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大直径钻孔的常见问题

通过塔比瑟Mishra
发布日期:2018年1月22日
关键的外卖

与小直径井眼相比,大直径井眼的项目成功风险更大。

来源:Adrian Wojcik

管道行业的使用正在不断增长非开挖方法管道安装水平定向钻井(HDD)已成为许多承包商采用的常用方法,这在很大程度上是因为非开挖方法造成的表面损伤最少,几乎没有交通中断。研究发现,在大多数情况下,管道所经历的最大寿命载荷是在回调过程中管子被拉入钻孔

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现在认为更坚固和弹性的材料具有更好的承重能力,如高密度聚乙烯(HDPE),聚乙烯(PE),和玻璃钢(GRP)管道被用于新管线的安装,这些管道的使用寿命和长期性能大大提高。(详情请浏览“钢,粘土,塑料和复合管的寿命”)。

HDD与更好的管道材料相结合,使得通过湿地、河口和河流渡口等环境敏感地区安装管道变得更加容易。用于PE管道的熔接接头非常适合这些地方,因为它提供了一个防漏接头,并确保敏感区域不会被管道输送的任何东西污染。然而;与所有施工技术一样,非开挖方法也容易出现故障和失败。

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需要遵循一些参数,以确保钻井程序与该地区的地理条件相匹配。不充分的信息关于场地条件或不当岩土工程调查土壤取样从一开始就可能导致项目失败。一个有经验和知识的承包商配备准确的信息是至关重要的,以确保成功完成任何非开挖项目。

非开挖钻井项目可能遇到的主要问题之一是钻孔尺寸过大,即钻孔或反扩孔超过设计限制。由于工作范围和不可预测的地理条件,这在大直径井眼中尤其常见。超大的钻孔可能会坍塌,偏离偏离计划路径,引起沉降或隆起。为了确定钻井过程中是否有任何偏差,需要仔细监测地面运动,因为及时的干预可以防止代价高昂的错误发生。井眼的公称尺寸对输送是必不可少的岩屑也适用于反扩孔工艺,但限于所安装管道直径的1.2至1.5倍之间;然而,如果在钻井过程中预计会有鹅卵石和巨石,或者土壤有膨胀的趋势,则超大尺寸增加到25%。虽然这个尺寸是必要的,但如果井眼尺寸大于要求的尺寸,则可能会导致坍塌、剧变或沉降等问题。

大直径井眼失稳原因分析

由于各种原因,井眼会变得不稳定,通常是由多种情况造成的,这些情况可能是非自然的,也可能是自然的。自然因素,又称不可控因素,因为它们发生在自然界中,包括:

  • 带断层的地质构造
  • 骨折或裂缝
  • 高应力自然地层
  • 诱发或自然页岩坍塌
  • 松散的结构
  • 可移动或不稳定的队形等。

非自然因素也称为可控因素,包括:

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虽然这些不可控因素是无法控制的,但在工程进行前,对拟建地点进行专业岩土勘察,绝对可以避免这些不可控因素生道路是计划。这有助于避免任何可能在钻井过程中造成问题的自然地层,并为井眼找到替代路径。

通过确保所使用的设备符合设计并处于良好的工作状态,可以控制可控因素。(请在“正确维护钻机设备”)。

井眼不稳定性指标

由于直接原因或间接原因,井眼会变得不稳定。井眼不稳定的直接指标包括钻屑过多、崩落或起伏在地面,水泥需要量超过设计量等。

不稳定井眼的间接指标包括钻柱悬挂或套管循环润滑剂压力增加,钻柱振动过大,钻柱失效,测井响应差,控制问题偏差,经历高阻力和扭矩等。

当钻孔时,土壤或岩石的平衡被打乱并重新分布,因为原来的支撑现在被来自循环的液压所取代流体.当这种重新分布的应力超过岩石或土壤的压缩或拉伸强度时,就会导致不稳定。当钻井液施加的应力过大时,会发生拉伸破坏,造成水力裂缝,导致循环中断。这可能会导致钻井泥浆的拉应力超过抗拉强度它所流经的地质构造。

大直径钻孔遇到的问题


钻孔塌陷

当钻孔时,周围的土壤失去了支撑基础,并将其应力传递给周围的土壤。井眼塌陷危险性与井眼直径成正比。如果层理面较弱,且与井眼相交角度不利,则可能造成裂缝,使钻井液找到逸出路线,从而降低循环压力,扰乱平衡。由于流体侵入导致的压力损失和土壤软化可能导致井眼坍塌。

井眼偏移

容许偏差当井眼为井长±1%时,井眼倾角应在8°~ 20°之间,以12°为最佳。当井眼直径超过设计直径时,就会引起井喷钻头以交替的角度偏离和钻孔,以较大的偏差偏离目标。任何泥浆压力的差异和钻柱振动的变化都应在发生故障前予以重视和纠正。

钻孔的沉降

定居点发生在钻孔上的是大的或系统性的。由于土体地质条件的影响,或操作人员的操作失误,钻孔过度开挖或钻孔直径超过设计极限时,往往会产生较大的沉降。这可能会导致地表出现空洞或天坑。系统沉降发生时环形空间在已安装的管道和开挖之间坍塌。

起伏

起伏当井眼距离地面的深度因尺寸过大而减小时,或当井眼内失去循环后钻井液过度泵送时发生。由此产生的压力会引起地面上可见的隆起。

为了使钻井液能够有效循环,润滑和稳定井眼,有助于清除土壤岩屑,并将管柱拉回,以便安全通过井眼进行安装,公称尺寸大是至关重要的。随着钻孔直径的增加,坍塌或井斜的可能性也会增加,因此应注意确保基于岩土工程调查和设计的参数报告网站的所有内容都严格遵照执行。这将有助于防止昂贵的返工或管道项目的失败。

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写的塔比瑟Mishra土木工程师,技术内容作者

塔比瑟·米什拉的头像

塔比瑟拥有印度孟买大学土木工程学士学位,目前是一名自由职业者,是一名技术内容作者。在撰写本文之前,她曾担任各种建筑施工、建筑修复和房地产评估项目的现场工程师和现场经理。

Tabitha还被认证为Primavera项目管理专业人员,精通Auto CAD。在业余时间,她为小型住宅建筑商提供私人咨询,并协助制定计划和许可。

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