定向钻冒浆原因分析预防措施

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定向钻冒浆原因分析预防措施

在管道设计和施工中，虽然定向钻穿越技术得到成熟应用，但在施工中也遇到了一些问题，如断钻杆、冒浆、卡钻、地表塌陷等，这些问题困扰着定向钻穿越技术的发展和应用，特别是冒浆问题，不仅给工程带来影响和经济损失，同时还对当地的环境保护造成一定程度的影响，为此，对定向钻穿越过程中的冒浆问题进行分析，并提出防范建议。

1、穿越路径和设计参数

（1）设计人员应根据不同的地质情况，正确选择合适的穿越位置，只有选择合适的穿越位置和穿越地层，才能确保穿越的成功。定向钻穿越应尽量避开不良的地质场地，如：松散的砂土、粉土和软土等对定向钻不利的场地。

（2）选择合适的设计参数，确定适宜的人出土角、曲率半径和埋深。设计人员应当根据地质情况和钻机设备的能力以及场地要求，选择尽量大的入出土角和曲率半径，使穿越曲线尽快地到达稳定地层。

因为冒浆是泥浆的压力大于其上的水的自重和土壤的自重（地下水位以下的土应取浮重度）之和，而水的自重和土壤的自重与深度成正比，所以定向钻曲线布置的深度必须满足水的自重和土壤的自重之和大于泥浆压力的要求，使上覆地层具备足够的压力。

为了防止穿越堤坝时冒浆，在场地允许的条件下，设计人员应该将穿越曲线的水平段适当延长，将曲线的变坡点设计到大堤以外，保证大堤下管道的埋深，同时也增加了土地对泥浆的自重压力。当然，这样会造成穿越段的增长，整个工程费用增加。

2、扩孔器和钻进速度

某河流地质情况为黏土，钻进导向孔、扩孔、回拖时的泥浆压力基本相同，均在0.8~1.0MPa。钻进导向孔和回拖时没有冒浆，但在扩孔时发生冒浆问题，经分析认为扩孔时的泥浆压力可能不止1.0MPa,造成冒浆的原因是孔洞中出现憋压和人为增压所致。

（1）孔洞中出现憋压的原因是扩孔器选择不当。常见的扩孔器和适用条件如下：

刀式扩孔器，适用于黏土、粉质黏土和一些塑性较好的土层。桶式扩孔器，适用于淤泥质黏土和塑性差的土层。

憋压情况的出现是因为在粉质黏土层中使用了桶式扩孔器扩孔。桶式扩孔器为圆筒锥状，扩孔时与孔壁完全接触，且自身又是完全封闭的桶状，没有泥浆循环的通道，所以如果孔壁周围的土质是塑性较好且密实的黏土，会造成泥浆循环不畅通，局部升压，在一些土体不密实的地方就会形成冒浆。

（2）人为增压。泥浆压力与钻具的扭矩成反比，与钻进速度成正比，泥浆压力愈大，钻具的扭矩越小，相应的钻进速度越快。如果为了加快进度而在扩孔不断增大泥浆的压力，就会造成冒浆。所以不

能盲目地为了施工进度而忽视了冒浆带来的经损失和环境破坏，要将泥浆压力、钻具扭矩、速度调整到一个最佳状态。

3、泥浆配比

泥浆是定向钻穿越必备的润滑剂，合理选择泥浆配经，可以保证孔壁不塌方，保持泥浆的饱和度、减小摩擦。在满足定向钻施工要求的前提下，泥浆越稠，泥浆颗粒与颗粒之间就不会有足够多的自由水，此时的泥浆实际上是一种可塑和流动状态的混合体，冒浆时，该混合体从定向钻孔上面的土体的颗粒间隙中通过，如果泥浆比较稠，它通过上面土体的颗粒间隙时就会受到阻碍和约束，从而可以起到阻止冒浆的作用。

通常根据地质情况，考虑护壁要求，确定泥浆中膨润土和各种添加剂的用量，但同时还应根据不同地质条件与孔中操作压力，综合确定泥浆配比成分，避免施工过程中的冒浆。一般应做到保证足够的泥浆排量，使泥浆返回通道畅通，但也不能盲目提高压力，以免增加冒浆的危险性；同时提高泥浆黏度，保证足够的支撑力，避免造成塌孔。

4、薄弱部位的穿越

冒浆现象基本上都是发生在出入土端管道埋深较浅和一些地质局部软弱的位置。如果把比较薄弱的部位通过地基处理的方式进行加强，冒浆现象也能得到有效控制。

对于易造成冒浆或有潜在冒浆危险的地质，可以采用在入出土下方套管的方式，解决两边入出土段冒浆问题。

薄弱部位加强的方式还有许多，例如：注浆、换填、预压、强夯、强夯置换，这些都是整体加固的办法，另外也可以采取局部加强的办法，如：采用一些挤密村挤密地基土，减小土壤的孔隙比，提高土壤的密实度。也可以想办法降低地下水位，减少水浮力，提高定向钻穿越管位处土壤的自重等。

地面上的主要措施是在薄弱部位堆载，可以堆土或者混凝土块等重物，但是堆载必须均匀，覆盖所有薄弱部位和冒浆面。其目的是增加土壤的附加应力，提高其抗冒浆能力。

5、结束语

定向钻穿越技术已经得到广泛应用，因此，制定定向钻穿越设计规范势在必行，可以用规范的形式界定勘察的深度、范围和设计要考虑的因素、参数计算、设计深度等，并提出相关的工程技术措施，以保证工程顺利实施。

然而规范标准只是保证工程安全、合理的最低技术要求，并不能完全解决实际工程中的特殊问题。要保证定向钻穿越不发生冒浆现象，还需要设计、施工等有关单位加强协作与沟通，共同总结管道工程定向钻穿越设计、施工积累的宝贵经验，并加以分析研究，吸取教训，提高定向钻穿越的设计水平和施工水平，确保定向钻穿越的设计质量和工程质量。

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