CN110145230A - 一种水平定向钻进拉管方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平定向钻进拉管方法，涉及油气管道铺设技术领域，解决了在水平定向钻进拉管施工中因遇到流沙层而不能保证钻孔的稳定性的问题。一种水平定向钻进拉管方法，其包括以下步骤：步骤一，基坑开挖；步骤二，导向钻进；步骤三，扩孔；步骤四，回拖拉管；在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，并将外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶下放到钻孔中，且向支撑桶中吹热风，不仅使形成的钻孔整体保持良好的稳定性，还能减少施工的周期，有利于提高施工效率，进而使本发明中的水平定向钻进拉管方法具有良好的应用性。
Description
技术领域
本发明涉及油气管道铺设技术领域，更具体地说，它涉及一种水平定向钻进拉管方法。
背景技术
在一些大型油气管道水平定向钻进拉管施工中，一般在路基下装设水泥套管或钢套管，将牵引管从套管中牵引过去，以保证管道和铁路、公路的安全。水平定向钻进拉管方法是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施的一种施工方法。
在公开号为CN105971518A的中国发明专利中公开了一种导向钻井铺管方法，包括如下步骤：步骤1、导向，利用钻机驱动钻杆上的导向钻按照既定的路线进行导向孔钻孔操作；步骤2、初次抽液，当导向钻完成导向孔开孔路径一半的时候，将抽液管从导向孔插入到导向钻处，将导向孔内的钻出液抽出，抽取完毕之后，导向钻继续工作直至导向孔完全加工完毕；步骤3、二次抽液，将抽液管插入到导向孔内的最低点，将导向孔的钻出液全部抽出；步骤4、回拖管线，利用拉管头将待铺管道连接固定，在钻杆端部依次安装上回扩头、分动器、拉管头，钻杆拖动待铺管道，将待铺管道安装进导向孔内。
上述专利中，二次抽液的时候，也是将抽液管伸到最低点，使导向钻钻孔的时所残留的大量钻出液一次全部抽调，有利于缩短施工的效率，但在钻孔过程中，容易遇到地下的流沙层，而流沙层的质地较软，很难保证钻孔的温定性，因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术中在水平定向钻进拉管施工中因遇到流沙层而不能保证钻孔的稳定性的问题，本发明的目的一在于提供一种水平定向钻进拉管方法，通过在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，并将外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶下放到钻孔中，以解决上述技术问题，其能够使形成的钻孔保持良好的稳定性。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案，一种水平定向钻进拉管方法，包括以下步骤：
步骤一，基坑开挖：根据管道预定轨迹及每段管道的长度，在地面上间隔挖掘出工作井与接收井；
步骤二，导向钻进：根据设定的钻进路径和定位仪的指示，利用钻机及钻杆驱动导向钻头由工作井向接收井运动，而导向钻头每次顶进距离为0.3～0.5m，并在工作井与接收井之间钻出导向孔，直至导向钻头由工作井钻进至接收井；
步骤三，扩孔：利用钻机及钻杆驱动扩孔器沿导向孔往返运动，在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，直至钻孔直径扩大为管径的1.5～1.7倍，在钻杆上装上拉泥盘，并利用钻机及钻杆拖动拉泥盘在钻孔中往返运动，排出钻孔中被扩孔器搅碎的孔内土，然后在钻杆上装上外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶，下放到钻孔中，并通入热风；
步骤四，回拖拉管：当扩孔器返回至接收井时，将管道的管头密封并延伸至接收井中，然后利用旋转接头和拉管头将管道的管头与扩孔器相连，启动拉管机开始回拉管道，直至管道的管头被回拉至工作井中。
通过采用上述技术方案，首先在地面间隔开挖出工作井和接收井，然后利用钻机及钻杆驱动导向钻头在地面以下钻出导向孔，而导向钻头每次顶进距离为0.3～0.5m，避免导向钻头钻进过快，确保导向钻头按照预定轨迹钻进，有助于保证钻进精度和施工效率；
随后，通过回拉扩孔器的方式，将导向孔扩大至指定大小,并在在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，能够在流沙层中得到良好稳定的钻孔，排出出钻孔中被扩孔器搅碎的孔内土，然后将外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶下放到钻孔中，并通入热风，使未凝固的混凝土与流沙层结合后，在热风的作用下快速凝固，不仅能够使支撑桶对钻孔起到良好的支撑和加固作用，有利于后续进行回拖拉管，还能使施工效率大大提高，进而使水平定向钻进拉管方法整体具有良好的应用性。
最后，利用拉管机及钻杆将管道由接收井经钻孔回拉至工作井，即实现管道在地下的铺设。通过这种方式，在保证管道完整铺设的基础上，避免大面积开挖路面，尤为适合路面不适于开挖的地段，从而在避免对现有公共设施造成巨大破坏的前提下，实现管道的便捷敷设。同时，该水平定向钻进拉管方法应用在含有流沙层的地段时，能够在保证施工效率的前提下，在流沙层中形成稳定的钻孔，有利于保证施工过程中的稳定性，且具有较高的施工效率。
进一步优选为，所述步骤三中，卵石、片石和粘土的混合体积为钻进体积的0.4～0.6倍。
通过采用上述技术方案，控制卵石、片石和粘土的混合体积，能够使其充分挤入流沙层内，并在钻孔内形成一层护壁，且不会在钻孔中残留较多的卵石、片石和粘土，使扩孔器沿导向孔往返运动时，能够快速稳定的进行扩孔作用。
进一步优选为，所述步骤三中，卵石、片石和粘土的质量比为1：(2～3)：(1.3～1.5)。
通过采用上述技术方案，控制卵石、片石和粘土的比例，有利于使挤入流沙层内的卵石、片石和粘土在钻孔内形成一层良好稳定的护壁，使扩孔器在对导向孔进行扩孔作业时，能够在流沙层内形成良好稳定的钻孔，且不易出现塌孔。
进一步优选为，所述步骤三中，热风的温度为60～80℃，风速为1.5～3.5m/s。
通过采用上述技术方案，热风的温度为60～80℃，风速为1.5～3.5m/s，能够使支撑桶外侧壁上的未凝固混凝土能够快速凝固，且在凝固过程中不易发生开裂，使流沙层中的钻孔保持良好的稳定性。同时，温度为60～80℃，风速为1.5～3.5m/s，能够使支撑桶内部受热均匀，且能减少热量的浪费，有利于节约能源。
进一步优选为，所述步骤三中，逐级增大所使用的扩孔器的直径，对导向孔进行多级扩孔，且每次回扩级差为100～150mm。
通过采用上述技术方案，通过逐级回扩的方式，直至将钻孔达到预定大小，不仅能够避免扩孔跑偏轨迹，还能降低钻孔坍塌的风险，保证钻孔内壁相对光滑。同时，每次回扩级差为100～150mm，能够使卵石、片石和粘土充分挤入流沙层内，并在在钻孔内形成一层良好稳定的护壁，提高了施工过程中的稳定性，并保证了施工效率。
进一步优选为，所述步骤四具体设置为，回拖拉管：当扩孔器返回至接收井时，将管道的管头密封并延伸至接收井中，然后利用旋转接头和拉管头将管道的管头与扩孔器相连，启动拉管机开始回拉管道，直至管道的管头被回拉至工作井中，利用高压注浆泵及管路向管道与支撑桶内壁的间隙注入水泥、粉煤灰和膨润土的混合浆液，而支撑桶上开设有多个通孔，直至填满管道周围的空隙。
通过采用上述技术方案，水泥、粉煤灰和膨润土的混合浆液能够将管道充分固定在支撑桶内，且部分水泥、粉煤灰和膨润土的混合浆液会穿过通孔，并填充在支撑桶与流沙层钻孔之间，进而起到良好的加固作用，并大大提高了流沙层钻孔、支撑桶和管道间的结合性，有利于使水平定向钻进拉管方法的整体应用性大大提高。
进一步优选为，所述步骤四中，水泥、粉煤灰和膨润土的质量比为(8-10):(6-8):3。
通过采用上述技术方案，控制水泥、粉煤灰和膨润土的比例，能够使流沙层钻孔、支撑桶和管道之间具有良好的结合性，并能充分分散填充在缝隙中，有利于保证施工的整体质量。
进一步优选为，所述步骤三中，支撑桶的内侧壁上设置有环形铁丝网。
通过采用上述技术方案，环形铁丝网使支撑桶与管道形成稳定的间隙，有利水泥、粉煤灰和膨润土的填充，且环形铁丝网与水泥、粉煤灰、膨润土充分混合，能够在支撑桶与管道之间形成良好稳定的固定层，进而大大提高了整个施工的质量。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，能够在流沙层中得到良好稳定的钻孔；而将外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶下放到钻孔中，并通入热风，使未凝固的混凝土与流沙层结合后，在热风的作用下快速凝固，使流沙层中的钻孔不易出现塌孔，进而使水平定向钻进拉管方法整体具有良好的应用性；
(2)利用高压注浆泵及管路向管道与支撑桶内壁的间隙注入水泥、粉煤灰和膨润土的混合浆液，而支撑桶上开设有多个通孔，不仅对钻孔起到良好的加固作用，还大大提高了流沙层钻孔、支撑桶和管道间的结合性，有利于提高整体施工的质量；
(3)通过控制各工艺件参数变化，能够在保证施工效率的前提下，在流沙层中形成稳定的钻孔，有利于保证施工过程中的稳定性，且具有较高的施工效率。
附图说明
图1为本发明中一种水平定向钻进拉管方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：一种水平定向钻进拉管方法，包括以下步骤：
步骤一，基坑开挖：根据管道预定轨迹及每段管道的长度，在地面上间隔挖掘出工作井与接收井；
步骤二，导向钻进：根据设定的钻进路径和定位仪的指示，利用钻机及钻杆驱动导向钻头由工作井向接收井运动，而导向钻头每次顶进距离为0.4m，并在工作井与接收井之间钻出导向孔，直至导向钻头由工作井钻进至接收井；
步骤三，扩孔：利用钻机及钻杆驱动扩孔器沿导向孔往返运动，逐级增大所使用的扩孔器的直径，对导向孔进行多级扩孔，且每次回扩级差为125mm，并在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，且卵石、片石和粘土的混合体积为钻进体积的0.5倍，而卵石、片石和粘土的质量比为1：2.5：1.4，直至钻孔直径扩大为管径的1.6倍，在钻杆上装上拉泥盘，并利用钻机及钻杆拖动拉泥盘在钻孔中往返运动，排出钻孔中被扩孔器搅碎的孔内土，然后在钻杆上装上外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶，下放到钻孔中，并通入热风，热风的温度为70℃，风速为3.5m/s；
步骤四，回拖拉管：当扩孔器返回至接收井时，将管道的管头密封并延伸至接收井中，然后利用旋转接头和拉管头将管道的管头与扩孔器相连，启动拉管机开始回拉管道，直至管道的管头被回拉至工作井中。
实施例2：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，导向钻进：根据设定的钻进路径和定位仪的指示，利用钻机及钻杆驱动导向钻头由工作井向接收井运动，而导向钻头每次顶进距离为0.3m，并在工作井与接收井之间钻出导向孔，直至导向钻头由工作井钻进至接收井。
实施例3：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤二具体设置为，导向钻进：根据设定的钻进路径和定位仪的指示，利用钻机及钻杆驱动导向钻头由工作井向接收井运动，而导向钻头每次顶进距离为0.5m，并在工作井与接收井之间钻出导向孔，直至导向钻头由工作井钻进至接收井。
实施例4：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，卵石、片石和粘土的混合体积为钻进体积的0.4倍。
实施例5：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，卵石、片石和粘土的混合体积为钻进体积的0.6倍。
实施例6：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，卵石、片石和粘土的质量比为1：2：1.5。
实施例7：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，卵石、片石和粘土的质量比为1：3：1.3。
实施例8：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，热风的温度为60℃，风速为1.5m/s。
实施例9：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，热风的温度为80℃，风速为2.5m/s。
实施例10：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤三中，逐级增大所使用的扩孔器的直径，对导向孔进行多级扩孔，且每次回扩级差为100mm。
实施例11：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于步骤三中，逐级增大所使用的扩孔器的直径，对导向孔进行多级扩孔，且每次回扩级差为150mm。
实施例12：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，步骤四具体设置为，回拖拉管：当扩孔器返回至接收井时，将管道的管头密封并延伸至接收井中，然后利用旋转接头和拉管头将管道的管头与扩孔器相连，启动拉管机开始回拉管道，直至管道的管头被回拉至工作井中，利用高压注浆泵及管路向管道与支撑桶内壁的间隙注入水泥、粉煤灰和膨润土的混合浆液，水泥、粉煤灰和膨润土的质量比为9:7:3，而支撑桶上开设有多个通孔，直至填满管道周围的空隙。
实施例13：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例12的不同之处在于，步骤四中水泥、粉煤灰和膨润土的质量比为8:6:3。
实施例14：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例12的不同之处在于，步骤四中水泥、粉煤灰和膨润土的质量比为10:8:3。
实施例15：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例12的不同之处在于，步骤三中，支撑桶的内侧壁上设置有环形铁丝网。
对比例1：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，选用公开号为CN102147033A的发明专利中，实施例1所公开的热力管道非开挖定向穿越施工方法。
对比例2：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，选用公开号为CN103527092A的发明专利中，实施例1所公开的水平定向钻孔内射吸排屑扩孔方法。
对比例3：一种水平定向钻进拉管方法，与实施例1的不同之处在于，选用公开号为CN101737060A的发明专利中，实施例1所公开的土质下穿隧道超大直径管幕施工方法。
使用效果测试
试验方法：选用箱体尺寸在4000mm×2000mm×2000，箱体采用高强度槽钢进行加强，而试验选用水平定向钻进中最容易出现孔壁坍塌的中粗砂，中粗砂为石英砂，密度为1.8g/cm3，含水量为6.52％，最大颗粒直径为15mm左右，使用实施例1-15和对比例1-3中的水平定向钻进拉管方法，在箱体中的中粗砂中进行钻孔，检测过程中有无钻孔塌陷出现，钻孔形状如何。
试验结果：由表1可知，由实施例1-11和对比例1-3中的使用效果测试结果进行对比得，在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，能够在流沙层中得到良好稳定的钻孔；而将外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶下放到钻孔中，并通入热风；能够使提高在流沙层中钻孔的稳定性，无塌孔，且钻孔平整。同时，本发明所公开的各工艺参数控制，均适用于水平定向钻进拉管方法。由实施例12-15和实施例1-11中的使用效果测试结果进行对比得，利用高压注浆泵及管路向管道与支撑桶内壁的间隙注入水泥、粉煤灰和膨润土的混合浆液，且支撑桶上开设有多个通孔，能够使施工过程中无塌孔，且钻孔非常平整。
表1试实施例1-15和对比例1-3的使用效果测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种水平定向钻进拉管方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，基坑开挖：根据管道预定轨迹及每段管道的长度，在地面上间隔挖掘出工作井与接收井；
步骤二，导向钻进：根据设定的钻进路径和定位仪的指示，利用钻机及钻杆驱动导向钻头由工作井向接收井运动，而导向钻头每次顶进距离为0.3～0.5m，并在工作井与接收井之间钻出导向孔，直至导向钻头由工作井钻进至接收井；
步骤三，扩孔：利用钻机及钻杆驱动扩孔器沿导向孔往返运动，在钻进的过程中不断地填充卵石、片石和粘土，直至钻孔直径扩大为管径的 1.5～1.7倍，在钻杆上装上拉泥盘，并利用钻机及钻杆拖动拉泥盘在钻孔中往返运动，排出钻孔中被扩孔器搅碎的孔内土，然后在钻杆上装上外壁裹附有未凝固混凝土的支撑桶，下放到钻孔中，并通入热风；
步骤四，回拖拉管：当扩孔器返回至接收井时，将管道的管头密封并延伸至接收井中，然后利用旋转接头和拉管头将管道的管头与扩孔器相连，启动拉管机开始回拉管道，直至管道的管头被回拉至工作井中。
2.根据权利要求1所述的水平定向钻进拉管方法，其特征在于，所述步骤三中，卵石、片石和粘土的混合体积为钻进体积的0.4～0.6倍。
3.根据权利要求1所述的水平定向钻进拉管方法，其特征在于，所述步骤三中，卵石、片石和粘土的质量比为1：（2～3）：（1.3～1.5）。
4.根据权利要求1所述的水平定向钻进拉管方法，其特征在于，所述步骤三中，热风的温度为60～80℃，风速为1.5～3.5m/s。
5.根据权利要求1所述的水平定向钻进拉管方法，其特征在于，所述步骤三中，逐级增大所使用的扩孔器的直径，对导向孔进行多级扩孔，且每次回扩级差为100～150mm。
6.根据权利要求1所述的水平定向钻进拉管方法，其特征在于，所述步骤四具体设置为，回拖拉管：当扩孔器返回至接收井时，将管道的管头密封并延伸至接收井中，然后利用旋转接头和拉管头将管道的管头与扩孔器相连，启动拉管机开始回拉管道，直至管道的管头被回拉至工作井中，利用高压注浆泵及管路向管道与支撑桶内壁的间隙注入水泥、粉煤灰和膨润土的混合浆液，而支撑桶上开设有多个通孔，直至填满管道周围的空隙。
7.根据权利要求6所述的水平定向钻进拉管方法，其特征在于，所述步骤四中，水泥、粉煤灰和膨润土的质量比为（8-10）:（6-8）:3。
8.根据权利要求6所述的水平定向钻进拉管方法，其特征在于，所述步骤三中，支撑桶的内侧壁上设置有环形铁丝网。
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