摘要：本次长江左汊定向钻穿越工程采用双管同孔穿越工艺，既：Φ355.6×8.7mm主输油管与Φ121×8mm光缆管套管同时穿越。
关键词：定向钻、长距离、双管同孔
2009年3月12日9点20分，福建东辰市政工程有限公司，在武汉穿江成品油管道工程，长江左汊水平定向钻穿越工程，在超长距离粉砂层中双管同孔穿越获得成功。
一、 工程概况
1、概述
武汉穿江成品油管道规格为Φ355.6×8.7mm，L360MB，三层PE加强级防腐，直缝电阻焊钢管（GB/T9711.2-1999），管道设计10MPa，输送介质为成品油。光缆使用48芯海缆，与主管道同孔回拖穿越。长江左右岸均有公路可以直达施工现场，天兴洲上的管材、设备运输可以利用天兴洲上的民用码头。
天兴洲左汊定向钻穿越设计入土点位于长江左侧滩地上；出土点位于天兴洲洲堤内侧，距洲堤堤脚107m，设计水平长度1701.6m，管道实长1705.52m。入土角9°，出土角6°，设计曲线段曲率半径1000m，穿越管道水平段主要在河床下20m深处穿越。
入土段经过粉土、粉砂层，水平段主要经过细砂和粉砂层，出土段经过粉砂、粉土和粉质粘土层。
2、工程地质条件
根据详细勘察表明，此断面岩土表层为冲积成因淤泥质土、粉质粘土、粉土、粉砂、细砂层、冲残积成因碎石土等组成，下伏基岩由角砾岩、泥质砂岩等构成。
据钻探资料揭露，该场地岩土按其成因及物理力学性质可分为9层，现自上而下分述如下：
第①层：江水，勘察期间，江水高程为11.50m，水深0.30~2.30m。第②层：淤泥质土（Qal）层厚0~7.50m，层顶高程9.20~14.20m，fak值取60Kpa第③层：粉质粘土（Qal）层厚0~12.00m，层顶高程14.70~23.60m，标贯击数3-6击，平均3.6击。fak值取90Kpa。第④层：粉土（Qal）层厚0~8.60m，层顶高程6.10~21.00m。fak值取100Kpa第⑤层：粉砂（Qal）该层分布于整个穿越断面，层厚5.50~27.50m，层顶高程-0.40~16.90m，标贯击数5-18击，平均值10击，fak值取140Kpa。第⑥层：细砂（Qal）该层分布整个穿越断面，层厚1.80~17.00m，层顶高程-19.00~-2.00m。标贯击数17-29击，平均值22击，fak值取220Kpa。
第⑦层：碎石土（Qal+el）层厚1.30~7.30m，层顶高程-22.30~-9.00m，fak值取300Kpa。第⑧层：角砾岩层厚0~10.00m，层顶高程-29.00~-11.20m。岩体基本质量等级为Ⅳ级，承载力特征值取2000Kpa。第⑨层：泥质砂岩层顶高程-37.80~20.20m。岩石单轴抗压强度极限标准值frk为5.0Mpa，极软岩~软岩，承载力特征值取1200Kpa。
二、工程施工方法
本次长江左汊定向钻穿越工程采用双管同孔穿越工艺，既：Φ355.6×8.7mm主输油管与Φ121×8mm光缆管套管同时穿越。
1、钻导向孔
工程主钻机DD440最大推拉力200吨，钻具主要有：φ97/8＂三牙轮碳化钨镶齿钻头+1.75°螺杆马达+6-5/8″无磁钻铤+500m5″标准S135内部加厚型钻杆+500m5-1/2″标准S135内部加厚型钻杆+700m6-5/8″标准S135内部加厚型钻杆；由于距离长，入土侧需安装钻杆套管以增加钻杆的推力，安装套管长度50m，套管直接选用φ406mm的钢管为钻杆助力套管。控向设备采用英国Sharewell公司生产的Tru-Truckersystem实时跟踪系统和MGS系统,在整个穿越过程中采用地面信标系统(Tru-Truckersystem)配合MGS系统进行准确跟踪定位,出土位置准确无误。
在导向孔钻进过程中，泥浆工程师认真观察井眼泥浆返出情况，每一小时取样一次，做好试验分析，将分离物与地质勘探报告相比较，进行泥浆性能调整，并做好记录，准确判断钻进过程中的地质情况，来决策钻进运行，确保了钻导向孔一次成功。
2、预扩孔+清孔
本次穿越φ355.6mm主输油管与φ121mm光缆管套管同孔回拖。光缆管套管为φ121mm，φ355.6mm+φ121mm+φ121mm=597.6mm。（考虑到光缆套管缠绕主管的缘故，因此回拖管径要考虑增加一个光缆管套管的直径）；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4＂-8＂；而根据地质报告描述，此次定向钻穿越的主要地层是粉砂层，为保证最佳的成孔，采用φ18＂、φ24＂、φ30＂、φ34＂寸先后逐级扩孔，最后扩孔直径达1.42倍。
第一级扩孔：采用φ18″板式扩孔器；
第二级扩孔：采用φ24″板式扩孔器；
第三级扩孔：采用φ30″板式扩孔器+φ26″桶式扩孔器；
第四级扩孔：采用φ34″板式扩孔器+φ30″桶式扩孔器；
清孔：采用φ32″桶式扩孔器；
在扩孔过程中，扩孔扭矩控制在27000ft•lb以内，推拉力控制在＜75t，扩孔根据各地层的抗压强度的不同变化灵活的控制扭矩，尽可能保证扩孔速度的均匀和泥浆排量、泥浆压力的均匀，保持井口返浆容量较大和流速基本不变，避免返浆倒灌入孔道内。扩孔时局部扭矩过大（φ36"以下超过35000ft•lb），立即降低扩孔进尺速度，同时加大泥浆排量和泥浆压力，确定牙轮重新切削后逐步降低泥浆流量和压力到平均速度。
在清孔时，增加泥浆流量20%～30%，尽量携带多的土屑和砂粒。在扩孔施工中，将从孔洞中返出的泥浆引流到泥浆回收池中，然后用30Kw的泥浆泵将返浆抽吸到泥浆循环处理系统中进行二级振动除砂和旋转离心分离，确保处理过的泥浆含砂量＜1.0%。泥浆工程师对除砂后的泥浆进行化验，得出其性能指标，然后确定该批处理泥浆的泥浆配制方案，最后将这批泥浆加注到泥浆制浆系统中，添加制定的泥浆添加剂，重新配制成可以满足穿越工程需要的泥浆，用泥浆泵打入到孔洞中。
3、回拖：
主输油管与光缆管套管同孔回拖。回拖时机具连接顺序为：
51/2″钻杆API标准S135内部加厚型钻杆+φ28″桶式扩孔器+200T回拖万向节+250T“U”环+回拖管道（Φ355.6×8.7mm主输油管+光缆管套管）
φ28″桶式扩孔器直径比穿越管道直径大，目的是减小拖拉力，保护防腐层；全部连接完后送泥浆冲洗，检查各泥浆喷嘴正常，合格后进行回拖施工。
管道回拖施工应连续进行,除发生不可抗拒的原因外，严禁在施工中无故停拖。在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大。
回拖过程中，认真观察浆泥运行情况，动用泥浆制浆系统、泥浆循环处理系统和利用泥浆回收坑和泥浆处理坑尽力分离、除砂泥浆、回收泥浆残物，尽量减少环境污染。
三、主要施工技术
天兴洲长江左汊定向钻穿越工程的施工难点为：导向孔距离长，软地层包钻问题。
1、导向孔问题
控向员严格按图纸设计要求进行控向，导向孔是以后各级预扩孔和回拖管道的基础。导向孔严格按设计曲线钻进，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＜0.6°，连续三根钻杆折角变化＜1.7°；保证穿越曲率半径≥1000m、管底最大埋深、入土角及出土角均能达到相应设计规范的要求。
重点控制单根钻杆的钻进质量和整体曲线的质量，确保施工曲线与设计曲线重合。严禁出现施工曲线缩短与原施工曲线空间距离的情况。这是确保预扩孔、回拖作业的基础。
定向钻钻进曲线严格按照穿越施工规范和设计图纸曲线要求。其中，导向孔实际穿越曲线与设计穿越曲线的偏移量半径不应大于1%；出土点沿设计轴线的横向偏差不大于穿越长度的1%，且不大于3m；纵向偏差不大于穿越长度的1%，且不超过3m。
2、软地层包钻。
砂性土层渗透性较强、土层胶接强度差、土层密实度低，易发生孔壁垮塌。由于孔壁不稳定、失水量大、泥饼厚，钻进液中含砂快速增加，造成钻进液携砂困难．不能全部将砂子携带出来，只能携带部分砂子。所以泥浆要有良好的物理性能、流变性能、稳定性。
钻进液的配制，采用高膨润土含量、高粘度、高切力、适当的密度，即“三高一适当”的泥浆技术措施。
具体配制方法为：在加足加好膨润土的同时，按比例加正电胶和FT-护壁剂，提高液相粘度．使其粘度达到50秒以上，来满足钻进的要求，达到造壁好、携带好、悬浮好、失水小，即“三好一低”的技术要求。
根据地质勘探报告，制定泥浆性能指标具体参数如下：
调整泥浆结构、优化泥浆配方，最大限度携带土屑出孔洞。
四、结论
武汉穿江成品油管道工程水平定向钻穿越长江左汊工程取得圆满成功，创造了大型定向钻辅管钻机为降低施工费用采用主管+光缆管套管、双管同孔回拖的施工工艺。在穿越过程中，使用高粘度具有防塌，护壁性润滑性能良好的泥浆，钻孔稳定，回拖阻力小，拉力仅为50吨，回拖顺利，施工人员分工明确，管理有序，每一道工序都按规程要求办理，把可能出现的事故隐患消除在萌芽状态。技术人员严格把关，优化施工方案，各环节衔接顺畅，为定向穿越成品油管道工程，积累了超长距离穿粉砂层的施工经验，我们将认真总结，向更高的穿越领域前进。
作者简介：周亮1964年3月出生，1982年参加工作，先后任钻机钻工、班长、机长、生产科技术员、东辰市政工程有限公司DD440钻机泥浆师。1990年毕业于郑州地质学院钻探工程系，现任东辰市政工程有限公司泥浆师，钻探技师，助理工程师。
