水平定向钻单向穿越的局限性

在水平定向钻单向穿越施工中，钻头和钻杆在进行导向孔施工过程中，由于受到穿越地层的阻力和阻力矩增大，导致钻机的推进力和扭矩增大，尤其是在超长距离的穿越中导向孔方向控制会变得非常困难，经常造成：

双向对钻中间对接技术介绍

双向对钻中间对接技术（以下简称对接穿越技术）是在水平定向钻单向穿越技术的基础上进行了技术改进，增加了钻机，采用更加精准的人工磁场导向控向，增大穿越的成功率。

对接穿越技术就是在穿越曲线的入、出土点各设置一台钻机，两台钻机同时按设计穿越曲线相对进行导向孔施工。当两台钻机的钻头钻进至规定好的的对接区域内时，由入土点钻机的探头感应到出土点钻机钻头发出的磁信号后，出土点钻机逐渐回退，同时，入土点钻机一边感应出土点钻机发出的磁信号，一边利用接收到的磁信号控制钻进方向，使之逐步向出土点钻机已形成的导向孔平缓趋进，直至沿出土点钻机已完成的导向孔出土，完成整个导向孔施工。

采用对接穿越技术进行导向孔施工，是使用人工铺设电缆产生的磁场取代地球磁场来控制导向孔钻进，感知电缆磁场后产生电信号并经处理后输入电脑，再由操作人员根据电脑中反映的数据进行钻头的方向控制。

双向对钻中间对接技术的工程应用

工程概况

忠县四方碑至乌杨天然气管道定向钻穿越长江工程

入土点：长江北岸新生镇

出土点：长江南岸乌杨镇

水平长度：2275.16m

实际长度：2292.56m

入土角度：11°0'0″

出土角度：10°0'0″

管道型号：D219×10直缝钢管

设计压力：4.0MPa

地质情况：泥岩、砂岩

目前国内大型穿越所使用的直径为18.33cm的钻杆，钻进至1500m左右时将会由于自身重力和长度严重失稳，难以精确控制导向方位及保证钻进速度，无法保证出土点准确率和导向完成时间。

本次工程采用对接穿越技术进行导向孔施工需用两台钻机协同作业完成：

主钻机：谷登GD-4000型 (拖力3920kN)

辅钻机：徐工XG1000型 (拖力980kN)

对接点设置在穿越中心线上距离入土点穿越距离为1600m处，对接点前、后50m范围为中间对接区域。

施工准备

钻机及配套设备就位

将主钻机就位于入土点，辅助钻机就位于出土点，保证两台钻机在穿越中心线上，并确保两个钻机场地之间的无线电通信正常。

设置人工磁场

本次穿越使用人工铺设电缆产生的磁场取代地球磁场。在河底沿穿越中心线人工铺设电缆，该电缆接通交流电后在穿越过程中将作为导向孔施工控向系统的磁信号源。

铺设电缆的同时在中间对接区域沿穿越中心线均匀布设3个交流基准磁块，当钻机的探头接近交流基准磁块时，利用交流基准磁块产生的磁场检查穿越的方向和深度。

导向孔施工

主钻机钻进

结合使用控向系统和磁信号电缆，将主钻机沿着设计穿越曲线钻进至1600m处。主钻机的钻具组合为：三牙轮钻头+无磁钻铤+钻杆。

为了减小钻具在地层内钻进时所受的阻力，当主钻机钻进600m左右时，退出所有钻杆，将钻杆定位管安装就位，在入土点处沿钻进方向钻进定位管。

定位管采用单根长度为10m的D273×10钢管，一端与主钻机连接，另一端插入入土点，由主钻机沿钻杆钻进方向将定位管推入地下，当10m长的定位管推入地下8~9m时停止钻进，定位管与主钻机断开连接，采用手工焊接方法将另一根定位管与已经推入地下的定位管焊接好，再次将定位管与主钻机连接，由主钻机沿钻杆钻进方向将定位管推入地下。

辅助钻机钻进

当主钻机钻导向孔时，辅助钻机同时进行钻进，结合使用控向系统和磁信号电缆，两钻机钻进时相互协调，确保在同一时间钻进至对接区域。辅助钻机钻具组合为：三牙轮钻头+无磁钻铤+钻杆。

当辅助钻机的钻头抵达对接区域时，启动钻头短节内安装的目标磁铁，目标磁铁负责在对接时引导主钻机的钻头钻进。

对接

1  主钻机的钻头接近第一个交流基准磁块时，利用交流基准磁块产生的磁场检查穿越的方向和深度。辅助钻机在同时钻进时，也利用交流基准磁块准确定位。

2  当主钻机的探头与辅助钻机钻头的目标磁铁之间的距离控制在5m以内时，可进行双方导向孔的对接。

3  对接成功后，辅助钻机匀速回抽钻杆。主钻机根据感应到的辅助钻机钻头发出的磁信号，沿辅助钻机的导向孔同步匀速钻进，直至两个钻机的穿越曲线完全合二为一。

扩孔

根据地质条件和穿越管径，确定本工程只需要扩孔一次，选用强度较大的直径为330mm的岩石扩孔器。

该工程地层形态由上至下分别是：杂填土、粉质粘土、卵砾石、泥岩及砂岩。在扩孔过程中，应根据地质条件，严格控制泥浆压力、泥浆黏度和泥浆排量，在易塌孔地段适当增大泥浆黏度，避免不稳定岩层发生塌孔。

回拖作业

管道回拖前，在回拖管道前端焊接牵引头。回拖成功后，及时割除牵引头。

为减小回拖阻力，保护管道防腐层，管道回拖前从出土点钻孔孔口处开始沿穿越中心线向钻进反方向开挖一条长10~15m的管沟。

该管沟的作用是：

1. 管道在重力作用下自然弯曲从而顺利进入钻孔

2. 减小管道的回拖阻力

3. 减小施工难度

4. 增大回拖成功率

结语

该工程的穿越距离极长，通过采用对接穿越技术确保了工程一次性穿越成功，有效解决了因钻杆超长引起失稳而无法保证出土点位置准确的技术难题。今后，采用更加先进的钻机与先进的导向技术有效结合，来实施长距离复杂地质穿越工程将成为一种新趋势。