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近年来，随着川气东送、西二线等大型管道项目以及各地天然气管网的建设，大口径管道定向钻穿越工程日益增多。穿越曲线是否平滑、曲率半径是否满足要求，是大口径定向钻穿越工程能否成功的第一步。下面以山东天然气管网工程泰安-青岛段干线北胶新河穿越工程为例，介绍复杂地质条件下大口径管道穿越曲线的处理方法。
１．工程简介
山东天然气管网工程泰安-青岛段干线北胶新河穿越工程，定向钻穿越水平长为510.63m，入土角8°15′，出土角5°46′，曲率半径为1500D。定向钻穿越包含2条管道，分别为输气管道D1016×21.0mm、硅管套管D114，间距为15m。穿越最大埋深17.9米，
2.工程地质情况
断面勘探深度内各工程地质层特征综述如下：
2.1 1层素填土：灰黄色，可塑，稍湿，岩性主要成份为粉质粘土，含少量砾石。主要分布于北胶新河河堤上部。层厚1.40m，层底标高：9.82m，层底埋深1.40m。
2.2层粉质粘土：灰黄、褐红色，可塑～硬塑，稍有光滑，摇振反应无，干强度及韧性中等,含铁锰质结核及钙质结核，铁锰质结核粒径10～40mm， 钙质结核粒径5～60mm，含量约5%～10%，局部富集，表层多为耕植土。该层全区分布。层厚2.20～4.80m，层底标高：4.51～8.78m，层底埋深2.20～4.80m。
2.3 1层全～强风化泥质砂岩：棕红色夹浅灰色，原岩结构基本破坏，岩芯呈砂土状，夹少量原岩碎块，手扳易碎。层厚1.90～6.70m，层底标高：-0.70～4.66m，层底埋深4.10～9.70m。
2.4 2层中等风化泥质砂岩：棕红色，夹少量浅灰色，泥质、粉细粒结构，块状构造，岩芯呈柱状，节长10～60cm，锤击易碎，手扳易断。岩石矿物成份主要为粉细砂及粘土矿物。揭露厚度 5.80～21.70m，层底标高：-2.26～-18.78m，层底埋深5.80～21.70m。岩石单轴抗压强度最高为8Mpa。
2.5层中等风化凝灰岩：浅灰色～紫灰色，凝灰质结构，块状构造，裂隙较发育，裂隙充填物为粘土，岩芯呈柱状，节长一般10～30cm，最长可达200～320cm。该层未揭穿，揭露厚度 2.30～13.20m，层顶标高-2.26～-18.78m。岩石单轴抗压强度最高为39Mpa。
穿越经过的地层主要是素填土、粉质粘土、全～强风化泥质砂岩、中等风化泥质砂岩。
3.工程特点及难点
3.1穿越设计曲线无水平段，且出土点后方为一水沟，导向孔钻进过程中，必须确保每根钻杆角度变化达到设计要求，才能保证钻头在预定位置出土。
3.2穿越管径为1016mm，曲率半径为1500D，每根钻杆变化角度为0.35°，对控向精度要求较高。
3.3穿越地层有约450米岩石层，导向钻进必须使用动力钻具，造成控向信号滞后约10米，增加了控向难度。
3.4地层软硬不均，在软硬交替位置角度调整不易控制。
3.5探孔数目较少，各探孔间距为100米，地勘资料不够详细。
4.主要技术措施
4.1首先进行硅管套管导向孔施工，并严格按照输气管道导向孔施工的要求去做，为下一步进行输气管道导向孔施工总结经验。
4.2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。
4.3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。
4.4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，确定每根钻杆钻进方式。
4.5根据前面钻杆的钻进情况，采取合理的钻进方式，尽量将每根钻杆角度变化控制在0.35°，单根钻杆最大角度变化不超过0.8°，连续四根钻杆累计角度变化不超过2.2°。
4.6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。
4.7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。
4.8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。
4.9硅管套管导向孔完成后，控向及司钻人员及时对施工过程进行总结，找出不同地层的控向规律，用于指导下一步的输气管道导向孔施工。
5.施工中遇到的问题
5.1光缆套管导向孔施工过程中钻进到约15.7米深时，角度变化出现不受控制的情况，单根钻杆斜度增加了2.3°，经反复修孔，斜度无明显变化。将穿越深度加深后，出现角度无法抬起的现象，继续钻进约50米后恢复正常。
5.2输气管道导向孔施工过程中遇到同样问题，调整穿越位置及穿越深度，仍然无法解决。
5.3 Φ762mm岩石扩孔器扩孔到斜度增大位置时无进尺，退出后发现扩孔器前方的扶正器磨损严重，扩孔器磨损正常。
根据施工情况分析，该处中等风化泥质砂岩中存在硬度更高的岩石夹层，且两岩层结合面与钻头之间的夹角较小，造成钻头无法钻入硬岩层中，导致钻头沿软硬结合面钻进，引起斜度变化。同时因斜度变化过大，导致Φ762mm岩石扩孔器前方扶正器被孔下方硬岩层挡住，岩石扩孔器未接触到硬岩层，造成无法继续扩孔。
6.解决方法
6.1输气管道导向孔斜度突然增大后，在调整无效情况下，对后面钻进的几根钻杆角度进行适当调整，使实际穿越曲线尽可能满足曲率半径要求，并尽量回归到设计曲线上，继续钻进，直到出土。
6.2 Φ610mm扩孔结束后，用约10米长的Φ457钢管对两个Φ610mm岩石扩孔器进行刚性连接，作为修孔机具进行修孔。
6.3修孔结束后，用Φ610mm岩石扩孔器替代Φ762mm岩石扩孔器前方的扶正器，继续进行扩孔，利用Φ610mm岩石扩孔器切削掉硬岩层，确保Φ762mm岩石扩孔器能继续扩孔。接下来的扩孔施工均采用小一级的岩石扩孔器代替扶正器来进行。
6.4将最大扩孔尺寸增加到Φ1500mm，以减小曲率半径不符合要求带来的回拖风险。
6.5扩孔完成后，连接一根Φ1016钢管进行试回拖，成功后方可进行输气管道的回拖工作。
7.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，泰安-青岛段干线北胶新河穿越工程输气管道一次回拖成功，为以后的导向孔施工、穿越曲线的修正和大口径管道的回拖积累了宝贵的经验。■
１．工程简介
山东天然气管网工程泰安-青岛段干线北胶新河穿越工程，定向钻穿越水平长为510.63m，入土角8°15′，出土角5°46′，曲率半径为1500D。定向钻穿越包含2条管道，分别为输气管道D1016×21.0mm、硅管套管D114，间距为15m。穿越最大埋深17.9米，
2.工程地质情况
断面勘探深度内各工程地质层特征综述如下：
2.1 1层素填土：灰黄色，可塑，稍湿，岩性主要成份为粉质粘土，含少量砾石。主要分布于北胶新河河堤上部。层厚1.40m，层底标高：9.82m，层底埋深1.40m。
2.2层粉质粘土：灰黄、褐红色，可塑～硬塑，稍有光滑，摇振反应无，干强度及韧性中等,含铁锰质结核及钙质结核，铁锰质结核粒径10～40mm， 钙质结核粒径5～60mm，含量约5%～10%，局部富集，表层多为耕植土。该层全区分布。层厚2.20～4.80m，层底标高：4.51～8.78m，层底埋深2.20～4.80m。
2.3 1层全～强风化泥质砂岩：棕红色夹浅灰色，原岩结构基本破坏，岩芯呈砂土状，夹少量原岩碎块，手扳易碎。层厚1.90～6.70m，层底标高：-0.70～4.66m，层底埋深4.10～9.70m。
2.4 2层中等风化泥质砂岩：棕红色，夹少量浅灰色，泥质、粉细粒结构，块状构造，岩芯呈柱状，节长10～60cm，锤击易碎，手扳易断。岩石矿物成份主要为粉细砂及粘土矿物。揭露厚度 5.80～21.70m，层底标高：-2.26～-18.78m，层底埋深5.80～21.70m。岩石单轴抗压强度最高为8Mpa。
2.5层中等风化凝灰岩：浅灰色～紫灰色，凝灰质结构，块状构造，裂隙较发育，裂隙充填物为粘土，岩芯呈柱状，节长一般10～30cm，最长可达200～320cm。该层未揭穿，揭露厚度 2.30～13.20m，层顶标高-2.26～-18.78m。岩石单轴抗压强度最高为39Mpa。
穿越经过的地层主要是素填土、粉质粘土、全～强风化泥质砂岩、中等风化泥质砂岩。
3.工程特点及难点
3.1穿越设计曲线无水平段，且出土点后方为一水沟，导向孔钻进过程中，必须确保每根钻杆角度变化达到设计要求，才能保证钻头在预定位置出土。
3.2穿越管径为1016mm，曲率半径为1500D，每根钻杆变化角度为0.35°，对控向精度要求较高。
3.3穿越地层有约450米岩石层，导向钻进必须使用动力钻具，造成控向信号滞后约10米，增加了控向难度。
3.4地层软硬不均，在软硬交替位置角度调整不易控制。
3.5探孔数目较少，各探孔间距为100米，地勘资料不够详细。
4.主要技术措施
4.1首先进行硅管套管导向孔施工，并严格按照输气管道导向孔施工的要求去做，为下一步进行输气管道导向孔施工总结经验。
4.2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。
4.3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。
4.4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，确定每根钻杆钻进方式。
4.5根据前面钻杆的钻进情况，采取合理的钻进方式，尽量将每根钻杆角度变化控制在0.35°，单根钻杆最大角度变化不超过0.8°，连续四根钻杆累计角度变化不超过2.2°。
4.6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。
4.7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。
4.8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。
4.9硅管套管导向孔完成后，控向及司钻人员及时对施工过程进行总结，找出不同地层的控向规律，用于指导下一步的输气管道导向孔施工。
5.施工中遇到的问题
5.1光缆套管导向孔施工过程中钻进到约15.7米深时，角度变化出现不受控制的情况，单根钻杆斜度增加了2.3°，经反复修孔，斜度无明显变化。将穿越深度加深后，出现角度无法抬起的现象，继续钻进约50米后恢复正常。
5.2输气管道导向孔施工过程中遇到同样问题，调整穿越位置及穿越深度，仍然无法解决。
5.3 Φ762mm岩石扩孔器扩孔到斜度增大位置时无进尺，退出后发现扩孔器前方的扶正器磨损严重，扩孔器磨损正常。
根据施工情况分析，该处中等风化泥质砂岩中存在硬度更高的岩石夹层，且两岩层结合面与钻头之间的夹角较小，造成钻头无法钻入硬岩层中，导致钻头沿软硬结合面钻进，引起斜度变化。同时因斜度变化过大，导致Φ762mm岩石扩孔器前方扶正器被孔下方硬岩层挡住，岩石扩孔器未接触到硬岩层，造成无法继续扩孔。
6.解决方法
6.1输气管道导向孔斜度突然增大后，在调整无效情况下，对后面钻进的几根钻杆角度进行适当调整，使实际穿越曲线尽可能满足曲率半径要求，并尽量回归到设计曲线上，继续钻进，直到出土。
6.2 Φ610mm扩孔结束后，用约10米长的Φ457钢管对两个Φ610mm岩石扩孔器进行刚性连接，作为修孔机具进行修孔。
6.3修孔结束后，用Φ610mm岩石扩孔器替代Φ762mm岩石扩孔器前方的扶正器，继续进行扩孔，利用Φ610mm岩石扩孔器切削掉硬岩层，确保Φ762mm岩石扩孔器能继续扩孔。接下来的扩孔施工均采用小一级的岩石扩孔器代替扶正器来进行。
6.4将最大扩孔尺寸增加到Φ1500mm，以减小曲率半径不符合要求带来的回拖风险。
6.5扩孔完成后，连接一根Φ1016钢管进行试回拖，成功后方可进行输气管道的回拖工作。
7.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，泰安-青岛段干线北胶新河穿越工程输气管道一次回拖成功，为以后的导向孔施工、穿越曲线的修正和大口径管道的回拖积累了宝贵的经验。■