高安定向钻穿越施工方案.doc

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1、西气东输二线工程东段 中国石油天然气管道局第三工程分公司 第28标段线路工程施工组织设计编码：X2-E-M-C2-TS-0001 版本: A 第1页 共385页中国石油天然气集团公司江西省天然气管网二期工程大城接收站高安末站线路工程D014+2-D015号桩鱼塘定向钻施工方案编 码JXGW2- M-GK-TS-001502012.6.11用于施工肖丹陈昆李春成刘彦桥程兆敏A2012.6.11初步使用肖丹陈昆李春成刘彦桥程兆敏版本日期文件状态承包商起草人承包商校审人 承包商批准人EPC审核人EPC批准人编制单位：中国石油天然气管道局第三工程分公司江西天然气管网工程项目经理部第 20 页 共 19

2、页 江西省天然气管网二期工程大城接收站高安末站线路工程定向钻施工方案部门：工程部编码：JXGW2-M-GK-TS-0015版本:O目 录1 编制依据22、工程概述23、施工总体方案34、定向钻穿越施工方案35、各项资源需要量计划136、质量保证措施及HSE管理措施147、地貌恢复措施158定向钻穿越段施工平面布置169、附件1：施工工期总体进度计划表（不包括主管预制）191 编制依据1.1油气输送管道穿越工程施工规范 GB50424-20071.2油气长输管道工程施工及验收规范 GB50369-20061.3石油天然气管道穿越工程施工及验收规范 SY/T4079-951.4石油天然气钢制管道无

3、损检测 SY/T4109-20051.5D014+2-D015号桩鱼塘定向钻穿越 线-S10871.6顶进施工法用钢筋混凝土排水管 JC/T 4109-20051.7输气管道工程设计规范 GB50251-20031.8建筑抗震设计规范 GB50011-20112、工程概述2.1工程概况本定向钻穿越为大城接收站-高安末站D014+2-D015号桩鱼塘穿越，穿越处管道设计压力6.3 MPa,管径2736.3mm加强级3PE防腐直缝钢管，材质L360MB，穿越处管线为东西走向，穿越等级为中型穿越定向钻穿越。穿越段管道水平长度339.61m，入出土点间实长为342.13m。采用加强级三层PE外防腐，补

4、口采用纤维增强型聚乙烯热收缩带（简称“定向钻穿越专用热收缩带”）。2.2 地形地貌拟穿越场地为低丘地貌单元，地形相对稍有起伏，绝对标高介于27.2041.00m之间，鱼塘水深0.507.00m。2.3 气候条件D014+2-D015号桩鱼塘穿越位于高安市，高安气候温和湿润，雨量充沛，光照充足，四季分明，属于亚热带湿润季风气候。全年平均雨量为1560毫米，主要分布在47月份，占全年雨量60以上，极易导致春夏之交洪涝发生；810月雨量偏少，又易造成伏，秋干旱。全年平均气温17.7摄氏度。3、施工总体方案3.1施工总体方案3.1.1进行专业分工，提高工序质量。每道工程的指挥及协调管工序设专人负责，抓

5、住影响质量的关键工序，层层把关，干出让业主满意的工程。3.1.2对现场进行详细的踏勘，配备适应性强的施工机具，优化施工程序，提高现场预制化程度，合理利用人力和物力，力争缩短工期。3.1.3使用计划网络技术指导施工，确保关键线路按时完成，作到同步与立体交叉相结合、特殊与普通相结合，综观全局，点面配套，缩短有效工期。 3.1.4施工营地一般就近选择，可租用先用民房或招待所。3.1.5施工营地设置传真、固定电话方便与业主、监理沟通、联系，施工现场和主要施工管理人员配备移动电话，保持通讯畅通。3.2关键工序施工共分为前期准备工作、穿越管道组焊、管道穿越、管段连头、泥浆处理及地貌恢复工作五个阶段，其中关

6、键工序是：穿越管道组焊、补口和试压、钻导向孔、扩孔、管道回拖、连头和整体清管、试压。4、定向钻穿越施工方案4.1定向钻穿越施工工艺流程4.2 测量放线4.2.1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，确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。4.3 施工场地修筑4.3.1 场地与进场便道修筑结合地方相关部门要求，考虑到东岸地势较开阔平坦，故作为管道组装焊接场地。西岸作为定向钻钻机入土场地。参照规范要求，并考虑穿越处的地质条件，穿越段敷设的曲率半径取1200D，即327.6米，穿塘段管底设计标高最深为-10.8米，江床最低点埋深为5.8米。穿越管段出土角为957，出土角为

7、654。施工场地包括入土点场地、出土点场地和管线预制场地。入土点场地摆放钻机，出土点场地摆放出土钻杆、钻具等设备，管线预制场地在出土点场地之后并与之相连。入土点场地尺寸为60m60m，入土点场地尺寸为40m40m。管线预制场地长度为345m，宽为20m。根据现场条件修筑进场便道，进场便道修筑原则是能够保证大型超长重型车辆通过，满足其转弯和承重要求。场地和进场便道的修筑方法如下：先用挖掘机整平地面，地面为稻田、水塘等要进行清淤，然后在平整的地面上铺土工布，最后在土工布上铺垫约0.3m厚碎石土并用挖掘机压实。在入、出土点场地外各修筑1个泥浆池，泥浆池尺寸1515m，深度为1.5 m泥浆池底部用防水

8、塑料薄膜铺垫以防止泥浆渗漏到周围地层造成污染。4.3.2 地锚修筑钻机在入土点的固定需要利用地锚进行锚固。为切实保证地锚的稳定性，采用了地锚挡板与水泥地锚相结合的安装方式，并在地锚挡板之前夯入起加强作用的20槽钢，在水泥地锚内安装好地锚箱之后，可确保钻机承受回拖时的巨大拉力，使钻机处于稳固的工作状态。地锚的安装示意图如下图所示：在现场制作钻机的地锚之前，需事先预制一块12m2m200mm的钢制地锚挡板，该地锚挡板可重复投入使用。在进行水泥地锚浇筑时，要选取C30的水泥，并保证48小时的养护时间。4.4 定向钻施工4.4.1 钻机及配套设备就位将钻机就位在穿越入土点位置，并保证钻机中心轴线与穿越

9、中心线相重合。钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，确保设备正常工作。4.4.2 测量控向参数按操作规程标定控向参数。为保证数据准确，正式开钻之前需要沿穿越中心线的不同位置测取方位角值，且每个位置至少测四次，进行数据记录、对比，并取其有效值的平均值作为控向方位角参考值。4.4.3 泥浆配制泥浆是钻井的血液，不仅可以冷却、润滑井下钻具，而且可以通过返浆携带出大量的钻屑，从而避免扩孔或回拖过程中的卡钻现象的发生。现场能够结合当地水源配制出性能良好的泥浆，是定向钻成功实施的一大保障。鉴于泥浆在定向钻施工中的重要性，我们将采取以下措施：4.4.3.1 水源采取就近打井取水或取河水，用水泵输送至水罐内，

10、在水罐中沉淀、过滤后配浆。4.4.3.2 按照实验室确定好的泥浆配比用一级膨润土加上泥浆添加剂，配出高效护壁、携带性能良好的泥浆，提高回拖成功率。4.4.3.3 为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，增加泥浆储存罐和泥浆快速水化装置。4.4.3.4 泥浆的回收利用：钻机场地有一个泥浆收集池，泥浆通过泥浆池收集，再经过泥浆回收系统回收再使用，此举有效较低工程成本的同时，也最大限度地降低了泥浆对施工地周围环境的影响。4.4.3.5泥浆在各个阶段所起的作用如下：（1）钻导向孔阶段要求尽可能将孔内的泥沙携带出孔外，同时维持孔壁的稳定，减少推进阻力；（2）预扩孔阶段要求泥浆具有很好的护壁效果，防

11、止地层坍塌，提高泥浆携带能力；（3）扩孔回拖阶段要求泥浆具有很好的护壁、携砂能力；同时还有很好的润滑能力，减少摩阻和扭矩；4.4.3.6粘土层容易水化膨胀，引起缩径卡钻的潜在危险。针对该层，泥浆的失水性能是关键。因此，在提高粘度的同时加入定量的改性淀粉来控制失水。4.4.3.7细砂层成孔性差，易沉砂。我们的措施是：在泥浆中加入正电胶，形成一种“液体套管”。泥浆回收系统4.4.4 钻机试钻开钻前做好钻机的安装和调试等一切准备工作，确定系统运转正常。钻杆和钻具组合正确连接并吹扫完毕后，严格按照设计图纸和施工验收规范进行试钻，当钻进20米左右时（即钻头入土约两根钻杆）检查各部位运行情况，如钻机和控向

12、系统的各参数正常即可进行正常钻进。4.4.5 导向孔施工导向孔的钻进是整个定向钻施工的关键，本次穿越工程用ZT-36T水平定向钻机实施。钻导向孔的钻具组合是：9.5牙轮钻头+造斜短节+S-135钻杆控向对穿越精度及工程成功至关重要，并直接关联到主管穿越。开钻前仔细分析地质资料，确定控向方案，泥浆与司钻重视每一个环节，认真分析各项参数，互相配合钻出符合要求的导向孔，钻导向孔要随时对照地质资料及仪表参数分析成孔情况，达到出土准确，成孔良好。控向设备采用月驰F5导向仪，为防止钻孔时导向孔与设计穿越曲线的偏移，控向采用目前国际最先进的P2控向软件和地面信标系统进行精准控向。当地面信标系统使用的电缆接通

13、交流电后产生交变磁场，P2软件即通过四次采集交流线圈数据并分析这些频率，并对导向探头和线圈之间进行矢量计算，筛选和取平均值后，最后得出导向探头精确位置。同时，在施工中严格按照施工规范，确保每根钻杆的操作，符合1200D曲率半径范围。4.4.6预扩孔4.4.6.1当钻头沿着出土点准确出土后，卸下导向孔钻具组合，连接扩孔器，喷射泥浆检查合格后，开始扩孔作业。为了保证扩孔的顺利进行，计划本工程扩孔级别每100mm为一个级差。本工程穿越主管管径为273，为了保证主管的顺利回拖，计划扩孔至管径的1.5倍，既409mm。4.4.6.2预扩孔计划分两个级别进行，第一遍采用380mm扩孔器扩孔，第二遍480m

14、m扩孔器扩孔。4.4.6.3预扩孔计划分两个级别进行，第一遍采用380mm扩孔器扩孔，第二遍480mm扩孔器扩孔。4.4.6.4做好每一遍扩孔的记录，有助于下一级扩孔借鉴，使扩孔、回拖具有可溯性，根据地质情况及上一级扩孔情况，合理确定下一级的扩孔尺寸和扩孔器水咀的数量和直径，保证泥浆的压力和流速，从而提高携带能力，减少岩屑床的生成。4.4.6.5钻具连接和拆卸：出土点井口工在回扩过程中负责人工接单根作业（挖机配合），在入土点通过钻机拆卸钻杆，吊车负责钻杆的吊装。出、入土点钻杆的上卸扣要求同步作业，并通过对讲机保持联系畅通，以免意外情况的发生。4.4.7 管线回拖4.4.7.1 回拖是定向穿越的

15、最后一步，也是最为关键的一步。主管回拖采用钻机+钻杆+380岩石扩孔器+13.5T卸扣钻具组合。最后一次扩孔完成后，视施工现场情况，主要是关注返浆和扭矩是否正常，如果有异常情况，应进行一到两次洗孔，然后才能进行主管回拖。4.4.7.2 在回拖时应该进行连续作业，避免因停工造成回拖阻力增大。管线回拖前要仔细检查各钻具连接部位是否牢固。4.4.7.3 管线回拖采用发送沟的方式进行。发送沟采用单斗作业，其尺寸为上口宽2.0m、下口宽1.2m、深1.0m；在挖发送沟时，计算好发送沟，特别注意管线进入孔洞的这一段发送沟的坡度，确保管线进入孔洞的这一段发送沟与穿越孔洞的圆滑平缓。4.4.7.4 采取漂浮或

16、其他措施降低管线回拖时管线的摩擦力。必要时，可采取我们特有的低浮力回拖措施，降低管线在泥浆中的浮力，从而使管线悬浮于泥浆中，避免管线与孔洞壁的直接接触。4.4.7.5 在回拖作业时，增加高润滑泥浆，使高润滑泥浆象薄膜一样附着于防腐层表面，保护防腐层。4.4.7.6 回拖前后，准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪，安排专人巡视管线。4.4.8施工注意事项及措施 4.4.8.1钻导向孔 导向孔是定向钻穿越施工过程中重点控制的关键工序，导向孔质量的好坏直接影响钻机回拖时回拖扭矩与拉力的大小。因此，导向孔与设计穿越曲线是否重合是关系到管道最后回拖成功的关键。 导向孔在钻进过程中偏离设计穿越曲线的原

17、因可以归纳为四类 ：第一，钻机就位方位与管线设计穿越方位有偏差，造成在导向孔钻进的过程中其轨迹逐渐偏离设计穿越曲线；第二，受外部磁场的影响，控向方位角非管线走向的真实方位角，从而控向软件计算钻头方位的参数发生变化，导致从计算机采集的数据非钻头的真实位置；第三，受地质结构的影响 ，导向孔在钻进过程中要穿越不同的地层，由于各地层地质特征差异很大 ，即使是同一地层其硬度分布也会软硬不均，因此，钻头在钻进的过程中比较容易偏向相对较软的地层，造成与设计曲线发生偏移。针对以上造成曲线偏移的原因，我们采取了如下应对措施 ： 保证钻机就位方位与设计管线中心线重合钻机就位前，根据在入土点处已放出的控制点即管线穿

18、越中心线点，根据穿越入土角、钻机尺寸算出钻机就位的精确位置 ，并用白灰或用线绳予以标记。在钻机就位过程中，除了利用白灰或线绳标记作为就位的标准外。就位后还要用测量仪器测量钻机就位偏差 ，经计算钻机就位方位相对于管线中心线的角度偏差如果超过0.1时。需要根据偏差情况重新调整钻机，经多次就位测量调整再测量，直到偏差控制在0.1度范围内。钻机就位后，计算出精确的偏差数值。在开始钻导向孔时及时调整此偏差为零。 在穿越不同地层时预防偏移的措施 在穿越过程中，不同的地层其岩性也不同。即使同一地层也会不同程度的存在软硬不一的情况。这必然会影响钻孔倾角与方位角角度的调整。遇到这种情况时 ，每次调整的角度不应过

19、大，调整范围控制在每次1.6%左右，每根钻杆多次调整以获得需要的倾斜角与方位角。 4.4.8.2扩孔 扩孔能否顺利进行对管道回拖成功至关重要。由于本次穿越主要地层为泥岩。针对以上情况我们采取了以下措施： 在扩孔施工前，检修所有的施工设备，确保在扩孔回拖时不出现机械故障，在回拖开始后，严禁无故停工； 认真检查钻机锚固是否发生位移，如果发生了位移应立即采取措施进行加固处理然后才能继续进行回拖扩孔作业； 在导向孔钻进时，严格按设计曲线施工，采用曲率半径为1200D保证钻孔的平滑； 在扩孔时严格控制泥浆压力、粘度及排量，根据地质条件，当扩至裂隙地带时，在泥浆中掺加适量堵漏剂以避免泥浆沿裂隙流失，减少河

20、水倒灌 ，保证孔内泥浆粘度，提高泥浆的携渣能力及护壁作用。在经过砂层时，在易产生塌孔地段，应确保泥浆粘度达 到 4560s，减少塌孔的可能性。并在最后一次扩孔作业时，向泥浆中添加适当的润滑剂，以便在管线回拖过程中减小 回拖阻力 4.4.8.3管道回拖 管道回拖是整个工程的重心，在回拖过程中，具体采取以下几点措施： 回拖时将管道放在发送沟内，发送沟里灌水。 发送沟中心线应与管道穿越 中心线相重合，便于管道顺利进行回拖。发送沟沟底纵断面曲线应与管道自由弹性曲线半径一致： 回拖时扩孔器直径一般比穿越管道直径大100rnm。这样即减小回拖力 。又可保护防腐层，本次穿越采用600岩石扩孔器带管回拖； 在

21、扩孔作业完成后管道回拖之前，应再次采用480mm桶式扩孔器对孔道进行回拖前清孔，以将孔内孔底沉积物清出孔内。同时对扩好的孔壁再次进行护壁加固处理，保证管道的顺利回拖。在管道回拖中，塌孔一般发生在回拖管段的前端，此时应增大泥浆量，适当降低泥浆粘度，提高泥浆的润滑性能，将塌孔部位泥浆置换出去，确保管道顺利入孔。4.5穿越管段预制4.5.1在管道回拖之前，应在穿越预制场地进行主管焊接预制，组装焊接技术要求应同一般地段相同。4.5.2组焊完毕后进行100%X射线探伤和100%超声波探伤，质量达到规范和设计要求。4.5.3探伤合格后，按设计要求进行防腐补口。4.5.4按设计和规范要求，穿越应管道单独进行

22、试压。回拖前应进行清管、测径、试压，回拖后应再进行测径。试压前应采用清管球（器）进行清管，清管次数不小于两次，以开口端部再排出杂物为合格。如清管合格后需进行测径，测径宜采用铝制测径板，直径为试压段中最大壁厚钢管内径的90，当测径板通过管段后，无变形，褶皱为合格。试压包括强度试验和严密性试验，试压介质采用无腐蚀的洁净水，强度试压为1.5倍设计压力，持续稳压时间4h，待稳压合格后至严密性试验压力（设计压力），持续稳压时间24h。管道无异常变形，无渗漏为合格。试压合格后应将管段内积水清扫干净。试压 清管结束后应进行干燥。5、各项资源需要量计划5.1人员配置序号工种数量序号工种数量1级组长110材料保

23、管员12工程师111发电工13专职质量员112泥浆工64专职HSE监督员213气焊工25控向414测量26司钻415普工57钻杆工616起重工18修理117司机49电工118炊事员1合计44人5.2主要设备配置序号设备名称规格型号单位数量备注1钻机TZ-36台12挖掘机ZX320-HHE台13发电机50Kw台14潜水泵1.5离心泵台65泥浆泵/台16吊车12吨辆17电动油泵/台18水准仪/套19全站仪/套16、质量保证措施及HSE管理措施6.1质量保证措施6.1.2强化质量教育，贯彻“质量第一”的方针，开工前组织施工人员学习质量体系文件及施工技术要求，并做好记录；做到严格按照设计要求及规范规定

24、施工,以良好的工作质量来保证工程的质量。6.1.3建立各项管理制度，使质保体系正常运转，施工中加强工管理，各工种、各岗位严格把关，认真执行“三检制”，并作好详细记录。6.1.4建立QC小组，积极开展QC活动，及时解决施工中的各种难题，确保每个工序质量都符合要求。6.1.5钻机及配套设备就位准确可靠，各岗位要严格按规定做好相应工作并认真填写施工记录。6.1.6钻导向孔不得急于求快，要认真复核，参数要求准确，偏差要符合规定，司钻、控向及泥浆等操作人员要按照制订的方案钻进，如有异常及时汇报，必要时征得建设单位同意和支持。钻孔曲线要圆滑，扩孔和回拖要耐心细致，且要作好详细记录以便分析复核。6.1.7管

25、线检验合格、钻具及拖管头可靠联接后方可回拖。回拖中耐心细致，注意参数变化，设专人巡线，集中精力，两岸加强联系，发现漏点及损伤要及时修补，确保管线防腐层完好，不得出现碰伤、划伤等质量事故。6.2 HSE保证措施6.2.1 定向钻作业时机组的安全管理人员必须到位。6.2.2为施工人员配备齐全的安全帽、工作靴、工作服、劳保手套等个人防护用品；经现场负责人确认施工环境安全可靠后施工人员方可进行作业。6.2.3现场设备操作人员必须持证上岗，由于设备多，现场的交叉作业现象较多，机械手连续连续作业情况下，精神会高度紧张，极易出现疲劳状况。因此，要求施工人员采取轮休制度，间隔不得大于8小时，严禁疲劳作业；在施

26、工时相互关照，协同作业，时刻注意安全。6.2.4注意现场的安全用电。只能由持证电工进行日常电路的维护和保养，要时刻注意线路是否漏电，确保顶管作业时施工人员的应急照明灯具状态良好。6.2.5工作业区应设置安全警戒区，禁止无关人员进入施工现场，避免发生安全事故。6.2.6施工人员在现场内必须正确穿戴防护服、安全帽和工作鞋、胸卡等安全防护用品，现场管理人员还应佩戴与其主要工作相适应的袖标。6.2.7试压要有专人负责，严格按照试压方案去做，要做好试压时安全防护工作。6.2.8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

27、要有专门的堆放场地。6.2.9穿越施工钻孔、扩孔及回拖作业进行到鱼塘位置时，要控制泥浆的压力，避免因压力大造成泥浆漏失到鱼塘内。6.2.10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。6.2.11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。6.2.12固定钻机的地锚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、地貌恢复措施7.1测量放线时，在设计范围内尽可能的不损伤耕地。7.2连头处管沟开挖时，表层土与下层死土要分开堆放

28、。回填时，先回填死土，再回填表层土。7.3应尽量减少施工占地，施工后立即恢复。7.4 在工程验收前，把作业带内及设备、车辆行走经过的公共通道、排水沟中的所有施工材料和杂物清理干净。7.5焊条筒、砂轮片、油漆筒、柴油滤等废弃物要收集起来从作业带上清走，不得放在沟中进行掩埋。7.6 泥浆坑要垫上防雨彩条布，避免泥浆渗透到地面影响耕地。8定向钻穿越段施工平面布置8.1 施工平面布置图20m焊接场地焊接场地363m出土点50mD014+2-D015鱼塘出土点焊接预制场地50m273管线 入土点钻机施工场地 60m60m 8.1钻机场地布置图（各附属设备位置在具体施工时可根据场地情况摆放） 穿越施工入土点平面布置图穿越施工出土点平面布置图9、附件1：施工工期总体进度计划表（不包括主管预制）阶段工作内容123456789101112131415施工阶段接桩及测量放线施工带及便道修建和设备进场主管导向主管扩孔主管回拖地貌恢复