长距离、大口径定向穿越施工中相关技术难题探讨

分析了国内外长距离、大口径管道的施工案例,探讨了长距离、大口径定向钻施工中导向孔、扩孔、回拖3个阶段存在的几个技术难题。长距离导向孔钻进中,由于钻进孔洞小、距离长,钻柱产生的摩擦阻力加大,影响了钻压的有效传递,无法保证有效的钻压来满足高速钻进要求;大口径扩孔过程中多级扩孔增加了孔洞的扰动次数,在不稳定地层导致孔壁稳定性变差;在管道回拖过程中,由于孔径及回拖力较大的原因,当钻杆卸扣时,钻杆的拉力突然释放导致钻杆的回弹,影响了回拖的效率。针对这些问题产生的原因、后果进行了分析。提出了导向孔加压技术、大级差扩孔技术以及钻杆防回弹技术等相应的解决措施,为今后在长距离、大口径定向穿越施工提供参考。     

水平定向钻穿越冰水沉积层技术探索与实践

油气长输管道常采用水平定向钻(HDD)方式穿越河流,我国四川盆地内一些河流地层以冰水沉积为主,其中含有大量的卵砾石,穿越施工风险较高,结合兰成渝输油管道某河流穿越改造工程,对冰水沉积地层特点以及相应的穿越风险因素进行了分析,选择了合理的钻具组合,并针对钻具组合进行了钻具受力分析,确定钻杆最大应力为171.5 MPa,选择的钻杆能够满足施工要求。考虑到冰水沉积地层特点,采用套管隔离表层卵砾石、大直径钻头和带有角度泥浆马达、高黏度泥浆护壁、改性环氧玻璃钢外防腐层防护等措施,现场实施结果显示,定向钻钻孔稳定性良好,管道回拖施工过程中回拖力平稳,为水平定向钻穿越卵砾石层提供了新的思路。     

水平定向钻孔剖面测量系统的研制

水平定向钻在穿越复杂地质情况下,施工中容易出现钻孔坍塌、钻杆断裂等技术难题。通过对超声波在定向钻泥浆中传输规律的研究,建立了定向钻剖面测量的超声工艺模型,在嵌入式控制平台上开发出用于水平定向钻孔剖面测量的超声测量系统,可以对钻孔形状进行测量,对穿越轨迹上的地质情况进行核查,并通过检测软件对穿越轨迹进行三维剖面图显示,指导复杂地质条件下的水平定向钻施工过程,降低穿越风险。     

长距离岩石水平定向钻进中的难点分析

在长距离岩石水平定向钻进施工中,许多在短距离穿越中的施工技术和以往的施工经验,往往已经不能完全符合实际施工情况,本文从定向钻穿越中导向孔钻进,扩孔,管道回拖这三个阶段分析了长距离岩石水平定向钻进的难点,并根据以往的施工经验和对相关资料的总结,对这些难点提出了相应的解决方案,这对实际施工具有一定的指导意义。     

地质勘探套管钻进技术专用套管的研制及应用

地质勘探套管钻进技术中的专用套管是实现套管钻进的关键因素之一。本文介绍了在地质勘探套管钻进过程中,专用套管作为绳索取心钻杆,传递钻压和扭矩,钻进结束后,作为技术套管留在孔内,恢复护壁套管功能。通过室内试验完成专用套管结构、材料及加工工艺等的选型和研制,且经过实际野外应用效果良好。     

定向钻进套铣打捞钻杆的设计

通过对常用定向钻进配套钻具打捞工艺的对比分析,明确了采用套铣打捞工艺处理煤矿井下近水平定向钻进中出现的塌孔、卡钻、埋钻等孔内事故的可行性与实用性。根据其工艺施工要求,结合煤矿井下近水平定向钻进系统配套钻具具体参数,研制了能够满足额定扭矩6000 N·m钻机使用要求的定向钻进套铣打捞钻杆。成庄矿的应用表明,采用套铣打捞工艺处理近水平定向钻进时孔内事故（塌孔、卡钻、埋钻等）可行性较强,且套铣打捞钻杆结构设计合理,能满足套铣打捞工艺的使用要求。     

鉴江定向钻进穿越铺管工程施工技术

以广东茂名鉴江定向钻进穿越铺管工程为例,叙述了定向钻进穿越铺管的施工方法、优缺点以及在本次穿越施工过程中遇到的挫折。所取得的经验和教训对今后定向钻施工技术的采用具有一定的指导意义。     

DN630供水管道定向钻穿越淮河工程的设计和施工

作为非开挖施工的一个分支,定向钻穿越技术得到了越来越广泛的应用。本文以DN630供水管道定向钻穿越淮河工程为例,介绍了定向钻穿越的技术特点,指出了设计基本原则及设计要素如管道钻进的入土角、出土角、曲率半径和穿越深度等确定方法,并阐述了定向钻穿越施工工艺流程及泥浆配制、钻导向孔、扩孔及管道回拖等主要施工工艺。     

浅谈水平定向钻穿越设计

本文简要介绍了水平定向钻穿越的技术特点,指出了设计步骤及应注意的技术要点,阐明了水平定向钻技术在管道穿越施工中的优势,及其广泛的应用前景。管道水平钻进的入土角、出土角、曲率半径和穿越深度等设计要素的确定方法,分析了管道强度和回拖力的计算方法。     

BH-114型套管钻进在福建马坑铁矿复杂地层中的试验应用研究

介绍了BH-114型套管钻进工艺在福建马坑铁矿ZK9501孔复杂地层中的试验应用情况。试验表明,采用D114mm套管代替绳索取心钻杆传递钻压和扭矩驱动孔内套管取心钻具回转钻进,用绳索取心打捞原理,在不提钻情况下进行绳索取心钻进,检查或更换孔底主、副钻头,实现不提钻头取心钻进到预定孔深,有效穿越复杂地层,减少起钻次数,避免因起钻次数多而导致孔内孔壁不稳定及其引发的孔内事故,降低劳动强度,改善施工环境和促进安全生产。     

冲击倾向性煤层注水对钻进中吸钻卡钻的影响及试验

应用螺旋钻杆局部预测和评价冲击地压等动力灾害时易发生吸钻、卡钻等钻孔动力现象。为研究具有冲击倾向性煤层注水对吸钻、卡钻的影响规律，通过建立钻杆力学模型分析吸钻、卡钻动力现象产生机理，探明煤体应力和钻屑量是影响吸钻、卡钻发生的重要影响因素，推导了注水煤体的钻杆推力、钻杆扭矩等钻削力学参数计算公式，分析煤层注水后煤体应力重分布规律与钻屑量变化规律，并利用钻孔多参量测试系统，在井下对不同含水率煤体进行钻孔试验，从而研究钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量随煤体含水率的变化规律，并结合现场观测到的吸钻、卡钻动力现象，深入研究冲击倾向性煤层注水对煤体力学性质及吸钻、卡钻力学特性的影响。研究结果表明:吸钻时，钻杆推力值明显降低，卡钻时，钻杆扭矩值急剧升高；钻杆推力、钻杆扭矩均值增大幅度和钻屑量均值减小幅度随煤体含水率增大呈现先增大后减小的变化趋势；吸钻、卡钻点随煤体含水率的增大逐渐向煤壁深部转移；井下钻杆推力、钻杆扭矩及钻屑量的数据变化特征与煤体应力分布具有较好的对应关系。研究结果可为冲击地压预测和井下钻孔安全作业提供一定理论借鉴和工程指导。      

东庞矿奥灰含水层多分支水平孔卡埋钻事故处理

近年来,随着定向钻进技术的不断发展,随钻测量技术和受控定向螺杆钻具的制造工艺日趋成熟。地面定向水平钻孔在石油、天然气、页岩气、盐矿等领域得到广泛应用。地面定向水平分支孔注浆在煤矿防治水领域的应用开始大面积推广,在钻进过程中经常发生各种各样事故,造成大量的人力、物力、财力的损失,甚至导致全孔报废及人员伤亡。因此,如何减少或是避免事故的发生,保证钻进工作的顺利进行,是当前面临的重要课题。本文结合冀中能源股份有限公司东庞矿9400采区奥灰含水层区域注浆改造一期工程钻探工程DB2-E3地面定向水平孔施工时发生卡埋钻事故成功处理的实例,总结了水平注浆孔卡埋钻事故预防措施,对水平孔安全施工具有一定参考意义。     

水平定向钻进铺设管线的测量技术

对于安全优质水平定向钻进铺设管线来说，测量技术至关重要。介绍了施工前对已有地下管线和土层的探测、钻进时对钻头的跟踪和导航、以及铺设管线前后的测量问题，还介绍了测量仪器的工作原理、基本性能和适用范围。     

Direction of stress,southern Sydney Basin

The results of in‐situ measurements, seismic studies of the Robertson Earthquake of 1961 and the Burragorang Earthquake of 1973, geological observations made during construction of Warragamba Dam and the Pipe Head‐Potts Hill Tunnel, and foundation investigations into dams in other catchment areas, do not indicate agreement as to the direction of maximum horizontal stress in the southern part of the Sydney Basin.

The geological observations include rock movements recorded as a consequence of excavation affecting the stress pattern. These movements were displacement of strata along bedding planes in calyx and diamond drill holes, and cracking of rock in excavations and tunnels. Results of drilling and water testing of the foundations of the older dams, constructed between 1904 and 1941, indicate that stress relief could have taken place beneath the river beds to at least the depth of drilling, which, in one case, was some 90 m.

The major structures of the Sydney Basin probably formed as a result of the main horizontal compression being in an E'‐W direction; this E‐W stress field would have been active during the cratonisation of the Permo‐Triassic sediments to the older Palaeozoic rocks. Subsequent to this cratonisation, the maximum direction of horizontal stress has changed to a general N‐S direction.     

钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究

为准确预测预报冲击地压危险性,提出一种通过监测钻孔过程中钻杆推力、钻杆扭矩与钻屑量等钻孔多参量指标变化规律来预测冲击危险性的方法。利用自主研制的钻孔多参量一体化测试装置,在实验环境下对不同煤体应力状态下的多参量指标进行测试分析,发现钻杆扭矩与钻屑量均随着煤体应力的增大而增大,钻杆推力随着钻进时间的增加呈现先增大再减小,并出现波谷随后增大最后减小的规律。在相同钻机及钻具条件下,进行井下原位钻孔试验,结果表明:随着钻进深度增大,钻杆扭矩与钻屑量变化规律呈现较好一致性,在5 m深度前均先增大随后减小;钻杆推力在1~4 m内呈上升趋势,在5 m处下降至波谷位置,随后推力值再次上升,最后呈稳定趋势。对此区域应力分布带情况进行划分,可确定应力峰值点大致在孔深5 m处,并利用SPSS数据分析软件初步确定此试验点钻杆推力临界指标为7.5 kN,钻杆扭矩临界指标为50.0 N·m。研究结果可为冲击地压等煤矿动力灾害危险性的预测预报提供理论基础与工程指导。      

Efficient drilling in horizontal directional drilling by implementing the concept of specific energy

The oil and gas industry has successfully used the concept of specific energy (SE) to maximise drill rate and identify inefficient conditions in drilling operations. This paper proposes the idea of implementing the concept of SE in horizontal directional drilling (HDD), a pipeline installation technique which was adopted from horizontal oil well drilling technology. The similarity of the HDD technique with oil well drilling makes SE surveillance a very useful tool in HDD operations. SE monitoring during the drilling stage of HDD can address drilling dysfunctions and maximise the rate of penetration. SE can be calculated in real-time and displayed to the rig personnel during the operation. This paper discusses the concept of SE and how it can be used in HDD projects, and it also illustrates an example application of SE in a case study.     

可控土层挤密非开挖管线铺设方法及应用

介绍了4种方向可控的土层挤密式非开挖管线铺设方法：可控冲击矛挤密工法、可控冲击矛水平钻进技术、先导式土层挤密施工技术和土层挤密式微型隧道施工技术。同时，还对各种施工方法的使用条件和应用情况作了简要论述。     

水平井卡钻事故处理实践及预防措施探讨

冀中地区第三系地层以紫红泥岩、灰色细砂岩为主,泥岩造浆能力较强,有些地区地层很不稳定,给钻井施工带来难度,特别是水平井施工工艺复杂,极易发生卡钻事故,一旦发生卡钻事故,处理不当,损失巨大。通过一口水平井事故的发生、事故成功解除为例,总结出水平井施工过程中的复杂事故预防措施,对该地区及其它地区水平井施工提供一些借鉴。     

非旋转护箍在腰青33-2HF井水平段小井眼应用

水平井钻井的最大难题是如何降低钻井摩阻。目前降低摩阻的工具主要有轴承短节、低扭矩钻杆、DSTR短节、振荡减阻器等,而对非旋转钻杆护箍降低摩阻作用的研究较少。与非旋转钻杆护箍相比,其它各种工具均具有一定局限性,主要表现在接头和短节使用太多会降低钻具安全性,容易形成键槽等。腰青33-2HF井水平段钻进时采用非旋转钻杆护箍,大大降低了钻具与井眼的摩阻,使钻速提高了40.40%,钻井周期缩短57.79%,为水平井钻井提供了很好的借鉴。     

易坍塌地层双管水平定向钻进工艺研究

水平定向钻进技术已被广泛地用于铺设各种管线,具有施工速度快,对地面破坏小,不会影响已有管线的正常使用等优点。但是,在砂卵石和粉细砂类易坍塌地层中,常规的单钻杆水平定向钻进常会出现导向偏差和钻孔坍塌等事故。在已有技术的基础上,开发出了一套双管水平定向钻进系统,包括双回转动力头钻机、内外钻杆、双管导向节。通过现场应用证明了该双管系统具有导向精度高、调整方向灵敏等优点,能克服易坍塌地层带来的导向精度差和钻孔坍塌等难题。