富水砂层中水平定向钻进施工方法与流程

本发明涉及定向钻进施工，尤其涉及富水砂层中水平定向钻进施工方法。

背景技术：

1、近年以来，我国的城市化进程得到进一步的发展，城市的新建和改造工程越来越频繁，城市建设行业得到迅猛的发展，不断地涌现出新的材料和施工技术，然而，考虑到不影响地面部分正常活动的情况下，施工过程满足环境保护要求。因此，在不开挖路面的情况下，进行地下管道的施工成为当前广泛的需求。

2、一般的，非开挖路面技术可以利用微开挖或者不开挖的施工技术对地下管线、管道和地下电缆等进行铺设、修复或者更换。其中，管道水平定向钻进法是运用较为普遍，发展最为快速、技术最为先进、各类设备最为完善的施工方法。

3、在进行富水砂层水平定向钻施工时还发现存在以下问题：

4、1、随着地下变得越来越拥挤，干扰源越来越多，在现有基础设施周围以及存在干扰的情况，精确地在地下导航还不能满足工艺要求，制导系统的性能需进一步提高。

5、2、在富水砂层钻孔中，堆积的钻屑颗粒，难以被钻进浆液运移，形成固定钻屑床，引起动力增加、环空循环压力升高、机械卡钻等工程问题，钻孔清洁效率低，是造成孔内事故频发。

6、3、水平定向钻在大负载溢流工况下，系统出现压力波动问题，系统压力波动引起钻杆剧烈抖动，严重影响钻孔质量，甚至在拖拉管线时系统压力波动可能造成管线的损坏。因此，本发明提出富水砂层中水平定向钻进施工方法，以解决现有技术中的不足之处。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供富水砂层中水平定向钻进施工方法，通过构建抗干扰精准导航系统、通过对钻杆、钻头改造，利用锰铁合金中空钢杆+矛式钻头进行钻进施工，通过设计水平定向钻液压推拉系统，可实现减少钻进过程的干扰，精确地在地下导航、可提高钻屑运移效果可实现解决施工过程整机出现抖动引起导致钻杆剧烈抖动，以此提高施工质量。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、富水砂层中水平定向钻进施工方法，包括以下步骤：

4、步骤一：构建抗干扰精准导航系统和改进钻杆、钻头

5、构建由一个标准发射机、一个模型发射机和一个接收机组成的抗干扰精准导航系统搭载在钻机上，钻机采用锰铁合金中空钢杆+矛式钻头进行钻进施工，利用锰铁合金中空钢杆+正反循环牙轮组装扩孔钻头进行扩孔施工；

6、步骤二：设计水平定向钻液压推拉系统

7、将水平定向钻液压推拉系统设计成由定量泵、推拉控制阀、推拉马达与推拉装置组成；

8、步骤三：水平定向钻施工场地布置

9、水平定向钻穿越部位时，在管道的起点设置一个工作坑，在管道的终点设置一个接收坑，并在管道发送一端布置泥浆制作系统及管道发送系统；

10、步骤四：测量放线

11、根据施工图要求的入土点、出土点坐标放出钻机安装位置线，控制出土点到回拖管线路保持直线；

12、步骤五：钻机就位

13、由拖车头牵引钻机进入工作场，根据穿越中心线及入土角，调整钻机就位，钻机就位后，控向室相应就位；

14、步骤六：抗干扰精准导航系统配对

15、在钻进之前，将抗干扰精准导航系统的标准发射机和模型发射机分别与接收机进行配对，标准发射机和模型发射机将选定的频率通信到接收机，完成配对；

16、步骤七：组建泥浆系统

17、组建由回收循环罐、储浆配浆罐、砂泵、泥浆除砂清洁器、泥浆除泥器、卧式沉降离心机、搅拌器和射流剪切混浆设备组成的泥浆系统，利用泥浆系统为钻机设备提高泥浆；

18、步骤八：导向孔钻进、回拖拉管和土方回填

19、钻机钻导向孔后利用推拉装置对导向孔进行扩孔，扩孔结束后进行清孔，然后将管道拉进导向孔内，再对相邻管道的接口进行焊接，当管道全部拉入到导向孔内以后进行土方回填。

20、进一步改进在于：所述步骤二中定量泵出口连接推拉控制阀，为推拉控制阀提供动力源，推拉控制阀上集成有定差溢流阀、恒流阀、阻尼孔、电比例换向阀和补偿阀，溢流阀限定系统最大压力，恒流阀和阻尼孔用于稳定负载反馈压力的波动，电比例换向阀控制油液的方向和大小，补偿阀用于保持电比例换向阀阀口压差控制。

21、进一步改进在于：所述步骤三中开挖工作坑和接收坑前要调查地上地下障碍物情况，在开坑时进行工作坑和接收坑加固保护措施，工作坑和接收坑开挖的深度依据管道高程、所用扩孔钻机尺寸以及砼垫层的厚度决定。

22、进一步改进在于：所述步骤五中钻孔机安装在工作坑旁边，管道轴线根据设计图纸及现场条件进行桩位放线确定，钻杆中心与管道轴线一致，在确定拉管机方位后，固定好钻孔机，然后根据现场测得的井位深度以及钻孔机位置，确定钻杆造斜度，控制杆造入土角不超过150°。

23、进一步改进在于：所述步骤五中钻机安装好后，还需要进行试钻运转并检测运转后的机座轴线及坡度是否有变化，反复检测多次，确保运转后的机座轴线及坡度无变化后进入下道工序。

24、进一步改进在于：所述步骤六中标准发射机和模型发射机分别与接收机进行配对时，分别将标准发射机和模型发射机与接收机的端口保持在一起进行配对，配对成功后，接收机再进行校准，利用扫描功能获得导向孔有关的所有数据，选择在各基点上最佳频率带进行精确定位导向。

25、进一步改进在于：所述步骤七中组建好泥浆系统后还包括进行泥浆配置作业，先对配置泥浆的用水进行选择和化验，水采用没有污染的清水，并化验水的ph值，以便确定添加剂的用量，对于粘土、粉质粘土的普通土质，在水质合格的情况下直接用一级钻井膨润土，当地质及水质不良时才使用添加剂，采用的泥浆添加剂有:磺化沥青、水解聚丙烯酰胺防塌降滤失剂、羧甲基纤维素、纳米材料、复合材料和润滑剂中的一种或多种。

26、进一步改进在于：配置所述泥浆时，合格的泥浆标准为:比重为1.02-1.05g/cm，含沙量≤1％，ph值＝7-10；失水率<15％，还需要用马式漏斗对泥浆粘度进行测定，测定结果做好记录。

27、进一步改进在于：所述步骤八中钻机钻导向孔时，钻进过程中采用锰铁合金中空钢杆+矛式钻头，钻进时人力扳拉推进持力均匀，匀速前进，并根据前进阻力的大小，判断地层内是否有硬物或土层的变化，钻进时，当地层含水较大或地层为砂层或粉质砂粘土时,不注水钻进，当地层较硬或无地下水时，提高注水压力，当遇有硬质障碍物时缓慢持力前进，当不能钻穿通过时，记录钻具长度，确定障碍物的具体位置，地面条件允许时从地面下挖探洞人工下去处理。地面条件不允许时，整体偏移钻孔轴线。

28、进一步改进在于：所述步骤八中进行导向孔扩孔时将锰铁合金中空钢杆上的矛式钻头卸下，改装正反循环牙轮组装扩孔钻头，然后开动推拉装置回拉扩孔，且需根据现场地质情况采用刮刀式扩孔器进行辅助扩孔。

29、本发明的有益效果为：本发明通过构建抗干扰精准导航系统，使用两个发射机配对，可减少钻进过程的干扰，并通过频带提供最佳深度信号，精确地在地下导航；通过对钻杆、钻头改造，利用锰铁合金中空钢杆+矛式钻头进行钻进施工，利用锰铁合金中空钢杆+正反循环牙轮组装扩孔钻头进行扩孔施工，并配制高粘钻孔泥浆，通过增大钻孔浆液流速和粘度来提高钻屑运移效果；通过将水平定向钻液压推拉系统设计成由定量泵、推拉控制阀、推拉马达与推拉装置组成，可实现解决施工过程整机出现抖动引起导致钻杆剧烈抖动的问题，以此提高施工质量。