定向钻施工中常见问题及解决措施

一、钻机锚固

若钻机在施工中如锚固不好,则钻进、回拖管道过程中易造成事故发生。在钻机锚固前,要对锚固区域用仪器进行地下管线检测,防止将锚杆打在地下管线上。合理的钻机锚固是顺利完成钻进及回拖管道的前提,钻机锚固的好坏反映了钻机在钻进和回拖时利用本身功率的能力。

一台钻机功率再大,若锚固不好,钻机在定向钻孔中会发生移动,这样会导致钻机无法按预定的计划完成钻进工作。在回拖管道时,如锚固不好,钻机移动,需进一步锚固,从而导致了管道有可能拖不动,进一步加大钻机拖力,又会出现钻机的全部功率作用在钻机机身上,容易发生设备破坏和人员伤亡的事故。

二、信号接收

在钻进过程中,由于地磁信号强(建筑物、高架桥屏蔽作用)定向信号可能无法接收。在这种情况下,依靠在信号消失之前的钻进斜率与点数在钻杆上做标记进行自钻。在自钻过程中,由钻杆上的标记及计算钻杆的斜率来完成钻进,直至信号出现为止。

三、钻具选择

钻头是定向的重要工具之一。对于不同的土层,要采用不同的钻头,这样才能防止卡钻的出现。

a.对淤泥质黏土,必须采用较大的钻头。

b.对干燥的软黏土,采用中等尺寸的钻头效果最佳。

c.对硬土层,较小的钻头效果最佳,但要保证钻头至少比探头外筒的直径大12.5mm。

d.对钙质层,最小钻头效果最佳,可采用特殊的切削破碎技术来实现钻孔方向改变。

e.对糖粒砂层,中等尺寸的钻头效果最佳,镶焊硬质合金的钻头耐磨性最好。对这种土层,钻机的锚固和钻掘液是关键。

f.对砂质淤泥,中、大尺寸的钻头效果较好。有时需要高扭矩来驱动钻头。

g.对致密砂层,小尺寸锥形钻头效果最好,但钻头的尺寸必须大于探头外筒的尺寸。在这种土层中,向前推进较难,可较快实现控向,钻机锚固是钻孔成功的关键。

h.对砾石层,镶焊小尺寸硬质合金的钻头效果最佳。对大颗粒卵石层,钻进难度大,不过若卵石层间有足够的胶结性土,则钻进还是可行的。在砾石层中,回扩难度最大。

j.对固结的岩层,使用孔内动力钻具钻进效果最佳。采用标准钻头钻到硬质岩时,钻机可在无明显方向改变的条件下完成施工。

五、导向孔工艺及卡钻的解决方法

1、导向钻孔

导向钻孔采用射流辅助钻进方式。导向孔钻进是通过定向钻的高压泥浆射流冲蚀、破碎和钻头旋转切削成孔的,以斜面钻头来控制钻头方向。钻头内的发射器发射钻头的位置、顶角、深度、钻头的温度、面向角、发射器内电池的状态等参数,这些参数由地面手提定位示踪仪接收,供操作人员能及时、准确地确定钻头的具体位置、深度,并随时通过钻机调整钻进参数,以控制钻头按设计轨迹钻进。

2、斜面纠偏

地面示踪仪测量精度一般为3%~5%,测量深度为21m。当发现定向钻进偏离设计轨迹时,通过调整钻头斜面的方向进行纠偏。纠偏不能太急,应按照管道的曲率半径在几根钻杆的长度内完成纠偏。不要在一根钻杆的长度内就完成所有的纠偏,以防止回拖管道过程中出现拖不动的问题。

3、卡钻及解决方法

在砾石、糖粒砂、钙质层钻进中,可能会出现卡钻的现象。此时应及时调整泥浆配比,使用最大泥浆排量,并与钻机配合,将钻杆撤出卡钻区。在分析卡钻的原因后,调整泥浆配比,使用进口膨润土,增加泥浆切力与黏度,使用扭矩大、推力大的钻机及相匹配的钻头,继续进行导向孔的钻进。

六、扩孔器选择

当先导孔钻至出钻区后,需用扩孔器来扩大钻孔,以便安装管道。一般将钻孔扩大至管道尺寸的1.2~1.5倍,扩孔器的拉力或推力一般要求为175.1N/mm(孔径)。根据管道的尺寸和钻机的规格可采用多级扩孔。对于不同的地层要采用不同的扩孔器,这是保证回扩成孔的关键。

1、快速切削型扩孔器

这种类型的扩孔器对黏性大及砂土层较有效,但这种扩孔器无法破碎坚硬的岩石。

2、拼合型钻头通孔器

它是将剖开的牙轮锥形体焊接到金属板和短的间接构件上。拼合型钻头通孔器是一种通用的、经济的扩孔工具,易定做,有多种切削具类型和规格,制造时必须采取特别焊接、热处理以及其他的保护措施,以免损坏后牙轮失落于钻孔内。

3、锥形牙轮扩孔器

这种扩孔器现在广泛应用,应用在除岩石层以外,强度在40MPa以内的各种地层。

4、YO-YO型扩孔器

这种扩孔器非常适应于非开挖施工。它在岩石崩落的地层中可以向前或向后钻进。这种平衡式的牙轮是稳定的,而且能够自动跟踪先导孔。

、泥浆性能与钻孔、回拖的关系

定向钻穿越施工的钻孔多位于地表层以下3~20m,这里土层松软,不易形成孔洞,钻孔易塌方。这就要求所用泥浆的护壁、控制失水性要好,以保证钻机性能的很好发挥。由于地层结构的不同,所需泥浆性能也不相同。

泥浆作为钻进冲洗液,它是使用优质的膨润土和添加剂,严格按照比例经搅拌系统搅拌后注入孔内,具有润滑钻具、稳定孔壁、降低旋转扭矩和回拉力、降低回拖管道时管道和洞壁的摩擦系数、冷却钻头和发射器、携带土屑、减少腐蚀,固孔护管等作用。

八、在回拖管道过程中出现管道拖不动的情况

在回拖管道途中出现管道拖不动时,应及时加大钻机拖力,将管道拖出地面。要总结拖不动的原因,审查各个工程环节及相关保障措施是否到位,并加以改善,如采用更大的扩孔器、使用进口黏土和添加剂,采用更大动力的钻机等。

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