定向钻穿越施工方案.docx
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定向钻穿越施工方案
巨野分输站—巨野门站天然气管道工程
定向钻穿越施工方案
山西省工业设备安装公司
2012年04月28日
一.编制依据
1.1《巨野分输站—巨野门站天然气管道工程定向钻穿越》施工图
1.2《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范穿越工程》（SY/T0015.1-98）
1.3《油气输送管道穿越工程施工规范》（GB52424-2007）
1.4国家法令、法规：
1）《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号（2002）
2）《建设工程安全生产管理条例》国务院第393号（2004）
3）《中华人民共和国节约能源法》主席令第90号（1997）
4）《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号（1989）
5）《中华人民共和国水土保护法》主席令第49号（1991）
6）《中华人民共和国防洪法》（1997）
7）《中华人民共和国野生动物保护法》（1998年11月8日）
8）《中华人民共和国土地管理法》（1998年8月29日）
9）《中华人民共和国消防法》（1998年5月1日实施）
10）《建设项目（工程）劳动安全卫生监察规定》劳动部令第3号（1996）
11）《建设项目环境保护管理条例》国务院令第253号（1998）
12）《石油天然气管道保护条例》国务院（2001）
13）《建设工程安全生产条例》国务院令393号（2003）
14）《地表水环境质量标准》GB3838—2002
15）《城市区域环境噪声标准》GB3096—93
16）《建筑施工场界噪声限值》GB12523—90
17）《大气污染物综合排放标准》GB16297—1996
18）《污水综合排放标准》（1999年局部修订）GB8978—1996
19）《中国石油化工集团公司安全、环境与健康（HSE）管理体系》Q/HSE001.1—2001
1.5施工技术标准及验收规范
1）《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424—2007
2）《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423—2007
3）《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范跨越工程》SY/T0015.2—98
4）《石油和天然气管道跨越工程施工及验收规范》SY0470—2000
5）《钢制管道穿越铁路公路推荐做法》SY/T0325—2001
6）《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369—2006
7）《石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范》SY0402—2000
8）《埋地钢制管道阴极保护参数测试方法》SY/T0023—97
9）《长输管道阴极保护工程施工及验收规范》SYJ4006—90
10）《石油建设工程质量检验评定标准管道穿跨越工程》SY/4104—95
11）穿跨越工程、电力工程、通信工程、道路工程、阴保工程、给排水工程等施工及验收执行国家和行业现行施工及验收标准。
二工程概况
1.定向钻穿越工程概述
1.1工程简介：
（1）郓巨河定向钻穿越，现场测量两穿越桩间距为482.73m。
根据《油气田及管道岩土工程勘察规范》（GB50568-2010）划分，属中型穿越。
场地等级为二级场地，地基等级为二级地基，综合判定本次岩土工程勘察等级为乙级。
本穿越起、终点里程分别为：
5+950～6+300。
管道实长350m。
J015-1-J016-1号桩郓巨河定向钻穿越地区等级属三级地区，设计压力为6.3MPa，设计系数为0.5，穿越段采用Φ219.1×7.1mmL415高频直缝电阻焊钢管。
（2）洙水河定向钻穿越，现场测量两穿越桩间距为255.9m。
根据《油气田及管道岩土工程勘察规范》（GB50568-2010）划分，属中型穿越。
场地等级为二级场地，地基等级为二级地基，综合判定本次岩土工程勘察等级为乙级。
本穿越起、终点里程分别为：
6+901.9～7+156.2。
管道实长255.6m。
J017-1-J018-1号桩洙水河定向钻穿越地区等级属三级地区，设计压力为6.3MPa，设计系数为0.5，穿越段采用Φ219.1×7.1mmL415高频直缝电阻焊钢管。
（3）日东高速穿越，穿越处管线走向由北向南，公路路基宽26m，采用定向钻穿越。
根据《油气田及管道岩土工程勘察规范》（GB50568-2010），场地等级为二级场地，地基等级为二级地基，综合判定本次岩土工程勘察等级为乙级。
本穿越起、终点里程分别为：
1+346～1+531m，管道实长187.64m。
J006-J007号桩日东高速定向钻穿越地区等级属三级地区，设计压力为6.3MPa，设计系数为0.5，穿越段采用Φ219.1×7.1mmL415高频直缝电阻焊钢管。
1.2地形地貌场地交通情况：
穿越场地两侧均为耕地，地势较为平坦，柏油路可通现场，交通状况良好，施工条件较好。
区域地貌为黄河冲积平原，场地所处地貌单元为黄河冲积平原。
三施工部署
1.施工总体方案
为保证施工顺利进行，针对本工程特点，精心挑选公司内部施工经验丰富、具有专业特长的技术业务骨干，组建精干的项目组负责人部。
以高金山同志为穿越项目负责人，按照“高标准、高质量、高效益、高速度”的总方针，对工程进行统筹管理。
依据工程特点，围绕业主特别关注的影响工程质量及进度的关键问题，我单位积极开展技术准备工作。
对原有设备进行全面检修和保养，确保投入工程施工设备的完好率。
同时我们还对参建人员进行本工程施工标准宣传和技术培训，所有特殊工种均达到持证上岗。
2.管理目标
2.1项目组分工明确，职责明晰，管理有序，考核有据。
2.2工程质量达到优良。
2.3无重大安全事故，HSE管理符合要求。
2.4技术先进，方案可靠。
2.5设备完好率100%以上，利用率95%以上。
2.6材料使用无浪费，定额节约率3%以上。
2.7文明管理、文明施工、文明生活，项目组人员无违法违纪行为。
3.施工任务划分
4.1施工项目组负责本段施工的组织、协调工作，负责整个工程施工的进度、技术、质量、安全、成本管理工作。
4.2管道穿越机组：
负责钻机场地布置、钻导向孔、扩孔回拖主管线及回拖光缆套管；
3.3测量放线、作业带清理、施工材料供应、地方关系协调等由施工项目组统一组织。
3.4定向钻穿越是一项系统工程，对各工序的衔接要求很高，实际施工期间将按照工程的总体施工进度确定各施工队的施工期限，保证各工序衔接合理、到位。
4.施工部署要求
4.1对现场进行详细踏勘，配备适应性强的施工机具，优化施工程序，提高现场预制化程度，合理利用人力和物力，力争缩短工期。
实行预制与现场组对相结合、交叉和流水相结合的施工方法，加快施工进度。
4.2项目组织精干高效，作业队伍施工经验丰富，组织严密，机组配置要灵活，以适应穿越施工。
4.3使用网络计划技术，纵观全局，点面配套，缩短有效工期。
4.4建立一套完整的施工指挥系统，达到八个统一：
a）统一接受业主下达的指令计划；
b）统一接收图纸并向下分发；
c）统一编制施工计划及施工图纸统筹图：
d）统一定期召开生产会议；
e）统一布置现场组织及管理；
f）统一编制设备、材料订购计划；
g）统一接收业主供应的材料及分发；
h）统一现场调度管理。
四定向钻工程施工方案
1、定向钻穿越施工流程：
2、定向钻穿越入、出土角度的确定
基本按照图纸设计进行施工；施工队可根据地质地形条件和穿越管段的材质、管径及施工场地等条件适当调整入土角度和出土角度，但是入土角的角度范围应为8°-12°，出土角度宜为4°-8°。
3、定向钻穿越曲率半径的确定
基本按照图纸设计进行施工；根据现场的实际情况，若定向钻的曲率半径需要调整，必须满足一下两个条件：
A穿越曲线的曲率半径应大于1200D，B长度大于200米。
4、定向钻穿越深度的确定
严格按照图纸设计进行施工。
5、设备组装调试
5.1锚固体安装
根据施工平面图测量管道穿越中心线，确定锚固体位置后，开挖一长4m、宽2m、深1.6m的锚固坑，将锚固体四周填埋牢固，并在锚固体顶部焊接千斤顶，钻机就位后支在钻机滑道上，使滑道、千斤顶与地锚形成多个稳固的三角形，以防钻机侧翻，增强地锚稳固性。
5.2将钻机平台与锚固体连接，钻机四条支腿下利用钢结构平台垫平。
通过调整四条支腿，使主机平台与水平面的夹角与入土角一致，角度为90。
在安装钻机时，依据设计图纸给出的穿越管线轴线采用全站仪测定出钻机的纵轴线。
钻机就位后须进行轴线复测，若钻机纵轴线与穿越轴线存在偏差，需精确测出两轴线间的夹角值，计算出水平漂移量，并记录下来，便于在钻进过程中修正穿越轨迹。
5.3将泥浆罐、泥浆泵等按平面布置图就位、组装连接。
5.4钻机各部系统联机试运，确认各系统运行正常。
5.5控向系统调校
1）在穿越前，对穿越区进行磁场测量，如该地区磁场干扰较强，应建立布控磁场，确保穿越过程中计算机显示数据的准确性。
对控向探测装置进行消磁及校验，以保证探头的准确性。
测量人员对定向穿越轴线进行复测，以减少测量误差。
2）认真分析设计图纸，测量出、入土点长度和地面高程。
在坐标纸上沿穿越设计曲线标明每根钻杆的位置和折角，便于控向操作,从而保证穿越过程中实际曲线与设计曲线一致。
3）复测穿越轴线，对入、出土点的位置、标高及水平距离进行效验；精确测定轴线方位角,调校控向系统；安装传感器、无磁钻铤、连接钻头、造斜短节，检测控向信号是否正常；供给泥浆,检测钻头水嘴是否正常工作。
6、钻导向孔
钻具连接为：
动力头→动力头保护短节→钻杆→无磁钻铤→泥浆马达→造斜短节→镶齿合金岩石钻头。
6.1施工前进行地质条件分析，根据设计曲线，计算每根钻杆的设计位置，并在座标纸上绘制钻杆设计位置图，图中注明地质情况。
在钻进过程中，根据钻进位置的地层情况对泥浆配比进行调配，保证泥浆技术参数满足穿越施工要求，防止地层的变化影响钻进方位角的调整。
6.2接线员把信号线接好后，安装相应钻具，听从起重人员指挥，钻机动力头向正向自由转至满扣为止，然后用钻机夹钳夹紧钻具头部，拧紧丝扣。
钻具接好后开通泥浆，根据地质情况调节泥浆压力。
6.3工具面的调整：
钻机动力头带动钻杆向后退2-3英尺，同时正向旋转，调整工具面至0゜，继续钻进。
6.4钻杆推进的推力为2-6万磅，如推力过大，钻杆易顶弯。
6.5在导向孔的钻进过程中，严格监控每根钻杆的倾角、位置、地球引力矢量等数据，利用地面监控系统，监测钻头位置。
如出现钻头偏离设计曲线或水平漂移过大的现象，应及时抽回钻具，重新进行调整，保证穿越曲线在正常范围之内，以避免穿越实际轨迹偏移设计曲线过大。
6.6钻进过程中，针对控向系统反馈回来的磁倾角、磁偏角、地球引力矢量等钻进参数，进行认真分析，若发现钻进参数与设计参数出现偏差，及时调整、修正。
在钻进过程中，如角度增大、偏高，应立即停止钻进，并向后退至适当的位置，重新调整工具面，继续钻进。
6.7钻进过程中，如钻头下沉量过大，不能继续钻进时，最少应拔回三根钻杆，重新改孔。
6.8改孔时，根据实际情况，重新调整工具面位置，向前推进，确认新孔后，正常钻进。
6.9钻头出土后，立即停止供给泥浆，以防泥浆外泄，污染环境。
7、扩孔、回拖
7.1钢套管焊接完毕后，将穿入钢管中的钢丝绳与拖拉头连接，并将拖拉头焊接在钢管头部，另一端用盲板封口，进行套管回拖作业。
动力头→动力头保护短节→钻杆→扶正器→岩石扩孔器→钻杆
预扩孔2次，洗孔1次，分别为：
第一级扩孔：
250流道式回扩器
第二级扩孔：
350流道式回扩器
洗孔：
350流道式回扩器
7.2按照动力头→动力头保护短节→钻杆→岩石切割刀→扶正器→钻杆的钻具连接顺序进行钻具连接，接好后开通泥浆、测试泥浆压力、观察水嘴喷泥浆状况，发现有堵塞的水眼，用铁丝捅开，反复检查，直至泥浆系统畅通且泥浆压力达到200-250PSI后，进行预扩。
7.3预扩孔施工过程中，钻机动力头不允许反转。
7.4泥浆压力需控制在200-250PSI，不得低于170PSI。
7.5预扩孔时钻具的回拖速度控制在2-3英尺/分，回拖完一根钻杆后，需先停钻，然后再停止泥浆。
7.6管线回拖
7.7管线回拖时按以下顺序连接钻具:
动力头→动力头保护短节→钻杆→岩石切割刀→旋转接头→U型环→拖拉头→管线
7.8正式回拖前应使用电火花检漏仪，按设计要求的检漏电压全面检查防腐层，如有损伤及时修补。
7.9管线回拖前再次对设备进行检查、维护，确保系统工作状况、输出参数处于良好的技术状态；检查切割刀、扩孔器的水嘴、喷孔，确保通畅。
7.10管线回拖前，首先开通泥浆（泥浆压力照预扩孔施工要求执行），回拖速度控制在2-3英尺/分，同时密切注视拖拉力、扭矩、泥浆压力的变化情况，随时调整。
7.11回拖完一根钻杆后，需听从起重人员指挥，将钻杆母扣拖至下夹钳位置后，继续回拖一段距离，再向前推至卸扣位置，拆卸钻杆。
7.12回拖时尽量缩短准备时间，迅速连接钻具，进而缩短管线在孔内的停滞时间，防止因停留时间过长而引起泥浆性能的改变，粘着、卡钻等不良情况的发生。
7.13回拖过程中，如需中途停止回拖，需控制管线向前走一段距离，方能停止回拖，不允许立即停止。
7.14为保证管线能够正常入洞，可在发送沟前端用2台吊管机将管线提起，使管道入洞角度与出土角度一致，减小管线的回拖阻力。
7.15管线回拖施工应连续进行，回拖速度不超过2m/min；精心调配泥浆，保证其具有良好的比重、黏度和润滑性，使管线在回拖过程中始终处于悬浮状态，减小回拖阻力。
7.16管线出土后，听从起重人员指挥，卸掉所有钻具，回拖结束。
8、施工注意事项
1）在出土点沿管线轴线方向前20米处开挖一条深2米、宽5米的泥浆回收渠，回收渠与出土点泥浆池相通，以保证泥浆及时回收，不污染环境，重复利用。
2）根据设计图纸，在严格执行设计穿越曲线规定的前提下，针对不同的地层选用合理的钻具组合，控制泥浆压力，争取减少扩孔次数，缩短回拖时间，减少所成孔的椭圆度，防止地面塌陷及开裂。
3）在穿越施工的过程中，首先严格按设计图纸进行穿越施工，根据地堪报告针对不同的地质，确定泥浆压力和泥浆排量力争杜绝泥浆的“跑、冒”。
其次派专人24小时对穿越处的大堤、河道及沿穿越轴线两侧10m内进行昼夜监视，当发现冒浆时,在冒浆点采取围堰截堵方法防止泥浆扩散。
同时降低泥浆压力，冒出的泥浆及时处理。
9、泥浆配比
9.1在定向钻穿越施工中，对泥浆有如下要求：
1）良好的流变性能，保证有较强的携钻屑能力；
2）优良的润滑性能，降低摩擦阻力，提高施工效率，防止卡钻；
3）较强的护壁作用，能在孔壁形成具有一定力学强度的泥饼，防止泥浆漏失，维护孔壁稳定。
9.2泥浆配制
1）泥浆的组成：
膨润土+水+化学处理剂
2）技术参数：
粘度45S-----60S
比重2.5-----3
PH值8.5-----9
9.3施工过程中，对泥浆的调整
1）在泥浆中加高分子包被剂+降失水剂+防塌剂
2）技术参数：
粘度45S-----60S
比重2.5-----3
PH值8.5-----9
切力2-----20
3）在扩孔的过程中，加入高分子处理剂使泥浆中的岩屑尽快的絮凝，经振动筛清除后，二次使用，同时有增稠、润洗作用，为使固孔效果明显配合使用防塌剂；为降低泥浆中的失水需加入胺盐，使地下水层中的水不易侵入到泥浆中，而导致孔壁坍塌；为调整泥浆的PH值需加入纯碱，促进粘土的水化分散和增稠。
4）回收再生的泥浆性能稳定，粘度、比重、切力都比较好有利于固孔防塌，因此应充分利用。
9.4不同地质条件泥浆配比要求
1）砂层、流砂层及回填土地层钻进液的配制：
在加足加好膨润土的同时，按
50：
1和40：
1的比例加碳酸钠和氢氧化钠，为了增加粘度还要加一些增粘剂等大分子物质，提高液相粘度在50S以上达到技术要求。
2）不同地质条件下，所使用的泥浆原料完全相同，仅需通过对其用量比例的调整，从而改变泥浆的各项技术参数（粘度、比重、切力），即可满足施工要求。
10、穿越段管线下沟
沿管线穿越轴线延长线方向，在出土点一侧，根据管线长度和施工规范要求，开挖发送沟。
在发送沟开挖时,注意保证发送沟在穿越曲线的延长线上。
11、发生突发事件的应急措施
11.1防止卡钻、抱钻措施：
（1）针对此工程地质特点制定有效的泥浆方案。
（2）增加扩孔级数，减小扩孔跳级尺寸。
（3）回扩过程中，扩孔速度不允许过快，一旦发生卡钻扭矩急剧上升，严禁松手柄或钻机熄火，而是要求控制手柄逐渐释放扭矩。
（4）加大泥浆用量，增加泥浆粘度至80秒左右，如此可以将孔中的不良物质带出，如碎石，大颗粒结核等，减小卡钻概率。
11.2扩孔过程中发生卡钻抱钻的应急预案：
1）发生卡钻抱钻的第一步要做的就是将扩孔器退出孔外：
在扭矩没有达到钻机极限的情况下，使用钻机旋转着将扩孔器退出，然后进行下一步工作；如果光依靠一台钻机的力量无法使扩孔器推出孔外，我们将把另一台钻机调至出土点，连上钻杆后与对岸钻机司钻随时保持联系，以求两钻机保持同一转速及转向，采用入土点钻机推，出土点钻机拉的办法。
如果以上方法无法将扩孔器退出，我们将联系滑轮组，使用一定滑轮与一动滑轮的组合，每个滑轮穿有8股钢丝绳。
将出土点地锚加固，该滑轮组动力可以使用卷扬机或挖掘机，不断加力直至将扩孔器拖出。
该组合直拖力可以达到200吨以上。
2）回拖管线
①防止回拖管线卡死的措施：
（1）预制管线时，严禁出现管线与穿越中心线有3°以上的折角，并且预制管线尽量保持一直线，将回拖阻力减到最小。
（2）首先严格控制曲线，连续3根钻杆不允许超过1.8°，出入土角严格按照设计要求。
（3）仔细观察泥浆坑中的返浆量，如果扩孔带出钻屑不多，则需要用900mm岩石切割刀继续清孔，并研究泥浆配方是否合适，直至满足回拖需要。
（4）发送沟措施：
发送沟与穿越中心线处与同一直线上，发送沟中注水，使整段管子浮在水中，减小回拖力。
（5）回拖管线时，在泥浆中加入水基润滑剂，使孔中的润滑达到最佳。
（6）回拖之前将出土点处向出土点后挖开30米，以使管子入土时应力最小。
3）管线回拖中卡死的应急预案：
（1）一旦管子在回拖过程中回拖力逐渐增大，速度逐渐减慢，直至抱死。
首先从曲线、泥浆方面分析，迅速找出原因，调用100吨钻机至入土端，增大回拖力后将管子拖出。
如果大钻机在24小时内调运不到，则考虑其他办法。
（2）如果回拖管线距离钻机100米以内，则考虑大开挖的办法将管线挖出，之后连头。
距离在100米以外或无法大开挖则要考虑后撤管线。
（3）后撤管线采用滑轮组，动力则采用挖掘机或卷扬机。
逐渐加力直至回拖出管线。
4）泥浆跑冒应急预案
（1）一旦在施工时发生泥浆跑冒现象立即组织人员进行围堵，减小泥浆压力用膨润土进行封堵并将跑冒的泥浆用器具清理干净。
（2）如果对跑冒的泥浆封堵无效，立即开挖牵引沟将跑冒的泥浆迅速引入泥浆坑，强迫跑冒的泥浆进入泥浆再生循环利用系统。
五施工总进度计划
1.本标段穿越工程施工工期计划为设备进场之日起，日历工期为每处7天，合计三处，累计21天。
2.施工进度如阶段下
施工准备阶段：
历时2天，主要完成设备的调遣和调试、出土点、入土点及管道预制场地的平整、材料物资的采购。
钻导向孔阶段：
历时2天。
扩孔作业阶段：
历时1天。
洗孔作业阶段：
历时1天。
回拖作业阶段：
历时1天。
六各项资源需要量计划
1.劳动力需要计划
工种级别
按工种施工阶段投入劳动力情况
场地平整
设备进场
开工准备
导向钻孔
扩孔作业
回拖作业
场地平整
项目组负责人
1
1
1
1
1
1
1
队长
1
1
1
1
1
1
1
现场技术
1
1
1
1
1
1
现场设备
1
1
1
1
1
1
质检员
1
1
1
1
控向员
2
2
2
司钻工
2
2
2
泥浆工
2
2
2
材料员
1
1
1
1
保管员
1
1
1
1
起重工
2
2
2
2
2
维修工
1
1
1
1
1
1
电工
1
1
1
1
1
发电工
1
1
1
1
1
电气焊工
1
1
1
1
司机
2
2
2
2
2
2
2
普工
10
10
10
10
10
10
10
安全员
1
1
1
1
1
1
1
后勤
2
2
2
2
2
2
2
2.主要施工机具、设备、材料需要计划
主要施工机具、设备需要计划表
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
定向钻
40T
1台
2
泥浆泵
3HS250型
1台
3
泥浆回收系统
ZX-200
1台
4
控向系统
WGS
1台
5
潜水泵
4″
3台
6
挖掘机
EX245－5
1台
7
吊车
8-16T
1台
8
扩孔器
Ф250Ф350
各1个
9
全站仪
GTS－301
1台
10
钻杆
Ф127×9.6
1000米
11
发电机
150KW、30KW
各1台
3.材料需要计划
材料名称
品种、规格、产地
单位
数量
备注
膨胀土
山东潍坊
T
300
柴油
0号
升
500
固壁剂
HL-2
T
10
润滑剂
HL-2
T
5
纯碱
T
60
信号线
Φ6mm
m
1000
压线接头
Φ6mm
个
100
丝扣油
锂基脂
Kg
200
七质量保证措施及HSE管理措施
1.质量保证体系
1.1质量方针
坚持走质量效益型道路，以充分的资源和合法手段，为顾客提供满意产品和优质服务，在持续改进中，实现最佳效益。
1.2质量目标
1）按合同约定为顾客提供满意工程，合同履行率100%，工程质量一次交工合格率：
100%。
2）员工综合素质逐年提高，主要技术岗位持证上岗率保持100%。
3）主要生产设备完好率≧93%，利用率≧55%。
4）顾客满意度≧95%。
1.3.质量管理体系组织机构和质量控制机构
1.3.1质量管理体系组织机构：
管理承诺：
公司总经理通过以下活动，对其建立、实施质量管理体系并持续改进有效性的承诺提供证据：
a.通过采取定期培训、文件、网络、会议、顾客满意度测量等多种形式向全体员工传达满足顾客和法律、法规要求，向全体员工传达信守合同，使顾客满意的重要性；
b.负责制定和批准公司的质量方针和质量目标并使每个员工都能充分理解其内涵，自觉贯彻到各项质量活动中；
c.按计划规定实施管理评审，签发管理评审报告，组织进行质量改进；
d.确保资源的获得。
1.3.2项目质量控制机构：
1.4质量责任
1.4.1项目组负责人
a）项目组负责人是本项目质量管理的第一责任人，是项目质量活动的最高领导和组织者，对项目的质量负全面责任；贯彻执行上级的质量方针、政策及有关规定，制定项
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