油气管道复杂地质定向钻穿越技术.pdf

石油天然气 学报 江 汉石 油学院学报2 0 1 4 年 8 月 第 3 6 卷 第 8 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I A u g ． 2 0 1 4 V o 1 ． 3 6 N o ． 8 油气 管道 复杂地质 定 向钻穿越技术 李军 ，耿亚群 ，杨鸿雁 ，吴洪亮 中国石油天然气管道局国际事 业部， 河北廊 坊0 6 5 0 0 0 [ 摘要] 通过对油气管道复杂地质定 向钻 穿越技术进 行研究 ，阐述 了山体岩 石穿越、管尾推进 助力管道 回 拖 、双钻机 同步扩孔 、钻 头握手对接等技术 的主要特 点和优 势，指 出 了油 气管 道复杂 地质 定 向钻 穿越技 术攻关课题对今 后油气管道控制性工程建设起到 的重要作用。 [ 关键 词]管道工程 ；定 向钻 穿越技 术；山体 穿越 [ 中图分类号]TE 9 7 3 ． 4 [ 文献标志码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 4 0 8 ～0 2 7 5 0 2 1 技术特点 始创 于 1 9 9 3年 的廊坊 华元 机 电工程 有 限公 司 ， 自主开发 了 HY 一 2 5 0至 HY 一 9 8 0 0系列 大 中型 水平 定 向钻机及 配 套设 备 ， 回拖 力从 2 5 ～ l O 0 0 t ，是 目前 国 内具有 系 列 钻机研 制和 生产 能 力 的企业 ，也是 国 内 钻机配套能力较强的企业 。自主研发的山体穿越、对穿钻头搜寻 、握手和动力扩孔器等技术多次创造丁 国内外 定 向钻施 工 的新记 录 。 1 ． 1 山体岩 石 穿越 技术 自主研 发 动力 扩孔 钻 ，采 用 泥浆 马达 作 为 动 力 切 削 扩孔 ，岩 石 扩孔 速 度 在 1 0 ～2 0 m／ h ，广 泛应 用 于 岩石 、山体 穿越 扩孔 ，比普通 扩孔 钻效 率提 高 3倍 ，有效 解决 山体 、岩 石 的定 向钻穿 越难题 。 2 0 1 1年 7月 ，重 庆一 綦江 成 品 油 管 道 工 程 长 江 穿 越 工 程 顺 利 完 成 ，克 服 了 出入 土 点 与 穿 越 最 低 点 1 0 5 m 的高差和穿越场地受限及出土角达到 3 0 。 等 国内穿越技术难点，开创了顶推正 向扩孑 L 、入土点分 段 焊 接 、专 用 泥浆 护壁 和正 向推 送 主管道 的先 河 ，也是 定 向钻施 工又 一 新 的技 术 突破 。 1 ． 2管尾 推 进助 力管 道 回拖技 术 对于 大 口径 、长距 离 的管道 在 流沙层 等 不易成 孔 地层 穿越 时 ，如果 管道 的 回拖 阻力 超 出钻具 所能 承 受 的 范 围 ，需 要采 取管 尾推 进助 力法 辅助 管 道穿 越 。华 元 自主研 发 制造 了推管 机 最 大推 力 5 0 0 t ，穿 越推进速度范 围在 O ～5 m／ mi n 。2 0 1 1 年 1 月 ，秦皇岛一 沈阳天然气管道工程辽河穿越过程中，针对流沙 回拖 阻力 的 困难 ，采用 自主研发 推 管 机进 行 管 尾 推 进 助 力 技 术 进行 管 道 回拖 ，创 造 了管径 l O 1 6 mm 管 道 穿 越长 度 1 5 7 8 m 的国 内纪 录 。 管尾 推进 助力 回拖 技术 适用 于管道 出土 点作业 空 间受 限 的现场 施 工环境 ，可实现穿 越 管道入 土点 和 出土点高差较大的定向钻穿越 。成 品油管道綦江穿越工程 曾实现管道穿越入土点和出土点 1 6 5 ． 6 m 高 差 ，管道 最高 点 和最低 点 高差 大 于 2 0 0 m 的成功 穿越 。 1 ． 3双 钻机 同步 扩孔 技 术 针对 高 硬度 、高 研磨 性岩 石层 穿越 ，除 了采 用 与地层 相 配套 的钻 具外 ，采 用双 钻机 同步扩 孔 ，提高 扩孔 效 率 ，缩 短 工 期 ，降 低 卡 、断 钻 风 险 ，增 加 泥 浆 调 配 的 灵 活 性 ， 目前 已 广 泛 应 用 于 施 工 中。 2 0 0 5年7月 ，承揽的外钓 岛一 册子岛海底管道穿越工程回拖成功 ，在施工中首次采用了导向孔对接技术 ， 首 次采 用两 台钻 机 同 步 协 调 扩 孑 L ，并 开 创 了史 上 2 3 5 0 m 长 回拖 时 间不 超 过 1 4 h的 先 河 ，创 造 了管 径 6 l O mm、壁 厚 1 5 ． 9 ram、穿 越深 度 8 1 m、穿越 长度 2 3 5 0 m 的管道 穿 越世 界纪 录 。 [ 收稿日期]2 0 1 40 6 1 2 [ 作者简介]李军 1 9 5 7 一 ，男，2 0 0 5 年中国矿业大学毕业，高级工程师， 长期从事国际工程管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 油气 管道工程 2 O l 4年 8月 1 ． 4钻 头握 手对接 技术 对于管道穿越距离较长，地质较软或软硬交错的复杂地层的导向孔施工，华元采用钻头握手对接技 术有效解决管道穿越难题 。当两钻头钻进至预定对接位置后开启钻头对接系统 ，一端钻机的钻头 中安装 对接导向系统的信号发射装置 ，另一端钻机的钻头中安装对接导 向系统 的信号接收装置，通过信号采 集 、计算 ，确定出两钻头的相对位置，然后根据计算扣合在一起 ，由一端钻头将另一端钻头牵引 出土， 完 成长距 离导 向孔 穿越 。 2 技术攻关 由中国石油天然气管道局牵头 ，其他研究机构参与研究的科研项 目 “ 油气管道复杂地质定向钻穿越 技 术攻 关” 已顺 利通 过上级 主管 部 门验 收 。与会专 家对 项 目创 新研 究成 果给予 高度 肯定 ，认 为该项 目涉 及工程力学 、材料、测控 、钻井 、地质 、机械 、腐蚀与防护等多学科 ，系长输管道工程建设 的重要技 术 ，及 时解 决 了中 国石油管 道建设 快速 发展过 程 中遇 到 的技术 难 题 ，项 目成 果 总体 达 到 国际 先进 水 平 ， 对 今后 油气 管道控 制性 工程 建设将 起 到重要 支撑作 用 。 针 对复 杂地 质 砂 层 、砾岩 、破碎 岩层 管道 定 向钻穿越 存在 的 问题 ，开 展 了定 向钻 穿越 技术 的 系 统性研究 ，对定向钻穿越的成孔机理、穿越过程受力进行分析 ，对管道回拖防腐层进行评价 ，研究孔洞 剖面测量技术 ，提出适用的泥浆配比手册及钻具组合，开发出了适用于定向钻穿越的专用钻具及新型防 腐 涂层 ，同时对 现有设 计施 1 二 规 范进行 优化 ，制订 针对 不 同地 质定 向钻 穿越 的施丁 工法及 钻 杆分级 管理 规范 ，为在 建及 拟建 管道 的定 向钻穿越 工程 提供技 术指 导 。 该 项 目紧密结 合 典型水 平定 向钻 穿越工程 ，通 过技 术攻关 ，研 制 了适用 于复杂 地质定 向钻穿越 专用 钻杆 、扶正器 、扩孔器、正扩钻具、出土侧钻杆上卸扣机具 ，并在相应的工程中得到应用 ；研发了复杂 地 质 穿越泥 浆配 方 、高耐磨 管道 外防腐 层配方 ，并 在依 托工程 中得 到 良好 的应 用 ；形成 了水平 定 向钻穿 越 钻具 受力 分析 与孔 壁稳定 性分 析理论 ，指 导定 向钻穿 越钻具 的优 化组 合 ，降低 了穿越工 程风 险 ；编制 了油气 管道 定 向钻穿越 勘察 设计规 范 、油气 管道定 向钻 穿越施 工验 收规 范 、复杂地 质定 向钻穿 越施 丁方 案及T 法 、定 向钻穿 越管道 外涂层 技 术 规 范 ；形 成 了定 向钻孑 L 洞 剖 面测 量可 行 性报 告 与定 向钻 钻杆 检 测 、评 价方 案 。 3 结语 油气管道复杂地质定向钻穿越技术可以降低复杂地质定向钻穿越的施工风险，提高穿越的一次成功 率 ，减 少施 工成本 ，保 障施 工工期 。 [ 编辑] 龚丹 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m