维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第９期 煤气与热力 ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ Ｖ０１．２７ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．２００７ ２００７年９月 水平定向钻穿越工程技术要点 史越倩 ， 张成喜 ， 姜楠楠 （１．沈阳城市煤气设计研究院，辽宁沈阳１１０００６；２．沈阳市燃气股份有限公司燃气 管网监管中心，辽宁沈阳１１０００６） 摘要：论述了水平定向钻系统的组成、功能、穿越工程施工工艺和技术要点。 关键词： 水平定向钻；控向系统；导向孔； 回拖 中图分类号：ＴＵ９９６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１０００—４４１６（２００７）０９—０００１—０４ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｋｅｙ Ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ Ｃｒｏｓｓｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ＳＨＩ Ｙｕｅ．ｑｉａｎ ． ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ—ｘｉ ， ＪＩＡＮＧ Ｎａｎ—ｎａｎ （１．Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｃｉｔｙ Ｇａｓ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００６，Ｃｈｉｎａ；２．Ｇａｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｇａｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １ ０００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎ— ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｏｒｉｚｏｎｍｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｐｉｌｏｔ ｈｏｌｅ；ｐｕｌｌｉｎｇ ｂａｃｋ 在管道穿越工程中，传统的开挖方式已不适应 城市发展的要求。近年来，随着水平定向钻技术及 发动机、配套的电气设备及施工现场照明提供电 力）组成，为钻机系统提供高压液压油作为钻机的 动力。 ③控向系统 控向系统通过计算机监测和控制钻头在地下的 具体位置和其他参数，引导钻头正确钻进。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。前者经济、使用方便，但要操作人员直接到达钻 头上方的地面，易受地形、电磁干扰及探测深度的限 其相关机具的引进和使用，对传统的开挖法施工进 行了技术性的变革，有效解决了河流、道路、铁路和 繁华街道下敷设管道的难题。 １水平定向钻系统简介 水平定向钻系统由钻机系统、动力系统、控向系 统、泥浆系统、钻具及辅助机具组成。 ①钻机系统 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 制，多在中小型钻机上使用；后者可跨越任意地形， 钻机架上，用以完成钻进作业和回拖作业。转盘 （动力头）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，达到不同作业状态 的要求。 不受电磁干扰，但复杂，效率低，价格高。 ④泥浆系统 泥浆系统为钻机系统提供适合钻进工况的泥 浆，由膨润土加泥浆添加剂与水搅拌而成。泥浆与 钻孔回拖的关系非常密切，应视地质结构情况配置 ②动力系统 动力系统由液压动力源（发动机）和发电机（为 泥浆，以稳定孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、冷却 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第９期 煤气与热力 ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｒｎ 钻头和发射器、清除钻进产生的土屑，起到固孔护管 应有一块２０ Ｉｌｌ×４０ Ｉｌｌ的场地供预扩孔、回拖时接钻 的作用。泥浆添加剂主要作用为改变泥浆的黏度， 流性地质的土质要求泥浆黏度值高，具体见《石油 天然气管道穿越工程施工及验收规范》（ＳＹ／Ｔ ４０７９—９５）。 杆和安装其他设备使用。在出土点之后有一条长度 与穿越长度相等的管道焊接作业带。 ３水平定向钻穿越施工工艺 使用水平定向钻机进行管道穿越施工，一般分 为二个阶段：第一阶段是按照设计曲线尽可能准确 地钻一个导向孔；第二阶段是将导向孔进行扩孔，并 将管道沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中，完成 管道穿越工作。 ①钻导向孔 ⑤钻具及辅助机具 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、泥浆电动机、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。 ２穿越施工现场布置 入土侧、出土侧现场布置见图１、２。 导向孔是按预定角度和预定截面钻进成孔。钻 头通常为带斜面的非对称钻头，在回转和给进同时 进行时，钻孔呈直线延伸，即导向钻头进行直线钻 进；在只给进不回转时，由于受斜面反力的作用，实 现造斜钻进。导向孔的方向控制由位于钻头后端的 钻杆内的控制器完成，钻孔曲线由放置在钻头后端 钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量结果（包括 钻头位置、顶角、深度、温度等参数）传到地面的接 收仪。这些数据经过处理和计算后，以数字的形式 １．钻机２．控向室及动力源３．钻杆４．水泵５．泥浆混合罐 ６．钻屑分离设备７．泥浆泵８．膨润土堆９．发电机ｌ０．配料仓库 １ １．现场办公室１２．现场办公室１３．入土容浆池１４．沉淀池 显示在显示屏上，并将测量到的数据与设计的数据 进行对比，以便确定钻头的实际位置与设计位置的 偏差，并将偏差值控制在允许的范围之内，如此循环 直到钻头按照预定的导向孔曲线在预定位置出土。 图３为钻导向孑Ｌ示意图。 图１入土侧现场布置 Ｆｉｇ．１ Ｓｉｔｅ ｌａｙｏｕｔ ａｔ ｅｎｔｒｙ ｓｉｄｅ １．钻屑沉淀池２．出土点泥浆收集池３．支架滚桂４．管遁 ５施工机械６．钻杆７．配料仓库 图３钻导向孔 ｒｉｇ．３ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ ｐｉｌｏｔ ｈｏｌｅ 图２出土侧现场布置 Ｆｉｇ．２ Ｓｉｔｅ ｌａｙｏｕｔ ａｔ ｅｘｉｔ ｓｉｄｅ ②预扩孔 导向孔完成后，要将该钻孔扩大到合适的直径 以便安装管道，此过程称为预扩孔。通常，在钻机对 岸将扩孔器连接到钻杆上，然后由钻机旋转回拖人 导向孔，将导向孔扩大，同时要将大量的泥浆泵人钻 钻机侧（人土点）是定向钻施工的主要场所，施 工占地较大，小型水平定向钻机的安装场地一般约 ４０ Ｉｌｌ×４０ Ｉｌｌ，大型水平定向钻机的安装场地一般约 ６０ Ｉｌｌ×６０ Ｉｌｌ。安装场地应根据钻机及附属设备的要 求，结合现场条件进行布置。钻进时需大量的水配 制泥浆，附近有充足的水源十分必要。 出土点一侧主要作为管道焊接场地，在出土点 孔，以保证钻孔的完整性和不塌方，并将切削下的岩 屑带回到地面。一般情况下，使用小型钻机时，燃气 管道规格大于ＤＮ ２００ ｍｍ时，就要进行预扩孔；使 用大型钻机时，当燃气管道规格大于ＤＮ ３５０ ｍｌ＇ｌＣｌ ・２－ 维普资讯 http://www.cqvip.com 史越倩，等：水平定向钻穿越工程技术要点 第２７卷第９期 时，就需进行预扩孔。预扩孔的直径和次数，视具体 的钻机型号和地质情况而定。图４为预扩孔示意 图。 度以下１０ ｍ。 ③穿越施工前，应对地质勘察孔进行封堵。 ④定向钻钻孔不宜过浅，以避免因不能成孔 而形成喷浆现象。 ４．２控制要点 ①求。 ②钻机系统要求：钻机的回拖能力应满足要 控向系统要求：穿越管道深度在１５ ｍ以下 时，应采用有线控向系统。 ③泥浆系统要求：泥浆在回扩过程中起决定 图４预扩孑Ｌ Ｆｉｇ．４ Ｐｒｅｒｅａｍｉｎｇ 作用，泥浆的供给量决定钻进速度；地质情况不同决 定泥浆的配比和回扩过程中的扩孔器的选择。 ③回拖管道 ④钻机提供泥浆能力决定钻进速度，一般情 预扩孔完成以后，燃气管道即可拖人钻孔。管 道预制应在钻机对面的一侧完成。扩孔器一端接上 钻杆，另一端通过旋转接头接到燃气管道上。旋转 况导向孔的钻进速度比回拖速度要快，但由于其他 原因可能相反，例如控向系统采用有线式时，则导向 孔的钻进速度相对较慢。 接头可以避免管道随着扩孔器旋转，以保证将其顺 利拖人钻孔。回拖由钻机完成，这一过程同样需要 大量泥浆，这样既减少了回拖阻力，又保护了管道防 ⑤人、出土角的控制：一般人土角控制在９— １２。，出土角控制在４—８。，这样回拖阻力减小，便于 管道的回拖。 腐层。经过钻机多次预扩孔，最终成孔直径一般比 管子直径大２００ ｍｍ，因此不会损伤防腐层。回拖过 程要连续进行直到扩孔器和管道自钻机一侧拖出。 图５为回拖管道示意图。 ⑥弹性敷设的曲率半径：一般为１ ５００倍管 道公称直径。 ⑦９５）。 水平定向钻工程施工和验收执行《石油天 然气管道穿越工程施工及验收规范》（ＳＹ／Ｔ ４０７９～ ⑧穿越控制点主要有以下几个参数：人土点 位置、人土侧冷弯弯管位置、人土侧起弯点位置、水 平段起点位置、水平段终点位置、出土侧弯点位置、 出土侧起冷弯弯管位置、出土点位置。 ⑨工程造价的影响因素主要是地质情况，其 次为管道长度、口径以及钻机的成本（国产或进 图５回拖管道 Ｆｉｇ．５ Ｐｕｌｌｉｎｇ ｂａｃｋ ｐｉｐｅｌｉｎｅ 口），与深度关系不大。在杭州的一个工程中，公称 管径为３２５ ｍｍ，长度为３５０ ｍ，穿越地层为中性土 层，采用国产钻机，工程费用约１ ０００ ｍ，施工期 为１０ ｄ。 ４水平定向钻施工条件及控制要点 ４．１ 水平定向钻施工条件 ５细砂层合卵砾石地层穿越施工方案 ①多级扩孑Ｌ ①地质情况：地质情况是工程造价、工期的主 要影响因素。最好穿越的地层是黏土、粉质黏土、粉 砂、中砂等，最难穿越的地层是花岗岩、卵砾石、流砂 等。 由于地质密实，扩孔时拖拉力过大、扭矩偏高， 采用多级扩孑Ｌ技术，改变了传统的扩孑Ｌ做法。采用 这种多级扩孑Ｌ技术，还使地层中的卵砾石均匀地分 布于孔内，避免卵砾石在孑Ｌ内堆积而造成卡钻。 ②泥浆配制 增大加料能力来提高泥浆黏度。改进泥浆配 ②钻探要求：一般要求在穿越中心两侧２０— ３０ ｍ，沿中心线方向间距１００ ｍ设勘察孔，复杂的地 质条件下，勘察孔要适当加密，孔深应在穿越管道深 ・３・ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２７卷第９期 煤气与热力 ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｒｎ 方，在泥浆中加入改性淀粉、磺化沥青、石棉绒等处 理剂以提高泥浆的携砂能力和改进造壁性能，增加 钻孔的稳定性和孔壁的润滑性能。 足设计要求埋深，并且可以使管道绕过地下障碍物。 ③采用水平定向钻穿越施工时，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。 ③选择最佳回拖速度 扩孔过程中，随时测量返出泥浆含砂量，根据含 砂量的大小，选择最佳回拖速度，确定合适的回拖时 问。 ６结论 ④与其他施工方法比较，水平定向钻施工进 出场地速度快，施工场地可以灵活调整，施工占地 少，工程造价低，施工速度快，尤其在城市施工时可 以充分显示出其优越性。 作者简介：史越倩（１９７８一 ）， 女， 辽宁沈阳人， ①定向钻穿越施工不阻碍交通，不破坏绿地 助理工程师， 大学， 从事燃气工程设计工 作。 电话：（０２４）６２２２０６６８转２０３ Ｅ—ｍａｉｌ：ｆｉｅｎｄ０７８９＠１６３．ｃｏｍ ｒ和植被，不影响正常生活和工作秩序，避免了传统开 挖施工对居民生活的干扰以及对交通、环境的不良 影响。 ②现代化的穿越设备穿越精度高，易于调整 敷设方向和埋深，管道弧形敷设距离长，完全可以满 收稿日期：２００７—０４—１８；修回日期：２００７—０６—２９ ・专利・ 专利权的保护期限和专利权的终止 １．专利权的保护期限 专利权的保护是一个广义的概念，其核心是指专利申请人或专利权人对自己的发明创造的排他独占权。 专利申请授权后，专利权肯定受到保护，但专利申请自申请日起至授权前，权利也受到保护，只是程度不同， 表现形式也不同。 以发明专利申请为例，自申请日起至该申请公布前，这时申请处于保密阶段。这一阶段对其权利的保护 表现在对该发明专利申请后同样主题的申请因与其相抵触而将丧失新颖性，不能授予专利权。自该申请公 布至其授予专利权前这一阶段是“・Ｉ盏时保护”阶段。在这期间，申请人虽然不能对未经其允许实施其发明的 人提起诉讼、予以禁止，但可以要求其支付适当的使用费。如果对方拒绝付费，申请人可以在获得专利权之 后行使提起诉讼的权利。这一阶段申请人只有有限的独占权。 发明专利权的期限为２０年，实用新型专利权和外观设计专利权的期限为１０年，均自申请日起计算。专 利权期满时应当及时在专利登记簿和专利公报上分别予以登记和公告，并将专利申请文档转入失效库。 ２．专利权的终止 专利权的终止是指专利权保护期限已满或由于某种原因专利权失效。主要分为：没有按照规定交纳年 费；专利权人以书面声明放弃专利权；专利权期满，专利权即行终止３种情况。 专利年费滞纳期满仍未缴纳或者缴足专利年费和滞纳金的，自滞纳期满之日起２个月内，最早不早于１ 个月，作出专利权终止通知，通知专利权人，专利权人未启动恢复程序或恢复未被批准的，在终止通知书发出 ４个月后，在专利登记簿和专利公报上分别予以登记和公告。之后，专利申请案卷存入失效库。专利权终止 日应为上一年度期满日。 具体细则请登陆中华人民共和国国家知识产权局网站（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｐｏ．ｇｏｖ．ｏｎ）。 （本刊通讯员供稿） ・ ・