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5.1回拖力计算及钻机能力分析

1.主要施工设备性能表

公司的德国海瑞克HK250t钻机最大拖拉力为250t，该钻机施工能力能够满足该工程需要。HK250t型定向钻机具体性能见下表：

2020年第三季度电网工程设备材料信息价(总第33期)（2020年9月27日）.pdf传动功率（在2100转速/分）钟）

经过以上回拖力的计算和设备能力情况的调查，用于此项目工程施工的设备完全可以满足施工的需要。

5.2钻机及配套设施就位

1.由于钻机工作对稳定性的要求，现场用σ=20mm钢板制作一具钻机固定地锚，规格3.5×2×1.5m。根据入土角度，计算出地锚坑与钻机的距离，然后开挖一个3.5×2.5×2m的地锚坑。将地锚就位，地锚内用人工充满沙子。为保证地锚在钻机回拖管道时的稳固，在地锚前用100＃槽钢、DN200钢管制作止推挡板。

2.要保证穿越方位的准确，必须严格按照设计桩位测量放线。由于河流穿越两岸有堤坝阻挡，一般都不能通视，因此要使用全站仪对设计桩位复测，复测后核对设计图纸与现场桩位无误才能进行正式测量放线。测量放线时要重点做好穿越轴线的放线，轴线放完后，使用经纬仪控制，将钻机准确就位在穿越轴线上，保证钻机、入土点和出土点保持在一条直线上。

3.为防止配制泥浆时的粉尘飞扬对施工现场周围环境造成污染，现场在泥浆配制区搭设工棚一座，将泥浆罐、泥浆泵、泥浆材料及电气设备都放置在工棚内，既能防雨防风有能控制粉尘飞扬。工棚尺寸为20m×10m×3m，用2〞建筑脚手架做骨架，四周和顶部安装防雨布。

4.配制泥浆的水源就近取用河水。在河边安装自吸泵2台，从河边至穿越入土端泥浆罐铺设4＂消防水带500m。

5.在钻机至泥浆坑之间开挖1m宽引沟，沟底铺防雨布，将装卸钻杆时流出的泥浆排入泥浆坑，防止泥浆渗入地层。

6.钻机及配套设备就位：按施工平面布置图将钻机及配套设备安装在预定位置，并进行调试，保证设备正常工作。

根据以往经验及相关参数推算泥浆坑为下列尺寸能够满足施工要求：入土端：10×10×2m出土端：10×15×2m。

泥浆坑开挖完成后，在坑内铺防雨布2层，然后在防雨布上坑的内壁砌筑红砖一层，红砖上用素灰罩面，防止泥浆渗入地层。

1.当穿越的各项准备条件具备后，对控向系统进行最后的调试，将探头在地面上进行各种角度的旋转，测定其各种参数，以分析判断其在地下是否能正常工作。

2.开钻前应仔细分析地质资料，确定泥浆体系的组成。正式开钻前12小时，配制3罐泥浆。

3.通过查表，取得当地磁偏角的值，后通过实际测量算得早、中、晚不同时段磁偏角的值。

4.当现场条件具备后，按设计曲线钻导向孔，并根据管径大小确定每根钻杆的折角。控制钻头的前进方向及穿越深度，钻进中随时对照地质资料及仪器参数分析成孔情况，并根据泥浆返出量及泥浆组分的变化分析、判断地下情况，如地下情况有变化，就要采取应对措施，确保穿越按设计要求进行。

5.钻进过程中保持泥浆压力和排量的均衡稳定。淤泥层和粘土层中泥浆压力控制在3.0MPa以下，排量控制在1～1.5m3/min。

7.严格按照施工规范和设计图纸进行施工，保证钻进的整个过程在设计和施工规范规定的范围内进行；尤其注意单根钻杆折角不能超过1.5°，4根钻杆累加折角不能超过4.0°。

8.根据工程地质条件选用钻具，在软地层中钻进导向孔应使用不安装泥浆马达的喷射鸭嘴钻头，由于控向探头与钻头之间减少了泥浆马达的长度和重量，地面计算机获得的数据更及时，使钻头前进方向和井斜角比较容易控制。

5.4.1未知障碍物的保护

1.对于设计尚未标明的地下障碍物，主要是事先进行广泛调查。利用一切可能的机会访问当地有关人员，收集障碍物信息，由项目工程部进行汇总。

2.管沟开挖过程中发现了地下文物、管道等，应立即停止开挖，通知有关部门。

1.根据本工程实际情况，Φ610管道需要进行4次预扩孔：24″30″36″42″。扩孔器使用板式扩孔器和筒式扩孔器。

2.扩孔器入孔前，在入土点开泵，出土点检查扩孔器水眼是否畅通，钻杆中是否有杂物。开泵时间持续3－5min。

3.扩孔过程中钻杆要进行数次倒运，使用10t挂车从入土点及时倒运到出土点。

钻头＋探头+固定接头+无磁钻铤+钻杆

钻杆+24″筒式扩孔器+钻杆

钻杆+30″筒式扩孔器+钻杆

钻杆+36″筒式扩孔器+钻杆

钻杆+42″筒式扩孔器+钻杆

钻杆+42″扩孔器+万向节+管线

根据钻头出土位置及出土角度开挖发送沟，使发送沟角度与出土角度一致。用挖掘机开挖发送沟，尺寸为上口宽1.8m，下口宽1.5m，深1.5m。发送沟内不得有石块、树根和硬物，以免划伤管道防腐层。沟内注水，将管道浮起，减少回拖力。

1.回拖是定向钻穿越的最后一步，也是最为关键的一步。采用方式为：管线前端连接42″扩孔器及万向节，由钻机牵引向入土点回拖。

2.管道回拖前，将施工现场所有设备整体检修一次，加油注水，更换过滤器，保证设备在最佳状态下工作。

3.回拖前，应将管线放置在发送沟内。沟内注水，确保将管线浮起。

4.回拖过程中，要控制泥浆泵泵压，保证井壁稳定。

1.本工程中泥浆工艺要考虑的几个问题如下：

1）钻出物携带与悬浮，预防钻出物床的形成

2）孔壁稳定，防止坍塌；

5）回收泥浆的性能调整。

5.8.1有效携带钻出物，保证井内清洁，施工中必须做到：

1）泥浆性能优良。保证具有一定的网状结构、一定的粘度及切力来悬浮钻出物。

2）粘土水化分散好，使用降失水剂及井壁稳定剂，增强泥饼的强度及韧性，失水控制小于10ml。

3）工程上除严格控制速度外，应坚持开泵时先小后大的原则；钻进过程中发生漏失应立即减少排量，加入足够的堵漏剂。

4）通过加入润滑剂，减少钻具磨损，减少环空阻力，提高泥饼质量，防止卡钻。

8～10％钠搬土＋1.5％改性淀粉＋1.0％CMC＋1.0％碳酸钠＋1～2％润滑剂＋2～3％防塌剂。开钻前应仔细分析地质资料，确定泥浆体系的组成。正式开钻前12小时，配制3罐泥浆，使泥浆有充分的循环时间，为导向孔的钻进提供优良的泥浆体系。穿越中各井段泥浆性能要求如下：

1）造斜段：泥浆的粘度稍低T／CECS 94-2019标准下载，流动性能良好，增强泥浆动切力，保证将较大砂粒、石英砾石携带出井眼。

2）水平井段：该层应增大切力，增强携带能力，防止井眼塌方，卡钻。少量添加高效润滑剂的用量，减小钻进阻力。

3）预扩孔：增强泥浆的造壁性和抑制能力，适当增加CMC和改性淀粉用量，防止井壁坍塌。增强泥浆静切力。

4）回拖：增强泥浆静切力，提高悬浮能力，提高泥浆的润滑性，降低摩阻。

1）泥浆是定向钻穿越施工中必不可少的用料，由钠土和各种化学添加剂配置而成。钠土基本上取自自然，对环境没有污染，污染物是以泥浆添加剂形式出现的各种化学产品。在施工中，我们将使用“无毒无害，符合环保要求”的钠土，在保证泥浆性能的前提下，尽量减少添加剂产品的使用。

2）施工过程中，泥浆采取循环使用的方法，尽量减少泥浆用量。入土端泥浆返到泥浆坑内以后使用泥浆处理器进行除砂除泥处理，然后抽回泥浆罐使用。

3）施工前与当地环保部门签订泥浆处理协议。完工后将泥浆拉运到环保部门指定地点，进行固化处理。环保部门指定的弃浆处理地点距施工现场的运距为50Km，泥浆运输使用密闭的10t罐车。现场泥浆坑遗留的少量泥浆进行深埋处理，埋深保证在地面下1.5m。

1.总结以往穿越的施工经验，在管线回拖以前，在出土侧准备200t滑轮组1套及配套机具，一旦出现意外情况，马上进入现场进行处理。

2.在钻进及预扩孔过程中旋挖基础桩施工方案，应间隔30min测量井口返出泥浆性能参数，分析地下情况。如果发现井口不返泥浆，有可能是泥浆在地层内漏失或井眼坍塌。此时，必须立即调整泥浆性能，加大降失水剂、防塌剂用量或调整泥浆动、静切力，并调整泥浆泵排量，配合泥浆性能处理地下情况。