DrillTech 使用水平导向钻机征服苛刻的土壤条件,完成天然气管道项目

交替出现且不规则的沙地、粘土和岩石结构带来多种挑战

七月-2011

当位于德克萨斯州 Clarksville 的 DrillTech Inc. 公司联合所有者加里·戴维森 (Gary Davidson) 审阅过由项目所有者 Regency Energy Partners 提供的土壤样本分析结果后,觉得这次他的公司受雇进行的天然气管道干线项目将是一次很常规的非开挖安装工程。仅凭第一印象,戴维森 (Davidson) 唯一觉得可能多少有些挑战的就是钻孔长度。

戴维森 (Davidson) 从 1991 年起就从事钻孔和管道安装行业,并与他的朋友兼合伙人兰斯·唐斯 (Lance Downs) 在 2007 年创办了 DrillTech。该公司从成立之初就一直稳定成长,目前有超过 20 名员工。该安装承包商凭借优良的设备专业从事非开挖管道安装项目,设备库中更有被戴维森 (Davidson) 称为“台柱”的威猛 (Vermeer)® D500x500 Navigator® 水平导向钻机。

位于达拉斯的项目所有者 Regency Energy Partners 拥有超过 8369 公里的集输管道,包括对位于北路易斯安那的 724 公里长的州内天然气管道 Regency Intrastate Gas System 拥有所有权。Regency 的资产位于多个美国最高产的天然气产区内,包括 Haynesville、Eagle Ford、Barnett、Fayetteville 和 Marcellus 页岩气田。

Regency 在美国四个地理区域内运营着重要的集输和加工设施,并与生产商签约从单独的天然气井或汇集多个天然气井的中心配送点收集粗天然气。这些天然气井通过集输管道相连,通过这些管道将粗天然气输送到加工厂、处理设施或直接输往州际或州内天然气运输管道。

Regency Energy 承包给 DrillTech 的项目位于路易斯安那州 Logansport 附近,地处路易斯安那州的最西部,与德克萨斯州和阿肯色州边界毗邻,它是现有的干线天然气管道的一部分,该干线管道管径为 61 厘米、管壁 1.3 厘米厚,汇集了几处天然气井出产的粗天然气。

钻孔规划指定管道安装在两个单独的钻孔中,第一个钻孔长为 591 米,第二个钻孔长约 1410 米。第二个钻孔给 DrillTech 团队带来了不少挑战。戴维森 (Davidson) 解释了钻孔规划要求完成两个单独钻孔的原因。

“安装计划将横穿一条高速公路,然后继续在地下穿越一片广阔的环境敏感地带,”戴维森 (Davidson) 说,“我们收到的是已经规划好的钻孔路线,所以我们实地勘探了这条路线来测量该区域的物理地形。经过实地勘探,我们觉得两个单独的钻孔将是最优方案,尤其是考虑到环境敏感地带的距离很长。但我们没有预料到的是来自地下的挑战。”

在对项目所有者 Regency Energy 提供的土壤断面资料进行最后评估并制定了完工计划时间表后,戴维森 (Davidson) 的团队开始选择他们认为能够最有效地完成该项目的设备和工具。

“基于穿越的长度和指定的管道尺寸,我们认为威猛 (Vermeer) D500x500 水平导向钻机将是该项目的最佳选择,”戴维森 (Davidson) 解释道,“D500x500 水平导向钻机是我们设备库中同时最适合项目两个阶段的设备,尤其是对于将穿越环境敏感地带的较长钻孔。第一个钻孔较短,进展很顺利,没有意外发生。土壤断面在整个钻孔长度内都非常一致,只是粘土密度变化明显。”

当所有所需设备准备就绪后,DrillTech 团队从公司驻地德克萨斯州 Clarksville 开赴到 268 公里之外的项目场地路易斯安那州 Logansport,迫不及待地准备开工。

第一个钻孔施工中遇到了包括沙土、硬粘土和一些岩石在内的多种土壤条件。这些土壤变化贯穿了第一个钻孔的整个施工过程。土芯样本显示地下存在 5 厘米的岩石层,但未指出岩层的准确距离、宽度或深度。在对坚硬土层钻进了大约 91 米后,最初的土壤断层结构突然发生变化,迫使戴维森 (Davidson) 的团队重新调整方案,安装一个配有 21.6 厘米钻头的 17.2 厘米泥浆马达。泥浆马达能够使钻头更有效地在坚硬岩层中钻进。

“泥浆马达由泥浆流量提供动力,设计用于在坚硬岩层中钻进,”戴维森 (Davidson) 解释说,“泥浆的压力能够迫使钻头在末端旋转,从而更好地工作。调整方案被证明是一项正确的决策,它让我们更有效地完成项目并提升了我们的生产效率。”

前方潜藏着未知挑战
经过八天奋战,DrillTech 团队比较顺利地完成了第一个钻孔,在做了微小调整后,平均生产效率达到了每小时 76 至 91 米。在分多次使用递增尺寸的扩孔器 - 从 45.7 厘米至 91.4 厘米 - 进行扩孔并对钻孔清洁后,施工人员将总长295.4 米、每节长 12 米、管径 61 厘米、管壁厚 1.3 厘米、已经焊接在一起并成行放置在一系列滚管机上的管道回拖进钻孔内。该钻机随后被重新定位,准备处理第二个较长(1410 米)的钻孔。

施工人员已经获得了从预定的钻孔入口和出口处采集的土壤样本,但尚不完全清楚入口和出口之间的土壤情况。钻孔过程起初遇到了一些粘土,然后是沙土,挑战并不是很大。但操作员察觉到土壤条件突然发生改变。钻头遇到了岩石。

“我们曾经在这个地区完成过几个项目,并且预计到 1402 米的钻孔路线可能会遇到几次地形改变,”戴维森 (Davidson) 说,“正如预计的那样,我们确实遇到了土壤样本未显示出的岩层条件改变,但其中很多改变让我们感到吃惊。”

“情况有些超出了我们的预计,我们必须得使用岩石扩孔器来切割岩层,”戴维森 (Davidson) 解释说,“我们从土壤样本中并未发现存在那么多岩石,并且我们在现场没有合适的工具来钻通这些岩石,因此我们不得不订购一个分离式钻头扩孔器。好在我们在钻导孔过程中发现了这一情况,及时获得了需要的钻头。施工并未中止。

安装了分离式钻头扩孔器后,钻孔再次启动,D500x500HDD 在配备了能有效对付这些岩石的钻具后重新上阵。难处理的岩石和始料未及的土壤条件的突然变化(包括沙土和各种密度的粘土)让第二个钻孔的钻进过程异常艰难,这导致生产效率降低,工期延长,最终施工人员用了超过五周的时间按才完成第二个钻孔。但综合所有因素,戴维森 (Davidson) 对总体结果感到满意。

“项目确实遇到了一些挑战,”他回忆说,“但优良的设备、合适的工具和钻孔操作员的丰富经验最终使项目化险为夷。尽管该项目很复杂,但我曾参与过比这个项目进展更不顺利的项目。我觉得 DrillTech 很好地完成了所有工作。威猛 (Vermeer) 钻机性能非常出色,对我们来说,这是一笔很划算的投资。”

操作员凭技术经验妥善应对多变的土壤条件
显然,DrillTech 在此次安装项目中遇到的突变的土壤条件是最大的挑战,而且样本数据的缺乏也让他们没能做好充分准备。但戴维森 (Davidson) 还是强调钻孔操作员在成功克服不利土壤条件带来的挑战时起到的关键作用。

“永远不要低估一名经验丰富的钻孔操作员的价值,”戴维森 (Davidson) 说,“学习需要时间,我们的操作员具备了克服最困难挑战所需的一切特质。当然,学习需要时间,但经验是最好的老师。任何人都能学会开车,但不是所有人都能驾驶 NASCAR 赛车。水平钻孔也是一样。所有人都能操纵机器,但是你需要一个清楚自己在干什么并且有很高安全意识的操作员来钻孔。安全意识是操作员最重要的态度,所有 DrillTech 员工都将安全放在首位。”