油气管道定向钻穿越技术及应用

本书吸纳了国内水平定向钻穿越设计、施工及科研企业和院校的科研成果与工程实践经验，系统概述了定向钻穿越工程的发展过程，介绍了水平定向钻穿越设计、工艺、配套机具、施工环节的技术要点，总结了重难点工程和典型事故的处理办法、质量控制要点，展望了水平定向钻未来的发展方向，具有较强的理论价值和工程实用价值。本书可供油气管道工程建设和运营管理领域技术人员参考使用，也可作为高等院校的教学参考书。

自序
前言
第1章水平定向钻穿越技术概况1
1.1水平定向钻穿越技术的起源1
1.2国外发展历程2
1.3国内发展历程4
1.4水平定向钻穿越技术的基本原理6
1.4.1水平定向钻穿越技术的基本工序6
1.4.2国内水平定向钻穿越工程的等级划分7
1.4.3水平定向钻穿越技术的主要优势8
1.4.4水平定向钻穿越技术的局限性8
参考文献9
第2章水平定向钻穿越工程设计11
2.1水平定向钻穿越勘察与测量11
2.1.1工程地质勘察的重要性11
2.1.2勘察方案的选择11
2.1.3地质勘察中关键的地层参数12
2.1.4测量及勘察技术要求13
2.2水平定向钻穿越曲线设计15
2.2.1穿越深度15
2.2.2穿越地层选择16
2.2.3入出土点位置16
2.2.4入出土角度17
2.2.5曲率半径17
2.2.6水平定向钻曲线计算18
2.3扩孔孔径设计19
2.3.1最终扩孔直径19
2.3.2扩孔级差19
2.4回拖力计算及钻机选择22
2.4.1回拖力的构成22
2.4.2回拖力计算方法简介23
2.4.3三种回拖力计算方法分析26
2.4.4算例及对比分析26
2.4.5钻机选择31
2.5穿越管道设计32
2.5.1管材的选取32
2.5.2管道的应力校核33
2.5.3管道防腐与防护40
2.5.4焊接、检验、试压与测径47
参考文献48
第3章水平定向钻穿越施工工艺50
3.1施工准备50
3.1.1设计文件复核50
3.1.2施工技术方案编制50
3.1.3地下设施再调查50
3.1.4施工场地及进场道路准备51
3.1.5施工设备安装51
3.1.6施工材料和资源准备52
3.2导向孔施工52
3.2.1导向孔钻进方式52
3.2.2导向孔钻进的钻具组合54
3.2.3导向孔钻进实施55
3.2.4导向孔钻进轨迹测量与控制58
3.2.5导向孔对穿工艺62
3.3扩孔施工65
3.3.1扩孔的方式及基本原理65
3.3.2扩孔施工的钻具选型69
3.3.3扩孔施工的控制措施70
3.4管道回拖73
3.4.1管道回拖前的准备73
3.4.2管道回拖的钻具组合73
3.4.3管道回拖控制措施74
3.4.4管道回拖降浮的措施75
3.4.5管道多接一回拖76
参考文献78
第4章水平定向钻穿越施工设备及钻具79
4.1水平定向钻机79
4.1.1钻机的分类79
4.1.2钻机的组成（以模块式钻机为例）81
4.1.3钻机性能参数85
4.2导向系统85
4.2.1导向系统的原理86
4.2.2导向系统的组成93
4.2.3磁场辅助定位装置95
4.2.4钻头对接导向系统96
4.2.5水平定向钻无线导向系统简介97
4.3泥浆设备98
4.3.1泥浆配制设备98
4.3.2泥浆泵99
4.3.3泥浆处理系统103
4.4钻具103
4.4.1钻头103
4.4.2扩孔器107
4.4.3泥浆马达110
4.4.4钻杆111
4.4.5无磁钻铤114
4.4.6旋转接头116
4.4.7扶正器117
4.4.8打捞钻具117
4.5夯管锤124
4.5.1夯管锤结构和原理125
4.5.2夯管锤的选用及参数126
4.6推管机126
4.6.1推管机结构和原理126
4.6.2推管机选用及参数130
参考文献130
第5章水平定向钻穿越泥浆131
5.1泥浆基础131
5.1.1泥浆的基本理论131
5.1.2泥浆的功用139
5.1.3泥浆材料140
5.1.4泥浆性能测试与控制143
5.2泥浆的设计与计算149
5.2.1泥浆的一般设计方法149
5.2.2泥浆材料用量计算150
5.3典型泥浆配方151
5.3.1松散地层泥浆配方151
5.3.2水敏抑制性泥浆配方152
5.3.3硬岩穿越泥浆配方153
5.3.4海水泥浆配方154
5.4现场泥浆管理155
5.4.1现场泥浆配制及管理155
5.4.2泥浆的回收与净化156
5.4.3废泥浆的无害化处理158
参考文献158
第6章水平定向钻穿越重难点工程案例分析160
6.1长距离水平定向钻穿越案例分析160
6.1.1主要难点分析及处理措施160
6.1.2典型施工案例162
6.2大口径穿越案例分析180
6.2.1主要难点分析及处理措施180
6.2.2典型施工案例180
6.3卵砾石层穿越案例分析184
6.3.1主要难点分析及处理措施184
6.3.2典型施工案例185
6.4海底管道水平定向钻穿越192
6.4.1海底管道定向钻穿越概述192
6.4.2穿越的主要难点及处理措施192
6.4.3典型施工案例194
6.5山体岩溶地层穿越案例分析205
6.5.1主要难点分析及处理措施205
6.5.2典型施工案例207
6.6管道穿越工程实践与理论探讨213
6.6.1曲率半径的计算推导213
6.6.2回拖入洞距离和高度（“猫背”）的计算推导214
6.6.3回拖力分析与推荐计算公式216
6.6.4曲率半径较小时产生附加拉力的分析方法221
6.6.5出土点与入土点高差对洞内泥浆稳定性影响的理论分析223
参考文献226
第7章典型事故分析处理及案例227
7.1钻杆断裂及打捞227
7.1.1原因分析227
7.1.2预防及处理措施229
7.1.3工程实例231
7.2卡钻232
7.2.1原因分析232
7.2.2预防及处理措施233
7.2.3卡钻事故实例235
7.3管道回拖受阻235
7.3.1原因分析236
7.3.2预防及处理措施236
7.3.3管道回拖受阻工程实例237
7.4孔壁失稳241
7.4.1原因分析241
7.4.2预防及处理措施243
7.4.3孔壁失稳工程实例245
7.5冒浆与漏浆247
7.5.1原因分析247
7.5.2预防及处理措施249
7.5.3工程实例253
参考文献254
第8章水平定向钻施工质量控制256
8.1施工过程质量控制256
8.1.1导向孔钻进256
8.1.2扩孔257
8.1.3管道回拖258
8.1.4泥浆259
8.2地下管线探测技术260
8.2.1地下管线探测要求260
8.2.2地下管线探测质量控制要点260
8.2.3常规探测技术261
8.3防腐层完整性检测265
8.3.1回拖前检测265
8.3.2回拖后检测266
8.3.3馈电法测试应用实例268
8.3.4防腐层评价注意事项270
参考文献270
第9章水平定向钻穿越的发展前景和展望271
9.1总体发展趋势271
9.1.1Ф1422mm及以上的大管径穿越271
9.1.25km以上超长距离穿越271
9.1.3复杂地层和坚硬地层穿越271
9.2水平定向钻穿越技术应用领域的拓宽271
9.2.1向陆对海、海对海等海洋管道穿越领域延伸271
9.2.2向山体穿越领域纵深发展272
9.2.3向地质勘察等其他领域发展272
9.3水平定向穿越装备及技术发展趋势273
9.3.1钻机273
9.3.2钻杆274
9.3.3钻具275
9.3.4导向仪器276
9.4水平定向钻穿越新技术276
9.4.1水平定向钻硬岩钻进技术276
9.4.2水平定向钻旋转导向技术277
9.5水平定向钻穿越智能化发展展望279
参考文献280
后记282