定向钻基础培训

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1、水平定向穿越设计基本知识水平定向穿越设计基本知识 2014年度培训年度培训陈寿安陈寿安 天津市燃气热力规划设计院天津市燃气热力规划设计院2014.10 第1章 一般介绍第2章 常用规范第3章 勘察现场第4章 设计基本资料第5章 设计内容第6章 设计步骤第7章 检测与防腐第8章 CAD设计演示目目 录录基本概念调压器： 自动调节燃气出口压力,使其稳定在某一出口压力范围的装置。 （GB 27790-2011 城镇燃气调压器）(燃气调压阀、减压阀）1.11.1、一般介绍一般介绍1 一般介绍 发展与应用 始于二十世纪七十年代的水平定向钻进穿越技术，综合了传统的道路钻孔、地质勘探和油气井定向钻进技术。这

2、项技术已成为一种完善的施工方法。它应用于穿越河 流和水渠、街道、高速公路、铁路、机场跑道、海滩、岛屿、建筑物拥挤的地方、管线通道和运河等的石油、天然气、自来水、污水及其它流体的管线铺设和电力与 电讯电缆的导管铺设等。 优越性 在非开挖技术行业中，水平定向钻进是主要的增长领域之一。目前，在石油、天然气、自来水、电力和电信部门，水平定向钻进已是一种得到广泛认可的铺管施工技 术，由于水平定向钻进施工精度的提高，也可用于污水管和其它重力管线的铺设。水平定向钻进穿越与其它施工方法相比，对环境的影响最小，能提供障碍物下管线 覆盖的深度大，对管线的保护作用大，维修费用小，许多情况下费用更低。水平定向钻进穿越

3、还有一个可预测的短期施工计划。 水平定向钻穿越施工工艺 使用水平定向钻机进行管线穿越施工，一般分为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并将产品管线（沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成管线穿越工作。 视频演示 导向孔 导向孔钻进一般采用小直径全面钻头，进行全孔底破碎钻进。在钻头底唇面上或钻具上，安装有专门的控制钻进方向的机构。在钻具内或在紧接其后部位，安装有测 量探头。钻进过程中，探头连续或间隔地测量钻孔位置参数，并通过无 线或有线的方式实时地将测量数据发送到地表接收器。操作者根据这些数据及其处理这些数据得到的图表，采取适当的技术措施调整孔内

4、控制钻进方向的机构，从而 人工控制钻孔的轨迹，达到设计要求。 常用的孔内控制钻进方向的机构主要有两类：一类是钻头底唇面采用非平衡结构设计，如常钻头唇面是一个斜面，当钻头连续回转时钻进直孔，保持钻头 不回转加压时，则钻孔钻进偏斜。这类方法因需要在不回转的条件下破碎岩层，所以在软质的土层大多数采用钻进液喷射辅助破碎方式钻进。另一类是钻具采用弯外 管或弯接头，其弯曲方向即决定了钻头的钻进方向。这类方法导向钻进钻杆是不回转的，钻头破碎岩石的扭矩，来自于钻头后部的孔底动力机，如螺杆马达或涡轮马 达。这类方法通常用于钻进岩石等硬地层。 扩孔 导向孔完成后，必须将钻孔扩大至适合成品管铺设的直径。一般，在钻机

5、对面的出口坑将扩孔器连接于钻杆上，再回拉进行回扩，在其后不断地加接钻杆。根据导向孔与适合成品管铺设孔的直径大小和地层情况，扩孔可一次或多次进行。推荐最终扩孔直径按下式计算： K1 式中： 适合成品管铺设的钻孔直径 成品管外径 K1经验系数，一般K1=1.21.5，当地层均质完整时，K1取小值，当地层复杂时，K1取大值。GB50424-2007扩孔规定1 最终扩孔直径应根据不同的管径、穿越长度、地质条件和钻机能力确定。一般情况下，最小扩孔直径与穿越管径的关系应符合表7.3.2的规定。表表7.3.2 最小扩孔直径与穿越管径关系最小扩孔直径与穿越管径关系(mm) 注：管径小于400mm的管线，在钻机

6、能力许可的情况下，可直接扩孔回拖。 2 扩孔宜采取分级、多次扩孔的方式进行。 3 扩孔过程中，如发现扭矩、拉力较大，可采取洗孔作业；洗孔结束后，再继续进行扩孔；扩孔结束后，如发现扭矩、拉力仍较大，可再进行洗孔作业。 穿越管段的直径最小扩孔直径219管径+1002196101.5倍管径610管径+300 拉管 扩孔完成后，即可拉入需铺设的成品管。管子最好预先全部连接妥当，以利于一次拉入。当地层情况复杂，如：钻孔缩径或孔壁垮塌，可能对分段拉管造成困难。 拉管时，应将扩孔器接在钻杆上，然后通过单动接头连接到管子的拉头上，单动接头可防止管线与扩孔器一起回转，保证管线能够平滑地回拖成功。 施工设备 钻机

7、 钻机根据工作位置分为两类：地表始钻式和坑内始钻式。 地表始钻式钻机具有行走机构，方便迁移。铺管施工时，可不需要起始坑和出口坑，但管线连接时需要开挖。如果要求在地下相同深度连接其它管线，可能会浪费几 米新管。地表始钻式钻机有几种桩定方式锚固钻机，性能完善的钻机桩定系统是液压驱动的。一些地表始钻式钻机是整装式的，载有钻进液用搅拌池和泵，以及动力 辅助装置、阀和控制系统，有的还配置有钻杆自动装卸系统，定长的钻杆装在一个“传送盘”上，随钻进或回扩的过程自动地从钻杆柱上加、减钻杆；有的搅拌池和 泵等设备是分离配置的。 坑内始钻式钻机一般体积较小，施工时在钻孔的两端都需要挖坑，可在操作空间受限的地方使用

8、。坑内始钻钻机固定在发射坑中，利用坑的前、后壁承受回拉力和给 进力。一些设计紧凑的钻机的起始坑，比接钻杆所需的坑稍大一点即可。钻杆单根长度受坑的尺寸限制，这对铺设速度和钻杆成本造成影响。 钻杆 钻杆要求有很高的物理机械性能，必须有足够的轴向强度承受钻机给进力和回拖力；足够的抗扭强度承受钻机施加的扭矩；足够的柔韧性以适应钻进时的方向改变；还要尽可能地轻，以方便运输和使用；同时，还要耐磨损。 导向系统 多数水平定向钻进技术要依靠准确的钻孔定位和导向系统。随着电子技术的进步，导向仪器的性能已有明显改善，能获得相当高的精度。 导向系统有几种类型，最常用是“手持式跟踪（walk-over）”系统，它以一

9、个装在钻头后部空腔内的探测器或探头为基础。探头发出的无线电信号由地面 接收器接收，除了得到地下钻头的位置和深度外，传输的信号还包括钻头倾角、斜面面向角、电池电量和探头温度等等。这些信息通常也转送到钻机附属接受器上， 使钻机操作者可直接掌握孔内信息，从而据此做出必要的轨迹调整。 手持式跟踪系统的主要限制是：必须要直接到达位于钻头上部的地面，这一不足可采用有缆式导向系统或装有电子罗盘的探头来克服。有缆式导向系统用通过钻杆柱 的电缆从发射器向控制台传送信号。虽然缆线增加了复杂性，但由于不依靠无线电传送信号，对钻孔的导向可以跨越任何地形，且可用于受电磁干扰的地方。 为使电子元件免受严重动载，一种基于磁

10、性计的导向系统用于有冲击作用的干式水平定向钻进系统上。系统的永久磁铁装在冲击锤体上，当其旋转时即产生磁场，磁场的强度及变化由地表磁力计探测，数据交由计算机处理，计算出钻头的位置，深度及面向角。 附助设备 大量的附属和辅助设备在水平定向钻进施工中起着重要的作用。 拉头拉管的拉头类型很多，包括压力密封式拉头和专用于水平定向钻进的改进型拉头。水平定向钻进拉头的一个重要作用是防止钻进液或碎屑进入成品管，这对铺设饮用水管特别重要。 单动接头单动接头（又称旋转接头）是扩孔和拉管操作中的基本构件，应设计成防止泥浆和碎屑进入密封式轴承。单动接头的承载能力从低于5 t至200 t 以上。 安全接头可使用安全接头

11、保护成品管，该接头上有一系列在预定载荷下断开的销钉，可根据成品管的允许拉伸载荷断开接头。这种断开式接头不仅可以减少因疏忽造成损失的风险，而且可防止操作者试图追求高效率采用超过允许载荷回拉力。 其它重要的附助设备包括：聚乙烯管焊接机、管道支护滚筒和电缆牵引器。在一些特殊条件下，还可采用管道顶推装置辅助拉管。 钻进液/泥浆 多数定向钻机采用泥浆作为钻进液。钻进液可冷却、润滑钻头、软化地层、辅助破碎地层、调整钻进方向、携带碎屑、稳定孔壁、回扩和拖管时润滑管道；还可以在 钻进硬地层时为泥浆马达提供动力。常用的钻进液/泥浆是膨润土和水的混合物。导向孔施工完成后，泥浆可稳定孔壁，便于回扩。钻进岩石或其它硬