Paratrack2控向仪在大口径管道工程水平定向钻技术中的应用
- 用Paratrack2控向系统钻导向孔
- (1)导向孔的钻进是整个定向钻的关键，采用ZT 一3000水平定向钻机进行整个穿越工程的施工。钻导向孔的钻具组合是：钻机一s135级5．5 钻杆一无磁钻铤一斜掌钻头。根据穿越的地质情况，选择合适的钻头和造斜工具，开动泥浆泵对准入土点进行钻进， 每钻一根钻杆要测量若干次钻头的实际位置，以便及时调整钻头的钻进方向。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，保证导向孔曲线符合设计要求。
- (2)定向设备采用美国Paratrack2定向系统，确保出土位置达到设计要求。控向对穿越精度及工程成功与否至关重要，控向时严格按照设计完成的轨迹图和计算的三维坐标值为依据，确定控向方案，认真分析各项参数。
- (3)根据Paratrack2定向系统的技术要求，为防止钻孔时导向孔与设计穿越曲线的偏移，我们采取了以下技术措施：
- ①精确放线。使用的测量设备是经权威部门检验检定的全站仪，保证在测量放线阶段，利用控制桩准确定位入土点、出土点，从而得到精确的穿越轴线，防止穿越曲线与设计曲线的偏移；精确定位磁场线的每一个拐角点，为控向测量做好前提工作，充分发挥出Paratrack2定向系统的优势。② 认真做好穿越中心线的磁方位角测量。在导向孔开钻前，要测量穿越中心线的磁方位角，这一数值是导向孔控向的原始依据数值，该数据的误差会使设计穿越轴线出现误差。我们通过在地表多点测量(一般情况下，出、入土侧各取两个点)，然后将各组数据进行分析对比，排除由于那些由于磁干扰而错误的数据，确定正确的磁方位角数值。如果各组数据相差较大(0．2。以上)，则增加测量点(2～4个)，直到确定准确的磁方位角数值；③保证控向仪器精度。每次施工前，用消磁仪对无磁钻挺进行消磁处理， 防止由于无磁钻挺被磁化产生磁场干扰，影响控向的精度；④ 精心施工，导向孔严格按设计曲线钻进。在钻导向孔阶段，对每一测量点的控向数据的采集，采取不同工具面角进行实时测量。即：在每个测量点，旋转钻头，使工具面角分别在0。、90。、180。、270。、360。时进行控向数据的实时测量，取最接近五次实时测量数据的平均值的工具面角作为控向数据采集时的工具面角，减少控向数据采集的误差。从而防止钻进曲线与设计曲线的偏移；⑤ 严格按照施工规范，确保每根钻杆的操作，符合设计所规定的曲率半径范围，并在此基础上，每根钻杆的倾角和方位角的变化值满足《管道工程穿越工程施工及验收规范》规定的钻杆折角范围之内；⑥连接无磁钻挺、造斜短节、钻头时，造斜短节的工具面与钻头射流钻进的中心线一致。从而使测量的工具面值更接近实际工具面值，有助于控向工程师控制钻进方向；⑦控向系统的数学模型采用高精度的数学模型。在水平定向钻施工中，控向系统数学模型主要有三种：正切法、平均角法、最小曲率法。其中常用的数学模型是正切法。根据数学原理，在这三种数学模型中，正切法的精度较差，平均角法和最小曲率法的精度较高。因此，在实际操作中，我们将采用精度较高的平均角法和最小曲率法作为控向系统的数学模型，以求在相同的数据采集基础上，得到较高的计算精度，从而提高控向的精度。
- （4）磁场测偏
- 在本工程中可以采用人工磁场技术测量钻头所处位置参数，并与设计参数对比确定当时的钻进曲线是否偏差，指导下一步控向操作。
- ①人工磁场线圈布置在穿越中心线上，根据本工程的实际情况，全程铺设人工磁场，保证穿越曲线的准确性。
- ②线圈的角点采用木桩固定，保持四边笔直减少测量误差。
- ③人工磁场线圈的宽度以3倍的探头深度为宜。示意图如下：
- ④ 在钻头进入人工磁场后的下一根钻杆钻进完成时进行测量偏差。测偏时首先根据控向员的指令接通电源为线圈供电，通电的电流以3～6A为宜。测量完成后断开电源，重复测量2～3次取平均值做为当时的偏差量。进入磁场后每钻进一根钻杆测量一遍，对比前后测量结果及时发现偏差和偏差趋势，如果不在标准要求范围内需及时纠偏。
- ⑤大型定向钻穿越施工对钻机的锚固要求很高，如果钻机锚固不好，将很大程度的影响钻机能力的发挥，给后续施工带来很大的风险和隐患。
- ⑥控制单根钻杆角度变化小于0.35°，事实上，操作时很难保证单根角度变化小于0.35°，根据以往施工经验，偶尔出现大于0.35°、小于0.5°且不连续的情况也可以接受，但连续3根钻杆累加角度变化不大于1°。根据Paratrack2控向仪测量数据精确、抗干扰能力强的特点，在控向中采用多测少钻的方法，及时纠正不良参数，保证了控向曲线与设计曲线的吻合、圆滑。
- ⑦一般入土井斜段位于相对软地质中，较难控制，经常出现角度变化快、超深等现象，发现有角度变化快或者有角度变化快的趋势时，要及时进行纠正。控制好推进尺和转进尺长度，采取多推少转和不连续转的方法，发现变化趋势，及时采取相应对策。
- ⑧水平段穿越难易程度因地质条件而异，该工程穿越水平段时，尽量不旋转钻进，可以工作角度40°±5°缓慢推进几米，然后调整到320°±5°缓慢推进当量长度，钻进时经常性停机观察角度变化趋势。
- ⑨出土井斜段相对好控制，为了避免出现地质软钻头不抬头情况，我们采取工作角度左右±30～70°推进方法抬高角度，只是在土质较硬的情况下使用了旋转钻进的方法。
- ⑩钻至出土井斜段610m时，钻头上方发现有冒浆的地方，冒浆位置正好与磁场线圈测量的位置相当，正好验证了控向操作数据的正确性。
- （5）控向结束
- 在经过了28小时的控向后，钻头在预定位置顺利出土，向左偏差375px，纵向偏差-750px,在磁干扰大、控向双曲线的情况下能如此准确，进一步体现出了Paratrack2控向系统的优点。
