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油氣管道大型定向鉆穿越成功率的提高措施研究——以華能重慶天然氣管道嘉陵江河流大型定向鉆穿越工程為例

文檔作者：廖海華，田輝，鄧小濤文檔來源：中國石油天然氣管道工程有限公司珠海分公司		更新日期： 2026年05月17日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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上一篇：油氣管道工程項(xiàng)目一體化管理體系探討

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·42· | 研究成果 | Research Findings 2019 年第 16 期
作者簡介：廖海華（1984—），男，工程師，研究方向：油
氣管道線路設(shè)計(jì)。
油氣管道大型定向鉆穿越成功率的提高措施研究
——以華能重慶天然氣管道嘉陵江河流大型定向鉆穿越工程為例
廖海華，田 輝，鄧小濤
（中國石油天然氣管道工程有限公司珠海分公司，廣東 珠海 519015）
摘 要：油氣管道大型定向鉆穿越是管道工程建設(shè)的重要節(jié)點(diǎn)，其成功率往往影響到工程的費(fèi)用和工期。文章以華能重
慶天然氣管道嘉陵江河流大型定向鉆穿越為工程實(shí)例，在總結(jié)和分析類似穿越工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分析了提高定向鉆成
功率的關(guān)鍵技術(shù)措施，對于類似的河流大型穿越工程施工具有一定的借鑒意見。
關(guān)鍵詞：定向鉆；油氣管道；穿越工程；成功率
中圖分類號：TE973 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-2789（2019）16-0042-03
1 項(xiàng)目背景
隨著重慶市兩江新區(qū)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，重慶市規(guī)劃
建設(shè)兩江燃機(jī)冷熱電三聯(lián)供工程天然氣管道，計(jì)劃從
中貴線銅梁分輸站下載天然氣，通過管道輸送至新建的
燃機(jī)電廠。管道在北碚區(qū)澄江鎮(zhèn)與東陽街道交界處與中
石油西南油氣田分公司所屬銅梁至相國寺儲氣庫管道
（以下簡稱銅相線）并行穿越嘉陵江，兩管并行間距為
10m。銅相線先期施工，其嘉陵江定向鉆穿越段設(shè)計(jì)壓
力10MPa，采用管徑DN800，穿越位置的巖性交錯變化
頻繁，存在軟硬夾層，銅相線嘉陵江定向鉆在鉆進(jìn)過程
中，接近歷史采砂坑坑底段，在其附近出現(xiàn)冒漿現(xiàn)象；
定向鉆穿越段出現(xiàn)管道回拖卡管而致工程失敗。
銅相線嘉陵江定向鉆回拖失敗時，該工程管道嘉陵
江大型定向鉆穿越正處于初步設(shè)計(jì)階段，主要設(shè)計(jì)參數(shù)
如下：設(shè)計(jì)壓力6.3MPa，采用管徑DN600，穿越設(shè)計(jì)
長度1200m。該工程嘉陵江定向鉆穿越屬于控制性工程，
工期較緊。根據(jù)業(yè)主的工期要求和現(xiàn)場情況，該定向鉆
管道如果第一次回拖失敗，第二次穿越將需要拆遷房屋
和電塔，增加約60% 的投資；如果第二次回拖失敗，工
程工期難以保證。由此可見，提高該工程定向鉆穿越的
成功率至關(guān)重要。
2 工程地質(zhì)資料
穿越點(diǎn)地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，巖性分布不均勻，第四系
覆蓋層主要由耕土、卵石、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土等組成。基巖
以侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組（J2xs）、新田溝組（J2x）及自
流井組（J1-2z）粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖、砂巖及少量灰?guī)r
構(gòu)成，巖性呈漸變接觸，多為砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層。該
次穿越主要為下沙溪廟組、新田溝組及自流井組的大安寨
段和馬鞍山段，下沙溪廟組主要分布于右岸，新田溝組主
要分布于河谷部位，自流井組主要分布于左岸。
地層巖性自上而下依次：①耕土（Q4
pd）。稍濕～濕，
可塑，干強(qiáng)度較差，韌性較差。②細(xì)沙（Q4
al+pl）。稍濕，
稍密，級配差，局部含卵石及角礫等。③卵石（Q4
al+pl）。
松散，卵石約占50%，漂石約占20%，層厚1.0 ～ 12.9m。
④第四系殘坡積粉質(zhì)黏土（Q4
el+dl）。可塑，干強(qiáng)度中
等，韌性中等，層厚1.3 ～ 5.7m。⑤下沙溪廟組、新田
溝組、自流井組粉砂質(zhì)泥巖、泥巖強(qiáng)風(fēng)化層（J2xs、J2x、
J1-2z、r3）。薄～中厚層狀構(gòu)造，局部與泥質(zhì)粉砂巖為
漸變過渡關(guān)系。粉砂質(zhì)泥巖局部含鈣質(zhì)結(jié)核，風(fēng)化裂隙
較發(fā)育，巖芯完整性差，粉砂質(zhì)泥巖多呈碎塊狀。層厚
1.6 ～ 11.6m。⑥下沙溪廟組、新田溝組、自流井組砂巖
強(qiáng)風(fēng)化層（J2xs、J2x、J1-2z、r3）。細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄～中厚層
狀構(gòu)造。風(fēng)化裂隙較發(fā)育，巖芯完整性差，巖芯多呈短
柱狀、碎塊狀。層厚0.6 ～ 2.7m。⑦下沙溪廟組、新田
溝組、自流井組粉砂質(zhì)泥巖、鈣質(zhì)泥巖、泥巖中等風(fēng)化
層（J2xs、J2x、J1-2z、r2）。薄～中厚層狀構(gòu)造，局部與泥
質(zhì)粉砂巖為漸變過渡關(guān)系，與砂巖呈互層狀產(chǎn)出，局部
見鈣質(zhì)結(jié)核。巖芯較完整，巖芯多呈柱狀、長柱狀，少
量呈短柱狀、碎塊狀。⑧下沙溪廟組、新田溝組、自流
井組砂巖中等風(fēng)化層（J2xs、J2x、J1-2z、r2）。細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄～中
厚層狀構(gòu)造，與粉砂質(zhì)泥巖呈互層狀產(chǎn)出。巖芯較完整，
巖芯多呈柱狀、長柱狀。⑨自流井組灰?guī)r（J1-2z、r2）。薄～中
厚層狀構(gòu)造，夾泥巖、鈣質(zhì)泥巖，巖芯較完整，巖芯多
呈柱狀、長柱狀，局部裂隙稍發(fā)育并充填方解石脈。強(qiáng)
度較高，巖土石等級為Ⅶ～Ⅷ級，層厚1.0 ～ 17.7m。
3 類似工程失敗原因
為把該工程管道定向鉆穿越回拖的成功率至少提高
至50%，保證該工程管道建設(shè)的工期，施工前根據(jù)以往
類似河流大型定向鉆穿越工程的統(tǒng)計(jì)，分析了類似定向
鉆工程的工程地質(zhì)資料及在復(fù)雜地層穿越時的成功率，
如表1、表2 所示。
根據(jù)以上5 個類似工程的地質(zhì)情況和回拖成功率的
統(tǒng)計(jì)，當(dāng)定向鉆穿越軟硬夾層且?guī)r性交錯變化頻繁的地
層時，對導(dǎo)致定向鉆回拖失敗的潛在原因進(jìn)行了分析，
如表3 所示。
結(jié)合以上類似工程的失敗原因，總結(jié)得出了14 條
導(dǎo)致定向鉆在軟硬夾層且?guī)r性交錯變化頻繁的地層回拖
失敗的主要原因，如圖1 所示。
在諸多原因中找出影響最大的失敗原因是至關(guān)重要
的，通過對銅相線嘉陵江穿越現(xiàn)場調(diào)查、與技術(shù)人員交
流，驗(yàn)證勘察成果和外業(yè)過程，抽取設(shè)計(jì)文件進(jìn)行復(fù)核、
對比，分別進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)，并結(jié)合以上14 條導(dǎo)致定向
鉆回拖失敗的主要原因進(jìn)行逐條分析。分析結(jié)果表明，
銅相線嘉陵江穿越過程中不存在無證上崗及人員操作失
誤現(xiàn)象，鉆探設(shè)備、鉆桿等級、泥漿泵排量均滿足設(shè)計(jì)
要求，泥漿攜砂和護(hù)壁性能較好，擴(kuò)孔級配合理，施工
時均嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工，鉆進(jìn)速度適中，且現(xiàn)場配
備了滑輪組及夯管錘等配套設(shè)備。經(jīng)過反復(fù)對比分析，
總結(jié)出銅相線定向鉆失敗的主要原因有兩點(diǎn)：（1）銅
2019 年第 16 期 Research Findings | 研究成果 | ·43·
表1 類似工程地質(zhì)情況
穿越工程工程地質(zhì)情況
貴玉線鯉魚江
定向鉆穿越
場區(qū)地層分為2 大層：①層黏土（Q4
al+pl）。可塑～硬塑，該層有一個夾層① -1 層圓礫（Q4
al+pl），中密，飽和。②層灰?guī)r（C）。中等風(fēng)化～微
風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯較完整，呈柱狀，錘擊聲脆，巖芯表面溶蝕現(xiàn)象明顯，其中部分鉆孔內(nèi)揭露有溶洞，表層溶洞充填黏土，深
層溶洞充填中砂或無充填物。RQD 值70 ～ 90，局部較破碎。該層有一個夾層② -1 層泥灰?guī)r（C），中等風(fēng)化，巖石較堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙發(fā)育，
巖芯較破碎，RQD 值0 ～ 20
貴玉線郁江定
向鉆穿越
場區(qū)地層可分為3 層：①層黏土（Q4
al+pl），含三個亞層，① -1 層圓礫（Q4
al+pl）、① -2 層卵石（Q4
al+pl）、① -3 層中砂（Q4
al+pl）。②層白
云質(zhì)石灰?guī)r（C），強(qiáng)風(fēng)化～完全風(fēng)化，巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，巖芯呈碎塊狀、砂狀，無法統(tǒng)計(jì)RQD 值。③層白云質(zhì)石灰?guī)r（C）。中等風(fēng)化，
節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯較破碎，RQD 值一般為30 ～ 50。②、③層鉆進(jìn)過程多呈交錯層，強(qiáng)風(fēng)化～完全風(fēng)化與中等風(fēng)化相間分布，橫向、縱向
分布均無明顯規(guī)律。取芯困難，漏漿嚴(yán)重
梧州專供管道
桂江定向鉆
穿越
地層主要由第四系人工填土及沖洪積等成因的粘性土、卵石，寒武系砂質(zhì)板巖組成，自上而下共分為7 個工程地質(zhì)層：①素填土（Q4
ml），
松散，稍濕；②耕土（Q4
pd），稍濕，松散狀態(tài)；③粉質(zhì)黏土（Q4
al+pl），可塑～硬塑，干強(qiáng)度中等，韌性中等；④粉細(xì)砂（Q4
al），稍密～中
密，濕～飽和；⑤卵石（Q4
al），濕～飽和，中密狀態(tài)；⑥強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖（∈），變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較硬，
錘擊聲較沉悶，錘擊易碎，巖心較破碎；⑦中風(fēng)化砂質(zhì)板巖（∈），變余砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育；巖質(zhì)較硬，巖心較完整，
該層有一石英砂巖夾層⑦ -1 中風(fēng)化石英砂巖（∈）節(jié)理裂隙發(fā)育，巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖芯呈碎塊狀、短柱狀
中廣線溫五頃
定向鉆穿越
穿越場區(qū)可分為5 個工程地質(zhì)層：①填土，松散，為人工填土；② -1 淤泥質(zhì)黏土，軟塑，主要成分為粘粒，含約25% 左右淤泥質(zhì)及腐殖質(zhì)，
底部15cm 含30% 左右的石英角礫；② -2 粉砂，飽和，松散；③淤泥質(zhì)黏土，軟塑，含約30% 左右淤泥質(zhì)，含少量粉細(xì)砂薄層；④全風(fēng)化
泥質(zhì)砂巖，巖石風(fēng)化十分強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造基本破壞，局部巖石片理仍可辨認(rèn)，巖芯呈土狀、碎塊狀，夾有較多風(fēng)化碎屑，RQD 值0；⑤
強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造大部分破壞，僅具原巖外觀，巖石風(fēng)化作用較為強(qiáng)烈，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎
銅相線嘉陵江
定向鉆穿越
穿越點(diǎn)地層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，巖性分布不均勻，第四系覆蓋層主要由耕土、卵石、細(xì)砂含卵石、粉質(zhì)黏土等組成。以侏羅系中統(tǒng)新田溝組(J2x)
鈣質(zhì)泥巖、砂巖及少量灰?guī)r構(gòu)成，巖性呈漸變接觸，多為砂質(zhì)泥巖，少量泥巖和砂巖。地層分述如下：①耕土（Q4
pd），稍濕～濕，可塑；
②砂卵石（Q4
al+pl），松散，卵石約占60%，漂石約占20%，強(qiáng)風(fēng)化至中等風(fēng)化；③第四系坡殘積粉質(zhì)黏土（Q4
dl+el），可塑，無搖振反應(yīng)，
干強(qiáng)度中等，韌性中等；④新田溝組砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖強(qiáng)風(fēng)化層（J2x、r3），強(qiáng)風(fēng)化，薄～中厚層狀構(gòu)造；⑤新田溝組泥灰?guī)r（J2x、
r2），巖芯完整，巖芯多呈柱狀、長柱狀。強(qiáng)度較大；⑥新田溝組砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖中等風(fēng)化層（J2x、r2），中風(fēng)化，巖芯較完整
穿越工程
管徑
（mm）
長度
（m）
第一
次
第二
次
第三
次
第四
次
回拖成功
率（%）
貴玉線鯉魚江定
向鉆穿越
406.4 965.1 × × × √ 25
貴玉線郁江定向
鉆穿越
406.4 1121 × × √ 33
梧州專供管道桂
江定向鉆穿越
219.1 524.2 × × √ 33
中廣線溫五頃定
向鉆穿越
762 408.0 × √ 50
銅相線嘉陵江定
向鉆穿越
813 1168.0 × √ 50
穿越工程第一次失敗第二次失敗第三次失敗
貴玉線鯉魚江
定向鉆穿越
受下伏巖溶影響，穿越深度淺，僅在河床下7.5m，
穿越中冒漿；施工人員操作不當(dāng)
巖層軟硬交接，鉆機(jī)入土半米處即為巖石且?guī)r石堅(jiān)硬，
導(dǎo)向孔鉆進(jìn)緩慢，每根鉆桿鉆進(jìn)需5 ～ 6h；返回鉆
井液攜帶鉆屑為片狀巖石且硬度高，鉆井液護(hù)壁能
力不足，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)到15m、19m、25m 三處冒漿
遇到未探明的長距
離溶洞，導(dǎo)致卡鉆
貴玉線郁江定
向鉆穿越
巖層內(nèi)富含巖溶與裂隙，軟硬交接面多，巖體最大天然抗壓
強(qiáng)度80MPa；部分巖溶未探明；在實(shí)際穿越過程中主管導(dǎo)向孔
鉆進(jìn)作業(yè)多次遭遇溶洞及破碎帶等不良地質(zhì)，鉆進(jìn)過程中多
處扭矩波動較大；遇到巖溶漏漿，自170m 處便不再返漿
遇到未探明巖溶，導(dǎo)致擴(kuò)孔后冒漿，鉆井液護(hù)壁
能力不足，最終不返漿
梧州專供管道桂
江定向鉆穿越
在中風(fēng)化砂質(zhì)板巖與強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)板巖交接面斷鉆桿
更換穿越位置并加大導(dǎo)向孔埋深后，未重新勘察，
在快出土段遇到卵石層卡鉆
中廣線溫五頃
定向鉆穿越
在粉砂層與淤泥層交界位置，導(dǎo)向孔破碎塌陷、
鉆屑過多，導(dǎo)致鉆桿斷裂
銅相線嘉陵江
定向鉆穿越
未補(bǔ)充勘察，未識別出歷史采砂坑的規(guī)模；導(dǎo)向孔與坑底的
間距較小，大量冒漿，在出土段遇到交錯變化頻繁的軟硬夾
層卡鉆
表2 類似工程回拖成功率統(tǒng)計(jì)表
表3 類似工程回拖失敗原因統(tǒng)計(jì)表
圖1 定向鉆回拖失敗主要原因分析圖
·44· | 研究成果 | Research Findings 2019 年第 16 期
相線嘉陵江穿越的勘察鉆孔數(shù)量較少，資料未反映出軟
硬夾層變化情況。（2）調(diào)研結(jié)果顯示，穿越軸線上存
在歷史采砂坑，部分深度超過10m，穿越曲線與坑底的
間距較小，鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)大量冒漿。
4 提高定向鉆成功率的措施
根據(jù)以上分析，結(jié)合實(shí)際情況，該工程為提高定向
鉆成功率，采取的主要措施如下：
（1）考慮前期勘察鉆孔數(shù)量不足，第二階段勘察對
地質(zhì)條件較復(fù)雜段增加了4 個鉆孔。（2）為識別歷史采
砂坑等的深度及規(guī)模，采用國產(chǎn)WDJD-2 多功能數(shù)字直
流激電儀和WGMD-1 高密度電阻率測量電極轉(zhuǎn)換器，在
左岸穿越段布置了1 條750m 長、電極距5m 的高密度電
法剖面。利用RES2DINV 高密度電阻率數(shù)據(jù)反演軟件，
較清晰地解譯出了歷史采砂坑的深度及規(guī)模。高密度電
法反演及鉆探疊加綜合斷面如圖2 所示。（3）考慮前期
設(shè)計(jì)穿越曲線埋深太淺，重新優(yōu)化設(shè)計(jì)定向鉆穿越斷面。
入土角增大至13° 47′，導(dǎo)向孔水平段最小埋深增加
10 ～ 28.8m，在銅相線冒漿處附近的埋深增加10m。
圖2 高密度電法反演及鉆探疊加綜合斷面圖
通過以上三項(xiàng)控制措施的實(shí)施，在整個導(dǎo)向孔施工
過程中，未發(fā)生冒漿現(xiàn)象。擴(kuò)孔、洗孔后，扭矩一直保
持在40000N?m 左右，回拖一次成功，成功率100%。
5 結(jié)束語
華能重慶天然氣管道嘉陵江大型定向鉆穿越汲取了
銅相線等類似河流大型定向鉆穿越工程的失敗教訓(xùn)，采
取的措施行之有效，在工期緊、難度大、任務(wù)重的情況下，
按期保證了該工程管道嘉陵江定向鉆回拖成功，同時該
定向鉆穿越的成功經(jīng)驗(yàn)和方法對于類似工程具有一定的
借鑒意義。
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Key Measures for Improving Success Rate of Large Scale Directional Drilling in
Huaneng Chongqing Natural Gas Pipeline
Abstract：Large-scale directional drilling of oil and gas pipelines is an important node of pipeline engineering construction,
and its success often affects the cost and duration of the project. Taking Huaneng Chongqing Natural Gas Pipeline Jialingjiang
River Large Directional Drilling Crossing as an example, this paper analyzes the key technical measures to improve the success
rate of Directional Drilling on the basis of summarizing and analyzing the experience of similar crossing projects, and provides
some suggestions for similar large-scale river crossing projects.
Key Words：directional drilling,oil and gas pipeline,crossing engineering,success rate
Liao Haihua,Tian Hui,Deng Xiaotao
(Zhuhai Branch of China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Zhuhai,Guangdong 519015)

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