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【水平定向钻】水平定向钻机工作原理

发布日期:2020-08-07 15:51浏览次数:
水平定向钻机工作原理
 水平定向钻井(也称为 HDD 或 TT 技术)最初是从石油钻井技术引入的,主要用于穿越河流,湖泊和建筑物等障碍物。铺设大直径,长距离的石油和天然气管道。具有施工周期短,施工成本低,表面损伤小,环境污染小的特点。施工技术应用广泛,具有很大的推广意义。

  这是天津港临港工业区污水管道建设中首次采用水平定向钻进(特别是DN800mm 大口径污水管道的建设)。在天津港区填埋后地质条件较差的情况下,污水管道建设的难度是一个难题。水平定向钻井技术为污水管道施工问题提供了良好的解决方案。



 

  1 工程概况

  天津港临港工业区污水处理工程管道项目位于天津港临港区。亚洲路,欧洲路,观澜路,澳大利亚路,山西路,北京路,规划路 3 号,规划路 4 号郑州路,洛阳路,蜀路等 13 条道路的 15 条污水管道。公称直径≤400mm的污水管采用双壁波纹管。DN300mm、DN400mm、DN500mm、DN600mm、DN800mm、DN1000mm,总长 17.91km,采用重力式自然排污。开挖深度为2~6m,管径越大,开挖深度越大。

  2 水平定向钻的工作原理及工艺

  2.1 水平定向钻进和导向钻的施工原理

  引导钻孔主要通过喷射辅助切割钻头完成。如果钻柱同时进给和旋转,则斜面将失去方向性并实现矫直钻孔;如果仅旋转钻柱,则作用在斜坡上的反作用力使钻头改变方向。导频位中有一个探头或发射器。

  2.2 水平定向钻的优缺点

  优点:对表面的干扰小,施工速度快,管道铺设方向可控,施工精度高。缺点:施工现场要求较大,难以在非粘性土壤和砾石层中施工,并且通常适用于没有大卵石的各种土壤层。

  2.3 水平定向钻施工流程

  施工准备→测量放线→设备安装→钻机锚固→泥浆配备→导向孔施工→扩孔施工→管材回拖。

  3 硬盘技术在污水管道项目实施过程中

  下面重点介绍亚洲公路w33-w40 管道拉管的施工,施工过程控制说明,一次性管道长度为 203m。

  3.1 现场地质条件

  表面层是黑砂,厚度为 3~4m。局部有粉质粘土,粉质粘土或粘土,含水量 19.8~43.9,中等压缩性,软塑料。

  3.2 DN800 管道施工钻机设备选型(钻头,铰刀,钻杆)

  根据现场地质情况,选用美国 WITTMANNd80×d100 钻机,配备配套泥浆泵,采用进口钻杆。扩孔器采用快速切削式扩孔器,需要 d350、d550、d650、d750、d850、d950 等 6 个级别,天津港临港工业区泥质粘土适用于快速切割铰刀。

  3.3 泥浆采用美国百瑞得(BAROID)泥浆

  每立方米水混合 45kg 膨润土(BORE-GEL)15-30min。根据地质条件,当上述浆料仍不能满足要求时,缓慢加入 1L 孔壁稳定剂(EZ-MUD)和 3.8 升表面活性剂(PENETROL)。并持续搅拌 15-30min。

  3.4 管材选择

  选用山东阳谷恒泰管业 DN800×30.6mmPE 管材。环刚度≥12.5kN/m2。抗拉强度标准值:不小于 50MPa,抗拉强度设计值:不小于 37.5MPa。环向弯曲刚度:不小于 8kN/m2,管道的允许拖曳应力控制在 35MPa。

  1.1

  轨迹设计

  亚洲w33-w40 污水管道底线海拔 1.087m,地面平均海拔 6.3m。根据公式 H =6.3 -1.087 =5.213m,H0 =H -0.8/2 =4.813m,D =800mm,D0 =800 +30.6×2=861.2mm,每节导钻杆长度 A=4.6m,α 取 15°,n=5,计算 L=21.7m。

  每个倾斜部分被认为是 5 个钻杆。

  污水管道的坡度设计为坡度为 0.8‰。检查井的底部高度比管底低50cm。

  3.6 钻机锚固

  合理的钻机锚固是成功完成钻进的前提条件。考虑到亚洲公路的地质条件较差,该钻机安装在北京路与亚洲路的交叉口,并由人行道的坚硬肩部锚定。具体联系污水宝或参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

  3.7 导向孔施工

  导孔的结构是孔形成的关键,导孔的入射角和入射点的角度是根据设计的轨迹线确定的。仔细测量并科学地选择轴上的方位角,使钻孔接近设计轨迹。此外,在引导孔的构造期间,现场技术人员确保曲线偏移不超过指定的设计范围。还严格控制每个钻杆之间的角度变化,以确保导向孔具有高质量。在引导孔检测过程中,引导仪器的参数(钻头倾角,工作角,钻头深度)在适当的时间传送到计算机,曲线由 excel 表绘制,以控制和检查分析。

  3.8 扩孔施工(各级预扩孔)

  导孔完成后,技术人员应根据操作员的原始记录再次检查导孔的质量,并检查原设计轨迹。当导孔符合质量要求时,拆下导向钻头,连接反向钻头,并连接分动箱以重新扩孔。设计回拉扩孔进行 6 次,依顺序为d350mm、d550mm、d650mm、d750mm、d850mm、d950mm 扩孔器回拉扩孔,扩孔阶段的数量很大,可以更好地保证孔的质量。

  3.9 清 孔

  在扩孔完成后,用 d950mm 孔清洁器清洁孔两次。在清理孔时要注意泥浆的比重,以确保泥浆的质量。机械操作人员应注意仪表的变化,以判断孔内的情况。并记录,技术人员根据记录的数据,分析清除孔的影响,并决定是否可以铺设管道。

  3.10 回拖管材

  拖动开始后,操作需要平稳均匀,最大速度不超过 0.82m/min。在操作时,观察背压的变化并及时分析,以确保管道的成功。

  3.11 施工精度

  亚洲路 w33-w40 拉管完成后,进行污水泥浆检查井施工,共检查 8口井,在检查了井基沟槽的开挖情况后,对 PE 管的 PE 高度和位置进行了测量和评估。高程的最大误差为 125mm,管轴的最大误差为 250mm。

  4 拉管施工中的注意事项

  4.1 导向钻进需要注意的问题

  在钻进过程中,钻头遇到小岩石或卵石,钻探轨迹可能与设计轨迹明显偏离,钻头偏差难以预测。操作员应立即停止钻孔并检查钻头位置。

  此时,应减少钻头的重量并缓慢进给,以使钻头缓慢地穿过该区域。

  4.2 回扩后拉管注意事项

  (1)铰孔钻头不应在钻孔中停留太长时间。

  (2)在慢拉管期间,过大的张力会导致钻孔中的孔或软化管周围的土壤。扩孔钻头越大,钻头下沉的可能性越大,并且在施工过程中的任何时候都应该观察和防止。