定向钻穿越施工作业指导书.doc

1 编制目的为了规范现场专业工程师、EPC及分包商对水平定向钻施工的管理，确保定向钻穿越施工一次成功，特编制此作业指导书。2 适用范围本作业指导书适用于外输工程大中型河流定向钻穿越施工。3 术语及定义3.1定向钻法穿越采用水平定向钻机将穿越管段按照设计轨迹通过障碍物的一种非开挖管道安装施工方法。3.2钻机地锚埋于地下用以固定定向钻钻机，提供钻机反作用力的锚固设施。3.3泥浆由膨润土、水和少量添加剂组成的混合物，用于钻进施工中的冷却、润滑钻具、护壁和悬浮携带岩屑。3.4导向孔利用水平定向钻机，沿设计曲线完成的初始钻孔。3.5入土角、出土角水平定向钻施工时，钻杆入土时钻杆中心线与水平面的夹角称入土角；钻杆出土时，钻杆中心线与水平面的夹角称出土角。3.6扩孔为达到与穿越管段相适应的孔径，用扩孔器扩大孔径的施工过程。3.7回拖将穿越管段从钻杆出土点一侧，沿扩孔后的孔洞，拖至钻杆入土点一侧的施工过程。3.8导向系统/定位仪提供方位角、顶角及导向孔施工状态等参数的系统。4 基本规定4.1工程设计前应进行工程勘察，调查分析施工区域内有关各方面情况，充分掌握现场资料。4.2既有地下管线、电缆、光缆等障碍物分布情况，应调查清楚，取得相应的原始资料。应按有关规定和相关要求对其进行保护，不应损坏被穿越的上述设施。4.3定向钻穿越设计、施工等单位必须具有专业资质。4.4施工中所配制的钻进泥浆应根据地层条件合理使用，并做好环保、安全防护，文明施工。4.5施工时和施工完成后，铺设管线的上覆土层及相邻建筑物不得沉陷、坍塌或隆起，相邻或相交管线及地下构筑物不受损坏。4.6定向钻施工操作人员必须经培训考核合格后，方能上岗操作施工，同时应遵守相应的安全操作技术规程。4.7定向钻穿越施工质量，应符合设计、规范、标准等相关要求。5 施工准备5.1现场准备开工前应做好下列前期准备工作：预测穿越施工对地表和地下障碍物的影响，必要时应加密勘探；确定交通运输方案；了解施工场地与相邻工程、农田水利等的关系；了解建筑物、道路、水利、电讯和电力线等设施的拆迁情况和数量，使现场达到“四通一平”；调查水源、检测水质，拟定供水方案；调查可利用的电源、动力、通信、消防、劳动力、生活供应及医疗卫生条件；调查施工中对自然环境、生活环境的影响及需要采取的措施；提前办理好当地的施工许可手续、相关协议，保证工程开工不受影响；进行现场平面布置以及各种标识、标牌制作。划分出施工作业区、预制作业带边线，堆土范围、穿越中心线和机械设备通道，将各施工机组合理布置在施工作业区中，制作好施工用各种标识、标志牌。5.2技术准备收集相关的施工标准及验收规范，组织有关人员对其进行学习，并贯彻到作业基层。熟悉设计文件、图纸，组织有关技术人员进行施工图纸内部会审，若在内审中发现疑问应及时收集起来，为设计交底、图纸会审作准备。设计单位进行现场交底，施工单位应全面熟悉设计文件，并做好下列工作：掌握工程的重点和难点，了解穿越方案；复查对穿越施工和环境保护影响较大的地形、地貌、工程地质和水文地质条件，制定保护措施；核对设计文件，会同设计单位现场交接和复查测量控制点、施工测量用的基准点及水准点，定期进行复查；组织专业人员编制定型钻穿越施工组织设计或转向施工方案。其内容至少应包括：施工方法、场地布置、进度计划、质量计划、人员配备、主要材料、机械设备、电力、运输以及健康安全环境等主要措施内容；进行施工组织设计或专项方案的论证。针对本工程穿越的特点，组织设计、施工、总承包商、PMC、外聘专家等，论证本方案的科学性、合理性及安全适用性。导向孔轨迹的设计及确认。定向钻导向孔轨迹设计应包括下列内容：钻孔类型和轨迹形式；选择造斜点；确定曲线段的曲率半径；计算各孔段钻孔轨迹参数。定向钻导向孔轨迹宜由斜直线段、曲线段、水平直线段等组成。其设计应根据生产管线技术要求、施工现场条件、施工机械等进行轨迹综合组合。工作坑的设计及实施。定向钻铺管应根据场地条件、管线类型、管径、材质、埋深、地质条件、既有地下管线分布情况及定向钻施工的设计参数等，确定工作坑的形状、大小和深度。工作坑支护形式分有钢板桩、钢筋混凝土排桩、喷锚支护及放坡支护等，支护方法和适用条件可按下表选用表1-1工作坑支护选用表工作坑支护适用条件排桩、喷锚土质比较松软，且地下水又比较丰富；渗透系数1×10-4cm/s的砂性土，覆土深度较大时钢板桩土质比较好，地下水又较少，深度3m时；渗透系数在1×10-4cm/s左右的砂性土放坡土质条件较好，地下水又较少，深度3m时5.3物资准备组织物资管理人员进行培训，了解本工程相关物资技术要求；编制自购工程材料，加工品计划，并按规定报批。根据项目部施工计划编写自购材料采购计划，计划编制严细且留有一定的余地，明确自购材料品种、规格、数量、材质和技术质量要求，同时制定物资拉运计划，保证自购物资尽快到达仓库或现场。编制施工所需消耗材料计划，按计划采购。编制物资供应计划、物资管理办法及相应管理性文件。5.4人员、机具设备的准备EPC或EPC分包商应成立定向钻穿越机组，配备高效的管理人员，选调施工机组组成强有力的施工队伍。明确施工任务划分，进行施工人员、设备调配。对参建人员进行思想教育，要求每个管理者和施工人员必须树立良好的石油工人形象，尊重当地的风俗习惯。对全体施工人员进行HSE教育，针对本工程施工的地理条件、地理环境的特殊性，教育职工树立“安全第一”的思想意识、环保意识和文明施工意识，同时需注意保护文物古迹。组织各工种的培训、岗位练兵。组织特殊工种培训练兵，保证特殊工种的持证率达100。对拟参加施工的所有司钻、钻杆工、泥浆工、发电工等，进行培训和实际练兵，学习有关的工艺规程和标准。编制本工程所需设备使用计划，按照计划准备运输车辆和机械设备。自有施工设备进行检修、保养。根据设备配置计划，分批进行检修、保养，并根据设备情况确定自检、自修或进厂维修。根据施工工艺特点进行工具、机具的制作、安装或改造，编制调机具设备的调遣计划。6 工程施工6.1一般规定6.1.1穿越深度应符合下列规定：穿越河流等水域时，穿越管段管顶最小埋深宜大于河流最大冲刷线以下6m，地层受限情况下，经充分论证后可适当减小管顶埋设深度，但不应小于2.5m。对防洪等级高的河流，应根据不同的地质类别，适当增加穿越深度；穿越铁路、公路时，穿越管段管顶埋深应符合铁路、公路等相关部门的规定。6.1.2 穿越施工时入土角、出土角的大小控制。应根据地质、地形条件和穿越管段的材质、管径来确定其大小。入土角宜为8°20°，出土角宜为4°12°。特殊情况下，可适当调整入土角、出土角的大小。6.1.3 定向钻穿越的曲率半径应符合设计及规范要求。曲率半径不宜小于1500D，且不应小于1200D。6.1.4 在管道入土端和出土端外侧各预留宜不少于10m的直管段。6.1.5对出土点或入土点侧含有卵砾石等不适合水平定向钻施工的地质条件时，宜采取套管隔离、注浆加固、开挖换填等措施进行地质改良，应符合下列规定：采用套管隔离不利地层时，钢套管内径宜大于最后一级扩孔直径300mm，壁厚选取宜按下式进行初选，应根据强度要求进一步确定壁厚。套管切削刃应加强。 式中 tca套管初选壁厚（mm）；F0夯管锤能够提供的最大夯进力（kN）；钢管稳定系数，一般取0.36，当套管经过地层均匀时，可取0.45；s钢管规定屈服强度（MPa）；Dca钢套管直径（mm）。采用开挖方法处理不利地层时，开挖完成后宜换填或设置隔离套管，设置隔离套管应符合钻进轨迹曲线要求。采用注浆加固处理不利地层时，加固应沿设计轨迹曲线进行，加固断面不宜小于7m×7m，轴向加固长度宜伸入较好地层。6.1.6钻机安装调试应符合下列规定：根据施工场地规划，设备依次进场就位。钻机宜安装在穿越中心线上。锚固件应安装牢固，地锚抗拉能力应满足钻机最大拉力要求。有线控向系统的调校地点应选在不受磁场干扰的区域。调校时探头在同一位置宜多次测量，并取多次测量值的算术平均值作为方位角基准值，以确保方位角的准确性。设备安装完成后应进行整体试运转，确保设备工作正常。在条件具备的情况下，应使用人工磁场。6.1.7钻机场地应符合下列规定：小型水平定向钻机的安装场地一般约为40m×40m，大型水平定向钻机的安装场地一般约为60m×60m。安装场地应根据钻机及附属设备的要求，结合现场条件进行布置。钻机场地内应设泥浆池，其大小应根据泥浆用量确定。泥浆池不宜放在穿越中心线上。6.1.8管段预制场地应符合下列规定：穿越管段预制场地宜设在出土点附近，在出土点应设一个30×30的钻具操作场地。管段预制场地宜与入土点、出土点成一直线。穿越管段的预制场地的长度宜为设计水平长度加20，宽度执行现行国家标准油气长输管道工程施工及验收规范GB50369有关规定。若因场地限制预制管段不能直线布置，应在出土点保持不少于100m的直管段，方可采取弹性敷设。6.1.9定向钻穿越段管道应实施阴极保护并在两端应设置必要的阴极保护检测设施。阴极保护宜纳入干线阴极保护系统中。定向钻穿越管段在纳入永久阴极保护系统之前应采取临时阴极保护措施。6.2测量放线6.2.1测量放线前，应根据设计给出的控制桩位、设备情况、工程情况、地形地貌等编制施工场地平面布置图。6.2.2应用测量仪器放出穿越中心线，并确定穿越入土点、出土点。6.2.3根据穿越入土点、出土点及穿越中心线，确定钻机安装场地、管线侧施工场地、泥浆池以及穿越管段预制场地的边界线，并撒上灰线。6.3修建地锚坑和排浆池挖、砌泥浆池（穿越两岸各1个）及地锚坑，泥浆池尺寸需满足施工要求，泥浆池内铺土工布，池内四周需压实，必要时四周用砖堆砌、钉桩，防止泥浆池塌方。地锚坑中心线在穿越主管和光缆套管的中心线上，地锚坑尺寸需满足施工要求。挖泥浆池及地锚坑时要留出足够边坡，确实施工安全。地锚坑完成后，将地锚放入，用混凝土加固。6.3穿越施工6.3.1钻机及配套设备就位将钻机就位在光缆套管穿越中心线位置上，钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。待光缆套管穿越结束后（先穿光缆套管，后进行主管线导向孔的钻进），钻机拆卸移位至主管穿越的中心位置,两中心线间距需符合设计及规范要求。6.3.2测量控向参数按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在穿越管中心线的不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。6.3.3泥浆配制泥浆是定向钻穿越中的关键因素，穿越前需详细收集穿越经过的土质层，为配制泥浆奠定理论基础。按本次穿越泥浆工艺要求及地质情况编写配制方案，确定正确的混合次序，按不同的地质层配制出符合要求的泥浆。由于穿越地段地质情况比较复杂，对泥浆的要求比较高，为克服这些不利因素，一般采取以下措施：1）水源就近取用，用水泵输送至水罐内，在水罐中过滤后配浆。2）按照事先确定好的泥浆配比，用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出符合要求的泥浆。3）一般使用的泥浆添加剂有降失水剂、提粘剂和防塌润滑剂等，而且添加剂应采用环保型添加剂，符合环保要求。4）为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不改变的情况下，一般采取增加泥浆储存罐的数量，比如使用1个配浆罐和2个泥浆搅拌罐。6.3.4钻机试钻开钻前做好钻机的安装和调试等准备工作，确定系统运转正常、钻杆和钻头清扫完毕后，严格按照设计图纸和施工验收规范进行试钻，钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后按次序钻进。6.3.1 钻导向孔应符合下列规定：控向操作应由经过培训合格的人员操作；控向系统的功能应满足工程的需要。导向孔应根据设计曲线钻进，钻杆折角宜符合表1-2的要求。 每钻进一根钻杆宜至少采集一次控向数据。根据采集的控向数据，及时调整，使穿越曲线符合设计要求。穿越长度为2000m2400m，宜采用对穿工艺钻导向孔；穿越长度超过2400m或穿越两端使用套管隔离，应采用对穿工艺钻导向孔。表1-2 钻杆折角表穿越管径（mm）每根钻杆最大折角（°）4根钻杆累加折角（°）325以下2.163771.75.74061.65.45081.44.36101.23.67111.1381312.6°9140.92.41016以上0.82.2导向孔实际曲线与设计穿越曲线的偏差不应大于1，且偏差应符合表1-3的规定表1-3 导向孔允许偏差（m）导向孔曲线出土点横向偏差上下偏差横向误差纵向偏差±3+1-2±3+9;-36.3.2 定向钻对接穿越施工应符合下列规定：（1）对接穿越施工准备应符合下列规定：1) 施工前应进行现场调查，了解穿越段的地质资料及地下构筑物情况。2) 施工前应详细了解穿越段施工的技术要求与所执行的规范及质量标准。3) 施工钻机及配套设备宜提前进行维修保养，施工机具配置应齐全。4) 测量放线，根据设计交底（桩）与施工图纸放出钻机场地控制线及设备摆放位置线，应确保钻机钻杆中心线与入土点、出土点成一条直线。5) 施工场地应进行平整铺垫，主钻机施工场地面积宜为3600m2，辅助钻机施工场地面积宜为1600 m2。（2）安装主施工和辅助施工钻机应符合下列规定：1)应将施工钻机就位在穿越中心线位置上，主钻机应就位于设计入土侧，钻机就位完成后，应进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。2)应按操作规程标定控向参数，宜在穿越轴线的不同位置测取，且每个位置应至少测四次，进行对比，并应做好记录，取其有效值的平均值作为控向基准方位角值。3)开钻前应做好钻机的安装和调试等准备工作，试钻1根2根钻杆后，确定系统运转正常，即可正常钻进。（3）安装人工交流磁场应在穿越中心线上布置交流线圈，线圈宽度宜大于3倍穿越深度。（4）主钻机可先进行导向孔钻进，辅助钻机可推迟时间开钻，但应保证两台钻机同时到达对接区域。（5）两台钻机应分别就位与导向孔的入土点和出土点位置，进行导向孔穿越施工，两钻头相交时，若使用轴向磁铁，两侧钻头的横向偏差和上下偏差均应小于2m；若使用旋转磁铁，两侧钻头的横向偏差和上下偏差均应小于5m（图1-1）。图1-1 初控示意图 （6）主、辅钻机钻头相距在5m内后，主钻机宜在其探头和辅助钻机的旋转磁铁相交并捕捉到装在辅助钻机钻头的磁铁的信号后，根据计算机显示探头与旋转磁铁的相对位置，调整钻头方向，控制主钻机钻头进入辅助钻机钻头的孔内，辅助钻机回抽钻杆，主钻机钻头跟进至完成导向孔施工。（图1-2）。图1-2 精控示意图（7）每根钻杆的折角应符合表1-2钻杆折角表要求。（8）对接作业完成后，辅助钻机应继续后退钻头，主钻机钻头应随后钻进，直至主钻机钻头从出土侧出土，完成全部导向孔作业。（9）对接穿越材料与设备见表1-4。表1-4 对接穿越材料与设备一览表序号名称规格单位数量备注1钻机及配套设备大型套12钻机及配套设备中型或小型套13泥浆回收装置套24钻头9-1/2套25探头套26目标磁铁套17P2软件套28控向线102米穿越长度×29交流磁场线102米穿越长度×2.56.3.3 扩孔应符合下列规定：（1） 最终扩孔直径应根据不同的管径、穿越长度、地质条件和钻机能力确定。一般情况下，最小扩孔直径与穿越管径的关系应符合表1-5的规定。表1-5 最小扩孔直径与穿越管径关系表穿越管段的直径（mm）最小扩孔直径<219管径+100mm2196101.5倍管径>610管径+300mm 注：管径小于400mm的管线，在钻机能力许可的情况下，可以直接扩孔回拖（2）扩孔宜采取分级、多次扩孔的方式进行；在地层条件及辅助设备允许的情况下，可适当减少扩孔级次。（3）扩孔过程中，如果发现扭矩、拉力较大，可采取洗孔作业；洗孔结束后，再继续进行扩孔；扩孔结束后，如果发现扭矩、拉力仍较大，可再进行洗孔作业。6.3.4 回拖应符合下列规定：（1）回拖前，应完成下列事项：1）连接前应用泥浆冲洗钻杆，确保钻杆内无异物。2）连接后应进行试喷，确保水嘴畅通无阻。3）旋转接头内应注满油，旋转应良好。4）回拖前应对钻机、泥浆泵等设备进行保养和小修。5）应进行防腐层外观及漏点检测。（2）管段回拖时，如果管径大于40的情况下，宜采用浮力控制的措施。（3）回拖宜按下列要求采用发送沟或发送道的方式发送。1)采用发送沟方式时应符合下列规定：a 在回拖前，应将穿越管段放入发送沟。发送沟应根据地形、出土角确定开挖深度和宽度。一般情况下，发送沟的下底宽度宜比穿越管径大500mm。b 管道发送沟内应注水。一般情况下，管沟内最小注水深度宜超过穿越管径的1/3。c 采取措施，使管道入土角与实际钻杆出土角一致。2)采用发送道（托管架）方式时应符合下列规定：a 根据穿越管段的长度和重量确定托管架的跨度和数目。b 托管架的高度设计须满足预制管段弯曲曲率的要求。c 托管架的强度、刚度和稳定性应满足要求。（4 ）回拖钻具连接的顺序宜为:钻机钻杆扩孔器 旋转接头 U型环 拖拉头 穿越管段（5）回拖时宜连续作业。特殊情况下，停止回拖时间不宜超过4h。6.3.5 定向钻穿越施工完毕后宜按照有关规范规定的方法，对穿越段外涂层电导率进行测试；测试宜在穿越完成15d后且穿越段管线与主管线连接前进行。6.3.6 定向钻穿越段外涂层电导率检测结果应按照表1-6进行评价。新建管线穿越段防腐层标称电导率（即土壤电阻率为1000·cm时的防腐层电导率）不应大于200S/m2或防腐层绝缘电阻R不应小于5000·m2，若测试结果大于200S/m2或R小于5000·m2时，应对穿越段管道附加阴极保护措施。表1-6防腐层标称电导率与防腐层质量比照表标称电导率（S/m2）防腐层绝缘电阻R（·m2）防腐层质量评价100R10000优100<20010000R5000良20010005000R1000一般1000R<1000差6.3.7 施工完毕后，应清理场地，恢复地貌。6.3.8 泥浆应符合下列规定：（1）根据不同的地质条件，应在泥浆实验室试配并确定不同的泥浆配方。（2）在施工过程中，应根据地质情况和钻进工艺，调整泥浆的配方和泥浆的性能。（3）在整个施工过程中，泥浆宜回收、循环使用。（4）泥浆粘度的现场测量宜用马氏漏斗，每2h测量一次。泥浆粘度应根据地质情况决定，也可按表1-7确定。表1-7 泥浆粘度表（s）泥浆性能地层类型松散粉砂、细砂及粉土密实粉砂、细砂层和砂岩、泥页岩花岗岩等坚硬岩石层中砂、粗砂、卵砾石及砾岩层黏性土和活性软泥岩层马氏漏斗粘度（s）609050604055801203550塑性粘度PV（mPa·s）12158128121525612动切力YP（Pa）10510581036表观粘度AV(mPa·s)152512208152035612静切力G10 S/G10 min(Pa)510/152038/61226/510510/152025/38滤失量(ml)8128121020812812pH9.511.59.511.59119.511.59116.4环境保护及泥浆处理措施6.4.1穿越场地内，应设置移动垃圾筒和移动厕所，保持场地内清洁，防止污染当地环境。6.4.2在定向钻施工前，先配制一定量的泥浆，并将泥浆样本送到当地环保部门进行化验，符合要求后方可使用。达不到环保要求时要更换泥浆用料，并重新配制泥浆进行化验，直到配制出符合环保要求的泥浆。6.4.3钻机场地与焊接场地的泥浆处理。1）在钻机场地和焊机场地各挖一个排浆池，收集储存返回的泥浆，用泥浆回收装置将泥浆池中的泥浆回收再利用。2）根据不同的地质情况和施工中的返浆情况，进行泥浆回收作业时要采取各种必要的措施，保证回收泥浆的质量，回收返回泥浆时分离出来的泥沙等要有专门的堆放场地。3）定向钻穿越施工完成后，租用泥浆车将剩余泥浆和回收返浆时分离出来的泥沙运送到当地山垃圾填埋场，晒干回填或作耕作土用。4）剩余泥浆外运时使用密封好的灌车运输，防止运输过程中泥浆洒落到路途上。6.4.4在入、出土点以外有泥浆漏失时，先挖泥浆坑或围堰进行收集，穿越结束后拉运到指定排放场地排放。6.4.5穿越施工钻孔、扩孔及回拖作业进行到河流水位线较浅的位置时，要控制泥浆的压力，避免因压力大造成泥浆漏失到河道内。6.4.6钻机场地内的油罐区域使用砖墙进行隔离，油罐的进油口和出油口要采取防护措施，油罐底座为托盘形状，防止加油或放油时有油洒落到场地内污染环境。6.4.7钻机发动机、泥浆泵发动机、发电机等在加油时，要防止油品洒落地面污染环境。6.4.8施工中产生的工业垃圾要和生活垃圾分开存放，并运送到指定处理场所。6.4.9固定钻机的地锚可以采用钢管桩代替混凝土浇注，同时在修筑施工便道和施工场地时使用土工布，将施工对耕地的影响降低到最小。7 定向钻穿越工程验收7.1一般规定7.1.1 EPC分包商应由质检人员对穿越质量进行检验，自检合格后上报EPC、外输管理部、PMC等，对穿越质量进行监督、检查和验收。7.1.2铺设后管线纵、横断面位置应符合设计要求。7.1.3定向钻铺设光缆、油气管道等不同材质的管线时，应按相应管道的要求进行验收。7.2试验与检测7.2.1复测导向钻孔起迄点的平面位置和高程。7.2.2导向孔轨迹测量应采用导向仪随钻测控深度、顶角、方位角、工具面向角等基本参数。7.2.3实钻导向孔轨迹应符合设计轨迹要求，偏差应在设计允许范围内。7.2.4配制泥浆现场检测应包括下列内容：采用PH值试纸检测配浆用水的PH值；采用泥浆密度计或泥浆密度秤检测泥浆密度；采用马氏漏斗检测泥浆粘度；采用气压式失水仪检测泥浆失水量。8 定向钻穿越常用验收表格模板详见下页