一种适用于岩石硬度≤30Mpa地层的组合式预扩孔施工方法与流程

一种适用于岩石硬度
≤
30mpa地层的组合式预扩孔施工方法
技术领域
1.本发明属于组合式预扩孔施工技术领域，具体地说，尤其涉及一种适用于岩石硬度≤30mpa地层的组合式预扩孔施工方法。


背景技术：

2.水平定向钻井(horizontal directional drilling)是采用安装于地表的钻孔设备，以相对于地面的较小的入土角度钻入地层形成导向孔，然后将导向孔，预扩孔至所需回拖管线的大小并铺设管道(线)的一项施工工艺。
3.随着水平定向钻钻机回拖吨位的逐级加大，回拖管道的能力也逐步增强，回拖管径从dn110到dn1200，回拖管道长度从300m到2050m。但是，十几年下来，水平定向钻管道施工工序中的逐级扩孔工艺，很少改变。传统的逐级扩孔工艺切削地层能力弱，需要人工应用b型大钳紧扣的次数多，需要的时间更长。组合式预扩孔在这样的大背景下应运而生，但是现有的组合式预扩孔的施工技术不是很成熟，尤其缺少在特定施工条件比如岩石硬度≤30mpa地层的组合式预扩孔施工方法。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明提供一种适用于岩石硬度≤30mpa地层的组合式预扩孔施工方法，相较于逐级式预扩孔节约了人工应用b型大钳紧扣的次数，节省了时间，减少了人员操作过程中的安全隐患。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种适用于岩石硬度≤30mpa地层的组合式预扩孔施工方法，包括以下步骤，
6.s1：钻机就位；
7.1.1根据施工地层实际情况确定地锚锚固力以满足设计及施工规范的要求；
8.1.2根据设计图纸中入土点及出土点的坐标，确定钻机穿越的轴线；
9.s2：钻导向孔；
10.2.1根据回拖管径的最大曲率半径及图纸说明要求，确定导向孔钻进曲线，确定钻杆数量、每根钻杆的最大折角以及连续4根钻杆的最大累计折角；
11.2.2导向孔钻进，过程中实时监控泥浆性能以确保满足设计及规范要求，同时控制推力值和扭力值，严禁进行强扭及强推；
12.s3：组合预扩孔；
13.3.1安装组合式预扩孔钻具，将所述组合式预扩孔钻具的角度调整至和钻杆的出土角度一致，配合钻机端的旋转及拉力，实现所述组合式预扩孔钻具的顺利入洞；
14.3.2通过钻机动力头提供动力给所述组合式预扩孔钻具以切削地层，同时利用泥浆循环系统将孔洞中的切削物质流出孔洞；
15.3.3重复所述3.1、3.2从而获得所需要的孔径；
16.s4：洗孔；
17.4.1检查所述组合式预扩孔钻具的质量；
18.4.2洗孔过程中提升泥浆材料的性能并时刻关注钻进参数的变化；
19.s5：主管回拖。
20.进一步的，所述s1中钻机穿越的轴线与管道穿越轴线在同一直线上或者平行于管道穿越轴线。
21.进一步的，所述泥浆材料的性能包括泥浆黏度、泥浆排量和泵压。
22.进一步的，所述泥浆材料选用环保型膨润土。
23.进一步的，所述s3过程中要时刻注意扭矩参数值、推拉力参数值来控制拉力行走速度和扩孔器旋转速度。
24.进一步的，所述组合式预扩孔钻具包括一级组合式预扩孔钻具，所述一级组合式预扩孔钻具包括按顺序可拆卸连接的钻机动力头、钻杆、dn400扩孔器、dn500扩孔器、dn600扩孔器和钻杆。
25.进一步的，所述钻机动力头、钻杆、dn400扩孔器、dn500扩孔器、dn600扩孔器和钻杆之间螺纹连接。
26.进一步的，所述泥浆循环系统包括现场泥浆实验室，所述现场泥浆实验室连接有泥浆罐组合系统和除砂装置，所述泥浆罐组合系统和除砂装置之间连接有除泥装置，所述泥浆罐组合系统连接有泥浆泵组合系统，所述泥浆泵组合系统连接有钻机泥浆系统，所述钻机泥浆系统连接于组合式预扩孔钻具，所述组合式预扩孔钻具连接有泥浆池，所述泥浆池又连接于除砂装置。
27.本发明的有益效果：
28.1、在实际施工技术方面上：组合式预扩孔工法，比常规的逐级式预扩孔工法在实际操作方面具有极大的普及性，实现高速预扩孔的目的。
29.2、在实际施工效果方面上：组合式预扩孔比常规的逐级式预扩孔效果要好。具体表现在切削地层方面上，组合式预扩孔的切削能力是逐级式预扩孔切削能力的9倍。
30.3、在施工过程中组合式预扩孔比逐级式预扩孔节约了人工应用b型大钳紧扣的次数，节省了时间，减少了人员操作过程中的安全隐患。
31.4、组合式预扩孔比逐级式预扩孔工期短、成孔好、成本低、更安全，具有使用价值和推广价值。
附图说明
32.为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
33.图1是本发明的流程示意图；
34.图2是本发明中泥浆循环系统的流程示意图；
35.图3是本发明切削地层的工作原理示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明进一步说明，如说明书附图中的图1至图3所示，以粤西天然气主干管网茂名
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阳江干线项目2标段线路工程中的共青河定向钻工程为例：包括以下步骤，
37.s1：钻机就位；
38.1.1根据施工地层实际情况，计算回拖力为1600kn，考虑2～3倍的安全系数，地锚的锚固力应≥3200kn。
39.1.2根据设计图纸中入土点及出土点的坐标，确定钻机穿越的轴线，钻机穿越的轴线应与管道穿越轴线在同一直线上或者平行于管道穿越轴线。
40.s2：钻导向孔；
41.2.1确定导向孔钻进曲线满足设计及规范要求，确定每根钻杆最大折角为0.8
°
，四根钻杆最大累计折角2.2
°
；
42.2.2导向孔钻进，过程中实时监控泥浆性能以确保满足设计及规范要求，包括：泥浆粘度根据地层需要控制在45～55s；泥浆排量控制在500～600l/min；泵压控制在≤5mpa。导向孔钻进过程中，使推力和扭力控制在中低范围内，扭矩值：应用高档转速，仪表盘显示≤10mpa；拉力值：应用快档转速，仪表盘显示≤5mpa，严禁进行强扭及强推。
43.s3：组合预扩孔；
44.3.1导向孔施工完成后，卸下钻头螺杆钻具(泥浆马达)，然后安装上组合式预扩孔钻具，安装过程中要注意安装角度以确保扩孔钻具的丝扣不受损伤。组合式预扩孔钻具包括一级组合式预扩孔钻具，一级组合式预扩孔钻具包括按顺序可拆卸连接的钻机动力头、钻杆、dn400扩孔器、dn500扩孔器、dn600扩孔器和钻杆。比如，钻机动力头、钻杆、dn400扩孔器、dn500扩孔器、dn600扩孔器和钻杆之间通过螺纹连接。由于重力作用，组合式预扩孔钻具会将钻杆整体下压，于是应用起重机械，将组合式预扩孔钻具的角度调整至和钻杆的出土角度一致，角度控制在4
‑8°
，最好为6
°
，然后，配合钻机端的旋转及拉力，实现组合式预扩孔钻具的顺利入洞。
45.3.2通过钻机动力头提供动力给一级组合式预扩孔钻具以切削地层(原理如图3所示)，同时利用泥浆循环系统将孔洞中的切削物质流出孔洞。在一级组合式预扩孔钻具扩孔过程中，要保持泥浆粘度控制在50～65s；泥浆排量控制在2000～2500l/min；泵压控制在≤5mpa。
46.泥浆循环系统包括现场泥浆实验室，现场泥浆实验室连接有泥浆罐组合系统和除砂装置，泥浆罐组合系统和除砂装置之间连接有除泥装置，泥浆罐组合系统连接有泥浆泵组合系统，泥浆泵组合系统连接有钻机泥浆系统，钻机泥浆系统连接于组合式预扩孔钻具，组合式预扩孔钻具连接有泥浆池，泥浆池又连接于除砂装置。现场泥浆实验室综合测定泥浆性能并实时监控泥浆性能，现场泥浆实验室将数据传输给泥浆罐组合系统，泥浆罐组合系统根据数据进行泥浆性能的调配，配好后通过泥浆泵组合系统给泥浆加压，加压后的泥浆流入钻机泥浆系统，将泥浆注入钻杆，钻杆连接一级组合式预扩孔钻具，将泥浆注入孔洞，孔洞内泥浆流动，泥浆经过孔洞环空，进入泥浆池进行泥浆沉淀，经沉淀后的泥浆先经除砂装置后经除泥装置将泥浆中的颗粒和泥质清除。现场泥浆实验室同时对除砂装置和泥浆罐组合系统中的泥浆性能进行监控。
47.3.3重复上述步骤3.1、3.2，将一级组合式预扩孔钻具更换成二级组合式预扩孔钻具，再将二级组合式预扩孔钻具更换成三级组合式预扩孔钻具，循环重复步骤3.2从而获得所需要的孔径。
48.s4：洗孔；
49.4.1检查组合式预扩孔钻具的质量；
50.4.2组合式预扩孔钻具在洗孔过程中，要提升泥浆材料的性能：泥浆粘度根据洗孔需要控制在60～70s；泥浆排量控制在2200～2600l/min；泵压控制在≤5mpa。洗孔过程中还要时刻关注钻进参数的变化：扭矩值，应用高档转速，仪表盘显示≤10mpa；拉力值：应用快档转速，仪表盘显示≤5mpa。
51.s5：主管回拖。
52.通过使用本工法，成功完成了共青河定向钻dn800管线的回拖工作，线路长度为538m，穿越长度460m，成功缩短了工期24天，节约了成本35万。
53.本发明比常规的逐级式预扩孔工法在实际操作方面具有极大的普及性，实现高速预扩孔的目的；在实际施工效果方面上，预扩孔效果要好，切削能力是逐级式预扩孔切削能力的9倍；在施工过程中节约了人工应用b型大钳紧扣的次数，节省了时间，减少了人员操作过程中的安全隐患。综上所述，本施工方法工期短、成孔好、成本低、更安全，具有使用价值和推广价值。
54.以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。