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摘 要：本论文主要就在非常规地形管道施工中采用的定向钻穿越施工技术。主要介绍了定向钻施工的优点和巨大前景，具体对定向钻施工工艺流程进行剖析、讲解，并以非常规工区山西吉县Φ273钢管道单公里施工为例与常规开挖施工进行多项指标对比，综合得出定向钻穿越施工值得推广、应用的结论。
关键字：山地 丘陵地带 技术经济指标 投资与效益分析
一、施工步骤
1.1 钻导向孔：
要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。见示意图一：钻导向孔。
钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。
1.2 预扩孔和回拖产品管线：
一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。
回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。见示意图二：预扩孔和回拖管线。
在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。
地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
二、泥浆控制
1、泥浆是定向穿越中的关键因素。由于穿越所经地层为粉质粘土，对泥浆成孔、固壁性能要求较高。为因我们将采取以下措施：
（1）按照事先确定好的泥浆配比用一级钠基膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。
（2）使用的泥浆添加剂有：降失水剂、固壁剂、润滑剂等。
（3）为确保泥浆的性能，保证膨润土有足够的水化时间，我们将采取两套加料配浆系统，延长泥浆循环周期。
（4）现场配备泥浆回收处理系统，使泥浆循环使用，最大限度的减少环境污染。
2、现场用打井或运输的淡水，水的PH值为9—10时最适合膨润土的水化。
3、泥浆的粘度：根据穿越段地层情况，穿越泥浆粘度控制在45—60S。
6.主要设备
水平定向钻机主要由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及辅助机具组成。
7.主要技术经济指标
（1）对地面的干扰小。最大化避免常规开挖施工带来的工农协调、阻工等问题。
（2）施工速度快。相比常规开挖、下管、回填等工作具有明显的优势。
（3）常规开挖无法施工的地形，如：陡坡、深沟等，利用定向钻穿越技术可以实施。
（4）施工费用相比较常规开挖要低廉。
（5）可控制铺管方向，施工精确度高。
8.投资与效益分析
以非常规工区山西吉县Φ273钢管道单公里施工为例。
常规施工费用（不含焊接等施工）构成如下：①线路扫线：铲车（5000元/台班）、挖掘机（8000元/台班）各两台班，26000元；②管沟开挖：挖掘机（8000元/台班）三台班，24000元；③管道下沟：挖掘机（8000元/台班）两台班；下管辅助工（200元/工日）8个工日，17600元；④管沟回填：挖掘机（8000元/台班）两台班，16000元；⑤征地补偿：管沟12元/米，青苗补偿1305元/亩（管沟按6米宽计算），果树800元/棵（每公里按20棵树计算），补偿费用小计12000+9*1305+16000=33745元。总费用：①+②+③+④+⑤=123345元。
定向钻穿越施工费用（不含焊接等施工）构成如下：①钻导向孔：30元/米，30000元；②管道扩孔：45元/米，45000元；③管道回拖：30元/米，30000元；④设备搬迁、拆装：5000元/次，5000元。总费用：①+②+③+④=110000元。
从以上对比分析可以看出，定向钻穿越较常规施工单公里节省费用13345元，成本降低10.8%。
9.技术应用情况
目前引入外部定向钻穿越施工队伍，已在江苏华石技工贸总公司钻前一队山西工区成功应用。
10.技术使用单位
江苏华石技工贸总公司钻前一队
11.技术推荐、推广建议
定向钻穿越施工较常规施工具有对地面干扰小，产生的农协赔偿、阻工等问题较少；山西工区陡坡、深沟等特殊地段易于施工；施工费用较常规开挖低廉；施工进度快、精度高。该工艺适合在山西这种黄土高原残垣沟壑区地质结构推广使用，但在砾石层及成孔困难的地层不适宜采用该技术。建议采购一套定向钻穿越设备，方便现今山西工区大规模的管网开发建设。
关键字：山地 丘陵地带 技术经济指标 投资与效益分析
一、施工步骤
1.1 钻导向孔：
要根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达，开动泥浆泵对准入土点进行钻进，钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转（或使用泥浆马达带动钻头旋转）切削地层，不断前进，每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向，保证所完成的导向孔曲线符合设计要求，如此反复，直到钻头在预定位置出土，完成整个导向孔的钻孔作业。见示意图一：钻导向孔。
钻机被安装在入土点一侧，从入土点开始，沿着设计好的线路，钻一条从入土点到出土点的曲线，作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。
1.2 预扩孔和回拖产品管线：
一般情况下，使用小型钻机时，直经大于200毫米时，就要进行予扩孔，使用大型钻机时，当产品管线直径大于Dn350mm时，就需进行预扩孔，预扩孔的直径和次数，视具体的钻机型号和地质情况而定。
回拖产品管线时，先将扩孔工具和管线连接好，然后，开始回拖作业，并由钻机转盘带动钻杆旋转后退，进行扩孔回拖，产品管线在回拖过程中是不旋转的，由于扩好的孔中充满泥浆，所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态，管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑，这样即减少了回拖阻力，又保护了管线防腐层，经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比管子直径大200mm，所以不会损伤防腐层。见示意图二：预扩孔和回拖管线。
在钻导向孔阶段，钻出的孔往往小于回拖管线的直径，为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3～1.5倍，需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。
地下孔经过预扩孔，达到了回拖要求之后，将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好，从出土点开始，一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
二、泥浆控制
1、泥浆是定向穿越中的关键因素。由于穿越所经地层为粉质粘土，对泥浆成孔、固壁性能要求较高。为因我们将采取以下措施：
（1）按照事先确定好的泥浆配比用一级钠基膨润土加上泥浆添加剂，配出合乎要求的泥浆。
（2）使用的泥浆添加剂有：降失水剂、固壁剂、润滑剂等。
（3）为确保泥浆的性能，保证膨润土有足够的水化时间，我们将采取两套加料配浆系统，延长泥浆循环周期。
（4）现场配备泥浆回收处理系统，使泥浆循环使用，最大限度的减少环境污染。
2、现场用打井或运输的淡水，水的PH值为9—10时最适合膨润土的水化。
3、泥浆的粘度：根据穿越段地层情况，穿越泥浆粘度控制在45—60S。
6.主要设备
水平定向钻机主要由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及辅助机具组成。
7.主要技术经济指标
（1）对地面的干扰小。最大化避免常规开挖施工带来的工农协调、阻工等问题。
（2）施工速度快。相比常规开挖、下管、回填等工作具有明显的优势。
（3）常规开挖无法施工的地形，如：陡坡、深沟等，利用定向钻穿越技术可以实施。
（4）施工费用相比较常规开挖要低廉。
（5）可控制铺管方向，施工精确度高。
8.投资与效益分析
以非常规工区山西吉县Φ273钢管道单公里施工为例。
常规施工费用（不含焊接等施工）构成如下：①线路扫线：铲车（5000元/台班）、挖掘机（8000元/台班）各两台班，26000元；②管沟开挖：挖掘机（8000元/台班）三台班，24000元；③管道下沟：挖掘机（8000元/台班）两台班；下管辅助工（200元/工日）8个工日，17600元；④管沟回填：挖掘机（8000元/台班）两台班，16000元；⑤征地补偿：管沟12元/米，青苗补偿1305元/亩（管沟按6米宽计算），果树800元/棵（每公里按20棵树计算），补偿费用小计12000+9*1305+16000=33745元。总费用：①+②+③+④+⑤=123345元。
定向钻穿越施工费用（不含焊接等施工）构成如下：①钻导向孔：30元/米，30000元；②管道扩孔：45元/米，45000元；③管道回拖：30元/米，30000元；④设备搬迁、拆装：5000元/次，5000元。总费用：①+②+③+④=110000元。
从以上对比分析可以看出，定向钻穿越较常规施工单公里节省费用13345元，成本降低10.8%。
9.技术应用情况
目前引入外部定向钻穿越施工队伍，已在江苏华石技工贸总公司钻前一队山西工区成功应用。
10.技术使用单位
江苏华石技工贸总公司钻前一队
11.技术推荐、推广建议
定向钻穿越施工较常规施工具有对地面干扰小，产生的农协赔偿、阻工等问题较少；山西工区陡坡、深沟等特殊地段易于施工；施工费用较常规开挖低廉；施工进度快、精度高。该工艺适合在山西这种黄土高原残垣沟壑区地质结构推广使用，但在砾石层及成孔困难的地层不适宜采用该技术。建议采购一套定向钻穿越设备，方便现今山西工区大规模的管网开发建设。