一、工程概况
河口1#山体定向钻穿越位于甘肃省兰州市西固区河口乡河口村西南面约500m处附近。该项目穿越管径ф914*23.6，并行间隔10m管径ф114*6光缆管。施工的出、入土角度7°，穿越山体长度约1492m，最大埋深160m左右，穿越地层主要为强、中风化泥岩，泥岩的单轴饱和抗压强度为30MPa，是目前国内油气管道领域最大口径最长距离的山体定向钻穿越工程。
公司严格按照“高标准、高质量、高效益、高速度”的总方针，对工程进行管理，建立健全质量保证管理体系、HSE管理体系、工程施工管理体系等管理网络，严格按设计图纸、技术标准和施工验收规范编制各种管理文件，实施关键线路控制，确保按质、安全、优质提前完成施工任务。
二、项目实施
导向钻具组合：10-5/8三牙轮钻头+185泥浆马达+185无磁钻铤+6-5/8钻杆
控向：P2+陀螺仪
导向时使用GD12000-T钻机，回扩孔采用XZ8600钻机。
主要采用6级扩孔，终孔径1350mm。单根钻杆扩孔时长多在40-85min之间，最大时长154min。
因回拖场地受限，回拖采用九接一的方式，历时10天9晚，用时约245小时，一次性完成回拖。
三、项目实施环节介绍
1、钻机选择
根据《油气输送管道穿越工程设计规范》（GB50423-2013）5.2.3条计算回拖力：
经计算：
古浪-河口天然气联络管道山体定向钻穿越最大回拖力为1073.1kN，本工程最大回拖力取计算回拖力值的3倍，管道需最大回拖力为3219.2kN，选用XZ8600钻机，最大回拖力800t。
钻机参数如下表：
XZ8600钻机
2、钻导向孔时的钻杆选择
根据多年的施工实践总结，5″钻杆在通常情况下钻导向孔的距离都能超过1300米，按照5 ″钻杆能穿越1300米的施工能力进行反推，可以推算出结合使用5 ″、5-1/2 ″、6-5/8 ″、7-5/8 ″钻杆后的水平定向钻穿越距离。
由于钻杆的施工能力与钻杆的压杆失稳密切相关，钻杆的压杆失稳又与钻杆的轴惯性矩关系紧密，导致压杆失稳的临界力计算公式如下式：
上式中：PLj－为钻杆所能承受的临界压力；
E－钻杆的弹性模量；
I－为钻杆的轴惯性矩；
L－为压杆的长度（即从钻机动力输出端至钳口的距离）；
μ－为长度系数，在本文计算中根据杆端支撑情况取值为0.5。
钻杆的轴惯性矩计算公式如下：
上式中：D－为钻杆截面外径；
d－为钻杆截面内径。
5 ″、5-1/2 ″、6-5/8 ″、7-5/8 ″钻杆的截面参数如下表所示：
因此由上表的比值可知，在钻机施工能力（最大推力）的许可下，如果采用5″钻杆可进行的施工长度为1300米，在忽略钻杆外径变化对摩擦阻力的影响，则采用5-1/2″钻杆则可达到1726.4米，采用6-5/8″钻杆则可以达到3190.2米，因此本项目采用6-5/8″钻杆。
3、地层岩性
根据钻探揭露、原位测试、室内试验成果及当地经验综合分析，拟建场区内地层岩性主要为第四系地层、下白垩统河口群三组下段地层，勘探深度内自上而下共分5层。各地层特征分述如下：
第①层黄土（Q3eol）：黄褐色，稍湿，稍密，主要包含粉土颗粒、砂土颗粒及少量植物根系，土质均匀性一般。层厚 1.20～18.20m，土石等级为Ⅱ级，该层在场区内普遍分布。
第②层卵石（Q3al）：杂色，中密～密实，骨架物颗粒含量为 65%～78%，一般粒径 30～60mm，可见最大粒径 110mm，亚圆状，母岩为灰岩、砂岩，颗粒表面中等风化， 主要充填物为砂土、砾石，固结程度一般。层厚 6.60m，土石等级为Ⅲ级，该层在场区内仅揭露于 HKZK2 钻孔。
第③层全风化泥岩（K1hk31）：红褐色，岩石结构基本被破坏，岩体破碎，节理裂隙的发育，岩芯呈黏土状、砂砾石状，岩质较软，遇水后强度降低，易软化崩解。层厚 1.80～ 5.00m，土石等级为Ⅳ级，该层在场区内普遍分布。
第④层强风化泥岩（K1hk31）：紫红色，泥质结构，层状构造，主要矿物成分为黏土矿物、石英、长石等，岩体破碎，节理裂隙发育，岩芯呈碎块状、短柱状，局部夹砂质泥岩薄层，一般块径（柱长）30～60mm，可见最大块径（柱长）130mm，岩质较软， 泡水易崩解，岩石 RQD 值为 0～20%。层厚 5.10～48.50～m，土石等级为Ⅴ级，该层场区内普遍分布。
第⑤层中等风化泥岩（K1hk31）：紫红色，泥质结构，层状构造，主要矿物成分为黏土矿物、石英、长石等，岩体较破碎～较完整，节理裂隙发育一般，局部区域节理裂隙发育，与钻孔轴夹角多呈 13°～19°、21°～40°、55°～65°夹角，节理面微张，岩芯呈柱状，一般柱长 50～70mm，可见最大柱长 800mm，岩质坚硬性一般，泡水易软化， 岩石 RQD 值为 40%～90%。最大揭露厚度 90.00m，未揭穿。土石等级为Ⅵ级，该层在场区内普遍分布。
该层有 1 夹层：
第⑤-1 层中等风化砂质泥岩（K1hk31）：青灰色～灰白色，细粒结构，层状构造，主要矿物成分为黏土矿物、石英、长石等，岩体较破碎～较完整，节理裂隙发育一般，局部区域节理裂隙发育，与钻孔轴夹角多呈 13°～19°、21°～40°、55°～65°夹角， 节理面微张，岩芯呈块状、柱状，一般柱长（块径）30～70mm，可见最大柱长 300mm， 岩质较坚硬，岩石 RQD 值为 30%～50%。层厚 22.00～66.00m，土石等级为Ⅵ级，该层在场区内仅揭露于 HKZK1、HKXK3 钻孔。
4、泥浆配制
穿越经过地层主要是泥岩，且穿越节理密集带，穿越距离长，扩孔尺寸大，易导致钻屑携带不干净，钻杆粘卡，扭矩增大，推力或拉力增加，因此对泥浆的要求比较高，为克服这种不利因素，我们将采取以下措施：
1）按照实验室确定好的泥浆配比，将膨润土、泥浆添加剂进行充分搅拌。
2）为了确保泥浆的性能，增加泥浆储存罐和泥浆快速水化装置，使膨润土有足够的水化时间。
3）钻机场地设置一个泥浆收集池，收集施工中孔洞内返出的泥浆，经过处理后泵入储浆罐，循环利用。
4）施工过程中，做好泥浆配置记录的填写工作，每一道施工工序完成后，将泥浆配置记录提交项目部存档。
5、管线回拖
管道回拖是水平定向钻穿越施工中的最后环节，也是最重要的环节。为保证管线入洞角度与实际穿越曲线的出土角吻合，并达到规范要求的曲率半径，本定向钻穿越回拖方案为：沿穿越轴线出土角度向入土点方向开挖发送坑，出土点后侧开挖发送沟，形成自然“猫背”。“猫背”两侧围堰，在围堰内注水和水质润滑剂，用以润滑回拖管线，减小回拖阻力。因出钻点受场地条件限制，不具备一次组焊回拖条件，采用“九接一”回拖方案，历时10天一次回拖成功，刷新国内大口径、长距离山体定向钻新纪录。
四、结束语
古浪-河口天然气联络管道工程主要解决因涩宁兰管道气外输量减少和兰银线冬季反输能力不足导致兰州市及周边地区天然气保供能力缺口问题；同时，在河口末站将西气东输系统、涩宁兰系统及兰银线实现联通，运行更加灵活，可打造“N-1”坚强天然气管网，统筹解决甘肃、青海两省供气平衡问题，提高区域管网的供气可靠性。水平定向钻山体穿越技术因其施工距离长、施工效率高的优势备受广泛使用，专业技术和施工管理人员需对每一道施工工序精准把握，特别是在地形复杂地区。随着科学技术的发展，定向钻技术将会越来越多地应用到不同领域的工程实践中。
网址：www.zkpipe.com
扫码微信直接咨询
