非开挖管道定向穿越施工指南

《非开挖管道定向穿越施工指南》试图在总结了国内外在该领域的先进工艺方法和技术设备的基础上，论述非开挖管道定向穿越的各类施工方法和相关理论，力求具有新颖性和可操作性。《非开挖管道定向穿越施工指南》在介绍了非开挖管道定向穿越施工主要的配套设备、地层、泥浆和现场勘察的同时，力争做到对定向钻机选型、钻头选择、钻具合理配置、根据地质条件进行合理泥浆配制、现场定向穿越中事故排除与施工组织设计编写等具有指导作用，并努力使之成为一本现场可供借鉴的工具书并能进行现场的操作指导。

第一章绪论

第一节定向钻穿越技术的发展概况

第二节水平定向钻机主要的发展趋势

第二章定向钻设备

第一节非开挖管道定向穿越设备系统简介

第二节钻机

第三节动力装置

第四节泥浆配制设备与回收净化设备

第五节钻具

第六节导向控制系统

第三章管道定向穿越施工基本原理与工艺

第一节概述

第二节地质调查

第三节施工准备

第四节现场开钻前的工作

第五节导向孔的钻进工艺

第六节预扩孔工艺

第七节管段回拖工艺

第八节管道定向穿越施工中常见的问题与处理

第四章泥浆

第一节钻井泥浆的发展历史

第二节非开挖管道定向穿越的工程地质特点对泥浆技术的要求

第三节泥浆的功用

第四节泥浆的化学基础

第五节泥浆性能与测定方法

第六节泥浆材料

第七节与泥浆有关的各种井下复杂情况和事故处理

第八节穿越用泥浆的设计与配制

第九节实践中应用有效的一些泥浆配方

第十节定向穿越施工泥浆用量和泵量计算

第十一节泥浆的净化与处理

第十二节工程废浆无害化处理

第十三节穿越现场的泥浆管理

第五章土与岩石的工程分类与特征

第一节岩土的工程分类

第二节土的物理特性

第三节岩石的物理与力学性质

第四节岩土对定向钻钻进的影响

第六章非开挖管道定向穿越施工组织设计的编制

第一节概述

第二节施工组织设计编制的内容及要点

第三节编写施工组织设计的注意事项

参考文献 2100433B

续理编著的这本《非开挖管道定向穿越施工指南》共分为六章，主要介绍了非开挖管道定向穿越的施工方法和设备、施工中需要使用的岩土和泥浆技术，以及施工中常见问题的处理。另外对施工组织设计的编制也做了介绍。

全书目录如下：

目 录

第一章 绪论……………………………………………………………………………………… 1

第一节 定向钻井技术的起源与现状 ……………………………………………………… 1

第二节 定向井应用领域 …………………………………………………………………… 3

第三节 定向井的类型 ……………………………………………………………………… 6

第四节 定向钻井技术发展应用分析 ……………………………………………………… 9

第五节 定向钻井技术发展前景和发展趋势 …………………………………………… 14

第二章 定向井基本概念……………………………………………………………………… 16

第一节 井眼轨迹的基本概念 …………………………………………………………… 16

第二节 磁偏角的校正 …………………………………………………………………… 24

第三节 子午线收敛角的校正 …………………………………………………………… 27

第四节 重力线收敛角的校正 …………………………………………………………… 31

第三章 定向井专用工具……………………………………………………………………… 33

第一节 定向接头 ………………………………………………………………………… 33

第二节 无磁钻铤 ………………………………………………………………………… 35

第三节 螺杆钻具 ………………………………………………………………………… 40

第四节 中空螺杆钻具 …………………………………………………………………… 48

第五节 稳定器 …………………………………………………………………………… 53

第六节 PDC 钻头伴侣 …………………………………………………………………… 58

第七节 键槽破坏器 ……………………………………………………………………… 59

第四章 定向井设计计算方法………………………………………………………………… 60

第一节 计算方法 ………………………………………………………………………… 60

第二节 测斜数据计算方法规定 ………………………………………………………… 66

第三节 定向井轨道设计原则 …………………………………………………………… 69

第四节 设计方法 ………………………………………………………………………… 71

第五节 设计实例 ………………………………………………………………………… 77

第五章 测量技术……………………………………………………………………………… 81

第一节 测量的性质和特点 ……………………………………………………………… 81

第二节 测量仪器分类和应用范围 ……………………………………………………… 82

第三节 测量仪器的基本原理 …………………………………………………………… 83

第四节 氢氟酸瓶测斜仪器 ……………………………………………………………… 91

第五节 磁罗盘测量仪器 ………………………………………………………………… 91

第六节 有线随钻测斜仪 ………………………………………………………………… 99

第七节 电子多点测斜仪 ………………………………………………………………… 105

第八节 陀螺测斜仪 ……………………………………………………………………… 109

第九节 MWD 无线随钻测斜仪 …………………………………………………………… 115

第十节 电磁波式无线随钻测量仪器 …………………………………………………… 126

第十一节 声波随钻测斜仪 ……………………………………………………………… 130

第十二节 旋转导向钻井技术 …………………………………………………………… 131

第十三节 随钻测井系统（LWD） ………………………………………………………… 135

第六章 双驱导向钻进技术…………………………………………………………………… 156

第一节 概述 ……………………………………………………………………………… 156

第二节 造斜能力特性分析 ……………………………………………………………… 156

第三节 钻具组合和钻井参数优选 ……………………………………………………… 168

第四节 现场应用 ………………………………………………………………………… 169

第七章 防斜打直技术………………………………………………………………………… 177

第一节 井斜原因分析 …………………………………………………………………… 177

第二节 井斜控制技术 …………………………………………………………………… 180

第三节 其他防斜钻井技术 ……………………………………………………………… 185

第四节 直井段井身轨迹控制及防碰绕障技术措施 …………………………………… 187

第五节 井斜的处理 ……………………………………………………………………… 188

第六节 垂直井段实例 …………………………………………………………………… 190

第八章 定向井轨迹控制理论与技术………………………………………………………… 198

第一节 定向造斜的发展历程 …………………………………………………………… 198

第二节 增斜段控制技术 ………………………………………………………………… 205

第三节 稳斜段控制技术 ………………………………………………………………… 205

第四节 降斜 ……………………………………………………………………………… 207

第五节 方位漂移规律分析 ……………………………………………………………… 207

第六节 轨迹控制模式 …………………………………………………………………… 209

第七节 丛式井的防碰计算 ……………………………………………………………… 217

第八节 方位扭转角计算 ………………………………………………………………… 220

第九节 二维水平井铅垂靶的入靶计算 ………………………………………………… 224

第九章 定向井常用定向方法及测斜仪操作规程…………………………………………… 227

第一节 定向井常用定向方法 …………………………………………………………… 227

第二节 电子多点测斜仪操作规程 ……………………………………………………… 231

第三节 45 型有线随钻测斜仪操作规程 ………………………………………………… 233

第四节 PMWD 无线随钻测斜仪操作规程 ……………………………………………… 243

第五节 SDI MWD 无线随钻测斜仪操作规程 …………………………………………… 252

第六节 KEEPER 陀螺测斜仪操作规程 ………………………………………………… 260

第七节 磁性单点照相自浮测斜仪测量规程 …………………………………………… 263

第八节 650MWD 系统仪器操作 ………………………………………………………… 265

第十章 水平井钻井技术……………………………………………………………………… 280

第一节 概述 ……………………………………………………………………………… 280

第二节 水平井段轨道设计 ……………………………………………………………… 283

第三节 水平井井眼轨道控制 …………………………………………………………… 289

第四节 着陆控制 ………………………………………………………………………… 294

第五节 水平井段控制技术要点 ………………………………………………………… 299

第六节 钻井液、钻进参数和测量 ……………………………………………………… 300

第七节 应用实例 ………………………………………………………………………… 305

第十一章 套管开窗侧钻技术………………………………………………………………… 319

第一节 概述 ……………………………………………………………………………… 319

第二节 锻铣开窗侧钻工艺 ……………………………………………………………… 319

第三节 磨铣开窗工艺技术 ……………………………………………………………… 323

第四节 小井眼裸眼段井下安全施工措施 ……………………………………………… 329

第十二章 定向井井下复杂与事故…………………………………………………………… 331

第一节 概述 ……………………………………………………………………………… 331

第二节 影响定向井安全的因素 ………………………………………………………… 335

第三节 造斜率低原因分析及措施 ……………………………………………………… 339

第四节 方位偏差大原因分析及措施 …………………………………………………… 340

第五节 钻出新井眼原因分析及措施 …………………………………………………… 340

第六节 黏附卡钻原因分析及措施 ……………………………………………………… 342

第七节 坍塌卡钻原因分析及措施 ……………………………………………………… 347

第八节 砂桥卡钻原因分析及措施 ……………………………………………………… 348

第九节 沉砂卡钻原因分析及措施 ……………………………………………………… 349

第十节 缩径卡钻原因分析及措施 ……………………………………………………… 350

第十一节 键槽卡钻原因分析及措施 …………………………………………………… 351

第十二节 落物卡钻原因分析及措施 …………………………………………………… 352

第十三节 钻具事故原因分析及措施 …………………………………………………… 353

第十四节 复杂井的通井划眼操作 ……………………………………………………… 360

第十五节 井漏原因分析及措施 ………………………………………………………… 361

参考文献………………………………………………………………………………………… 364 2100433B

本书主要讲述定向钻井过程中的基本工艺技术及施工中常用的测量技术。全书共分12章，主要内容有定向井基本概念、定向井专用工具、定向井设计与计算、定向井轨迹控制理论与技术、定向测斜仪操作规程、定向井测量技术、双驱导向钻进技术、水平井钻井技术、套管开窗侧钻技术、定向井井下复杂与事故处理等。

本书适应于钻井工程技术人员、技术工人阅读参考，也可作为高职高专石油钻井技术专业学生的选修课教材和定向钻井工程技术人员的培训教材。

水平定向钻施工的特点：

1.1 定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会影响商店，医院，学校和居民的正常生活和工作秩序，解决了传统开挖施工对居民生活的干扰，对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。

1.2 现代化的穿越设备的穿越精度高，易于调整敷设方向和埋深，管线弧形敷设距离长，完全可以满足设计要求埋深，并且可以使管线绕过地下的障碍物。

1.3 城市管网埋深一般达到三米以下，穿越河流时，一般埋深在河床下 9—18米，所以采用水平定向钻机穿越，对周围环境没有影响，不破坏地貌和环境，适应环保的各项要求。

1.4 采用水平定向钻机穿越施工时，没有水上、水下作业，不影响江河通航，不损坏江河两侧堤坝及河床结构，施工不受季节限制，具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。

1.5 与其它施工方法比较，进出场地速度快，施工场地可以灵活调整，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性，并且施工占地少工程造价低， 施工速度快。

1.6 大型河流穿越时，由于管线埋在地层以下 9—18米，地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少，所以起到自然防腐和保温的功用，可以保证管线运行时间更长。

1.7 预扩孔，是在地质情况和地下管线探测或勘测清楚的情况下逐级按照管径大小的1.3~1.5倍把孔回扩到预期直径的大小。

水平定向钻施工存在的缺陷：

2.1 由于水平定向钻施工是一项新的生产工艺技术，我国尚无统一的技术标准和施工验收规范，造成对工程设计、施工质量的把控没有官方依据。一旦发生质量事故，对责任方的认定也造成一定难度。

2.2由于采用定向扩孔拖拉，施工结束时，管材与回扩孔之间的空隙处理，不能像开槽敷设施工那样进行回填夯实。因此，对管材沉降要求比较高的工程在实际使用中存在着一定的风险。

水平定向钻机系统简介：

各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及辅助机具组成，它们的结构及功能介绍如下：

3.1 钻机系统：是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体，它由钻机主机、转盘等组成，钻机主机放置在钻机架上，用以完成钻进作业和回拖作业。转盘装在钻机主机前端，连接钻杆，并通过改变转盘转向和输出转速及扭矩大小，达到不同作业状态的要求。

3.2 动力系统：由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力，发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。

3.3 控向系统：控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的具体位置和其它参数，引导钻头正确钻进的方向性工具，由于有该系统的控制，钻头才能按设计曲线钻进，现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。

3.4 泥浆系统：泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成，为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。

3.5 钻具及辅助机具：是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。钻具主要有适合各种地质的钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等机具。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。2100433B