MicrosoftInternetExplorer402DocumentNotSpecified7.8 磅Normal0水平定向钻机工作原理介绍

一、非开挖技术简介非开技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维修、更换或者 探测的一门施工技术。非开挖施工应用了定向钻进技术的原理，极大地降低了地下管线施工对交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响，成为现代城市技 术设施施工、建设、管理的一个重要组成部分。非开挖施工开始于1896年的美国，兴起于上世纪80年代发达国家并形成产业，我国于1953年在北京应 用非开挖技术施工，上世纪90年代开始起步，近年来发展迅速。目前在石油天然气、城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热等管道铺设与维护领域得到了广泛 应用。

二、非开挖水平顶钻机的工作原理和施工程序主要分为下面三个步骤：

1、钻头、钻杆钻进固定设备后，按照设定的角度，在 动力头的作用下，钻头带动钻杆旋转前进，并在导向仪的控制下，按照施工要求的深度和长度进行钻进，穿过地面障碍物后，穿出地面。在钻进的过程中，为防止钻 杆被土层夹紧、抱死，需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥或泥浆，同时也起到固化通道，防止管道塌陷的作用。

2、回扩头回扩在钻头带着钻杆穿出地面后，卸掉钻头，将回扩头于钻杆安装固定，动力头回拖，钻杆带着回扩头反向回拖，扩大管道直径尺寸。

3、管道回拖在回扩头回拖的同时，将管道固定在回扩头后，动力头拖动钻杆，带着回扩头和管道同时进行反向回拖运动，直至将管道拖出地面，完成管道铺设施工。

                                                 水平定向钻穿越施工中的对接技术

摘要： 在长距离水平定向钻穿越导向孔施工中， 由于钻柱与孔壁之间存在较大的摩阻， 因此钻头的旋转要明显滞后于钻机动力头的旋转， 由此造成井下工具面角难以控制， 从而使控向精度受到了影响。为解决此问题， 采用了对接技术。文章主要介绍了对接技术的原理及对接时井下钻具的组合方式

1 对接技术的优势

在非开挖管道施工技术中， 水平定向钻技术以其对交通、环境的破坏及干扰小， 施工安全高效，综合成本低等优点而备受推崇。随着该项技术的应用及发展， 产生了为适应长距离定向钻穿越施工的对接技术， 水平定向钻对接技术具有以下优势：

（1） 解决了长距离水平定向钻定向控制困难问题。在定向钻穿越过程中， 随着钻进长度的增加，钻柱受到地层摩擦阻力显著增加， 钻柱扭转变形加大， 这就导致钻机扭矩不能及时传递到钻头上， 钻头在井底处于不连续的转动状态。这种情况下， 司钻很难控制井下工具面角的朝向， 使得地表显示的工具面角与井下实际工具面角存在一定的偏差， 从而导致钻进方向失控。而对接技术则是从设计穿越曲线的入土点和出土点同时向中间钻进， 从而有效缩短了单向导向孔的钻进长度， 避免超长距离的定向控制， 钻孔方位角和倾角更容易控制， 保证了钻孔曲线的平滑。

（2） 入土点和出土点完全符合设计要求。在中短距离的定向钻穿越施工中， 一般都采用单向定向控制技术进行导向孔施工， 实际出土点很难和设计出土点完全吻合。而对接技术由于是从入土点和出土点同时向中间钻进， 就不存在出土点的位置误差问题。在穿越曲线两端采用套管隔离卵砾石层的工程中， 对接技术的优势尤为明显。

2 对接技术的应用现状

对接穿越技术已经在国内外多项重大工程施工中得到成功应用。在国内， 有钱塘江、磨刀门水道、福建LNG 东西溪、饮马河、中俄管道黑龙江穿越工程等长距离或特殊地质的导向孔对接穿越， 其中钱塘江、磨刀门水道穿越先后打破定向钻穿越的世界纪录（见表1）。

在国外， 水平定向钻对接穿越的最长距离为美国波斯顿海湾11 km 穿越， 该次穿越共分4 段进行， 其中最长的一段穿越距离超过4 km； NACAP公司采用该技术在法国的Rhone (隆河) 河谷成功穿越河谷两侧厚重的砾石层， 铺设一条总长超过1 036 m、管道直径609.6 mm 的钢质天然气管道；

非开挖定向钻施工不得不知的问题

非开挖定向钻穿越铺设地下管线技术是指利用钻凿手段在地表不挖槽的情况下，铺设地下管线的施工技术，非开挖技术在我国能源、通信及城市市政工程建设中的应用越来越广泛，尤其是在天然气、成品油、电力、自来水、管棚支护、水平降水等方面都得到了很好的应用。其特有的经济性、环保性以及较短的施工周期得到市场的认可。下面小编对三大工艺遇到的技术问题和大家一起探讨。

硬质土层、砂、卵石层的导向问题

导航钻头的选择

在选择导向钻头前，必须先了解周边地层的地质情况，很多建设单位对小型定向钻施工铺管前，都不采取地质钻探，只能通过长期在这一地区积累一些资料做为参考。当了解这一地段主要是以软地层为主，那么就采用导向板面较大的导向钻头，以尽快控制导航方向，当了解施工段是主要以砂、卵石及硬质地层为主应采用鸭嘴式，板面面积小的导向钻头并镶焊一定数量的合金片，且镶焊刃角不能过长以保护导航钻头的磨损，使其顺利通过硬质地层、砂、卵石层。

开机操作的技巧

当导向钻头穿越砂、卵石层及硬质地层时，想改变轨迹方向时，如果一昧地想顶进，就会产生钻杆弯曲，导向钻头出水口堵塞等情况，根据工作经验，应采用边顶进带回转的操作方法，例如想将方向朝上，那么操作人员就应将给进顶力控制在钻杆将要弯曲时，另一手控制回转手把，使导向钻头方位在11――1方向之间，使导向钻头在这区间左右转动，使其缓慢钻进但效果很好，这种方法一定要注意泥浆的配制，特别砂、卵石难成孔，应配置较大比重泥浆保护孔壁，硬质土层孔壁与导向钻头外径间隙较小，需及时把岩霄排出孔外，防止导向钻头、钻杆抱死。

扩孔中存在的问题

缩径

软土层扩孔，容易产生缩径现象，从表面上看：卸钻杆时，孔内泥浆通过钻杆倒流压力大，说明孔内有缩径现象，此时，扩孔钻头回拉艰难，机械负荷变大，操作不当时可能产生抱钻事故，此时的司钻手操作时应采用轻拉慢转，紧盯仪器表盘，根据情况操作，泥浆师就要选用固相泥浆护壁，使孔内压力平衡，保持成孔。

坍孔

沙质粘土层、沙层、松散回填土层扩孔易坍孔、抱钻、卡钻，严重时可能出现路面裂缝下陷。选用固相泥浆、重胶质固相泥浆护壁。可有效的防止坍孔。如果块石堆积处坍孔，只有将块石清除都方可继续扩孔，此时的司钻手操作方法是：轻拉慢转，密切关注仪器表盘，待扩孔通过坍孔处时，钻头向后推，重新扩孔一次或多次，直至此孔较达到正常扭矩，如发现石头在钻头后部可采用将推向尾部工作坑取出石头。

泥浆漏失或不返浆

在松散的回填土层、地下水位较低、沙质粘土层、沙层、河床底的软土层扩孔，泥浆不从孔口返出，而是从孔内漏失，此时司钻手要适当控制泥浆泵量，泥浆师就要调制：增大泥浆浓度和粘度，在孔壁上形成泥皮阻漏，有效地防止泥浆漏失，在穿越河流时，泥浆漏失严重可在泥浆中加水泥或粉煤灰来控制漏失。

在扩孔或回拖铺管时，常见泥浆从