一、定向鉆穿越地層的特點

非開挖管道采用定向鉆穿越地層較為復(fù)雜，有卵石層、粘土層、粉砂層、淤泥層、流砂層，巖性多為疏松、含水飽和度高的沙、泥及混合物，屬未成巖地層，易塌、易竄漏、少數(shù)地區(qū)含姜結(jié)石，部分穿越泥巖、沙巖和花崗巖等，強度可達200Mpa。穿越深度一般為25m以內(nèi)，可達80m以上，這是非開挖管道定向鉆穿越的地質(zhì)特點。

非開挖管道定向鉆穿越的有關(guān)泥漿工藝的工程特點表現(xiàn)在：泥漿在井孔內(nèi)流量小；環(huán)空間隙大；連續(xù)配漿作業(yè)，由于時間的局限，泥漿配制過程水化不易充分。主要涉及的泥漿關(guān)鍵技術(shù)是泥漿潤滑技術(shù)、未成巖地層防塌技術(shù)、特大井孔超低流速下泥漿攜砂技術(shù)以及巖石地層的防漏和冷卻技術(shù)。

二、主要存在的技術(shù)難題

主要技術(shù)難題機理分析如下：

1、特大井孔、超低流速、高巖屑濃度下的攜砂。

由于穿越井孔用9?英寸鉆頭鉆導(dǎo)向孔，按6英寸的擴孔級別逐級增加到48英寸或52英寸，而鉆桿為5英寸，環(huán)空間隙特大；擴眼速度較快，約1~2m/s，產(chǎn)生的鉆屑量大；泥漿泵排量小，僅16~20L/s，這必將形成特大井孔、超低流速、高巖屑濃度下的攜砂難題。

表 4—1  不同井眼下環(huán)空泥漿流速和巖屑濃度

備注:表中數(shù)據(jù)均為理論計算，計算出口泥漿密度可能比實際偏高。

由于所鉆地層一部分為地表浮土或沙泥巖地層，未成巖，大部分鉆屑呈細粒狀分散在泥漿中，很少呈大顆粒（姜結(jié)石）狀。從巖屑在環(huán)空受力來看，因重力的作用，巖屑靠向下井壁的趨勢始終存在，故下井壁方巖屑濃度大于上井壁方巖屑濃度。大粒巖屑很容易到達環(huán)空的底邊，逐步堆積起來形成“巖屑床”或砂橋，導(dǎo)致孔眼上方泥漿易流動，下方泥漿因固相含量高，流動阻力大，難流動。擴眼過程中因其井孔大，環(huán)空泥漿流速很低，造成因砂橋或粘附阻力的加大，造成回拖的擴孔器或管道被卡。只有要求泥漿具有強的懸浮能力，弱凝膠強度，易流動，才能使環(huán)空泥漿及鉆屑混合物整體緩慢向外輸送。

2、未成巖地層的防塌和防竄漏問題

穿越地層大部為地表15~25米深浮土層，主要巖性為沙、泥巖地層，疏松，未成巖，一旦鉆開，鉆孔周圍失去支撐，很容易導(dǎo)致塌孔和泥漿竄漏，要求泥漿具有良好的封堵膠結(jié)能力，提高近井壁強度。部分鉆孔在巖石中，由于巖石的裂隙，可能造成泥漿的漏失。

3、潤滑問題

環(huán)空間隙大，回拖管段時受拖拉力作用，管段與井壁接觸面積小，有發(fā)生粘附卡鉆的可能性。又由于泥漿中固相含量大，切割刀在切屑過程中受拉、擠、扭、切割力的作用，若泥漿潤滑系數(shù)偏大，會導(dǎo)致拖拉力大。因此，要求泥漿具有良好的潤滑性是相當(dāng)必要的。

４、鉆頭、鉆柱的冷卻潤滑問題

在鉆井過程中，鉆頭和鉆具與砂層與巖石地層摩擦產(chǎn)生大量的熱，對于鉆頭和鉆桿柱的摩擦損失較大，為了延長鉆頭與鉆桿柱的使用壽命，要求泥漿有良好的冷卻與潤滑作用。

針對非開挖管道定向鉆穿越攜砂、防塌、潤滑等技術(shù)難題，主要要解決“強懸浮、弱凝膠，嚴封堵及良好的配漿性”的問題。

強懸浮、弱凝膠——足夠的懸浮能力(較高的靜切力)，有效控制形成巖屑床，減少截面上、下密度差；弱的凝膠特性，確保泥漿在低流速下，有良好的整體流動性能。

嚴封堵——泥漿封堵能力要強，減少泥漿及泥漿濾液進入地層，在近井壁形成嚴密的“屏蔽帶”（內(nèi)泥餅），從而提高近井壁強度，不僅起到了支撐井壁的作用，也防止了泥漿的竄漏。

良好的配漿性——無論在低溫（冬天），還是在較高溫度（夏天）下，所選用的泥漿配方均易于配制。無論加入添加劑的順序怎樣，或是連續(xù)加入各種添加劑，均不影響配漿。