坤宇定向鉆機(jī)的靠實(shí)力實(shí)現(xiàn)大跨越
坤宇定向鉆機(jī)的靠實(shí)力實(shí)現(xiàn)大跨越
（1）定向鉆機(jī)的構(gòu)造和工作原理
在管線入土點(diǎn)附件安設(shè)一臺(tái)榮山定向鉆機(jī)，該鉆機(jī)用地錨固定，鉆機(jī)長(zhǎng)15～20m，在其鋼制底盤的左半部安一可以調(diào)整傾斜角度的井架，右半部設(shè)有柴油機(jī)、液壓泵、壓力油箱、泥漿泵、控制室、變壓器、發(fā)電機(jī)等設(shè)備。
柴油機(jī)帶動(dòng)一臺(tái)液壓油泵和一臺(tái)發(fā)電機(jī)。液壓油泵為所有液壓馬達(dá)提供動(dòng)力，從而控制井架的升降、卡盤的移動(dòng)、帶動(dòng)泥漿泵和鉆機(jī)配套的液壓起重機(jī)。發(fā)電機(jī)提供現(xiàn)場(chǎng)照明、水泵的用電。
?。?）主要配套設(shè)備
定向鉆穿越河流設(shè)備除主機(jī)即定向鉆外，為了完成全部施工作業(yè)，尚需一些配套設(shè)備。主要是供水系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)施工所必須的施工機(jī)具。
1）液壓起重機(jī)液壓起重機(jī)主要供起下鉆時(shí)吊鉆桿和套管用，因此起重量很小，設(shè)備做得很輕巧，類似我們國家的少先式起重機(jī)，設(shè)備上裝置全部靠液壓油泵提供的液壓動(dòng)力而工作。
2）泥漿罐該設(shè)備全長(zhǎng)10m，寬3m，高2m。它是泥漿罐和工具間合二為一的設(shè)施，其中泥漿罐約占總長(zhǎng)2/3，工具間約占總長(zhǎng)1/3，泥漿罐的前部安裝供水管、閥、泵、泥漿進(jìn)出管路、加干料的漏斗等設(shè)施。
3）液壓?jiǎn)味吠诰驒C(jī)現(xiàn)場(chǎng)配單斗挖掘機(jī)一臺(tái)，供挖地錨坑、接頭管溝和吊裝。
4）推土機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)推土機(jī)一臺(tái)，供平整場(chǎng)地和拖拉重物使用。
5）火、電焊兩用機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)有一臺(tái)體形很?。s長(zhǎng)2m，寬1m）的火、電焊兩用機(jī)，供施工中使用。
6）鉆桿和套管鉆桿長(zhǎng)10m，直徑76.2m，套管長(zhǎng)10m，直徑為127mm或152.4mm。其數(shù)量按穿越長(zhǎng)度而定，堆放在鉆機(jī)旁邊的場(chǎng)地上。
?。?）定向鉆的控制系統(tǒng)
定向鉆的控制系統(tǒng)是由若干控制儀表和電子計(jì)算機(jī)、電視機(jī)組成的，這是定向鉆的神經(jīng)中樞，測(cè)向儀表和造斜工具裝在鉆頭后面的鉆桿中，反映鉆進(jìn)方向的參數(shù)，由微波傳給控制室的計(jì)算機(jī)控制機(jī)構(gòu)，鉆進(jìn)方向由電視屏幕上顯示出來。
?。?）主要施工程序
定向鉆穿越河流技術(shù)是油田定向鉆井和鐵路、公路的橫鉆孔機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)河流穿越技術(shù)，它的施工程序是：先用定向鉆機(jī)鉆一導(dǎo)向孔，當(dāng)鉆頭和套管在對(duì)岸出土后，撤出鉆桿，在套管出土端連接擴(kuò)孔器和穿越管段，在擴(kuò)孔器轉(zhuǎn)動(dòng)擴(kuò)孔的同時(shí)，鉆臺(tái)上的活動(dòng)卡盤向上移動(dòng)，拉動(dòng)擴(kuò)孔器和穿越管段前進(jìn)，逐漸穿越管段就被敷設(shè)在擴(kuò)大了的孔中。
（5）定向鉆穿越河流施工作業(yè)原理和方法
1）鉆導(dǎo)向孔的原理和作業(yè)方法在采用定向鉆穿越河流施工中，鉆導(dǎo)向孔是關(guān)鍵問題，其原理是泥漿通過鉆桿前的渦輪鉆頭破土鉆進(jìn)，泥漿從鉆桿和套管間隙返回（鉆桿為203.2mm，套管127～152.4mm，長(zhǎng)均為10m），具體操作要點(diǎn)如下：
1、采用液壓吊桿將鉆桿吊上鉆臺(tái)，并固定在能在鉆臺(tái)上移動(dòng)的活動(dòng)卡盤上，前端和鉆頭連接后端與泥漿管路連通，開動(dòng)泥漿泵后，泥漿推動(dòng)渦輪鉆向前鉆，卡盤與鉆頭同步向前移動(dòng)。
2、當(dāng)活動(dòng)片盤移至鉆前部的固定卡具時(shí)，卸開鉆桿接頭向后移動(dòng)活動(dòng)卡盤，能放下一根鉆桿時(shí)，吊上另一根鉆桿，進(jìn)行接加鉆桿，接頭安裝卸開均靠前端卡具固定鉆桿，活動(dòng)卡盤正反轉(zhuǎn)完成，然后斷續(xù)鉆進(jìn)。
3、在鉆進(jìn)到一定進(jìn)尺時(shí)需加套管，其方法是用活動(dòng)卡盤向前推進(jìn)套管，套管前端保持距鉆頭20m，因?yàn)榫嚆@頭20m范圍內(nèi)為去磁段。如遇復(fù)雜地層可鉆進(jìn)一根鉆桿加一根套管。
4、入土角、出土角的確定和鉆進(jìn)曲線的形成。入土角12～20度為宜，出土角4～30度為宜，入土角和出土角確定后，在曲線上確定若干點(diǎn)，并確定各點(diǎn)x、y、z三維坐標(biāo)。此坐標(biāo)返到控制盤上，由控制各點(diǎn)坐標(biāo)使鉆頭按設(shè)計(jì)曲線前進(jìn)。
2）擴(kuò)孔的原理和作業(yè)方法
A．?dāng)U孔器擴(kuò)孔和牽引管線同時(shí)進(jìn)行，擴(kuò)孔器上端管段用絲扣和套管相連，由套管供給泥漿（此時(shí)鉆桿撤出）推動(dòng)擴(kuò)孔器轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)鉆臺(tái)上活動(dòng)卡盤向后移動(dòng)，拉動(dòng)擴(kuò)孔器前進(jìn)，并牽引穿越管段前進(jìn)直到鋪設(shè)完畢。
B．操作方法
?。ˋ）當(dāng)鉆頭和套管對(duì)岸出土后撤出鉆桿，將擴(kuò)孔器前端絲扣和套管相連，后端抽承和油管相連（擴(kuò)孔器尺寸一般比穿越管道尺寸大一號(hào)，例如φ600穿越管段應(yīng)采用φ700的擴(kuò)孔器）
?。˙）注入泥漿推動(dòng)擴(kuò)孔器，此泥漿不回收，用量約為：φ377，1.59m3/min；φ7203.54m3/min。移動(dòng)鉆臺(tái)上活動(dòng)卡盤，拉動(dòng)擴(kuò)孔器和穿越管段前進(jìn)。
3）定向鉆穿越河流的方向控制定向鉆穿越河流的方向控制系指方向測(cè)定、造斜和糾偏，通過這三項(xiàng)措施，使鉆頭按特定的方向前進(jìn)，形成一條曲線，該曲線有兩種形式：一種是當(dāng)河面較寬時(shí)其穿越曲線由三條直線和兩段圓弧組成，如圖形39.2-15所示。設(shè)計(jì)曲線的曲率半徑R的圓弧與直線AE、EB及CF、FD相切與點(diǎn)A、B、C、D，在弧線和直線切點(diǎn)處更換造斜工具即可形成曲線。另一種是對(duì)窄而深的河流整個(gè)穿越管段是一條曲線，這種情況應(yīng)在曲線上確定若干點(diǎn)的坐標(biāo)，是鉆頭按這些點(diǎn)前進(jìn)形成所要的曲線如圖39.2-16。
A．方向測(cè)定。再設(shè)計(jì)曲線上確定若干點(diǎn)，按設(shè)計(jì)曲線算出各點(diǎn)的空間坐標(biāo)（X、Y、Z）輸入到電子計(jì)算機(jī)，鉆進(jìn)過程中鉆頭到達(dá)各點(diǎn)的坐標(biāo)，有裝在鉆頭后面鉆桿中的特制的儀表測(cè)出，并通過有線或無線的方式傳到控制室的表盤或電視機(jī)屏幕上，如果與既定的坐標(biāo)不符，說明鉆頭偏離了設(shè)計(jì)方向，需進(jìn)行糾偏。如與既定坐標(biāo)一致說明鉆頭按設(shè)計(jì)方向前進(jìn)。
B．造斜。造斜工具有兩種，既造斜短節(jié)（也叫彎接頭）和造斜偏塊。造斜短節(jié)是兩端有斜口和絲扣的短管段，裝在鉆頭后面的兩根鉆桿中間，考其斜度使鉆進(jìn)方向轉(zhuǎn)折而造斜，根據(jù)造斜需要可更換不同斜度的短節(jié)。造斜偏塊是加在鉆頭后面鉆桿一側(cè)的半圓形的金屬塊，采用螺絲和焊接固定，它的工作原理是改變鉆桿受到的側(cè)向壓力而造斜。這里兩種造斜工具構(gòu)造見圖。
C．糾偏。發(fā)現(xiàn)鉆頭偏離設(shè)計(jì)方向，采用造斜短節(jié)和造斜偏塊調(diào)整鉆頭前進(jìn)方向，其方法是：如果偏離不大，可轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿；如果偏離較大，可抽出鉆桿更換造斜短節(jié)和造斜偏塊，從而改變鉆頭的前進(jìn)方向，達(dá)到糾偏的目的。
4）泥漿的配制和要求
a.泥漿的配備泥漿的配備在方箱型的泥漿罐中進(jìn)行，在泥漿罐的前端裝有泥漿管線、供水管線以及相應(yīng)的閥組和上下水用的管道泵，泥漿干料從方型漏斗加入，攪拌用水靠管道泵從河中吸取，并打入罐中，干料隨之進(jìn)入罐中和水混合并靠水流進(jìn)行攪拌而成泥漿。施工中如需要再攪拌，則用從泥漿泵返回泥漿灌的具有一定壓力的泥漿進(jìn)行攪拌。
b.對(duì)泥漿的要求定向鉆穿越河流采用一般鉆井泥漿，其相對(duì)密度為1.1～1.2，在施工中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況不同隨時(shí)調(diào)整泥漿相對(duì)密度，如，卵石地層的河床，應(yīng)加大泥漿相對(duì)密度，減少泥漿的漏失。
?。?）定向鉆穿越河流的勘察設(shè)計(jì)工作
1）定向鉆穿越河流技術(shù)對(duì)地質(zhì)條件的使用范圍
范圍較為廣泛，它適用于各種粘性土樣，也使用于各種非粘性土，雖然各種地層難易程度有所不同，在黏土和砂土中鉆進(jìn)和定向較為容易，在卵石地層中鉆進(jìn)和方向控制都比較困難。由于鉆進(jìn)技術(shù)和方向控制技術(shù)的發(fā)展，在這些困難地層中穿越問題逐漸得到解決。例如，穿越中如遇到卵石地層可先穿透卵石層，在容易鉆進(jìn)的地層中前進(jìn)；如穿越中遇到局部巖石，可繞過這些巖石，再沿設(shè)計(jì)方向前進(jìn)，這就使復(fù)雜地層的穿越成為可能，因而適用范圍也就越來越大了。
2）定向鉆穿越河流對(duì)地質(zhì)勘探工作的要求
在穿越范圍內(nèi)需要鉆孔，布孔間距和鉆孔方法和常規(guī)穿越方法相同，其鉆孔深度需在管線設(shè)計(jì)標(biāo)高以下6.1～9.15m，在粘性土中要取完整土樣，在非粘性土中則采用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力觸探，每1.52～3.05m取一土樣，作顆粒分析，含水量、干密度、液限、塑限和塑性指數(shù)等項(xiàng)試驗(yàn)分析工作。
3）入土點(diǎn)和出土點(diǎn)
根據(jù)考察美國兩家公司提供的資料，入土點(diǎn)和出土點(diǎn)均需在距河岸60.96m以外設(shè)置入土角以12～20度為宜，出土角以4～30度為宜，此兩個(gè)角度的選擇直接影響管段牽引力的計(jì)算，因此施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)資料和地質(zhì)情況適當(dāng)?shù)倪x擇入土角和出土角。
4）穿越管段的彎曲半徑
關(guān)于曲率半徑的設(shè)計(jì)，可按一般管道強(qiáng)度計(jì)算取值，但是由于造斜的要求，曲率半徑r應(yīng)大于300mm。
5）穿越管段的埋深和配重
采用定向鉆穿越河流的方法穿越管段很容易埋設(shè)到設(shè)計(jì)深度，但是由于埋設(shè)過深會(huì)因增加管段彎曲程度而使施工中的牽引力大大增加，因而一般要求埋設(shè)深度為8～19m。由于管段埋設(shè)到河床下面的穩(wěn)定的地層中，因而不必另外增加連續(xù)覆蓋層、加重塊、復(fù)壁管等穩(wěn)定設(shè)施。
6）關(guān)于管線的涂層問題
在考察過程中看到的穿越管線都采用環(huán)氧粉末涂層，他們認(rèn)為在粘性土和砂質(zhì)土壤中采用瀝青涂層也是可以的。但是，我們認(rèn)為采用定向鉆穿越的管線最好不采用瀝青涂層，而應(yīng)采用環(huán)氧粉末、黃夾克等防腐涂層。
?。?）定向鉆穿越河流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
1）工程造價(jià)低
由于施工方法的改革，所采用的人力、物力都大大減少，工期顯著縮短，因而工程造價(jià)也大降低，粗略估算可認(rèn)為，定向鉆穿霸占河流的造價(jià)僅為常穿越方法的1/2~1/3。
2）工期短
由于施工方法的改變，不但施工設(shè)備和人員大大減少，而且施工工期顯著的縮短了，以中開線黃河穿越工程為例，如果用爆破氣舉例法工期為4個(gè)月左右，而采用定向鉆穿越河流只需30天。
3）有利于保護(hù)周圍環(huán)境
如果采用爆破氣舉占很多土地，官線發(fā)送道和牽引道要求占地3333~40000m2,河道還要停止航運(yùn)3~5d，爆破時(shí)對(duì)河堤和水中生物威脅很大，而采用定向鉆穿越河流，河道不必停止航運(yùn)，對(duì)水中生物和河堤毫無影響，施工占地只需25×40m2的面積（約1.5畝土地）。
4）施工人員少
如果采用爆破氣舉法，以中開線黃河穿越為例，大約需500人，而定向鉆穿越河流只需40~50人（包括管線組裝和焊接）。
5）工程質(zhì)量好
根據(jù)目前常規(guī)穿越方法的技術(shù)水平，管線只能埋設(shè)3~4m深，達(dá)不到?jīng)_刷深度以下，因此生產(chǎn)運(yùn)行很不安全，而采用定向鉆穿越河流可以很容易埋到預(yù)期深度，因此質(zhì)量安全可靠。
6）節(jié)約工程材料
采用定向鉆穿越河流不許加重層和復(fù)壁管等設(shè)施，因此工程材料了大為節(jié)省。
7）應(yīng)用范圍廣
由于定向鉆穿越河流不受水流和環(huán)境的影響，因此，陸地、海上、市區(qū)、河流等情況的穿越工程都可以采用這一方法。
相關(guān)標(biāo)簽:
