非开挖施工单位告诉您如何提高长输管道大型定向钻回拖一次成功率

1 工程概况

某液化天然气(LNG) 项目输气干线工程线路总长89.6km，管道设计压力为10.0MPa，其中直径为Φ1016mm 的管线长54.18km，而采用定向钻穿越施工的有19 条，总长约13km，其中长度在1km 以上的定向钻穿越施工有4 条，长度共计约4.7km。大型定向钻穿越多，管道口径大、壁厚大、刚性大、重量大，相应风险也就更大，对定向钻成功回拖提出了挑战。

2 回拖成功率现状分析及目标制定

通过对公司近几年施工的其他项目中定向钻穿越情况进行统计，共完成直径Φ1016mm、单处长度1km 以上定向钻穿越29 条，其中一次回拖失败5 条，回拖一次成功率82.7%，同时对回拖失败的原因整理分析，做出统计表，见表1。

从上述统计表分析，影响1km 以上长度定向钻回拖一次成功率的主要因素为管材抱死、塌孔，占总频率66.66%，在施工中，必须加强此类问题的控制，以提高定向钻回拖一次成功率。通过查阅定向钻相关资料，学习定向钻施工队的丰富经验，结合现场实际情况和现有技术水准，预计可解决问题的占80%，因此直径Φ1016mm 长度1km 以上定向钻回拖一次成功率可由82.7%提高至：1-17.3%×[66.6%×(1-80%)+33.4%]=91.9%。

3 原因分析及要因确定

3.1 原因分析针对问题，从操作人员、设备、材料、方法、环境五个方面进行了详细的分析调查，得出导致定向钻回拖失败的末端因素有9 个：(1) 钻机操作人员水平低，操作不当。

(2) 扩孔工艺不合理。

(3) 导向孔曲线不符合要求。

(4) 未清孔、清孔不彻底。

(5) 复杂地质情况。

(6) 发送沟、入孔槽设置不合理。

(7) 钻机选用不合理。

(8) 钻具、钻杆损坏。

(9) 泥浆性能不符合要求。

3.2 要因确定

通过对9 个末端因素进行了逐一验证，要因确定为：扩孔工艺不合理；未清孔或清孔不彻底。

(1) 定向钻操作人员均持证上岗，从业多年，经验丰富，能力满足施工要求，且施工过程中均严格按照操作规程操作。确定钻机操作人员水平低，操作不当为非要因。

(2) 现场施工过程中存在越级扩孔、扩孔速度过快等现象，造成孔内存在较多干燥、混合不良的钻屑，无法随泥浆返出孔外而停留在孔内，极易增加回拖阻力，造成隐患。确定扩孔工艺不合理为要因。

(3) 在开钻前对司钻人员作好详细的技术要求，对每一根钻杆的钻进要求都提前在图纸上作好标注，控制钻杆的折角变化：单根钻杆折角变化＜0.8°，连续三根钻杆折角变化＜2.2°，通过重点控制单根钻杆的钻进质量和整体曲线的质量，保证导向孔曲线光滑，穿越曲率半径、管底最大埋深、入土角、出土角均能达到设计要求，确保导向孔实际曲线与设计穿越曲线的偏差符合设计及标准规范要求。确定导向孔曲线不符合要求为非要因。

(4) 发现部分定向钻在清孔环节为节约成本未清孔、或清孔不彻底，未通过扭矩、推拉力的降低和泥浆中钻屑的比例综合判断清孔效果，只以扭矩、推拉力的降低判定清孔结束，较多钻屑停留在孔内或未与泥浆混合均匀，给回拖造成隐患。确定未清孔、或清孔不彻底为要因。

(5) 定向钻施工前会根据实地地形、地貌及有关特性进行分析、判断，必要情况下复杂地质还要进行详细的地质勘查，通过打勘察孔取样分析，做出地质 告。在导向孔钻进过程中，通过观察井眼泥浆返出情况，做好泥浆取样、试验分析，将分离物与地质勘探 告相比较，可以准确判断钻进过程中的地质情况，来决策钻进运行。确定复杂地质情况为非要因。

(6) 发送水道开挖严格按照设计要求，中心线要和穿越轴线重合，沟内注水，注水深度确保管道能够漂浮在发送沟内，降低钻机回拖力。由于大口径管道的刚性大，根据出土角和管道直径计算得出入孔槽的深度和长度，满足管道入孔洞时的曲率半径要求，保证管道顺利回拖入空洞，而不至于产生憋劲或增加回拖力。受场地限制时，采用挖机、吊车等助力，顺直管道，最大程度减小回拖阻力。确定发送沟、入孔槽设置不合理为非要因。

(7) 施工前会根据地质情况、管线长度、铺管需要回拖力进行分析计算，选择合适吨位和扭矩的钻机。同时，在钻机进场前还会对钻机进行检查，性能良好，符合要求方可进场施工。确定钻机选用不合理为非要因。

(8) 钻具、钻杆从导向孔到回拖全过程都在重复使用，抗扭、抗拉强度不断降低，对于长距离和大孔径的钻孔，必须选择较大直径的钻杆，否则因扭矩过大导致钻杆断裂。对钻具、钻杆损坏对定向钻回拖的影响进行调查。现场施工前对钻具等进行严格检修，保证钻具的质量满足施工要求，把不符合要求的钻具不准用于施工中；在施工过程中，使用每一件钻具前应先进行一遍检修，以防止钻具在施工过程中出现断裂情况；施工过程中注意对钻具正确有效地使用，注意钻具的磨损程度及时进行修复；避免钻具、钻杆的损坏。确定钻具、钻杆损坏为非要因。

(9) 泥浆的主要作用包括悬浮和携带泥屑，封闭孔壁、固孔，减少摩擦力等。施工前根据地质情况有针对性地配置泥浆，施工过程中，现场实时测量泥浆各项参数，检查泥浆效果，对泥浆性能指标持续进行监测，不断优化泥浆配方，调节泥浆性能，扩孔时适当增加聚合物、流变剂，提高泥屑携带能力，降低粘滞力；回拖时适量加入润滑剂，提高泥浆润滑性，降低摩阻，保证管道顺利回拖。确定泥浆性能不符合要求为非要因。

4 对策制定、实施及效果

4.1 对策制定 针对扩孔工艺不合理这个要因，对策为选择合理扩孔工艺，避免越级扩孔，选择合理扩孔速度，并针对现场情况选用合理的扩孔器，确定合理的扩孔级数和扩孔速度。而针对未清孔、或清孔不彻底这个要因，对策为加强清孔环节管理，保证彻底清孔，清孔合格率100%，加强现场清孔环节管理，所有定向钻必须清孔合格。

4.2 对策实施扩孔过程是成功完成穿越工程的关键，扩孔的作用是扩大钻孔，使孔道能容纳回拖的管道，主要目的是混合钻屑和泥浆，以制成泥浆排出孔外，使回拖的管道有进入的空间。在扩孔施工过程中，通过合理选择扩孔器、扩孔级数、扩孔速度，达到成功回拖的目的。

(1) 扩孔器的选择：合理组合扩孔器系列，采用板式扩孔器和桶式扩孔器搭配使用，可以确保孔道成形质量。飞旋式扩孔器切削能力强，阻力和旋转所需要的能量小，适用于不塌方且不易包泥的底层；板式扩孔器有较好的切削能力，又能很好地混合钻屑和泥浆，并且能让泥浆自由流过，但由于自身过重，大尺寸扩孔时应与桶式扩孔器配套使用；桶式扩孔器对底层的挤压作用使其十分适用于易塌方和可塑地层，同时具有良好的清孔能力。

(2) 扩孔级数的确定：主管道管径为φ1016mm，根据穿越扩孔的要求，扩孔直径达到管径的1.3～1.5 倍，每级扩孔相差150mm～200mm，并根据地质 告描述确定穿越的主要地层情况，确定预扩孔工艺为七级扩孔，分别为：φ400mm 扩孔、φ600mm 扩孔、φ800mm 扩孔、φ1000mm 扩孔、φ1150mm 扩孔、φ1250mm 扩孔和φ1350mm 扩孔。

(3) 扩孔速度的确定：合理的扩孔速度应使泥浆和钻屑的比例不小于1:1。扩孔时，根据泥浆泵的排量和不同扩孔直径分别进行计算，选用合理的扩孔速度，使充足的泥浆与钻屑混合并带出孔洞，从而降低回拖力和扭矩。加强定向钻现场清孔环节管理，保证所有定向钻回拖前必须进行清孔，一般选用桶式扩孔器。在清孔时，同时增加泥浆流量20%～30%，尽量携带出更多的钻屑，保证孔洞的顺畅。若一次清孔未能降低扭矩和推拉力，或者泥浆中钻屑比例较多，仍需进行第二次清孔。清孔可通过扭矩、推拉力的降低和泥浆携带出的钻屑逐步减少进行综合判断。通过清孔，有效清除孔内钻屑，形成光滑的孔道，减少回拖阻力。

4.3 实施的效果通过确定要因，制定对策，在本工程后期的4 条直径φ1016mm长度1km 以上定向钻过程中实施，经过全体成员的努力、团结协作和对对策的认真实施，全部回拖成功，一次回拖成功率100%，大于预期目标91.9%，实现了课题目标。避免了回拖失败造成的返工及工期延误，有效减少了损失，创造了效益。此前，直径φ1016mm、长度1km 以上定向钻回拖一次成功率为82.7%，回拖失败率为17.3%，1条定向钻回拖失败造成的返工及工期延误损失约为30 万元。制定措施并实施后，4 条直径φ1016mm、长度1km 以上的定向钻一次回拖成功率100%，避免的损失为30 万元×17.3%×4=20.76 万元，创造了较大效益。

5 结语

影响长输管道定向钻回拖一次成功率的因素有很多，通过在工程实施中不断分析和总结，全面认识到质量管理的科学性、群众性和有效性，让全员树立质量意识，不断积累经验，提高技术水平，将施工参数、工艺流程进行归纳总结，形成作业指导书，供以后的类似工程进行借鉴和参考，避免因相同或相似因素导致定向钻一次回拖的失败。通过不断改进施工方法和质量，提高经济、社会和人才效益。

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