥浆池的圈围，出入土点之间的泥浆沟通，出入土点两台钻机的泥浆供应。

相对常规项目而言，泥浆流程可以根据实际情况和富裕的场地还可以进行二次调整，但该项目由于其特殊性，泥浆流程的建立必须是一步到位且不太可能做到二次调整，而在工程执行中也得到了验证。

5.3　扩孔方案

本次工程整个扩孔方案与计划前有所不同，但大致顺序是：第一步使用滚刀扩孔器系列仅对岩石层进行扩孔；第二步使用板式扩孔器系列从岩石洞口进入对普通地层进行扩孔。

在岩石扩孔完成前先保留不对普通地层扩孔，其目的在于如果先进行普通地层扩孔可能会产生新的泥浆泄漏点，而后续大级别的岩石扩孔泥浆返出量会有所减小，如果完全不返出，则整个泥浆循环系统就会失去作用，而靠新配置泥浆进行作业肯定不会达到使用泥浆循环所能达到的效率。

由于钻机的增加，中方人员将会因为项目分配至各台钻机机组中工作，单台钻机人员数量将会是一个持续精简的过程，大钻机机组按照单台钻机最终6名中方人员并可以进行双班作业为目标进行整合。这就对每名机组成员素质及工作能力有了更高的要求。因此机组成员不能再局限于岗位限制，将来项目将会以一个工作区块对机组人员来要求，每名成员都会肩负数职。为尽快达到这一目标首先的工作就是提高队伍整体水平，培养尽可能多的跨岗位成员。