洛阳一驻马店成品油管道黄河定向钻穿越技术.pdf
《洛阳一驻马店成品油管道黄河定向钻穿越技术.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《洛阳一驻马店成品油管道黄河定向钻穿越技术.pdf(6页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第2 8 卷第1 期 2 0 1 0 年2 月天然气与石油 N a t u r a lG a sA n dO i lV 0 1 2 8 N o 1F e b 2 0 1 0洛阳一驻马店成品油管道黄河定向钻穿越技市侯学瑞( 中国石化集团管道储运公司华东管道设计研究院,江苏徐州2 2 1 0 0 8 )摘要:结合洛阳一驻马店成品油管道黄河定向钻穿越工程实例,介绍了管道在黄河超大粒径、超厚卵石层的复杂地质条件下定向钻穿越的设计与施工实践,讨论了穿越曲线的设计原则,介绍了通过数学建模分析顶进钢套管隔离卵石层技术、大角度的入土角及出土角钻进、砂岩层中导向孔的对接、主管道与光缆套管同孔回拖等技术创新与实践
2、,为定向钻穿越技术的应用和发展提供了新的实践资料和经验。关键词:管道;水平定向钻穿越;卵石层;钢套管;数模分析;对接;同孔回拖文章编号:1 0 0 6 - 5 5 3 9 ( 2 0 1 0 ) 0 1 4 1 0 0 1 - 0 3文献标识码:B1工程概况洛阳一驻马店成品油管道拟在洛阳市吉利区附近实施黄河定向钻穿越工程,穿越点左侧位于孟州林场,紧邻黄河逮村控导工程,大堤堤顶高程1 1 8 2 4m ( 1 9 8 5 年国家高程基准,下同) ;右侧位于孟津县会盟镇境内,地势开阔,平坦,无大堤,距河岸边约3 6 0m 有一小土堤,堤高1 1 5 3m ,穿越处枯水季节河道宽约3 8 0m ,河
3、道断面规则,河道主槽靠近左岸。穿越管道采用直缝电阻焊钢管L 3 6 0 级D 3 5 5 6m m 9 5m i l l ,设计压力8M P a ,采用三层P E 加强级防腐,补口采用定向钻专用热收缩带。2自然地理、水文及地质条件2 1自然地理穿越断面位于黄河小浪底水库下游约3 1k m处,处于黄河由山前分汉型河道向平原型河道的过渡地段。由于河出山谷,水流扩散,流速相对减缓,上游峡谷河床带来的砂卵石易在此段沉积,从而形成砂卵石冲积扇和河心滩。2 2 水文黄河小浪底水库自2 0 0 0 年投入运用后,使下游防洪标准从6 0 年一遇提高到1 0 0 0 年一遇。穿越断面处百年一遇洪水位为1 1 6
4、 8 7m ,由于穿越断面位于黄河游荡性河道,河势及河床断面冲淤变化比较复杂,防洪评价分析预计今后在一定时期内各种洪水条件下黄河主槽摆动范围可达l5 0 0m ,主槽摆动范围内最大冲刷深度为1 8m ,滩地冲刷深度为5 8m 1 | 。2 3 地质条件根据详细的地质勘察揭示,穿越段地质条件复杂,穿越路由区内的地质主要有砂性土、卵石层和粉细砂岩、泥岩层。其中卵石层普遍存在,卵石含量5 5 6 5 ,一般粒径3 0 7 0m m ,大者9 0 一1 4 0n l m ,含零星漂石,入土点侧卵石层厚3 1 5m ,地面下深度达4 1 5m 深,出土点侧卵石层厚3 8m ,地面下深度4 7 5m 深。
5、粉细砂岩的单轴极限抗压强度在1 2M P a ,强度一般。3工程技术要点本次穿越拟采用水平定向钻技术穿越黄河,由收稿日期:2 0 0 9 1 0 - 1 4 作者简介:侯学瑞( 1 9 7 8 ) ,男,河南镇平人,工程师,学士,从事油气管道的研究与设计工作。电话:( 0 5 1 6 )8 3 4 5 7 2 9 3 。万方数据2天然气与石油2 0 1 0 篮于要穿过卵石层,钻机在卵石层内无法准确钻进,泥浆也不能够支撑卵石而形成管道穿越所必需的环形空间,所以卵石层曾一直是定向钻穿越的“禁区”,必须首先解决好两端卵石层的穿越问题。通常定向钻穿越卵石层,常采用开挖置换、顶套管隔离、注浆固结等方法进
6、行处理。而此次黄河定向钻穿越遇到卵石层粒径大、厚度厚、埋深深,无法采用开挖置换土层的方法进行处理;而采用注浆固结的方法由于实施周期长,且卵石粒径大、强度高很难达到良好的固结效果也不便采用。此次穿越拟采用定向钻机、顶管机联合施工的方法,在卵石层中安装钢套管隔离支护穿越卵石层。4 穿越曲线的设计4 1 设计原则a 按照防洪评价及设计规范的要求,管道最小埋深应在最大冲刷深度下6m 1 2 ,结合穿越处的地质情况,河床下管道应在卵石层下部的粉细砂岩中穿过。b 选择最短的穿越路径,结合穿越的地形及地质条件,由于出土点侧3 2 号钻孔外侧卵石层的厚度更大、埋深更深,钻孔勘察尚未揭穿卵石层,穿越曲线也只能在
7、该钻孔附近出土。c 在卵石层中穿越时采用直线穿越,并保证在尽可能短的距离内穿越,以减少顶管施工的距离和难度。d 在岩石层中穿越时,应在岩石层致密、均一、完整且强度不高的岩层内穿越。4 2 主要设计参数4 2 1 入土点和入土角依据穿越处的地形地貌和地质条件,入土点选择在黄河左侧,距黄河大堤外堤脚约2 0m ,为保证在较短的距离内穿过卵石层,设计入土角1 6 0 。4 2 2出土点和出土角出土点选择在黄河右侧滩地上,地形开阔平坦,便于管道组装、焊接与回拖,结合地质条件在3 3 号和3 4 号钻孔间出土,设计出土角1 3 0 3 0 。4 2 3 曲率半径结合穿越断面的地质剖面,经过工艺计算,曲率
8、半径为5 4 0m ,水平穿越段全部在粉细砂岩中穿过。设计定向钻穿越水平长度为16 3 0m ,穿越管道实长l6 4 4m 。5定向钻穿越的施工5 1 入土点、出土点段顶进钢套管在入土点、出土点两侧分别安装定向钻机和顶管机,采用顶管机和定向钻机联合施工,边顶管边取出套管内的卵石,顶管工艺为:由顶管机将第一节套管按预定角度顶人地下,顶进一个行程后,油缸退回,在顶管机上安装管节,继续顶进套管,依次循环,直至将第一节套管全部顶入地下,再安装第二节套管,两节套管之问采用焊接连接,随着套管的顶入,利用钻机驱动绞龙,取出套管内的粉砂、卵石等,直至套管安装达到预定位置。由于卵石的粒径大、厚度厚,在初期的顶管
9、过程中,发现套管顶进的角度存在大幅上漂和套管上部有塌孔现象,根据掏挖出的卵石情况看,发现卵石的粒径一般在8 0 2 5 0m m ,个别达到3 0 0 6 0 0m m ,且含有零星漂石,与地勘情况稍有出入。套管在顶进过程中,由于需进行卵石的掏挖作业,套管上方的卵石在掏挖后比较松散,上层卵石在重力作用下不断坍塌,比较而言,套管下层的卵石密实度会更高,再加上卵石粒径大,造成套管上下受力不均匀和套管下方卵石突起,使得套管在顶进过程中“抬头”。且随着顶进长度的增加,卵石坍塌的现象会越加严重,也会使得套管抬头的幅度越来越大,可以达到0 1 。m 。这样,原设计的1 6 0 入土角在套管还未顶穿卵石层前
10、就会被推平,套管无法安装到预定的位置而穿过卵石层。通过先前在人土点和出土点两侧的顶管实践,对初始顶进过程中套管顶进角度的变化进行认真统计和严密分析后,总结出套管顶进角度实际变化的数学模型【3J ,套管顶进的曲线方程为:Y = 2 0 1 1 0 6 戈3 + 1 9 8 1 0 4 髫2 0 2 9 24 x ( 1 )根据式( 1 ) 预测,试顶套管按原设计角度在穿透卵石层之前,套管管头角度将渐变为0 。,将无法成功穿透卵石层。根据实际卵石层情况对茗项的系数( 即顶管角度的斜率) 进行调整,确定采用2 3 0 的入土角、出土角进行套管顶进,套管的顶进曲线方程为:Y = 2 0 1 1 0 6
11、 茗3 + 1 9 8 1 0 4 戈2 0 4 2 45 x ( 2 )万方数据 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载w w w . b z f x w . c o m第2 8 卷第1 期侯学瑞:洛阳一驻马店成品油管道黄河定向钻穿越技术3经过实际工程验证,采用2 3 。( 倾角为6 7 。) 入土角顶管后,套管在穿透卵石层后的管头倾角为7 3 。,角度变化量为6 。,钻导向孔每根钻杆的角度变化o 5 0 。符合设计曲线的要求。同时先前的顶管施工也为顶管顶推力的控制提供了新的经验:顶推力应控制在一定范围内,否则当顶管遇到较大粒径的卵石或漂石时,继续顶进会使套管发
12、生大幅的上漂,而造成顶管失败。顶推力要控制在2 0 0t 以内,如加到2 0 0t 的顶推力仍未顶进时应立即采用绞龙或岩石破碎器对阻挡岩体进行粉碎或局部粉碎后再进行顶管作业。同时在顶管作业时为避免发生大量的坍塌,顶管作业还要坚持以顶进为主,掏挖为辅,边顶进边掏挖的顶管作业方式。由于前期顶管不可避免地改变了原土层的结构,再次顶管时,将入土点前移3 6m ,出土点前移3 0m ,实际穿越水平长度缩减为15 6 4m ,使实际穿越曲线与设计曲线发生了一定的变化,但变化不大,如图1 所示。图l定向钻穿越设计曲线与施工曲线对比图通过数模分析采用新的顶进角度后,在入土点侧顶进q 8 0 0 钢套管1 0
13、6m ,出土点侧顶进q 8 0 0 钢套管1 2 4m ,成功隔离了穿越两侧的卵石层,为定向钻的实施打下了坚实的基础。5 2 导向孔钻进与对接导向孔钻进时在套管内安装中心定位套管( 钻杆加强套管) ,以利于最大限度地发挥钻机的性能,保证钻机推力的有效传递。由于在人土段和出土段均安装钢套管隔离卵石层,而套管又属于铁磁性物质,对周围地磁场的影响较大,使得钻头在接近出土段的套管时,导向系统将无法正确导向,致使钻头很难从出土段的套管内钻出,为此采用在入土点和出土点两侧分别钻进导向孔,在水平段的粉砂岩中完成导向孔的对接,使主钻头沿辅助钻头在出土段钻出的导向孑L 内出土。施工时采用导向孔对接定位系统,主钻
14、机在入土点向出土点钻进,辅钻机在出土点向入土点钻进,待进入指定对接区域后,启动钻头对接定位系统,由主钻头发射信号,辅助钻头接收信号,钻头的姿态由各自的导向系统直接测得,通过对所接收到的数据进行处理计算出两个钻头的相对位置偏差,由对接系统计算出钻头的下一步钻进路线,使主钻头逐步进入辅钻头的导向孔内,实现导向孔对接。导向孔对接在距离入土点l0 0 0m 左右的位置完成。对导向孔对接出现的偏差,须进行修孔,保证孔洞圆滑过渡,为下一步扩孔创造条件。5 3 扩孔扩孔主要在粉细砂岩内完成,由于粉细砂岩层钙泥质胶结,岩芯呈短柱状及散砂状,强度低。扩孔采用四次扩孔技术方案,第一次采用q x 4 5 0m m
15、岩石 扩孔器扩孔,第二次采用鳓5 0m m 岩石扩孔器扩孔,第三次采用q ,6 5 0m l n 岩石扩孔器扩孔,第四次 采用 7 5 0 咖岩石扩孔器扩孔。扩孔时要保证泥浆的大流量供应和适宜的粘度,将钻屑尽可能地排携出钻孔。5 4 洗孔根据扩孔时的具体情况,在完成第三次和第四次扩孔作业后,增加一次洗孔作业,调整泥浆性能参数,洗孔要干净彻底,防止孔内岩屑堆积引起缩孔,为管道回拖创造有利条件。5 5回拖在最后一次洗孔作业完成后,采用q ) 6 0 0m m 岩石扩孔器带着q b 3 5 5 6i n n l 的主管道和咖1 2 1m i l l 的光缆套管一起同孑L 回拖。由于入土角和出土角均较
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 洛阳 驻马店 成品油 管道 黄河 定向 穿越 技术
限制150内