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定向钻穿越多管同孔回拖施工技术

更新时间:2015-07-28 22:00:22 信息编号:198591
定向钻穿越多管同孔回拖施工技术
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 多管同孔回拖的难点及施工要点

在较硬的地层中扩孔时常采用飞旋式扩孔器,孔壁容易产生螺纹,导致管线回拖时受到切向摩擦力,回拖时万向节也可能因受到阻力而出现短暂的失效情况,造成管线旋转或相互缠绕,导致无法挽回的施工事故。施工中应采取有效措施,消除切向摩擦力,确保管线顺直入孔。

对导向孔曲率的要求以管径最大的管线为标准,扩孔尺寸要比套管尺寸大300mm。

最大回拖力计算,最大回拖力按所有管线的回拖力之和计算。钻机性能需满足回拖施工需求。

泥浆配送合理,针对不同的地层配送不同性能的泥浆,保护孔洞不塌方,减少回拖阻力。

管线采用管销进行固定,管销与管线用满焊的方式进行连接,防止回拖过程中管线脱节。

多管同孔回拖的实际应用

辽河油田双6区块气驱采油开发工程站外系统双台子河定向钻穿越工程由辽河一建穿越公司进行施工,根据本工程4条管线并行的特点,穿越采取钻1个导向孔,4条管线同孔回拖的方案进行施工。鉴于国内极少采取一孔四管回拖,此次回拖的施工方案可借鉴的经验几乎为零。辽河一建穿越公司领导及技术人员认真讨论方案实施细节,制定了科学、详细的施工方案,为4管同孔回拖的成功提供了决定性的保障。

本次穿越回拖管线规格为d323.9×16mm,l485直缝埋弧焊钢管两条;d219×6mm无缝钢管、114.3×6.4mm无缝钢管各一条。实际穿越水平长度为803米。主要穿越层为细砂层,入土角10°,出土角8°。

钻导向孔及扩孔

导向孔曲率需满足所有回拖管线的要求,曲率半径=1500d,d取最大管径323.9mm,曲率半径取486m。对于导向孔曲率的要求控制单根钻杆角度变化小于等于1.0°。钻孔过程中采用人工磁场进行纠偏。进入磁场后每钻进一根钻杆测量一遍,对比前后测量结果及时发现偏差和偏差趋势,如果不在标准要求范围内需及时纠偏。

根据套管尺寸进行4次预扩孔:分别为400mm、600mm、800mm、1000mm扩孔器,扩孔使用飞旋式扩孔器,为保证钻进曲线圆滑,在第一级扩孔时扩孔器前端连接2根麻花钻杆进行局部修正。扩孔过程要根据司钻反馈信息及时调整泥浆配比,控制泥浆排量和扩孔速度,保证成孔的质量。

泥浆工艺

本次穿越层地质结构主要是细砂,有少量的卵石,胶结不好,穿越距离较长,极易发生孔塌及孔漏事故造成工程失败,要求泥浆抑制性要好,防塌、防漏能力要强,泥浆性能要均匀稳定,滤失量要小,失水量控制在10~15ml,泥饼要薄而坚韧致密控制在1~2mm之间,具有良好的流动性。开钻前采用施工用水,现场进行泥浆性能试验,取得合理的泥浆配比。钻导向孔要钻进均匀,保持孔洞稳定。扩孔阶段要保持匀速回扩,并时刻观察扭矩及拉力的变化情况。

回拖前准备

回拖力计算

最大回拖力计算公式:

f拉=πl ƒ【d2γ泥/4-7.85δ1(d-δ1)】+κ粘πdl

式中:f拉为计算回拖力(t);

l为穿越管线长度(m),穿803m;

ƒ为摩擦系数,取值为0.2(一般取0.1~0.3);

d为管线直径(m),分别取0.219m、0.3239m、0.3239m、0.114m;

δ1为管线壁厚(m),取0.007m、0.016m、0.016m、0.0064m;

γ1为钢密度,78kn/m3。

γ2为泥浆的密度(t/m3),取1.15(一般取1.15~1.2);

k为粘滞系数,取0.02(一般取0.01~0.03)。

回拖力等于四条管线回拖力之和:

f=f1+f2+f3+f4=12.12t+12.042t+12.042t+4.89t=41.1t

经计算最大回拖力f拉=41.1t

本工程取2倍的安全系数,因此选择钻机大于82.2t,选用德国海瑞克hk250t钻机,其回拖力达到250吨,可以满足施工要求。

发送沟开挖

发送沟上口宽1.5m,下口宽1.2 m,深1.0m,发送沟开挖入口处应沿出土曲线平缓过渡。沟内注水高度为0.6m,将管道浮起,减少回拖力。回拖前,采用3台40t吊管机将管线吊入发送沟内,确保将管线浮起。

回拖管线固定

多管同孔回拖时,管线之间的固定十分关键,为了便于牵引和防止工作管损伤,四个工作管前端套入1根d711×16mm套管,套管前端与工作管采用封头满焊连接,并与钻具连接(如图1和图2)。套管材质选用l485直缝埋弧焊钢管,因此套管与工作管连接处力学性能能够满足回拖要求。

管线相互缠绕的预防

虽然在回拖时万向节可以防止套管跟随钻杆产生旋转,但扩孔时采用的是飞旋式扩孔器,该类型扩孔器可以更轻松的切削细砂层,但扩孔后孔壁成螺纹型。在回拖管线时,由于回拖管线管径不同,所受切向摩擦力也不同,不同管径的管线很有可能发生相对位移,从而出现管线缠绕成麻花状的现象。

为避免回拖时产生切向摩擦力,回拖前进行洗孔是关键的一步。洗孔时,适当放慢洗孔器行进速度,加快旋转速度,使孔壁更加平滑。

回拖时泥浆起到润滑孔壁、稳固孔壁的作用,也可有效防止不同管径管线间由于受力不均而发生的相互缠绕。

在管线与套管回拖处加管销进行固定,管销共3个,形成最具稳定的三角形状,将d323.9、d219管线固定牢固,管销与管线连接部门满焊,d114管线可直接焊接在套管内壁上,可更有效的防止不同管径的管线发生相对位移。

根据实际施工经验,虽然以上措施能有效减少管线发生相互缠绕的可能性,但在实际回拖过程中有时还会出现轻微的缠绕现象,这时可以在回拖管线末端焊接一个钢管做管销,把回拖管线串联在一起,并配备一台挖掘机,压住翘起的钢管一端,给管线施加反向的切向力,使管线始终保持顺直(如图4)。

回拖过程操作

回拖是定向钻穿越最为关键的一步。采用方式为:钻杆+麻花钻杆+34′飞旋扩孔器+250t万向节+“u”型环+管线,由钻机牵引向入土点回拖。

为了避免回拖管线时使管线产生较大的折角,采用吊管机将管线吊起,使角度缓慢过渡,防止与管线与地面摩擦损失防腐层。

回拖过程中,要控制泥浆泵泵压,保证井壁稳定。设专人和设备对回拖管线的防腐层进行检测,发现问题及时处理,以确保进洞的管线防腐层万无一失。

回拖完成后,切除套管及焊接管销的部分

 


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