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水平定向钻进和导向钻进施工法
水平定向钻进和导向钻进施工法
水平定向钻进施工法最初是从事又钻进技术引入的，主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障碍物，铺设大口径、长距离的石油和天然气管道。定向钻进施工时，按设计的钻孔轨迹，于扩空钻头的代铺设管线，在回拉扩空的同时，将待铺设的管线拉入钻孔，完成铺管作业。有时根据钻机的能力和待铺设管线的直径大小，可先专门进行一次或多次扩孔后再回拉管线。在定向钻中，大多数工作是通过回转钻杆柱来完成的，钻机的扭矩与轴向给进力和回拉力同样重要。
水平定向钻进铺管在美国使用最多。美国按照钻机铺设管线的直径和长度能力，将用于非开挖铺管的定向钻机分为三类，即小型(Mini)、中型(Midi)和大型(Maxi)。各类设备的能力和应用范围见表4-1。
表4-1水平定向钻机的分类
类型
铺管直径
mm
铺管长度
m
铺管深度
m
扭矩
kNm
推/拉力
kN
钻机（包括车）重，t
应用范围
小型
50～250
100
1～1.5
1～1.5
100
2～10
通讯、电力电缆、聚乙烯煤气管
中型
250～800
600
1.5～10
1.5～10
10～450
10～20
穿越河流、道路和环境敏感区域
大型
80～2000
2000
10～100
10～100
450～5000
20～30
穿越河流、高速公路、铁路
水平定向钻进河倒向钻进之间并没有严格的界限。到向钻进技术的基本原理大致和定向钻进相同，即先钻一个小口径的先导孔，随后边扩孔边回拉铺设地下管线。由于小型钻机的钻孔轨迹量测、控制技术与大中型钻机的不一样。因此，国际上通用的分类方法将采用小型定向钻及施工的方法称之为“导向钻进”。“导向钻进”一般是指用于铺设小治警、长度较短的管线；而将采用大中型定向钻及施工的方法称之为“定向钻进”。对于大型工程，直径较大（有些直径大于1m）的管线施工则属于“定向钻进”这一范畴，如穿越较大的河流、运河和高速公路施工。
水平定向钻进河导向钻进技术在铺设新管线中所占有的市场比例在不断的增加。最近几年，设备的能力得到了改进，非开挖铺设新馆显得有点也越来越被广泛地重视。非开挖施工除了明显的环境上的优点外，导向钻进的相对成本在许多应用场合也讲到开挖施工的成本一下，即是忽略干扰交通等社会成本也是如此。
水平定向钻和导向钻进的优点为：对地表的干扰较小；施工速度快；可控制铺管方向，施工精度高。定向钻进的不足之处在于对施工场地要求较大，在非粘性土层和砾石层中施工比较困难，一般是用于不含大卵石的各种地层，包括含水地层。导向钻进不适用于砂层和砾石层，一般适用于软土层；由于受到探测器的探测深度的限制，导向钻进的深度有限。
导向钻进的施工原理
大多数的导向钻进使用一种射流辅助切削钻头，钻头通常带有一个斜面，因此当钻杆不停地回转时则钻出一个直孔，而当钻头朝着某个方向给进而不回转时，钻孔发生偏移。导向钻头内带有一个探头或发射器，探头也可以固定在钻头后面。当钻孔向前推进时，发射器发射出来的信号被地表接受其所接受和追踪，因此可以监视方向、深度和其他参数。导向钻进施工示意图如图4-1。
导向钻进的程控方式有两种：干式和湿式。干式钻具由挤压钻头、探头室和冲击锤组成，靠冲击挤压成孔，不排土。湿式钻具由射流钻头和探头室组成，以高压水射流切割土层，有时辅以顶驱式冲击动力头以破碎大块卵石和硬土层，这是目前使用得最多的成孔方式。两种成孔方式均以斜面钻头来控制钻孔方向。若同时给进和回转钻杆柱，斜面失去方向性，实现保值钻进；若只给进而不回转钻杆柱，作用与斜面的反力士钻头改变方向，实现造斜钻进。钻头轨迹的监视，一般由手持式地表探测器和孔底探头来实现，地表探测器接收显示位于钻头后面探头发出的信号（深度、顶角、工具面向角等参数），供操作人员掌握孔内情况，以便随时进行调整。
钻机的锚固
易崩落的地层中可以向前或向后钻进。这种平衡式的球体牙轮是自稳的，而且能自动跟踪先导孔。大型牙轮和蜜蜂式轴承的应用延长了其在孔内的寿命。
扩孔是将导向空的孔径扩大至所铺设的管径以上，以减小铺管时的阻力。扩孔是将钻头连接在钻杆后端，然后由钻机旋转回拉扩孔。随着扩孔的进行，在扩孔钻头后面的单动器上不断加接钻杆，直到扩至于钻机同一侧的工作场地，即完成了这一级孔眼的扩孔，如此反复，通过采用不同直径的扩孔钻头扩孔，直至达到设计的扩孔孔径为止。对于回拉力较大的钻机，在扩孔是可以采用阶梯型扩孔钻头，一次完成扩孔施工。甚至有时可以同时完成扩孔和铺管施工。
钻井液
钻井液的基本组分是现场的淡水，大多数情况下，须在水中添加膨润土来增加钻井液的黏度，钻井液主要用于稳定孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、冷却钻头和发射探头、清除钻进产生的土屑等。因此，它被视为导向钻进施工的“血液”，一般要求采用优质膨润土制备泥浆，有时视地层条件在泥浆中加入
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