喀斯特地貌下定向鉆穿越施工風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

陳胥星 杜立 吳揚(yáng)名

喀斯特地貌下定向鉆穿越施工風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

陳胥星 杜立 吳揚(yáng)名

本文作者結(jié)合工程實(shí)際和以往定向鉆穿越施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)分析了喀斯特地貌下定向鉆穿越施工中的風(fēng)險(xiǎn)，探討了應(yīng)采取的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施，試圖為定向鉆穿越施工的風(fēng)險(xiǎn)管控提供經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)廣西天然氣縣縣通工程建設(shè)中的定向鉆穿越施工提供借鑒。

喀斯特 定向鉆 風(fēng)險(xiǎn) 控制措施

1 引言

定向鉆穿越作為一種非開挖技術(shù)，因其具有成本低、工期短、安全可靠，對(duì)周邊環(huán)境影響小，協(xié)調(diào)難度小，不受環(huán)境季節(jié)影響等優(yōu)點(diǎn)正廣泛應(yīng)用于石油、天然氣以及一些市政管道建設(shè)中。在廣西縣縣通天然氣工程北流天然氣專供管道工程和來賓天然專供等管道工程中，定向鉆穿越也得到了應(yīng)用。但是由于廣西典型的喀斯特地貌，地下熔巖、裂隙、溶洞豐富，地質(zhì)條件復(fù)雜，為定向鉆穿越施工帶來極大風(fēng)險(xiǎn)。而定向鉆穿越作為管道項(xiàng)目中的一項(xiàng)重要控制性工程，施工的成敗直接關(guān)系整個(gè)工程項(xiàng)目的進(jìn)度，因此做好定向鉆穿越的風(fēng)險(xiǎn)分析和控制措施顯得尤為重要。

2 喀斯特地貌下定向鉆穿越施工風(fēng)險(xiǎn)分析及控制措施

定向鉆穿越施工主要包括鉆導(dǎo)向孔、預(yù)擴(kuò)孔、洗孔、回拖四個(gè)步驟，每個(gè)步驟都存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，其中主要包括偏鉆、掉鉆、卡鉆、鉆桿斷裂、無回漿、漏漿、管道防腐層損傷、管道回拖失敗等風(fēng)險(xiǎn)。

(1)偏鉆、掉鉆 偏鉆是指導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中，鉆頭偏離設(shè)計(jì)曲線。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)巖石裂隙部位沿裂隙前進(jìn)則會(huì)出現(xiàn)偏鉆。在遇到大型溶洞時(shí)，鉆頭存在突然失控的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)則會(huì)出現(xiàn)掉鉆。

控制措施：因?yàn)槠@、掉鉆容易導(dǎo)致穿越曲線的嚴(yán)重變化，致使最終出土點(diǎn)位置與設(shè)計(jì)不符。因此，在定向鉆穿越設(shè)計(jì)前應(yīng)充分考慮溶洞、裂隙的影響，科學(xué)勘探，選取合理的穿越位置，設(shè)計(jì)科學(xué)的穿越曲線，避開溶洞。

(2)卡鉆 卡鉆是指導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過沖中扭矩突然增大，從而導(dǎo)致在正常扭轉(zhuǎn)范圍內(nèi)無法旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象?？ㄣ@的原因主要有兩種，一是當(dāng)停鉆時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，孔洞坍塌導(dǎo)致卡鉆。二是在鉆進(jìn)過程中，泥漿沿著地下大量的巖石裂隙流失，無法有效攜帶鉆進(jìn)巖屑，同時(shí)對(duì)鉆具的潤(rùn)滑作用降低導(dǎo)致卡鉆。卡鉆是較為多發(fā)的事故，在西氣東輸廣西某支線紅水河定向鉆穿越過程中就曾發(fā)生卡鉆二十余次。

控制措施：施工前，應(yīng)提前制定卡鉆應(yīng)急處置方案。施工中，應(yīng)認(rèn)真研究穿越地質(zhì)、提高泥漿性能，配置懸浮能力大，流動(dòng)性強(qiáng)、潤(rùn)滑效果好的泥漿。遇到卡鉆時(shí)要認(rèn)真查找原因，進(jìn)行針對(duì)性的解卡。對(duì)塌孔導(dǎo)致的卡鉆應(yīng)進(jìn)行清孔。對(duì)非塌孔導(dǎo)致的卡鉆，應(yīng)增大鉆機(jī)推拉力，前后反復(fù)抽動(dòng)鉆桿，調(diào)整泥漿性能，反復(fù)嘗試進(jìn)行借卡。

(3)鉆桿斷裂 穿越過程中，鉆桿主要受到拉力、扭矩和彎矩。鉆桿斷裂的原因主要包括彎矩過大，以及在穿越溶洞鉆至熔巖時(shí)，扭矩的突然變化，鉆桿上應(yīng)力瞬間集中，造成鉆桿斷裂。鉆桿的使用不當(dāng)，如使用磨損嚴(yán)重的鉆桿也會(huì)導(dǎo)致鉆桿的斷裂。在西氣東輸廣西某支線鯉魚江定向鉆穿越過程中就曾發(fā)生過鉆桿斷裂事故。

控制措施：應(yīng)使用經(jīng)過無損檢測(cè)合格的鉆桿，對(duì)磨損、銹蝕減薄量過大和使用時(shí)間過長(zhǎng)的鉆桿應(yīng)禁止使用，防止強(qiáng)度不夠?qū)е聰嗔?。在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)鉆進(jìn)不良地層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低速度，密切注意扭矩的變化，關(guān)注返漿情況。為防范回拖過程中的鉆桿斷裂，還應(yīng)合理選擇管道牽引頭與萬向節(jié)之間的連接方式，宜采用軟連接，同時(shí)嚴(yán)格控制管道出土角，使入洞管道與鉆桿軸線夾角趨近于零度，降低鉆桿彎曲變形。在發(fā)生鉆桿斷裂事故后，則應(yīng)采取相應(yīng)的應(yīng)急措施，如對(duì)鉆桿進(jìn)行打撈或重新制定鉆孔方案。

(4)無返漿、漏漿 定向鉆穿越中，泥漿主要承擔(dān)攜帶碎屑、懸浮管道、潤(rùn)滑鉆具、冷卻鉆頭等作用，是關(guān)系穿越成敗的重要影響因素。施工過程中發(fā)現(xiàn)返漿量減少或無返漿，則可以判斷是出現(xiàn)漏漿，主要原因可能是出現(xiàn)溶洞。在來賓天然氣專供管道定向鉆穿越施工中就曾發(fā)生3次溶洞導(dǎo)致的漏漿事故。

控制措施：定向鉆施工中遇到溶洞時(shí)，應(yīng)抽回鉆桿，卸掉鉆頭，采取壓力注漿的方式對(duì)溶洞進(jìn)行充填加固。若溶洞較大，則可以考慮調(diào)整穿越位置以降低施工成本。

3 對(duì)定向鉆穿越風(fēng)險(xiǎn)管控的思考

定向鉆穿越是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)性極大的施工方法，影響因素多，且受不同地質(zhì)的影響。在勘察設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)單位應(yīng)規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，選取風(fēng)險(xiǎn)較低的穿越曲線，從源頭降低風(fēng)險(xiǎn)。在施工階段，施工單位應(yīng)科學(xué)組織，嚴(yán)格按照施工方案施工，做好各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施和安全防護(hù)措施。監(jiān)理單位應(yīng)對(duì)工程質(zhì)量和施工現(xiàn)場(chǎng)安全嚴(yán)格把關(guān)，充分發(fā)揮監(jiān)理職能。在此基礎(chǔ)上，作為業(yè)主，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到定向鉆穿越施工中的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)格要求，主動(dòng)作為，做好穿越施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)控制。以管道回拖為例，可以建立定向鉆回拖條件檢查確認(rèn)機(jī)制。在完成最后一次洗孔后，施工單位應(yīng)對(duì)是否具備回拖條件進(jìn)行自查整改，自查整改合格后報(bào)監(jiān)理復(fù)查，監(jiān)理復(fù)查整改合格后報(bào)業(yè)主確認(rèn)。作為業(yè)主，應(yīng)組織技術(shù)人員和監(jiān)理對(duì)管道回拖前的安全保障措施、質(zhì)量保障措施的落實(shí)情況進(jìn)行檢查，確認(rèn)具備回拖條件后，下達(dá)回拖指令。通過規(guī)范回拖指令下達(dá)程序和建立三級(jí)回拖條件檢查確認(rèn)措施提高管道回拖成功率。

4 結(jié)語

定向鉆穿越施工是一個(gè)需要多方、多環(huán)節(jié)協(xié)作配合的高風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)性工程。為成功完成定向鉆穿越，實(shí)現(xiàn)工程預(yù)期目標(biāo)，需要我們充分考慮地質(zhì)條件的復(fù)雜性，擴(kuò)孔、回拖等施工過程的不可見性，施工影響因素的多樣性，提前全面開展風(fēng)險(xiǎn)分析，落實(shí)控制措施，同時(shí)不斷總結(jié)施工過程中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判和解決工程實(shí)際問題的能力。