【摘要】在油气管道穿越河流时，需要采用定向

钻探技术，但地下施工复杂且隐蔽，在施工中会受到

现场多种因素的影响。要对影响定向钻穿越技术的测

量和设计因素进行分析，做出有效的科学决策，了解

定向钻穿越中应考虑的施工问题，确保油气管道可以

顺利施工。

【关键词】油气管道；河流；定向钻穿越设计；

存在的问题；对策；分析

中图分类号：U175 文献标识码：A

doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2021.27.0036

1 河流定向钻穿越技术特点及穿越方式

河流定向钻穿越设计方式可以满足设计曲线和

井深的要求，河流定向钻穿越设计方式避免了船锚对

管道造成损坏，避免了污泥造成管道开裂，保证了

管道接头的安全运行。对河床表面无破坏，并且不影

响河底结构和水底状况，对环境没有太大的影响。河

流定向钻穿越施工不影响河道通航，并且不破坏河道

大坝。该技术应用施工不限季节，现场的施工成功率

高，施工周期短。根据河流定向钻穿越场地的初步研

究，可以进行定向钻探和隧道通过。为保证了节省工

期的原则，采用定向钻进方式。定向钻越过曲线有破

损区，根据一些经验，破损区成孔困难。因此，在设

计时需要考虑到泥浆能起到稳定的作用，还需要考虑

到碎土的渗漏。采用先进的钻井技术，有效应对未知

的地下地质构造。施工完成后可通过仪器检查对防腐

层进行修复，解决管道问题。

2 定向钻穿越设计存在问题

2.1 穿越层位选择问题

从近年来定向钻进的施工来看，对于施工中的

大面积的不利地层，如粗砂、软硬不均或多岩石的地

区，对于设计定向钻的地层选择不合理。并且变异系

数过大对一些细节考虑不够，造成了定向钻井结构的

复杂化或破坏。由于流沙层流动性和蠕变性能大，不

易成孔。孔壁经常被破坏或难以形成孔。如越过开挖

端遇到冬沙，结构无法有效成洞，或者会导致洞的塌

陷。粗砂地层砂比较粗，土壤黏聚力很少并且很低，

形成孔洞非常困难，特别是管道直径的增加，孔洞的

直径也越来越大。由于遇到中砂，大直径钻井时可能

会发生塌井，或者是钻杆和扩孔器被覆盖，造成钻杆

扭矩过大而造成的塌陷。砂卵石是最难形成和通过定

向钻井的。由于分布不均，钻孔工艺无法有效控制，

而且成孔的复杂性简单。在坍塌和粘连的情况下，原

则上必须避免穿过一层，或者需要采取技术措施加以

解决。对于软硬不规则地层，特别是岩性差异较大和

岩坡大的地层，在大直径展开中，在软硬交界处，有

可能会出现局部膨胀现象。孔隙质量参差不齐，容易

引发喷发和地下水泄漏。

2.2 定向钻穿越勘察数据导致的设计问题

在油气管道建设中，实际地质条件与勘察数据会

有偏差。对于补充调查与初步调查对比，存在卵石层

河流分布的厚度和颗粒直径等未得到验证。这是因为

河流河床和堆积物冲刷沉降，鹅卵石的分布范围和颗

粒的直径都发生了变化。应在横截面下游安装仪表，

仅靠钻井作业获取地质资料，也会出现较大的偏差。

岩石中裂缝分布尚未确定，这是由于钻断面的覆盖层

厚度大，主岩开口较小。裂缝分布无法观察确定，只

能依靠钻孔，并通过其他方法识别和分析。判断的准

确性直接取决于岩心的质量和地质人员的技能，导致

了调查数据偏离真实情况。不能充分认识岩体的强

度，岩石的因素将极大地改变岩体的强度。如果不采

集有代表性的岩样，结果将与实际情况不符，将会导

致设计数据的误差 [1]。

3 油气管道河流定向钻穿越设计对策

3.1 定向钻穿越勘察设计应对措施

河流定向钻穿越结构的主要截面是井筒区，基于离

散井不能完全反映地层的实际情况，在困难地区，地层

边界与实际存在一定的偏差，每层的厚度和长度均存在

差异。为减少地质调查数据与施工实际地质的偏差，需

要结合现场的地质调查和钻孔技术，采用地质调查方

法，验证定向钻探情况。采集通过现场的地质和水文数

据，考虑河床坡度，获取河床地形图，对穿越油气管道

进行水利工程研究和工程穿越地点。勘探应根据交叉区

域的情况进行部署，并据此设置钻井间隔。如果不能根

据变化调整钻井作业，如遇到一层碎石影响定向钻进的

情况，孔间距应合理。如果定向钻接头设计遇到复杂地

质，应增加进出井段数，减小探井间距。可采用高密度

电法和雷达等勘探方法对断面进行考察。关于管道选择

的位置和断面，应选择在波浪起伏较小的两岸，尽量减

少高度差。如果通道两侧的高差较大，在穿越施工时应

采取相对的措施保证井的质量，避免出现泥浆喷发问

题。在通过钻孔点和开挖点中心线时必须与河堤保持合

理的距离。如果在穿越施工中需要突破断层，需要结合

勘察的数据，对地层进行深入分析，再结合地质构造避

【摘要】在油气管道穿越河流时，需要采用定向

钻探技术，但地下施工复杂且隐蔽，在施工中会受到

现场多种因素的影响。要对影响定向钻穿越技术的测

量和设计因素进行分析，做出有效的科学决策，了解

定向钻穿越中应考虑的施工问题，确保油气管道可以

顺利施工。

【关键词】油气管道；河流；定向钻穿越设计；

存在的问题；对策；分析

中图分类号：U175 文献标识码：A

doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2021.27.0036

1 河流定向钻穿越技术特点及穿越方式

河流定向钻穿越设计方式可以满足设计曲线和

井深的要求，河流定向钻穿越设计方式避免了船锚对

管道造成损坏，避免了污泥造成管道开裂，保证了

管道接头的安全运行。对河床表面无破坏，并且不影

响河底结构和水底状况，对环境没有太大的影响。河

流定向钻穿越施工不影响河道通航，并且不破坏河道

大坝。该技术应用施工不限季节，现场的施工成功率

高，施工周期短。根据河流定向钻穿越场地的初步研

究，可以进行定向钻探和隧道通过。为保证了节省工

期的原则，采用定向钻进方式。定向钻越过曲线有破

损区，根据一些经验，破损区成孔困难。因此，在设

计时需要考虑到泥浆能起到稳定的作用，还需要考虑

到碎土的渗漏。采用先进的钻井技术，有效应对未知

的地下地质构造。施工完成后可通过仪器检查对防腐

层进行修复，解决管道问题。

2 定向钻穿越设计存在问题

2.1 穿越层位选择问题

从近年来定向钻进的施工来看，对于施工中的

大面积的不利地层，如粗砂、软硬不均或多岩石的地

区，对于设计定向钻的地层选择不合理。并且变异系

数过大对一些细节考虑不够，造成了定向钻井结构的

复杂化或破坏。由于流沙层流动性和蠕变性能大，不

易成孔。孔壁经常被破坏或难以形成孔。如越过开挖

端遇到冬沙，结构无法有效成洞，或者会导致洞的塌

陷。粗砂地层砂比较粗，土壤黏聚力很少并且很低，

形成孔洞非常困难，特别是管道直径的增加，孔洞的

直径也越来越大。由于遇到中砂，大直径钻井时可能

会发生塌井，或者是钻杆和扩孔器被覆盖，造成钻杆

扭矩过大而造成的塌陷。砂卵石是最难形成和通过定

向钻井的。由于分布不均，钻孔工艺无法有效控制，

而且成孔的复杂性简单。在坍塌和粘连的情况下，原

则上必须避免穿过一层，或者需要采取技术措施加以

解决。对于软硬不规则地层，特别是岩性差异较大和

岩坡大的地层，在大直径展开中，在软硬交界处，有

可能会出现局部膨胀现象。孔隙质量参差不齐，容易

引发喷发和地下水泄漏。

2.2 定向钻穿越勘察数据导致的设计问题

在油气管道建设中，实际地质条件与勘察数据会

有偏差。对于补充调查与初步调查对比，存在卵石层

河流分布的厚度和颗粒直径等未得到验证。这是因为

河流河床和堆积物冲刷沉降，鹅卵石的分布范围和颗

粒的直径都发生了变化。应在横截面下游安装仪表，

仅靠钻井作业获取地质资料，也会出现较大的偏差。

岩石中裂缝分布尚未确定，这是由于钻断面的覆盖层

厚度大，主岩开口较小。裂缝分布无法观察确定，只

能依靠钻孔，并通过其他方法识别和分析。判断的准

确性直接取决于岩心的质量和地质人员的技能，导致

了调查数据偏离真实情况。不能充分认识岩体的强

度，岩石的因素将极大地改变岩体的强度。如果不采

集有代表性的岩样，结果将与实际情况不符，将会导

致设计数据的误差 [1]。

3 油气管道河流定向钻穿越设计对策

3.1 定向钻穿越勘察设计应对措施

河流定向钻穿越结构的主要截面是井筒区，基于离

散井不能完全反映地层的实际情况，在困难地区，地层

边界与实际存在一定的偏差，每层的厚度和长度均存在

差异。为减少地质调查数据与施工实际地质的偏差，需

要结合现场的地质调查和钻孔技术，采用地质调查方

法，验证定向钻探情况。采集通过现场的地质和水文数

据，考虑河床坡度，获取河床地形图，对穿越油气管道

进行水利工程研究和工程穿越地点。勘探应根据交叉区

域的情况进行部署，并据此设置钻井间隔。如果不能根

据变化调整钻井作业，如遇到一层碎石影响定向钻进的

情况，孔间距应合理。如果定向钻接头设计遇到复杂地

质，应增加进出井段数，减小探井间距。可采用高密度

电法和雷达等勘探方法对断面进行考察。关于管道选择

的位置和断面，应选择在波浪起伏较小的两岸，尽量减

少高度差。如果通道两侧的高差较大，在穿越施工时应

采取相对的措施保证井的质量，避免出现泥浆喷发问

题。在通过钻孔点和开挖点中心线时必须与河堤保持合

理的距离。如果在穿越施工中需要突破断层，需要结合

勘察的数据，对地层进行深入分析，再结合地质构造避

免大坏层，必须合理设置累积点。在设计断面时，避免

不良层的影响，合理地制定断面轨迹。如穿越岩石，则

应选择倾斜角度较小的地平线，采用多弯法完成穿越。

穿越结构如果进出口端有卵石和粗砂等，可采用开挖置

换法，对于开挖不利的地层，需要使用适宜土层进行穿

越先钻孔再钻孔，需要更多的工程量，但会有效降低穿

越的风险 [2]。

3.2 穿越层位选择措施

对于穿越点和断面选择问题，应选择两侧地形波

较小的场地，减少两岸高差。如果高度差真的很大，

在设计时必须采取适当的措施保证孔的质量，避免形

成淤泥。在定向钻孔点、开挖点和交点必须与建筑物

相距一定的距离。当定向钻通过不利地层时，将首先

根据现场研究的结果分析地层，同时考虑区域地质结

构，以及地层差的区域。选择设计曲线时，设计师需

要避免尖锐的曲线，并考虑弯曲点的实际位置。为避

免弯曲时挠曲，应选择稳定致密的层作为弯曲点。在

设计截面时，应避免缺陷层对设计施工的影响。在不

可避免的地层情况下，设计师必须合理的选择钻孔设

计曲线，以最大限度地减少地层不佳而导致的长度。

在选择地层时，应尽可能将曲线置于同一稳定层上，

并且需要设计的倾角最小。为避免不良地层，在条件

允许下，设计人员可以考虑多条曲线的平滑穿越。如

果出口和入口附近有流沙和中砂，可以采取挖掘和更

换方法。开挖用于挖出鹅卵石或中型沙等，在岸边两

侧运行，填入最适合钻井的土壤类型，其次是钻孔和

反冲。该方法主要适用于沙地和冬沙等，并且覆盖层

厚度小于 15m，如果沙子和表层的厚度超过 15m，地

下水位高，则土方工程会变的庞大而复杂。磨合法对

定向钻进和转向控制要求精度高。采用灌浆法，将卵

石砂浆层整体硬化，硬化层穿过岩石层。该方法的使

用风险在于，土壤硬化会导致阻力过大，使钻头难以

进行现场的钻孔作业，注浆后对环境影响较大。目前

置换孔或压实的方法主要用于处理砂石层和中粒砂

等。因此，建议对含砂卵石层的地区增加探井数量，

并需要精确的地层边界。必须根据调查数据提供合理

和可行的现场处理措施。根据目前建设实践，小口径

管道定向钻进对不利地层适应性较强 [3]。

3.3 优化河流定向钻穿越管道设计

定向钻井法对地下层结构的判断，从每个钻孔的

地质结构进行评价。隧道采用开挖法施工，可根据不

同地质进行钻探，获得准确的地质资料，因此需要采

用多种施工方法。从跨越各项目的实施过程中，实际

地质条件和设计的初步详细资料存在不同程度的差异。

对于主动控制能力弱的地质条件，对于风险缓释措施

可靠性低。隧道施工可以有效地制定解决方案。定向

钻井作业时，裂缝区容易发生断裂，严重时会造成塌

井。并且会随着隧道进入干扰区，采用地质水勘探预

测和幕注法。定向钻的施工受地质条件和地形的限制，

决定了能否进行定向钻。隧道建设受地质条件的限制，

只要地质条件允许，隧道掘进是可以做到的。因此，

从现场地质的限制条件分析，对于定向钻井，需要使

用一次性排放管。定向钻孔道口的建设不会破坏植被，

不影响周围的秩序，还可以满足环保要求 [4]。

3.4 设计泥浆的施工技术

在河流定向钻穿越设计过程中，一般从地质构造

风险分析施工设备、材料风险、材料运输和工程管理

等方面进行全方面的风险分析，提出具体的河流定向

钻穿越施工技术要求。泥浆的使用存在专业性强、成

本高和抽检困难等实际问题，泥浆的合理选择会直接

影响河流定向钻穿越设计建设方向，泥浆能将破碎泥

浆带出孔外，可以保证孔壁的稳定性能，是正常河流

定向钻钻进的必要条件。还可以冷却和冲洗钻头，以

安装压力平衡的液柱。钻井泥浆类型需要根据不同钻

井地层特征进行优化。确定最合理的泥浆和添加剂，

更好地保证河流定向钻穿越设计和钻孔作业的顺利完

成。确保泥浆达到合理的黏度和排量，对于尤其是接

触不良地层时，需要确保钻井效率、钻井尺寸和泥浆

达到一定的匹配程度。增加壁面的黏度和泥浆供给量，

根据实际情况确定钻头，增加钻进量、钻井泥浆排量

和排孔频率，可以更好地进行河流定向钻钻井泥浆，

防止钻屑堆积泥。如有必要，应合理添加添加剂，确

保河流定向钻穿越设计符合现场的施工技术要求 [5]。

结束语

综上所述，对于油气管道河流定向钻穿越设计问

题，需要综合考虑定向钻井技术和现场的施工地质条

件。在设计阶段进行研究，设计人员需要获取更准确的

现场地质资料，合理选择层位，优化油气管道河流定向

钻穿越曲线，对不良地质情况采取治理措施，并针对油

气管道河流定向钻穿越施工风险和技术要求提出具体优

化措施，确保油气管道河流定向钻穿越施工顺利进行。

参考文献：

[1] 周剑琴，杨国晖，王巍 . 油气管道大型河流

定向钻与隧道穿越技术分析 [J]. 石油工程建设，2021，

47（01）：45-49.

[2] 李心宁 . 油气管道河流定向钻穿越设计存在

的问题及对策分析 [J]. 中国石油和化工标准与质量，

2020，40（11）：145-146.

[3] 陈静，潘攀，王红丽，刘文亮，刘欢 . 油气管

道河流定向钻穿越设计存在问题及对策探讨 [J]. 石油

工程建设，2014，40（05）：35-38.

[4] 曾强，陈杰，亢会明，康胜 . 油气管道定向钻

穿越勘察设计和施工中存在的问题及对策 [J]. 石油工

程建设，2012，38（01）：29-32+84-85.

[5] 朱明辉 . 长输油气管道定向钻穿越方案的比选

及优越性 [J]. 中国石油和化工标准与质量，2011，31

（12）：297