水平定向钻原理( 五 ) _水平定向钻机工作原理

一.概述A、发展与使用水平定向钻技术最早出现在70年代,是传统的公路打孔和油田定向钻井技术的结合,这已成为目前广受欢迎的施工方法,可用于输送石油、天然气、石化产品、水、污水等物质和电力、光缆各类管道的施工.不仅应用于河流和水道的穿越,同时还广泛应用于高速公路、铁路、机场、海岸、岛屿以及密布建筑物、管道密集区等.B、技术限制定向钻施工技术首先应用于美国海岸地区的冲积层穿越,现在已经能够开始在粗沙、卵石、冰碛和岩石地区等复杂地质条件下进行穿越施工.最长的穿越施工已达6000英尺、管道直径为18英寸.C、优势事实证明:水平定向钻穿越是对环境影响最小的施工方法.这项技术同时还可以为管道提供最的保护层,并相应减少了维护费用,同时不会影响河流运输并缩短施工期,证明是目前效率最高,成本最低的穿越施工方法.D、施工过程和技术
1.导向孔:导向孔是在水平方向按预定角度并沿预定截面钻进的孔,包括一段直斜线和一段大半径弧线.在钻导向孔的同时,承包商也许会选择并使用更大口径的钻杆（即冲洗管）来屏蔽导向钻杆.冲洗管可以起到类似导管的作用,还可以方便导向钻杆的抽回和更换钻头等工作.导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器（称为弯外壳）完成.钻进过程中钻杆是不做旋转的,需要变换方向时若将弯外壳向右定位,钻进路线即向右沿平滑曲线前进.钻孔曲线由放置在钻头后端钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量结果传导到地面的接收仪,这些数据经过处理和计算后,以数字的形式显示在显示屏上,该电子装置主要用来监测钻杆与地球磁场的关系和倾角（钻头在地下的三维坐标）,将测量到的数据与设计的数据进行对比,以便确定钻头的实际位置与设计位置的偏差,并将偏差值控制在允许的范围之内,如此循环直到钻头按照预定的导向孔曲线在预定位置出土.
2.预扩孔: 导向孔完成后,要将该钻孔进行扩大到合适的直径以方便安装成品管道,此过程称为预扩孔,（依最终成孔尺寸决定扩孔次数）.例如,如需安装36英寸管线,钻孔必须扩大到48英寸或更大.通常,在钻机对岸将扩孔器连接到钻杆上,然后由钻机旋转回拖入导向孔,将导向孔扩大,同时要将大量的泥浆泵入钻孔,以保证钻孔的完整性和不塌方,并将切削下的岩屑带回到地面.
3.回拖管道:预扩孔完成以后,成品管道即可拖入钻孔.管道预制应在钻机对面的一侧完成.扩孔器一端接上钻杆另一端通过旋转接头接到成品管道上.旋转接头可以避免成品管道跟着扩孔器旋转,以保证将其顺利拖入钻孔.回拖由钻机完成,这一过程同样需要大量泥浆配合,回拖过程要连续进行直到扩孔器和成品管道自钻机一侧破土而出.
二.现场布局和设计A、道路施工现场两侧都需要重型设备,为缩减成本,通往两侧施工现场的道路应尽可能利用现有道路以减少新修道路距离,或利用管道线路的施工便道,所有相关道路使用权的协议都应由业主提供,在投标阶段再来讨论这些问题为时已晚.B、工作场地
1.钻机一侧——钻机施工场地至少需要30M（100FT）宽,长45M（150FT）的面积.该面积从入土点算起,入土点应位于规定的区域内至少3M（10FT）处,同时由于许多钻机配套的设备或配件没有规定的存放地点,所以钻机一侧施工现场可由许多不规则的小块组成,以便节省占地面积,现场尽量要平整,坚硬,清洁,以便有利于进行施工.由于穿越施工时需要大量的淡水供搅拌泥浆用,所以施工现场要尽量靠近水源或便于连接自来水管道的地方.
2.管道一侧----为便于预制成品管道,管道一侧要有足够长度的施工现场,这也是要重点考虑的事情.现场宽度应满足管道施工的需要（一般为12----18米）.同样在出土点一侧也需要30米（100FT）宽乘以45米（150FT）长的施工现场.总长度以能够摆放下所预制的管道为准,（场地的总长度一般为穿越管道长度再加上30米,）在回拖前,要将管道预制完成,包括焊接,通球,试压防腐等工序,在回拖过程中,不能再进行管道的连接工作,因为回拖过程是要连续进行的,若此时进行管道连接将可能造成地下孔洞的塌方,极可能造成整个工程施工的失败.C、施工现场勘察一旦施工地点确定,应对相应区域进行勘测并绘制详细准确的地质地貌图纸.最终施工的精度取决于这一勘测结果的精度.D、施工设计参数
1.覆盖层厚度----考虑的因素包括所穿越河流的流量特征,季节性洪水冲刷深度,未来河道的加宽和加深,现有管道和电缆的位置等因素.一旦确定了施工地点并完成地质调查,穿越层的厚度也就确定了,一般来说,覆盖层应至少是6米（20FT）厚.以上仅是针对河流穿越而言的,对于其它障碍物的穿越会有另外的要求.