本文以天然气长输管道河流水平定向钻穿越工程为例,归纳总结了该定向钻穿越施工中的技术工艺,结合工程设计、施工及安全管理,提出了保证工程顺利实施的建议与措施。
一、工程概况
神渭输煤管道全长727公里,设计年输煤能力1000万吨,是目前世界上设计距离最长的输煤管道,也是我国乃至亚洲的第一条长距离输煤管道。
神渭输煤管道输送介质为常规浓度煤浆,流速为1~2m/s,设计压力3.96~13.62Mpa。穿越处设计压力为8.93MPa,管径为Ф273.1mm,根据初步设计及现场的工程、水文、地质等实际情况,拟采用定向钻对穿方式穿越渭河。
二、施工设计
本定向钻穿越包含2 条管道,分别为输煤管道主管Ф273.1(壁厚7.1mm)、硅管套管Ф159(壁厚6mm),间距为15m。定向钻穿越水平长为2948.4m,实长为2953.6m(包括定向钻入土侧13.1m 和出土侧12.0m )。
(1)主钻机钻进:使用ParatrackII控向系统和人工磁场,主钻机GD5000-L沿着设计穿越曲线钻进约1600m,到达对接区域,对接区域长50m。再进行人工磁场的精确定位,误差控制在Elev=-31±1m,Right=±1.5m。
(2)辅助钻机钻进:当主钻机钻进导向孔时,辅助钻机GD2800-L同时进行钻进,使用Paratrack II控向系统和人工磁场,沿着设计穿越曲线的另一端钻进约1298.4m,到达对接区域,确保在同一时间内钻进对接区域。再进行人工磁场的精确定位,误差控制在Elev=-31±1m,Right=±1.5m。
(3)对接:通过控制轴向磁铁的磁场,GD5000-L钻机在对接区域接收到轴向磁铁的信号,再通过近靶点软件分析系统,判断GD5000-L钻机在对接区域的钻进方向(左右、高低)和距离参数,进而下达GD5000-L钻机钻机的指令。GD5000-L钻机每钻进2m,进行一次测量和校验,视具体测量值不同而调整GD5000-L钻机的前进方向,如此循环,直至和GD2800-L辅助钻机的轨迹重合,从而完成导向孔的对接。
对穿技术示意图
对接成功后,GD2800-L钻机逐步回退钻杆,同时,GD5000-L钻机一边采集GD2800-L钻机目标磁铁的磁信号,一边利用采集的磁信号控制钻进方向,使之逐步向 GD2800-L钻机已形成的导向孔平缓趋进,直至沿 GD2800-L钻机的已完成的导向孔出土,完成整个导向孔的穿越。对接完成,GD2800-L钻机撤场。
三、技术实现
渭河对穿原设计为主副两台钻机从渭河入、出土点同时穿越,在1600m~1650m范围内实现对接。在实际施工过程中,副钻(出土点)导向长度至819米,主钻(入土点)导向2029米,距离副钻100米时,副钻回抽钻杆,准备安装轴向磁铁。我公司技术人员通过对钻头的磁方位角、倾角、深度偏差及左右偏差等参数的计算和精准控制,在没有副钻轴向磁铁引导(轴向磁铁尚未送入孔中)的前提下,主钻钻进至2134m(深度30m)时,精准穿入辅助钻机形成的导向孔中,主钻机和辅助钻机控向参数完全吻合,成功完成对接。
四、结束语
高精度导向控制是对穿技术的关键所在。安装轴向磁铁正是保证了在河床几十米深处,通过信号的接收,引导主副钻机精准对接。在没有轴向磁铁的引导下,直接通过对控向参数的分析和控制,调整主钻控向参数,成功完成对穿。
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