水平定向钻
作为一种非开挖技术
以其高效、环保、精准的特点
在城市管网建设
油气管道铺设
通信电缆布设等各领域
发挥着越来越重要的作用
这项技术的应用也面临许多难点
如复杂的地质条件
精确的路径控制
设备的操作维护
都是施工过程中
水平定向钻技术的常见问题
1、卡钻
卡钻是扩孔中常见技术的难点,遇到卡钻,分析判明原因后处理。
1、与地下管线相碰卡钻,退出钻头,拖回钻杆,钻机移位,重做导向孔。
2、杂填土中的砖块、石块卡钻:松脱扭矩,转动钻头,缓慢扩孔;杂填土中的大块石、混凝土块卡钻:设法退出钻头,钻机移位重做,或者挖出石块,继续扩孔。切莫蛮干,否则会扭断钻杆,将钻具丢失孔内。
3、大直径钻头扩孔,遇到硬粘土层,造成频繁卡钻,放慢扩孔速度,加大泥浆量,有时回拖一根钻杆,需要40分钟。
4、钻头与树根相遇卡钻,松脱扭矩,缓慢回扩,通过树根后又给进重新回扩,将树根粉碎,以防铺管时有障碍。
2、缩孔
软土层扩孔,孔内容易产生缩径现象。钻杆卸下后,孔内水从钻杆倒流出,说明孔内严重缩径。缩径严重时,被铺管会受到挤压变形,甚至卡死被铺管。遇到严重缩径,选用固相泥浆护壁,使孔内压力平衡,保持成孔。或加大一级钻头扩孔,再清孔铺管。选用硬度较高,抗侧压力强的PE、PVC管材。如果轻微缩径,一般多清一次孔即可铺管。
3、坍孔
沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔,坍孔埋钻、卡钻、卡死被铺管,造成路面裂缝下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁,可有效地防止坍孔。如果是块石堆积处坍孔,只有将块石清除后方可继续扩孔。钻孔膨胀,黏土层,昔格达底层遇水膨胀:在这类地层钻孔铺管,成孔后,孔内土层膨胀,孔内泥屑增多,孔径变小,被铺管易拉扁。选用优质无固相护壁,泥浆失水少,减少孔壁与水接触。扩大一级扩孔,多清两次孔,可有效防止地层膨胀,挤压铺管。
4、钻杆断裂
水平定向钻施工过程中,钻杆经常与孔壁岩石、砂砾石摩擦损耗,使其强度降低,特别是在长距离、大口径的管道铺设施工中,钻杆所受的力更大更复杂,导致施工过程中钻杆在孔内发生折断和掉落事故,造成工程失败,拖延工期。
引起钻杆断裂和掉落的原因主要是钻杆质量不合格、施工时扭矩过大以及地层条件过于复杂等。我们应定期保养,规范操作,科学进行扩孔分级,在扩孔器前端设置扶正器,减小扭矩减轻交变应力对钻杆的影响,降低钻杆断裂的发生概率,另外,质量好的丝扣油也能有效防止钻杆粘扣、减小卸扣扭矩、减少扣面磨损。
5、泥浆漏失
在松散的回填土层,地下水位较低,沙质粉土层、粉土层、沙层、河床底的软土层,沙层扩孔。泥浆不从孔口返出,而从孔内漏失,增大泥浆浓度和粘度,在孔壁形成泥皮阻漏,有效地防止泥浆漏失。在穿越河流时,泥浆漏失而又无法阻漏就顺其自然。
6、泥浆渗出
在扩孔回拖铺管时,常见泥浆从孔中渗出地面。
泥浆渗出的原因
一是扩孔铺管孔中残留泥屑过多阻塞钻孔,泥浆无法从孔口返出,泥浆在孔中形成高压而从地面渗出。
二是地层松散,给泥浆留出通道,泥浆顺其通道渗出地面。一般的情况泥浆从地面渗出无关紧要,在一些特定的环境中要特别留意,泥浆不可以从居民房中渗出,不可以从养鱼、养虾、养蟹池中渗出。防止泥浆渗出措施是增加钻孔深度,原设计深度6米可增加至9米,原设计深度9米可增加至12米。
改善钻头结构,尽可能将钻孔中的泥屑搅成泥浆,同时适量增大泥浆的粘度、浓度和流量,增加泥浆的护壁、悬浮和排屑能力。钻孔中形成完整通道,泥浆畅通无阻地从孔口返出。
7、回拖管道
回拖力的计算和控制是回拖过程中的关键。回拖力过小可能导致管道无法顺利回拖,而回拖力过大则可能使管道变形、损坏,甚至拉断。管道与孔壁之间的摩擦力是影响回拖力的主要因素,而摩擦力又受到地质条件、泥浆性能、管道重量和管径等多种因素的影响。
根据管道的具体参数、地质条件和泥浆性能,准确计算回拖力。在回拖过程中,通过安装在管道上的拉力传感器实时监测回拖力,并根据监测结果调整回拖速度和泥浆压力等参数。同时,在回拖前,对孔道进行清孔和扩孔处理,保证孔道的通畅和平整,减少管道在孔内的阻力和偏移。
8、流沙
流沙层扩孔,孔扩后不能形成完整的孔,而且流沙具有吸附力特性,给被铺管造成阻力。选用重胶质固相泥浆,放慢回扩速度,让泥浆与流沙充分乳化,流沙悬浮孔内,消除流沙吸附力。在铺管时,流沙随泥浆从钻孔中流出。
9、钻进过程控制
保持钻孔方向的准确性是一个关键难题。由于地下情况不可见,钻进过程中受到地层变化、钻头受力不均等多种因素的影响,很容易出现钻孔偏移。即使是微小的偏移,如果不及时纠正,都可能导致最终的钻孔轨迹严重偏离设计路线。钻进速度过快也可能导致排渣不畅、钻头过热等问题,影响钻孔质量;而速度过慢则会增加施工成本和工期。
为使钻进轨迹与设计轨迹相一致,在导向孔施工过程中,需要我们利用导向系统对钻进轨迹的空间位置,进行精准把控,实时监测钻头的位置1-3=1-1*9/10+2*9-7=3、深度、角度等参数,并将数据传输到地面控制中心,由控向技术人员通过一系列参数调整钻头的钻进方向及姿态达到定向钻进和纠偏的目的。
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