水平穿越定向钻QC.docx
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水平穿越定向钻QC.docx
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水平穿越定向钻QC
中核四达监理QC小组成果汇报
课题名称:
怎样提高定向钻水平穿越质量
小组名称:
XX核电淡水管线项目QC小组
登记号:
QCXX-2017
课题类型:
施工实践型
二O一七年十月
1、小组概况2、课题选择
3、活动计划4、现状调查
5、目标设定6、原因分析
7、要因确认8、制定对策
9、实施对策10、效果检查
11、巩固措施12、总结打算
一、QC小组概况简介
所在部门
监理公司
登记号
QCXX-2017
小组名称
XX核电淡水管线项目QC小组
成立日期
2017年3月1日
课题名称
怎样提高定向钻水平穿越质量
组
长
姓名
康增环
职称:
工程师
课题类型
施工实践型
预计完成时间
2017年11月30日
计划目标
通过这次QC活动来提高定向钻穿越控制质量,保证一次通过率达100%。
小组成员表
序号
姓名
性别
职称
序号
姓名
性别
职称
1
李程卓
男
工程师
2
X运田
男
工程师
3
宁庆阳
男
工程师
二、课题选择
XX核电淡水管线项目总长约43公里,需横穿两座大山、县城主干道、高速公路、国道、河流等,所处地区地貌复杂,不便采取直埋、高架等施工方式,最适合于水平定向钻穿越施工方式。
因此,水平定向钻穿越的施工质量在工程施工中起到至关作用,直接影响整个淡水管线工程的工期、质量和造价。
XX核电项监部以“怎样提高定向钻穿越控制质量”为技术课题,从人机料法环上对定向穿越施工技术进行全面分析、控制和检验,解决了施工中存在的技术难点和影响条件,保证一次拖管通过率达100%。
本课题主要设备为定向钻机,下面为所用两种定向钻机与其型号:
GD1100—L型水平定向钻机参数
最大推拉力
1150/1170KN
最大扭矩
4300N-m
最高推拉速度
4526/min
最高回转速度
85r/min
发动机功率
264KW
入土角
10—18度
泥浆泵最大流量
750L/min
泥浆泵最大压力
10MPa
最大回扩孔径
1500mm
最大施工距离
900m
非开挖水平定向钻机型号为GD380B
GD380B-L型水平定向钻机铭牌
三、活动计划
XX核电项监部3月1日组建QC小组,进行了第一次讨论会,确定了课题题目,进行了职责分工,根据工程进展情况和现场条件制定了详细的活动计划并进行实施。
活动时间从2017年3月1日开始至2017年10月26日结束,具体内容如下:
时间安排
阶段内容
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
P
选择课题
现状调查
设定目标
原因分析
要因确认
制定对策
D
实施对策
C
效果检查
A
巩固措施
活动总结
四、现状调查
本工程地处XX云霄县,管路全线地形落差较大,丘陵河渠较多,地质有冲洪积层、淤泥层、中风化凝灰岩、强风化凝灰岩、强风化花岗岩等多种岩土层,需要穿越江河、水库、农田、国道、铁路高架桥、规划区等关键区域,给水平定向钻施工带来很大难度。
而且新到的施工队伍对当地地质地貌不熟悉、技术交底不全面、对出现新的状况处理不与时、施工方案针对性较差等因素,使施工过程中出现了定位错误、冒浆等问题,加大了施工成本,影响了施工进度,这些问题经过调查,归纳如下:
1、导向仪导向错误造成重新打孔
2、冒浆现象
3、塌孔现象
4、钻头损坏
5、拖管过程中防腐层破损
各类问题出现频数调查统计表
序号
出现问题
次数
情况描述与影响后果
调查对象
1
导向偏差
2
“蛇形”线路
孙坑与凤兴两处施工作业点
出土角偏差
导向孔作废
2
冒浆现象
3
环境污染
3
塌孔现象
1
管道无法入孔
4
钻头损坏
1
增加成本,影响进度
5
防腐层破损
4
影响使用寿命
各类问题所占比例排列图
序号
出现问题
次数排序
所占比例
比例累计
1
防腐层破损
4
37%
37%
2
冒浆现象
3
27%
64%
3
导向偏差
2
18%
82%
4
塌孔
1
9%
91%
5
钻头损坏
1
9%
100%
五、目标设定
XX核电项监部QC小组根据存在的问题,详细分析造成以上现象的原因,通过加强事前控制、事中检查、事后检验等过程控制,最终保证拖管一次通过率达100%。
六、原因分析
针对定向钻穿越施工控制过程中出现的问题,结合QC课题开展的思路与方法,从“人”、“机”、“料”、“法”、“环”、“测”六个方面进行分析如下:
1、导向孔偏差的原因
•1)、操作人员对新进的外国进口设备不熟悉,对定向钻操作人员发出指令滞后。
•2)、导向仪没有经过有效鉴定。
•3)、路线较长,钻杆调整不与时造成废孔。
2、冒浆原因
•1)、人的因素:
由于操作人员为了赶进度而将泥浆泵压力调整过大,造成冒浆现象。
•2)、机械因素:
压力表没有与时更换,灵敏度差,员工对压力控制依靠经验造成误判。
•3)环境因素:
出土角造斜位置离地面较近,土壤压力低,造成冒浆现象。
3、塌孔原因:
•1)、环境因素:
通过河道时遇到流沙地形,造孔困难,云霄地区多雨季节,很容易造成塌孔。
•2)、材料因素:
成孔液配比不当。
成孔液在定向钻穿越施工过程中起排除钻渣、保护壁孔、平衡地层压力、冷却钻头、润滑钻具与孔壁、软化硬岩土和导向射流等作用,润滑液配比不当造成塌孔。
•3、人的因素:
操作时泥浆泵流速过大将孔壁冲坏,造成塌孔。
4、钻头损坏原因:
1)、人的因素:
员工对技术交底不重视,遇到碎石层没有与时更换钻头,对地质判断出现偏差。
2)、环境因素:
对XX云霄地区的复杂地形没有充足的认识,没有准备充足类型的钻头。
5、防腐层破损原因:
•1)、人的因素:
1、焊接时错边较大,出现错层。
2、员工对钢管底部除锈打磨不彻底,锈渣造成防腐层粘着力差。
•2)、材料因素:
PE防腐层粘着力差,在拖管过程中管道摩擦力造成脱落。
•3)、施工方法:
没有对管道进行预热。
•4)、测量因素:
对防腐层厚度、缺陷没有进行检测。
•5)、环境因素:
孔洞弯曲。
•具体原因列表如下:
序号
原因
1
错边
2
除锈不彻底
3
没有预热
4
防腐层缺陷、防腐层厚度无检测
七、要因确认
对造成以上缺陷的原因进行综合分析,归纳如下:
序号
出现问题
主要因素
1
导向偏差
导向仪不灵敏,操作不熟练
2
冒浆现象
操作压力大,距地面较近
3
塌孔
泥浆配比不合适
4
钻头损坏
没有针对不同地质情况更换不同钻头
5
防腐层损坏
防腐层制作缺陷,孔洞缺陷
八、对策制定
•1)、加强技术交底的监督力度,参加施工单位的技术交底并对关键操作要点进行详细说明。
增加班前会和班后会以与技术评比,提高员工质量意识。
•2)对定向穿越施工钻机进行了全面检查和大修,更换了发电机过滤器和油管,使跑冒滴漏得到改善,对压力表进行了全部检查和更换,增加了操作的准确度,杜绝了因仪器不准造成的误差。
•3)、对施工方案进行新的补充,对曲率半径、扩孔直径、出土角重新测算,对管段回拖力、扭矩、回拖速度进行了规定。
专项具体对策如下:
1、导向偏差对策
1)、对进口导向仪重新进行了校验,保证了测量精度。
2)、在管线预定方向先用白灰进行路线标记,仪器导向的时候沿着白灰线往前走,杜绝了人的运动轨迹的误差。
2、冒浆现象对策
•1)、更换泥浆泵压力表,并进行校验。
•2)、对泥浆泵操作控制系统每两个小时做一次检查,杜绝员工将泥浆泵压力调整过大。
•3)、在出土角处用挖掘机先开挖放送沟,减少离地距离。
3、塌孔现象对策
•1)、对地形做细致勘察,预先打三个岩层孔,中间一个,两岸各打一个,对定向穿越施工提供地勘保证。
•2)、对泥浆配方进行与时调整,对地质差的地方在泥浆中添加固化剂,配制专门的护壁泥浆,如下表。
不同地质条件泥浆粘度配比表
项目
管径
地质(s)
粘土
亚粘土
粉砂
细砂
中砂
粗砂
砾砂
岩石
导向钻孔
/
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
扩孔与回拖
φ426以下
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
φ426~φ711
40~45
40~45
45~50
50~55
55~60
45~55
φ711~φ1016
45~50
45~50
50~55
55~60
60~80
50~55
φ1016以上
45~50
50~55
55~60
60~70
65~85
55~65
3)、增加测量器具,对水的PH值、泥浆密度、泥浆粘度、泥浆失水量、土壤含沙量进行详细检测。
•3.1)、采用PH值试纸检测配浆用水的PH值;
•3.2)、采用泥浆密度计检测泥浆密度;
•3.3)、采用马氏漏斗检测泥浆粘度;
•3.4)、采用气压式失水仪检测泥浆失水量;
•3.5)、用固相含量测定仪测量含沙量。
4、钻头损坏对策
针对不同的地质层准备多种钻头,使用特点如下:
1
带腰笼翼状
适用于较硬土层、夹杂硬的矿物结核的扩孔。
加大直径方便。
带腰笼翼状增加了腰笼,起到扶正器作用,旋转阻力较低。
2
螺旋型
在挤压树根、碎石类等中、软土壤中通过障碍能力强,成型好、清孔工作小、铺管阻力小,属于挤压性钻头,需大扭矩。
3
凹槽状
适合于在砂层或含有石块的紧密砂层中。
凹槽状流线型设计易于泥浆流动和钻头清洁,具有挤压和切削双重功能。
4
牙轮式
适用于硬脆碎岩石或强风化一半风化的岩层。
5
双向纺锤形
适宜于粘土。
泥浆在钻头体外流动自如,钻头自洁能力较强。
6
环刀性
适用于软土层。
五、防腐层破损对策
序号
原因
对策
1
错边
制作对口专用工具对口
2
除锈
专门检查
3
没有预热
对管道进行预热
4
防腐层缺陷、粘结力没有检测
电火花检测缺陷磁性测厚仪测厚度
5
管道有弯曲现象
见下页
减少管道弯曲对策
•1)、尽量采用反向回拉扩孔,钻杆在回拉时起到导向作用。
•2)、用多切削刃钻头和互为交错式切削钻头。
•3)、减小转速。
•4)、一次扩孔不要太大。
一次扩孔太大,会造成停留时间长,加速钻头下沉。
九、对策实施
通过以上对策落实,在建设单位和施工单位大力配合和支持下,监理单位深入现场进行监督和指导,特别是在防腐层解决处理上,在拖管过程中破损问题从坡口组对、除锈、焊接、无损检测到管道预热、防腐层施工、拖管进行了全程跟踪监督,下面是对实施监督过程中一些图片与说明:
1、与建设方、施工方现场沟通对策落实
2、对导向仪操作进行现场指导
3、检查设备、入土角、扭矩与操作过程,杜绝冒浆
4、检查泥浆配比使用效果,杜绝塌孔现象
5、督促施工单位与时更换钻头,避免钻头损坏
6、跟踪检查防腐层操作,避免破损
十、效果检查
通过以上手段,在海峰村、下径村段的定向钻施工中拖管一次通过率达到100%,出土点偏差不大规定20mm,导向孔曲线偏差均在允许X围内,周围的施工环境有了极大的改善,达到了预期效果。
列表如下:
QC实施前后效果对比图
序号
出现问题
实施前故障次数
实施后故障次数
1
导向偏差
2
0
2
冒浆现象
3
0
3
塌孔
1
0
4
钻头损坏
1
0
5
防腐层损坏
4
0
十一、巩固措施
•在解决上述问题的同时,为了对效果进行巩固和保持,QC小组采取了以下四项巩固措施:
•1、对焊接采取的措施:
1)、采用氩弧焊打底,即增加焊缝强度防止拉断,又保证底部平整。
2)、增加钢管焊接时采用专用工具对口,防止错口现象影响防腐层3)、对除锈效果进行专项检查4)、对焊缝进行超声波和射线两种探伤相结合。
•2、对定向钻施工方案进行升级:
曲率半径过由1400D扩大为1500D,扩孔半径由1.4D调整为1.5D,出土角由12度减小为10度。
•3、使用葫芦形钻头与扶正器减少管道弯曲现象。
•4、增加中间控制表格使每项操作、有据可查、标准化:
•附图与附表如下:
1)、专用对管工具对管,避免错边造成防腐层不平
2、氩弧焊打底,增加焊缝强度和底部平整度
3、检查焊缝质量和除锈效果,避免防腐层粘着力差
4)、焊缝超声波检查
5、焊缝无损检测底片检查
2、使用葫芦形钻头,减少孔洞弯曲
3、制作、使用扶正器减少管道弯曲现象
扶正器示意图
各类问题从记录上巩固措施
序号
出现问题
巩固措施
1
导向偏差
控向记录表
2
冒浆现象
司钻岗位工作记录(导向孔钻进扩孔回拖)
3
塌孔
泥浆配制记录表格
4
钻头损坏
XX省常见土层物理力学性能指标交底表
5
防腐层损坏
定向钻穿越施工质量控制点:
前期准备18个控制点,钻导向孔7个控制点,扩孔10个控制点,回拖7个控制点
•定向钻穿越作业HSE检查表共检查39项
•中间检查记录表3个:
•1)、定向钻穿越回拖前检查记录
•2)、定向钻穿越管道就位检查记录
•3)、管道穿越工程隐蔽检查记录
•检验批验收记录3个:
•1)、导向孔钻进检验批质量验收记录
•2)、导向孔扩孔检验批质量验收记录
•3)、管道回拖检验批质量验收记录
十二、总结
通过这次QC小组活动,使定向穿越施工拖管一次通过率达到100%,达到了预期的效果。
在后续活动中,我们还将加强对此类工艺的学习与管理,继续开展QC活动,并以此为基点,对本次QC成果中学习到的经验进行再消化,持续改进,精益求精,不断提升质量管理水平。
八、对策制定:
在钻孔垮塌、清孔不彻底、钻孔弯曲严重、泥浆循环不理想状态下,铺管工作不能进行。
1、法:
首先对施工方案进行新的补充:
1、对管段回拖力、扭矩、回拖速度进行了规定。
2、用磁性测厚仪对防腐层厚度进行检测,保证防腐层厚度。
用电火花检测仪对防腐层进行检漏,检漏电压为5V/um
清孔:
适量的钻井液流动有利于排出钻扫下来的土屑。
2、对人的方面进行了这样对策:
1、加强技术交底的监督力度:
参加施工单位的技术交底并对关键操作要点进行详细说明。
2、增加班前会和班后会以与技术评比,使每个员工时刻绷紧质量这根弦,在操作中时时注意。
3、在施工日志添加了每个操作失误的的责任人一栏,并对每个操作失误造成的时间影响和费用影响进行了填写,激起了员工的责任心和荣誉感。
3、机:
1、对定向穿越施工钻机进行了全面检查和大修,更换了发电机过滤器,检查和更换了油管,使跑冒滴漏有了很大的改善,对压力表进行了全部检查和更换,增加了操作的准确度,杜绝了因仪器不准造成的误差。
根据不同地形准备了如下几种钻头,便于在施工中遇到不同地质情况与时更换钻头。
1
翼状
加大直径方便,缺点向右下方爬行。
故适用于较硬土层、夹杂硬的矿物结核的扩孔。
需专门清孔
2
带腰笼翼状
带腰笼翼状增加了腰笼起到扶正器作用。
旋转阻力较低,
3
螺旋型
挤压性钻头,需大扭矩,在挤压树根、碎石类等中、软土壤中通过障碍能力强,成型好、清孔工作小、铺管阻力小
4
凹槽状
凹槽状流线型设计易于泥浆流动和钻头清洁,具有挤压和切削双重功能,适合于在砂层或含有石块的紧密砂层中
5
牙轮式
克取硬脆碎岩石或强风化一半风化的岩层
6
双向纺锤形
泥浆在钻头体外流动自如,钻头自洁能力较强,适宜于粘土。
7
粗径钻具型
较小口径粉质粘土,一次成型,水平射流,保护孔壁
8
环刀性
适用于软土层
塌孔:
防止塌孔采用:
护壁泥浆:
超粘度泥浆、固化剂、双面胶,2、用挤压型钻头护壁,
防止防腐层破坏:
在入口处挖好发送沟,将发送沟内注满水,即减少了管道拖管时的阻力,又保护了防腐层。
不同地质条件泥浆粘度配比表
项目
管径
地质(s)
粘土
亚粘土
粉砂
细砂
中砂
粗砂
砾砂
岩石
导向钻孔
/
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
扩孔与回拖
φ426以下
35~40
35~40
40~45
45~50
50~55
40~50
φ426~φ711
40~45
40~45
45~50
50~55
55~60
45~55
φ711~φ1016
45~50
45~50
50~55
55~60
60~80
50~55
φ1016以上
45~50
50~55
55~60
60~70
65~85
55~65
导向孔轨迹测量应采用导向仪随钻测控深度、顶角、方位角、工具面向角等基本参数。
1采用PH值试纸检测配浆用水的PH值;
2采用泥浆密度计或泥浆密度秤检测泥浆密度;
3采用马氏漏斗检测泥浆粘度;
4采用气压式失水仪检测泥浆失水量。
铺设给水、排水管道工程检测验收,轴线偏差小于±100mm、管内底高程偏差小于±50mm。
管道严密性试验和允许渗水量应按《给水排水管道工程施工与验收规X》GB50268执行;
导向钻进原始记录
测点序号
孔长
(m)
垂深
(m)
偏距(mm)
顶角
(度)
钻进参数
左偏
右偏
顶力(Mpa)
转速
(r/min)
泵量
(L/min)
在扩孔施工过程中,扩孔钻头上面的小眼必需喷浆正常,旨在避免发生孔内“卡钻”现象,影响生产。
“洗孔”通俗地讲,就是用不同的处理方法消除孔内不正常现象,从而消灭孔内事故隐患,避免导致施工失败。
孔内不正常现象大致有:
地层破碎、裂隙(空隙)发育,发生泥浆泄露、孔内遇障碍物(卵石、块石、卵砾石层、木头与废弃的地下构筑物等)、钻孔发生塌孔现象、泥浆环流中断产生“液压锁”、选择的钻头和地层不配套等。
这些现象都可能导致钻机扭矩、拉力发生明显变化,必须通过洗孔后,再继续扩孔钻进。
。
均匀速度拉管使孔内泥浆能够保持正常环流,不影响孔壁保护,保持孔内正常畅通,必须对钻机拉力、扭力与泥浆流量应进行严格的监控,保证拉管工序顺利完成。
定向钻施工现场泥浆粘度实验装置为马氏漏斗和粘度杯。
水在21℃时通过马氏漏斗粘度为26±1/2秒。
根据不同的地层条件,配制泥浆粘度一般在35~65秒之间。
粘度指流体的流动阻力,在定向钻施工过程中,泥浆的粘度具有重要意义,其重要性比竖直钻进更大。
施工现场每2小时应对泥浆粘度观测一次;
在砂土和卵砾石中施工,泥浆中应加入适量润滑剂,提高泥浆润滑度、降低摩擦阻力。
在定向钻施工过程中,泥浆的润滑度较高,会降低钻具工作时和拉管过程的钻机扭矩和阻力。
常用的润滑剂有:
混油、石墨粉、二硫化钼、磺化妥尔油沥青与聚丙烯酰胺等。
从施工意义上讲润滑度越高越好,但必须经济合理。
现场可以采用手感测量泥浆润滑度,实验室中利用润滑度测量仪进行测量;
避免产生泥浆环流中断措施有:
1)有足够泵送量泥浆进入孔内;
2)发现泥浆环流速度变慢时,应降低回扩或回拉速度;
3)遇孔内缝隙,泥浆大量漏失,应增加泥浆的加料量,同时相应增加聚合物含量,提高孔内“泥皮”的致密程度,达到堵漏的同时保证了泥浆的孔内环流;
4)孔内泥浆环流效果不好时,应保持施工时间的连续性,尽量做到不间断施工。
5在专用的搅拌容器和搅拌池中配制泥浆,有利于各种成分的均匀分布和功用的最大发挥。
定向钻施工泥浆用量大,应根据现场情况和经济性、环保性,做好泥浆的回收和再利用;
6在致密均一的软土层地层中施工,应用小泵压、小流量泥浆泵入施工;在坚硬层且裂隙发育的地层中施工,应用大泵压、大流量泥浆泵入施工,确保将孔内钻屑带出孔外和保持孔壁的稳定性。
扩孔直径(mm)
地质
粘土
亚粘土
粉砂细砂
中砂
粗砂砾砂
岩石
450以下
刀式
刀式
刀式/桶式
刀式/桶式
刀式/桶式
岩
450—850
刀式
刀式
刀式/桶式
桶式
桶式
岩
850-1000
刀式
刀式/桶式
桶式
桶式
桶式
岩
1000以上
刀式
刀式/桶式
桶式
桶式
桶式
岩
序号
原因
对策
1
错口
制作对口专用工具
2
除锈
专门检查
3
没有预热
对管道进行预热
4
防腐层质量、粘结力没有检测
电火花检测
5
曲率半径过小1400D
加大曲率半径1500D
6
孔径过小1.4D
加大孔径1.5D
7
洗孔次数少(1次)
增加洗孔次数
8
管道有弯曲现象
见下页
扶正器实物图
常用处理剂主要有工业纯碱、正电胶干粉、CMC、CMS、封堵剂、油基润滑剂等,其主要性能特点如下:
主要处理剂名称
功能与特点
羧甲基纤维素钠/CMC
提高粘度和切力、降滤失、防塌和耐盐、耐温,其通过提高泥浆中固相颗粒的水化膜厚度和泥饼的压缩性,使失水量降低。
羧甲基淀粉/CMS
是一种降滤失剂,通过氢键吸附到粘土上,增加粘土的负电性和水化薄厚度,提高粘土颗粒间斥力,使泥浆保持一定数量的细颗粒,形成致密泥饼,从而增加滤液粘度。
正电胶干粉
与粘土颗粒只形成结构,不产生电性中和,不引起粘土颗粒聚沉。
堵塞泥饼空隙,减小泥饼渗透性,降低失水量。
工业纯碱
可改善粘土的水化分散性能,降低滤失量,增大粘度和切力。
封堵剂
防止钻井液大量漏入地层,可做裂缝性和溶洞性地层堵漏。
油基润滑剂
增加泥浆的流变性和润滑性
定向钻穿越施工质量控制点(按施工流程划分)
泥浆配比施工记录表。
序号
时间
钠土粉
纯碱
CMC盐
CMS淀粉
正电胶
润滑剂
其它添加剂
粘度
竣工验收资料:
4个
制定了现场针对定向钻穿越作业的检查表。
共对16项内容进行现场检查。
序号
检查内容
检查结果
符合
不符合
1
按规定配戴劳动防护用品
2
操作人员具备相应的操作能力并经过有关培训和安全、技术交底
3
施工现场消防器材应配备齐备,并由专人定期检查、维护
4
作业带内地上、地下的建、构筑物(电线、电缆、管道、光缆等)应有醒目标识,并采取相应安全
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