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【摘 要】 近年来，随着西二线主管线及多条支线等大型管道项目以及各地天然气管网的建设，特殊地层的定向钻穿越工程日益增多。穿越过程中对施工工艺和措施均提高了要求。下面以西气东输二线（东段）枣阳-十堰支干线丹江口穿越为例，介绍特殊地层千枚岩地层穿越施工的主要方法。
【关键词】 千枚岩；长距离；泥浆
1、工程简介
丹江口水库穿越工程等级为大型穿越工程，采用定向钻方式穿越，穿越位置位于湖北省丹江口市武当山特区草店茶场和龙王沟村，汉十高速公路丹江口水库大桥200m处。地区等级为二级，穿越处管道设计压力为6.3MPa，管径为φ406.4，设计穿越入土角为14°，出土角为7°，定向钻穿越段水平长为2061.9m。穿越水平段管底标高选在122.78m，穿越地层主要中风化千枚岩中通过。
2、工程地质情况
根据地质勘察报告：中风化千枚岩（ε）：青灰色、褐黄色，细粒鳞片变晶结构，千枚状构造，主要矿物成分为石英、云母、绿泥石，局部含砂质及铁质，岩石风化裂隙中等发育。片理面见丝绢光泽，发育有块状的石英脉，呈不规则脉状穿插，宽度介于0.2～7.0cm，岩芯呈短柱状、饼状、柱状，岩质坚硬，锤击声响，RQD=2～70。现场钻探取样过程中有卡钻及漏水现象。
3、工程特点及难点
①穿越长度较长，必须控制导向曲线圆滑，控向要求较高；
②穿越地层为千枚岩，成孔后孔壁极易掉渣形成卡钻；
③地层容易出现裂隙，冒浆风险大；
④穿越处经过8处破碎带，入土侧有80m碎石。
4、主要技术措施
①入土点前方90m的范围内为修建汉十高速时开挖山体后碎石土的回填层，渗透性极强。该回填层的厚度为5～20m，采用反扩下套管方法对该层进行隔离，杜绝了泥浆在入钻点的漏失。
②施工所用钻杆全部为新购置的51/2″S135级钻杆，穿越钻机是新出厂的350t上海钻机。施工过程中在出钻点配置一台钻机辅助施工，从设备钻具上保证正常施工。
③在施工过程中使用先进的Protrack2导向仪，配合人工磁场精确的测量；
④对进入破碎带施工时可能会出现冒浆情况，在导向孔钻进破碎带区域前降低泥浆压力至泥浆马达的工作压力3.5Mpa，并且增加洗孔次数，钻进破碎带区域时，加快钻进速度，减少钻具在破碎带中停留时间，尽量减少冒浆。
⑤根据最新施工图纸，设计的管底标高与微风化石英岩层所在位置相距只有3.2m，导向孔施工时可能钻进至微风化石英岩层，该岩层磨损钻头会比较严重，需控向随时注意泵压参数的变化来判断是否进入了该岩层，若进入该岩层则需判断钻头的磨损情况并及时更换钻头。
⑥针对千枚岩具有一定的硬度和遇水易软的特点，泥浆回收采用三级处理。在施工中加强对泥浆的处理，保证泥浆在循环过程中的品质；
⑦穿越施工中使用符合国家规定的环保泥浆，对在出钻点附近出现的冒浆及时围堰并回收循环使用，做到无泥浆进入水体。施工完成后残存的泥浆固化后外运至垃圾场。
5、遇到的问题及解决方案
①全程布置人工磁场，确保控向精度，勤测量，勤调整，防止因偏差过大造成纠偏困难。每根钻杆钻进时做好记录，包括钻进速度、调整角度时推进的长度、所用时间、角度变化情况等，以便于判断地层的变化情况，并总结出在不同地层中控向的规律。因动力钻具造成信号滞后约10米，需根据上一根钻杆的钻进情况，结合这一根钻杆的角度变化，判断在同样地层中调整一定角度所需推进的钻杆长度，確定每根钻杆钻进方式。每根钻杆角度调整或纠偏应分两次进行，间隔一定的距离，尽量避免一次调整到所需角度，以保证穿越曲线更加平滑。在地层软硬交替位置，应根据钻进速度、推力等参数对地层情况进行判断，结合前面的钻进记录，及时调整钻进方式，防止角度调整过大或不足。若角度调整过大，可抽回一跟钻杆，将钻头放到调整角度的位置，并将钻头钟面转到相反方向，反复推拉进行修孔，直到获得符合要求的角度为止。
②2010年6月13日钻机设备进场，2010年7月2日正式开钻，2010年8月16日导向孔钻进至1090m，穿越水平段最小高程为116.18m（最大比设计深6.61m），因泥浆漏失停止钻进。考虑到丹江口水库为国家南水北调的重要水源地，施工暂停。为判断泥浆漏失的真实情况，丹江口项目部在2010年8月19日和9月16日先后两次派潜水员对穿越区域进行水下探摸，最后确定泥浆漏失为库底冒浆，按照EPC要求进行了水下取样并将样品送至权威机构进行检测。2010年10月12日中石油管道工程项目部派人再次现场取样。经过三次取样检测，所冒泥浆未对库区水质产生污染。
针对穿越地层存在断裂带的可能性，对丹江口水库采用物探法进行补充勘察，最终确定穿越段内存有8处破碎带。工程于2010年11月17日重新开钻，2011年2月27日完成主管导向孔施工。
③工程从3月6日开始一级扩孔，由于中风化千枚岩裂隙较发育，穿越断面要经过8处破碎带地层，穿越入土端还有约90m的碎石回填层，实际扩孔时扭矩大、速度慢，远远超出计划（实际单根钻杆扩孔时间最大6小时，计划单根钻杆扩孔时间最大2小时）。2011年4月19日，在出钻点新增350t钻机备用。
将现场泥浆二级处理改为三级处理，确保泥浆携砂降粘功能，并对一级扩孔中脱落的牙轮设计了两套打捞方案，对入土端穿越孔洞易掉落大粒径碎石造成卡钻采取了预先二级扩孔的措施。工程于2011年6月5日开始二级扩孔，2011年7月12日已完成二级扩孔，2011年8月1日完成管道回拖。2011年11月20日完成出入土点地貌恢复。
结语
通过严谨细致的操作、仔细认真的分析，合理有效地措施，西气东输二线（东段）枣阳-十堰支干线丹江口穿越回拖成功，为以后的复杂地层的施工积累了宝贵的经验。
【关键词】 千枚岩；长距离；泥浆
1、工程简介
丹江口水库穿越工程等级为大型穿越工程，采用定向钻方式穿越，穿越位置位于湖北省丹江口市武当山特区草店茶场和龙王沟村，汉十高速公路丹江口水库大桥200m处。地区等级为二级，穿越处管道设计压力为6.3MPa，管径为φ406.4，设计穿越入土角为14°，出土角为7°，定向钻穿越段水平长为2061.9m。穿越水平段管底标高选在122.78m，穿越地层主要中风化千枚岩中通过。
2、工程地质情况
根据地质勘察报告：中风化千枚岩（ε）：青灰色、褐黄色，细粒鳞片变晶结构，千枚状构造，主要矿物成分为石英、云母、绿泥石，局部含砂质及铁质，岩石风化裂隙中等发育。片理面见丝绢光泽，发育有块状的石英脉，呈不规则脉状穿插，宽度介于0.2～7.0cm，岩芯呈短柱状、饼状、柱状，岩质坚硬，锤击声响，RQD=2～70。现场钻探取样过程中有卡钻及漏水现象。
3、工程特点及难点
①穿越长度较长，必须控制导向曲线圆滑，控向要求较高；
②穿越地层为千枚岩，成孔后孔壁极易掉渣形成卡钻；
③地层容易出现裂隙，冒浆风险大；
④穿越处经过8处破碎带，入土侧有80m碎石。
4、主要技术措施
①入土点前方90m的范围内为修建汉十高速时开挖山体后碎石土的回填层，渗透性极强。该回填层的厚度为5～20m，采用反扩下套管方法对该层进行隔离，杜绝了泥浆在入钻点的漏失。
②施工所用钻杆全部为新购置的51/2″S135级钻杆，穿越钻机是新出厂的350t上海钻机。施工过程中在出钻点配置一台钻机辅助施工，从设备钻具上保证正常施工。
③在施工过程中使用先进的Protrack2导向仪，配合人工磁场精确的测量；
④对进入破碎带施工时可能会出现冒浆情况，在导向孔钻进破碎带区域前降低泥浆压力至泥浆马达的工作压力3.5Mpa，并且增加洗孔次数，钻进破碎带区域时，加快钻进速度，减少钻具在破碎带中停留时间，尽量减少冒浆。
⑤根据最新施工图纸，设计的管底标高与微风化石英岩层所在位置相距只有3.2m，导向孔施工时可能钻进至微风化石英岩层，该岩层磨损钻头会比较严重，需控向随时注意泵压参数的变化来判断是否进入了该岩层，若进入该岩层则需判断钻头的磨损情况并及时更换钻头。
⑥针对千枚岩具有一定的硬度和遇水易软的特点，泥浆回收采用三级处理。在施工中加强对泥浆的处理，保证泥浆在循环过程中的品质；
⑦穿越施工中使用符合国家规定的环保泥浆，对在出钻点附近出现的冒浆及时围堰并回收循环使用，做到无泥浆进入水体。施工完成后残存的泥浆固化后外运至垃圾场。
5、遇到的问题及解决方案
①全程布置人工磁场，确保控向精度，勤测量，勤调整，防止因偏差过大造成纠偏困难。每根钻杆钻进时做好记录，包括钻进速度、调整角度时推进的长度、所用时间、角度变化情况等，以便于判断地层的变化情况，并总结出在不同地层中控向的规律。因动力钻具造成信号滞后约10米，需根据上一根钻杆的钻进情况，结合这一根钻杆的角度变化，判断在同样地层中调整一定角度所需推进的钻杆长度，確定每根钻杆钻进方式。每根钻杆角度调整或纠偏应分两次进行，间隔一定的距离，尽量避免一次调整到所需角度，以保证穿越曲线更加平滑。在地层软硬交替位置，应根据钻进速度、推力等参数对地层情况进行判断，结合前面的钻进记录，及时调整钻进方式，防止角度调整过大或不足。若角度调整过大，可抽回一跟钻杆，将钻头放到调整角度的位置，并将钻头钟面转到相反方向，反复推拉进行修孔，直到获得符合要求的角度为止。
②2010年6月13日钻机设备进场，2010年7月2日正式开钻，2010年8月16日导向孔钻进至1090m，穿越水平段最小高程为116.18m（最大比设计深6.61m），因泥浆漏失停止钻进。考虑到丹江口水库为国家南水北调的重要水源地，施工暂停。为判断泥浆漏失的真实情况，丹江口项目部在2010年8月19日和9月16日先后两次派潜水员对穿越区域进行水下探摸，最后确定泥浆漏失为库底冒浆，按照EPC要求进行了水下取样并将样品送至权威机构进行检测。2010年10月12日中石油管道工程项目部派人再次现场取样。经过三次取样检测，所冒泥浆未对库区水质产生污染。
针对穿越地层存在断裂带的可能性，对丹江口水库采用物探法进行补充勘察，最终确定穿越段内存有8处破碎带。工程于2010年11月17日重新开钻，2011年2月27日完成主管导向孔施工。
③工程从3月6日开始一级扩孔，由于中风化千枚岩裂隙较发育，穿越断面要经过8处破碎带地层，穿越入土端还有约90m的碎石回填层，实际扩孔时扭矩大、速度慢，远远超出计划（实际单根钻杆扩孔时间最大6小时，计划单根钻杆扩孔时间最大2小时）。2011年4月19日，在出钻点新增350t钻机备用。
将现场泥浆二级处理改为三级处理，确保泥浆携砂降粘功能，并对一级扩孔中脱落的牙轮设计了两套打捞方案，对入土端穿越孔洞易掉落大粒径碎石造成卡钻采取了预先二级扩孔的措施。工程于2011年6月5日开始二级扩孔，2011年7月12日已完成二级扩孔，2011年8月1日完成管道回拖。2011年11月20日完成出入土点地貌恢复。
结语
通过严谨细致的操作、仔细认真的分析，合理有效地措施，西气东输二线（东段）枣阳-十堰支干线丹江口穿越回拖成功，为以后的复杂地层的施工积累了宝贵的经验。