1）施工占地

（1）定向鉆施工占地包括鉆機(jī)場(chǎng)地、管線場(chǎng)地、蓄水池及泥漿池占地、管線焊接占地。

（2）鉆機(jī)安裝場(chǎng)地的大小根據(jù)鉆機(jī)型號(hào)而定。泥漿池和蓄水池占地根據(jù)管徑的大小、場(chǎng)地及地質(zhì)情況而定，盡量節(jié)約用地。

（3）在出土點(diǎn)一端，應(yīng)根據(jù)管道中心軸線、占地寬度和長(zhǎng)度（為穿越設(shè)計(jì)曲線管道長(zhǎng)度加50m），本著節(jié)約用地的原則，放出管道場(chǎng)地、泥漿池占地及管道焊接占地邊界線，并標(biāo)出拖管車出入場(chǎng)地的路線和地點(diǎn)。

（4）管道預(yù)制應(yīng)在穿越中心線上。如地形不允許，從出土點(diǎn)起200m后方可彎曲，彎曲半徑應(yīng)不小于1500D（D為管子結(jié)構(gòu)外徑尺寸）。

2）施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備的工作內(nèi)容為：修筑施工便道、平整場(chǎng)地、儀器設(shè)備的檢查維護(hù)、施工輔助用料的準(zhǔn)備和鉆機(jī)錨固系統(tǒng)的建立等。

（1）修筑施工便道：根據(jù)穿越地點(diǎn)的地理環(huán)境，在施工場(chǎng)地（入土點(diǎn)與出土點(diǎn)）與公路主干線之間修筑施工便道。施工便道的承載能力應(yīng)不低于最重車輛或設(shè)備的重量，并在適當(dāng)位置找一開(kāi)闊地平整壓實(shí)，以方便車輛調(diào)頭進(jìn)入鉆機(jī)場(chǎng)地。

（2）平整場(chǎng)地：在入土點(diǎn)，以穿越中心線為中線，平整場(chǎng)地，安放鉆機(jī)、泥漿系統(tǒng)、鉆桿和泥漿池等；在出土點(diǎn)平整作業(yè)場(chǎng)地，安放鉆桿、鉆具、挖掘機(jī)和泥漿池，并設(shè)置合適大小的管線預(yù)制作業(yè)帶。在合適位置開(kāi)挖泥漿池、廢漿池等收集廢棄泥漿。根據(jù)穿越地段的地質(zhì)情況及管徑、長(zhǎng)度，配備一定數(shù)量的泥漿罐，準(zhǔn)備好泥漿用料，并妥善保管好各類泥漿用料和油品，防止污染施工工地及水源。

（3）儀器設(shè)備的檢查維護(hù)主要針對(duì)鉆機(jī)系統(tǒng)、鉆具、泥漿系統(tǒng)、控向系統(tǒng)進(jìn)行，檢查各儀器設(shè)備是否運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

（4）鉆機(jī)的錨固對(duì)于定向鉆來(lái)說(shuō)非常重要。鉆機(jī)在安置期間發(fā)生事故的情況經(jīng)常發(fā)生，甚至和鉆進(jìn)期間發(fā)生事故的概率相當(dāng)，尤其是對(duì)地下管線的損壞。在鉆機(jī)錨固時(shí)，要防止將錨桿打在地下管線上。合理的鉆機(jī)錨固是順利完成鉆孔的前提，鉆機(jī)的錨固能力反映了鉆機(jī)在給進(jìn)和回拉施工時(shí)利用其本身功率的能力。一臺(tái)鉆機(jī)的推拉力再大，如果鉆機(jī)在推拉過(guò)程中發(fā)生了移動(dòng)，其推拉力不但會(huì)降低，而且可能會(huì)出現(xiàn)孔內(nèi)功率損失，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)鉆機(jī)的全部功率作用在鉆機(jī)機(jī)身上，容易發(fā)生設(shè)備破壞和人員傷害。如果鉆機(jī)本身的固定能力差，一方面鉆機(jī)的控制能力降低，從而導(dǎo)致無(wú)法很好地按預(yù)定的計(jì)劃完成鉆進(jìn)工作；另一方面，鉆機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中振動(dòng)較大，會(huì)引起鉆桿發(fā)生彎曲或損壞，使鉆孔無(wú)法按預(yù)先設(shè)計(jì)的軌跡完成。尤其對(duì)于大口徑、長(zhǎng)距離管道穿越，回拖力大，施工周期長(zhǎng)，施工中容易造成地錨失穩(wěn)，導(dǎo)致穿越失敗，對(duì)此可采取如圖4-1-8所示的方法進(jìn)行加固。

圖4-1-8 鉆機(jī)錨固

3）測(cè)量放線

按照設(shè)計(jì)確定出的管道穿越中心線、入土點(diǎn)、出土點(diǎn)，在入土點(diǎn)側(cè)測(cè)出鉆機(jī)安放位置、地錨箱、泥漿池、占地邊界等；在出土點(diǎn)側(cè)測(cè)出焊接管道中心線及泥漿池位置、占地邊界等。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量完成后，技術(shù)人員要及時(shí)編寫施工計(jì)劃、方案及措施，并向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。

4）安裝鉆機(jī)

鉆機(jī)一般應(yīng)安裝在入土點(diǎn)和出土點(diǎn)的連線上，鉆機(jī)導(dǎo)軌與水平面的夾角與設(shè)計(jì)的入土角相等。鉆機(jī)應(yīng)安裝牢固、平穩(wěn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格后進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)對(duì)控向系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)校，調(diào)校的基準(zhǔn)參數(shù)應(yīng)存入計(jì)算機(jī)內(nèi)。

5）鉆導(dǎo)向孔

鉆機(jī)架通過(guò)鉆桿推動(dòng)裝在鉆桿前的鉆頭破土鉆進(jìn)，泥漿從鉆桿和鉆孔的間隙返回泥漿罐，如圖4-1-9所示。具體操作要點(diǎn)如下：

（1）液壓起重機(jī)將鉆桿吊上鉆臺(tái)，固定在能在鉆臺(tái)上移動(dòng)的活動(dòng)卡盤上，鉆桿的前端連接鉆頭，后端與泥漿管路連通。開(kāi)動(dòng)泥漿泵后，泥漿和鉆機(jī)架推動(dòng)鉆頭向前鉆進(jìn)，活動(dòng)卡盤和鉆頭同步向前移動(dòng)。

（2）當(dāng)活動(dòng)卡盤移動(dòng)到鉆臺(tái)前部的固定卡具時(shí)，卸開(kāi)鉆桿接頭向后移動(dòng)活動(dòng)卡盤，能放上一根鉆桿（9.5m）時(shí)，吊上另一根鉆桿，進(jìn)行接加鉆桿。接頭安裝、卸開(kāi)均靠前端卡具固定鉆桿，活動(dòng)卡盤的正反轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)完成，然后繼續(xù)鉆進(jìn)。

（3）鉆頭的入土角為7°～13°，出土角為4°～9°。特殊情況下，沿管線出、入土點(diǎn)的地面管道中心線，增設(shè)支撐管線曲率變化的滾動(dòng)發(fā)送架，管線的最大入土角可以達(dá)到25°；管線穿越的水平長(zhǎng)度不變，增大鉆頭的出、入土角和減小管線穿越的曲率半徑（國(guó)外的管線穿越曲率半徑最小達(dá)到DN800管徑），可以有效地增加管線的穿越深度；增加管線的穿越深度，有利于防止跑漿造成的地面塌陷，并增加了管線穿越優(yōu)良地層的機(jī)會(huì)。入土角和出土角確定后，在曲線上確定若干點(diǎn)X、Y、Z三維坐標(biāo)，此坐標(biāo)返回控制盤上，控制各點(diǎn)坐標(biāo)沿設(shè)計(jì)曲線向前推進(jìn)。

（4）導(dǎo)向孔實(shí)際穿越曲線與設(shè)計(jì)穿越曲線的偏移量不應(yīng)大于2m。出土點(diǎn)沿設(shè)計(jì)軸線的縱向偏差應(yīng)不大于穿越長(zhǎng)度的1%，且不大于12m；橫向偏差應(yīng)不大于穿越長(zhǎng)度的0.5%，且不大于6m。

（5）鉆桿和鉆頭在施工前應(yīng)進(jìn)行清掃，嚴(yán)禁有雜物，以防止鉆桿內(nèi)有雜物堵住鉆頭水嘴造成事故。

圖4-1-9 鉆導(dǎo)向孔示意圖

6）擴(kuò)孔

擴(kuò)孔是利用與鉆桿相連的擴(kuò)孔器來(lái)完成的。擴(kuò)孔時(shí)鉆桿帶動(dòng)擴(kuò)孔器轉(zhuǎn)動(dòng)，泥漿從擴(kuò)孔器噴出（泥漿壓力0.8～1.6MPa），同時(shí)活動(dòng)卡盤向后移動(dòng)，拉動(dòng)擴(kuò)孔器前進(jìn)，并牽引穿越管前進(jìn)，直至敷設(shè)完畢。具體操作方法如下：①當(dāng)鉆桿在對(duì)岸出土后，將擴(kuò)孔器前端螺紋和鉆桿相連，后端軸承和穿越管相連（擴(kuò)孔器尺寸比穿越管道尺寸大0.3m）。②注入泥漿推動(dòng)擴(kuò)孔器（此泥漿不回收），移動(dòng)鉆臺(tái)上活動(dòng)卡盤，拉動(dòng)擴(kuò)孔器和穿越管段前進(jìn)。

擴(kuò)孔器的前端是擴(kuò)孔鉆頭，中間是圓筒，左端為軸承。工作時(shí)，鉆頭和中間圓筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并向前向后噴射泥漿，軸承將轉(zhuǎn)動(dòng)部分和后面穿越管段的不轉(zhuǎn)動(dòng)部分分開(kāi)。

預(yù)擴(kuò)孔的尺寸和次數(shù)應(yīng)根據(jù)穿越地質(zhì)情況和管徑大小確定。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件為中砂、粗砂、礫砂或管徑等于或大于273mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行預(yù)擴(kuò)孔。管徑每增加150mm，應(yīng)增加一次預(yù)擴(kuò)孔。如圖4-1-10所示。

對(duì)于預(yù)擴(kuò)孔，擴(kuò)孔前，在出土側(cè)（鉆機(jī)的對(duì)面）提前固定一液壓緊扣裝置，安裝完預(yù)擴(kuò)孔器，在其后安裝鉆桿，每行進(jìn)一根鉆桿，由液壓卸扣裝置安裝一根鉆桿，預(yù)擴(kuò)200m后，開(kāi)始倒運(yùn)鉆桿，使鉆桿循環(huán)使用。

圖4-1-10 預(yù)擴(kuò)孔示意圖

擴(kuò)孔工藝包括擴(kuò)孔器系列的組合、擴(kuò)孔次數(shù)的確定、擴(kuò)孔速度的選擇等。

（1）擴(kuò)孔器及擴(kuò)孔次數(shù)的選擇。

合理組合擴(kuò)孔器系列，采用板式擴(kuò)孔器和桶式擴(kuò)孔器搭配使用，可確?？椎莱尚唾|(zhì)量。預(yù)擴(kuò)孔時(shí)，如發(fā)現(xiàn)某次擴(kuò)孔的扭矩過(guò)大或擺動(dòng)幅度過(guò)大，可適當(dāng)增加擴(kuò)孔次數(shù)，用相同尺寸的擴(kuò)孔器重新擴(kuò)孔1～2次。

①對(duì)于不塌方的地層：穩(wěn)定均勻的粘土層、板結(jié)連續(xù)的砂層等，孔道主要依靠擴(kuò)孔器的回?cái)U(kuò)切削成型。切削下來(lái)的鉆屑由泥漿攜帶排出孔外。當(dāng)擴(kuò)孔直徑為1.5D時(shí)，需外排鉆屑量達(dá)到50%；當(dāng)擴(kuò)孔直徑為1.35D時(shí)，需外排鉆屑量達(dá)到60%，這樣才能滿足管道回拖的要求。這說(shuō)明對(duì)于不塌方的地層，在泥漿攜帶能力有限的情況下，擴(kuò)孔直徑愈大愈好。

②對(duì)于易塌方的地層：流沙、淤泥以及疏松的粘質(zhì)粉土和粉質(zhì)粘土等地層，“孔道”與周圍地層沒(méi)有嚴(yán)格的界限，由“孔道”的中心線向四周分布為泥漿與鉆屑混合的流塑狀態(tài)物，在垂直于軸線方向上分布范圍的大小取決于泥漿壓力與地層壓力差以及地層的含水情況等，泥漿的懸浮能力保證了“孔道”的穩(wěn)定。當(dāng)然，這種情形下，并不排除在采用桶式擴(kuò)孔器時(shí)，局部地段會(huì)出現(xiàn)由于泥漿濾餅而形成孔道的情況，但這時(shí)的濾餅環(huán)空盡管充滿泥漿，卻依然很脆弱，容易垮塌，因此最終還是邊界模糊的“孔道”占主導(dǎo)地位。

管道穿越的成功經(jīng)驗(yàn)證明，這種“穩(wěn)定”的受泥漿保護(hù)的“孔道”也是定向鉆孔道的一種；在這樣的地層中，要想滿足管道順利回拖的條件，十分關(guān)鍵的一點(diǎn)就是在擴(kuò)孔時(shí)要提高泥漿排量、增加擴(kuò)孔次數(shù)、加大擴(kuò)孔直徑，從而在盡量大的范圍內(nèi)構(gòu)建“孔道”。

③對(duì)于介于上述二者之間的地層：可塑的粘土、粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土、粉土以及卵礫石含量小于10%的地層，除上述切削和泥漿護(hù)壁成孔外，擠擴(kuò)成孔也是十分有效的成孔手段。在這樣的地層中，有時(shí)出現(xiàn)局部的塌方，鉆屑不能有效地外排，但經(jīng)過(guò)桶式擴(kuò)孔器的擠擴(kuò)孔壁以及對(duì)孔壁的旋轉(zhuǎn)“抹光”作用，可以有效清除井孔內(nèi)鉆屑而形成光滑的孔道。在實(shí)際運(yùn)用中，所采用的桶式擴(kuò)孔器擠擴(kuò)成孔和雙桶擴(kuò)孔器清孔、修孔工藝是非常有效的；而在保證孔道曲線的“平順性”（即“橫向成形”、“縱向連續(xù)圓滑”）方面，可在兩個(gè)相差一個(gè)擴(kuò)孔級(jí)差（級(jí)差因鉆機(jī)能力大小有所變化，通常在6～12in）的桶式擴(kuò)孔器之間安裝一根剛性良好的麻花鉆鋌進(jìn)行擴(kuò)孔。這一技術(shù)的有效而成功的應(yīng)用屬國(guó)內(nèi)獨(dú)創(chuàng)，處于世界先進(jìn)水平。

（2）擴(kuò)孔速度。

成功擴(kuò)孔不僅需要適當(dāng)種類的鉆井泥漿，同時(shí)還應(yīng)使用足量的泥漿以便使泥漿在孔內(nèi)流動(dòng)。確定合理的擴(kuò)孔速度，使泥漿和鉆屑比例不小于1∶1，從而降低回拖力和扭矩，擴(kuò)孔的速度須按這個(gè)原則確定。

例如：如果泥漿泵的排量為300gpm，在進(jìn)行52in擴(kuò)孔時(shí)，每擴(kuò)孔1ft的長(zhǎng)度所需要的泥漿量為：52×52/24.5=110gal/ft，這樣才能維持1∶1比例的鉆進(jìn)液和鉆屑。那么所能擴(kuò)孔的長(zhǎng)度為：300/110=2.73ft/min。則對(duì)于要擴(kuò)完31ft長(zhǎng)的鉆桿長(zhǎng)度所需要的時(shí)間為：31/2.73=11.5min。

在這個(gè)例子中，如果擴(kuò)孔的速度大于2.73ft/min，也就是說(shuō)如果一根標(biāo)準(zhǔn)的5″API鉆桿的擴(kuò)孔時(shí)間少于11.5min，則孔內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)干燥的而且混合不良的鉆屑，這時(shí)就沒(méi)有泥漿返出孔外，鉆屑將停留在孔內(nèi)，給工程造成隱患。所以在實(shí)際施工中，泥漿返出孔外是一個(gè)好現(xiàn)象，表明所使用的泥漿量是足夠的，同時(shí)也說(shuō)明成孔良好。施工中，凡是返漿良好的孔，其回拖力一般都很正常。

另外，對(duì)于易塌方的地層，盡管不會(huì)返漿，但是擴(kuò)孔的速度也依然要按上述原則進(jìn)行確定，其道理就是要保證鉆屑與泥漿充分混合。

在整個(gè)西氣東輸管道穿越工程中有部分河流穿越失敗，其關(guān)鍵原因就是擴(kuò)孔工藝的錯(cuò)誤。

7）管道回拖

管道回拖前，應(yīng)將管道放在發(fā)送架上或放入發(fā)送溝內(nèi)。采用發(fā)送溝方法回拖管道時(shí)，發(fā)送溝內(nèi)不得有石塊、樹(shù)根和硬物等，溝內(nèi)宜注水，確保將管線浮起，以避免管線底部與地層摩擦，劃傷防腐層，并降低鉆機(jī)拖拉力。

管段與鉆具連接應(yīng)符合下列要求：

——檢查切割刀和擴(kuò)孔器內(nèi)各通道及各泥漿噴嘴是否暢通，確認(rèn)合格后方可連接；

——連接順序宜為鉆桿、麻花鉆桿、切割刀、擴(kuò)孔器、旋轉(zhuǎn)接頭、“U”型環(huán)、管道；

——切割刀直徑宜比擴(kuò)孔器直徑大150mm，擴(kuò)孔器直徑宜比穿越管道直徑大150mm，目的是減小拖拉力，保護(hù)防腐層；全部連接完后應(yīng)泵送泥漿沖洗，檢查各泥漿噴嘴是否正常，合格后方可進(jìn)行回拖施工。

管道回拖施工應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，除發(fā)生不可抗拒的原因外，嚴(yán)禁在施工中無(wú)故停拖。

圖4-1-11 管道回拖示意圖

8）穿越管道施工

（1）定向鉆穿越施工的管道，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施工，并經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行回拖施工。

（2）嚴(yán)禁在穿越管道上開(kāi)孔，焊接其它附件；試壓時(shí)只允許在管道兩端加長(zhǎng)段上開(kāi)孔焊接閥門和安裝壓力表，回拖后與線路連接時(shí)，開(kāi)孔的加長(zhǎng)管道應(yīng)割除。

（3）按規(guī)定的要求進(jìn)行試壓和吹掃。

9）泥漿配制

泥漿的基本組分是現(xiàn)場(chǎng)的淡水，大多數(shù)情況下，需在水中添加膨潤(rùn)土來(lái)增加泥漿的粘度。泥漿主要用于穩(wěn)定孔壁、降低回轉(zhuǎn)扭矩和回拖阻力、冷卻鉆頭和控向探頭、清除鉆進(jìn)產(chǎn)生的土屑等。因此，它被視為定向鉆施工的“血液”，一般要求采用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土制備泥漿，有時(shí)視地層條件在泥漿中加入適量的聚合物。膨潤(rùn)土是主要由鈉高嶺石組成的天然粘土。

泥漿粘度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況和管徑大小確定，泥漿粘度值可參照表4-1-1的規(guī)定。定向鉆所采用的泥漿相對(duì)密度為1.1～1.2，泥漿的相對(duì)密度應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件而定，卵石地層應(yīng)加大泥漿的密度。泥漿粘度宜用馬氏漏斗測(cè)量，每2h測(cè)一次。

表4-1-1 泥漿粘度值表

泥漿粘度為馬氏漏斗測(cè)量。

定向鉆施工時(shí)應(yīng)注意泥漿的非正常返回和泥漿的循環(huán)使用問(wèn)題。

（1）泥漿非正常返回。

定向鉆進(jìn)經(jīng)常產(chǎn)生無(wú)法控制的泥漿地下流失。理想條件下泥漿在鉆桿端部鉆頭處流出，再沿鉆桿外壁與孔壁間隙返回地表，這樣可以重復(fù)利用泥漿，降低生產(chǎn)費(fèi)用。但實(shí)際施工時(shí)泥漿將沿阻力最小的通道流動(dòng)，因此往往會(huì)擴(kuò)散到鉆孔周圍的地層中去，有時(shí)也會(huì)滲到地表上。當(dāng)泥漿沒(méi)有沿鉆孔返回而是隨便流到地表時(shí)，稱為泥漿的非正常返回。

在定向鉆施工時(shí)，泥漿非正常返回不是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。如果泥漿向河底流出，則對(duì)環(huán)境的影響較小。但是，如果在市區(qū)或是在風(fēng)景優(yōu)美的游覽勝地施工，泥漿非正常返回就會(huì)給公眾帶來(lái)不便，有時(shí)泥漿的流動(dòng)還能沖壞街道、沖垮堤壩和公路鐵路。因此，在施工中應(yīng)不斷地調(diào)整施工方法，盡量減少泥漿非正常返回的發(fā)生。所以施工前，應(yīng)制定應(yīng)急計(jì)劃并準(zhǔn)備好可能的補(bǔ)救措施，同時(shí)還應(yīng)通知有關(guān)施工管理部門。

（2）泥漿的重復(fù)利用。

重復(fù)利用泥漿可減少購(gòu)買和處理泥漿的費(fèi)用。通常把返回的泥漿收集起來(lái)泵送到泥漿凈化設(shè)備中，再把凈化后的泥漿送回到泥漿儲(chǔ)存或混合箱中反復(fù)使用。當(dāng)然，有時(shí)大量的泥漿會(huì)從與鉆機(jī)和泥漿循環(huán)系統(tǒng)所在河岸相對(duì)的另一岸上孔口返出，這時(shí)就要使用兩套泥漿循環(huán)系統(tǒng)，或是把返出的泥漿運(yùn)回到鉆機(jī)所在的一端，可以使用卡車等工具運(yùn)輸；或事先鉆一小孔安裝管道將對(duì)岸的泥漿返回（此孔也可做光纜通道），使用哪種運(yùn)輸手段最佳要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來(lái)決定。當(dāng)使用臨時(shí)管道時(shí)，應(yīng)檢查管道的設(shè)計(jì)方案，以保證管道的大小合適，防止管道損壞，泥漿流失。