第３期 非开挖技术 Ｎｏ．３ ２０１２年６月 Ｃｈｉｎａ Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊｕｎｅ．，２０１２ １９ 湘江岩溶地质条件下的定向钻施工 李刚张戈 （中原石油勘探局工程建设总公司管道穿越工程处） 摘要：湘江定向钻穿越是湖南成品油管道二期工程的重点工程，穿越地段主要地质为灰岩、溶洞及岩 石裂隙等，出入土两端还需穿过部分卵砾石段，造成导向难度及不易成孔；导向过程中曾发生掉钻、扩孔过 程中发生卡钻，通过运用图表、技术分析等，结合相关类似工程，成功解决了掉钻、卡钻及泥浆问题，成功穿 越含有溶洞的湘江穿越。 关键词：溶岩溶洞、岩石裂隙、滚刀扩孔器、泥浆 １工程概况 经过地勘资料和施工周边资料收集分析，我们 对溶岩地质和含有溶洞状况下的定向钻施工有了 湘江定向钻穿越地质条件复杂，穿越两端为卵 基本的认识和技术准备，认为只要把握好泥浆的配 石和沙层，主要地质为石灰岩，且为溶洞发育区，穿 越地层经过大量溶洞。场地地表均为第四系覆盖， 比等即可完成该工程，实现溶岩地质下成功穿越。 下伏为泥盆系上泥盆统（Ｄ３）灰岩。主要地质情况如 ２．１岩溶地质下的导向施工 下：①杂填ｔ（Ｑ４ ｍ１）②粉质粘ｔ（Ｑ４ ａｌ＋ｐ１）③砾砂 导向施工是进行定向钻穿越施工的关键技术 （Ｑ４ ａｌ＋ｐ１）④粗砂（Ｑ４ ａｌ＋ｐ１）⑤粉砂（Ｑ４ ａｌ＋ｐ１）⑥卵 之一。 石（Ｑ４ ａｌ＋ｐ１）⑦强风化灰岩（Ｄ３）⑧中风化灰岩 湘江定向钻穿越自２０１１年２月２４日开钻，到 （Ｄ３）⑨溶洞⑩微风化灰岩（０３）。 ３月２７日完成第一次导向施工，历时３２天。此段导 施工难点： 向至１８０米后陆续经过多处溶洞，其中穿过的溶洞 有／ 处：１８０—１８５ｍ、５３０—５３７ｍ、５７０—５７４ｍ、６００—６６０ （１）穿越处位于岩溶发育区，穿越多处溶洞，溶 洞最大直径未知，将给穿越施工带来不可估量的技 ｍ、６９３—６９６ｍ、７１２—７２０ｍ、７８０—８４０ｍ、８７０—９１０ｍ，最 术难题和施工风险。 大溶洞在６０米左右，溶洞的存在造成导向过程中 的泥浆全部流失。 （２）穿越长度较长，水平长度１１８６米，其中穿 越岩石段长１０３６米，且岩石强度软硬不一，给导向 导向完成后随即进行一级扩孔，由于溶洞的存 和扩孔造成很大困难。 在，造成扩孔过程中产生的岩屑无法随泥浆排出， （３）穿越两端均经过较难成孔卵砾石段和岩 进而挤压形成抱钻，导致钻杆在约一８００ｍ处断裂， 石、裂隙、溶洞，泥浆工艺要求较高。 致使第一次完成的导向、扩孔施工失败。 ２．２岩溶地质溶洞下的扩孔作业 ２岩溶、溶洞、岩石裂隙定向钻施工 总结吸取第一次扩孔失败的经验教训后，为确 湘江定向钻穿越水平穿越长度１ １８６米，管径 保湘江定向钻穿越再次导向、扩孑Ｌ的成功及解决首 为中３２３．９ Ｘ ７．９，其中穿越岩石段长１０３６米；穿越 次遇到湘江这种长距离复杂地层还将遇到诸多施 区段属湘江水系洪水频发区，防洪工作严峻，施工 工难题，我们主要采取了如下防范技术措施： 期间正处于防汛期，有可能给施工造成不可预测的 （１）针对湘江穿越地质岩石强度软硬交替变化 影响。 较大，且穿越地层有多处较大溶洞的事实，导向、扩 ２０ 非开挖技术 Ｃｈｉｎａ Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１２年６月 孔过程全程不冒浆钻屑无法排出的情况，对泥浆配 比和排量的控制进行细致和更高要求，对于不同地 质段及时改变泥浆配方和排量。 （２）在导向过程中，每根钻杆完成后均进行 ｌ一２３次来回抽拉，确保前端钻屑排除；扩孔时采取 遇到溶洞时，每扩３—５米后再次来回推拉扩孔器进 行短距离洗孔，洗孔时加大泥浆排量，防止扩孔时 产生的钻屑一直向前堆积抱钻。 （３）每级扩孔完成后，再次进行整体洗孔，对于 扭矩和拉力数据变化较大位置进行多次洗孔，从而 起到多次洗刷，降低孔内钻屑沉淀堆积积压的可能 性。 （４）根据当班司钻记录数据及时整理，做成分 析图表，结合地质情况及前期司钻数据进行比较分 析，对于需要注意的位置和情况及时跟司钻和泥浆 师进行有效沟通。以采取应对措施，做到未雨绸缪， 预防事故发生。 （５）在孔洞内的钻杆，当长度达到６００米以上 时，在相隔４００米左右安装一个补浆短接头，对洞 内泥浆流动速度进行补充和更新，保证孔洞内泥浆 的畅通性、流动性。 （６）双钻机协调作业。在出、人土点各设一台钻 机，以便及时退出和更换受损岩石扩孔器。当发生 卡钻现象时，两台钻机联动，增强岩石扩孔器有效 扭矩，从而解决卡钻问题以保证扩孔的顺利进行。 （７）分段更换扩孔器。由于湘江定向钻穿越岩 石段长度较长（１０３６米），软硬不均，且部分地段硬 度较大。一个扩孔器实现全程扩孑Ｌ的风险系数倍 增，因此采取根据钻机仪表数据进行分析，及时退 出已经没有切削力的岩石扩孔器，而更换上新的岩 石扩孔器。 （８）扩孔器的选择。根据以往类似地质施工经 验和湘江穿越的基本情况以及第一次失败的教训， 在一级扩孔时采用牙轮式岩石扩孔器，以后的扩孔 过程更换新型滚刀式岩石扩孔器，以保证扩孔的顺 利进行。如图ｌ和图２所示。 ２．３岩溶地质施工的泥浆工艺 不同地层对泥浆的性能有着具体的要求，湘江 定向钻穿越工程地质条件复杂多变，先后穿越杂填 土、粉质粘土、砾砂、粗砂、粉砂、卵石、强风化灰岩、 图１牙轮式岩石扩孔器 图２滚刀式岩石扩子Ｌ器 中风化灰岩、溶洞、微风化灰岩等多种地层地质，泥 浆性能要求更高。因此，在施工中必需根据不同地 层配制合乎要求的、优质高性能的专用泥浆，并严 格监控泥浆压力和泥浆排量。在泥浆配制上，根据 不同地层，及时调整泥浆配比。我们主要采取了以 下方法： （１）在砂层、砾石、卵石以及破碎带地层，由于 颗粒之间缺乏胶结，扩孔时孔壁很容易坍塌，故成 孔的难度很大。因此需在泥浆中加入提粘剂、降失 水剂、羧甲基纤维素等，使泥浆粘性增大，可以明显 增强砂、砾之间的胶结力和孔壁颗粒之间的胶结力 以此使孔壁的稳定性增强，防止孔壁坍塌；同时粘 稠的泥浆还具有支撑成型孔洞的作用。 （２）进入岩层后加入正电胶作为增粘剂，主要 提高体系的结构粘度，改善泥浆的剪切稀释性和悬 浮携钻屑清洗孔洞的效率 （３）在扩孔过程中加入失水剂，初失水可以湿 润岩层，使其强度降低，有利于钻头对其破碎，提高 钻进速度。 （４）在泥浆中加人润滑剂，提高孔洞内泥浆液的 润滑性，可以提高扩孔效率，降低扭矩、拉力数据。 （５）在岩石层，泥浆中添加５％ （下转第４３页） 第３期Ｄａｅ—Ｈｙｕｎ Ｋｏｏａ Ｓａｍｕｅｌ Ｔ．Ａｒｉａｒａｔｎａｍ著胡雪译：地下排水管道评价创新方法 ４３ 列在图１ １的上部，并用高亮框线标出了钢筋反射 响应。右上角的ＧＰＲ扫描显示出一个明确的信号 缺失，这意味着因破坏或腐蚀而造成的大量材料损 失。这些结果证明使用ＤＳＥＴ与ＧＰＲ结合技术，可 以区分在内衬层背后的破坏程度。 道。而且，在不久的将来，拖车尺寸有可能缩小到能 用于小直径的管道。 创建了多级逻辑回归模型来预测管道缺陷的 级别，分析了状态评级数据（最大速度，管龄，累积 流量数据）及其缺陷概率。在显著性试验之后，证明 管龄和累积流量是模型中的显著变量，而最大速度 是非显著变量。管道类型是影响较大的一个破坏因 ７结论与建议 数字扫描与评价技术（ＤＳＥＴ）提供了高质量的实 时视觉条件数据，而地质雷达能检测人眼难以分辨 的几何异常和属性变化，ＧＰＲ与ＤＳＥＴ技术的结合 克服了各自的缺点。即使隐藏在内衬层的后面，也 能收集到精确的状态数据。在日本进行的现场试验 结果表明此技术有望成为检测ＰＶＣ内衬混凝土排 水管道的创新方法。该系统已成功地在Ｐｈｏｅｎｉｘ市 及Ａｒｉｚｏｎａ市的大直径ＰＶＣ内衬混凝土排水管道中 经过试验。这项技术也可能用于其它类型的埋地管 素，此类缺陷应优先进行检测与修复。从整体上说， 评价方法的连续改进提高了生产效率，避免了检测 人员在评级时的主观性。 马孝春校 ＜译自Ｄａｅ—Ｈｙｕｎ Ｋｏｏ ａ，Ｓａｍｕｅｌ Ｔ．Ａｒｉａｒａｔｎａｍ．Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｅｗｅｒ ｐｉｐｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ １５（２００６）４７９ ４８８＞ （上接第２０页） 的悬浮携砂剂，提高泥浆的岩屑携带能力，尽可能 减少钻屑的堆积，保证成型孔洞的流通性。 （６）根据不同地层、地段，及时改变泥浆排量和 泥浆压力，并每隔４００米左右加入一个补浆短节， 确保钻孔内的泥浆量不因溶洞流失而减少，同时充 足的泥浆也可起到对孔壁的支撑保护作用。 对不同问题进行了深入细致的研讨分析，根据专家 建议制定了一套缜密的技术方案，确保了后续导 向、扩孔、回拖一次成功。为以后施工同类型复杂地 层导向孔钻进、扩孔工艺及泥浆控制等方面积累了 经验。 （２）通过该工程认识到溶洞地质下的导向施工 （７）循环使用泥浆，提高利用效率，减少污染。 以上问题的解决，为２０１１年８月２４ Ｈ回拖成 功奠定了坚实的基础。 是完成穿越的关键条件并掌握该技术，同时摸索出 套岩溶地质施工的泥浆配比方法，较完整的总结 出一套岩溶地质下定向钻施工的经验。 一３结论 （１）在湘江定向钻穿越工程地质状况如此复杂 （３）湘江定向钻穿越的成功，使我们闯出了一 条在溶岩溶洞和岩石裂隙及卵砾石共同存在条件 下，在发生不返浆情况时如何导向、扩孔、泥浆配置 等一系列复杂施工技术难题，为以后施工提供宝贵 的施工经验。 的情况下，我们针对具体的施工难题，如导向控向、 扩孔、泥浆、扩孔器等，邀请同行相关专家赴现场针