1、工程概况
仪征—长岭原油管道工程起点为江苏省仪征市，终点为湖南省长岭石化，沿途经过江苏、安徽、湖北、江西、湖南等五省十二个地市，全线长979km，九江长江水平定向钻穿越工程是仪长管线的控制性工程，也是目前单次穿越距离最长的世界级工程，穿越水平长度2316.03米，实长2323.33m，入土角10°，出土角6°，穿越曲率半径为2400m，最大穿越深度为地面下61.36m。九江长江穿越主管线设计采用φ457×11.1 X60 的直缝埋弧焊钢管，管线设计输送压力为6.4Mpa，配套光缆套管采用φ121×6 20#无缝钢管，主管线和光缆套管平行敷设穿越长江，二者相距30m。穿越入土点位于长江南岸，江西省九江市金鸡坡油库与市区公路之间；出土点位于长江北岸，湖北小池黄广大堤内，距离大堤50m处。
管道穿越主要地层为砂岩和角砾岩，穿越岩石层总长为1780m，岩石硬度1.78～14MPa。入土侧斜线段经过130m软地层，主要为杂填土层和粉质粘土层。出土侧斜线段经过400m的细砂层和粉土层。
九江长江穿越断面为小池－金鸡坡断面，江面宽约1900m，最大水深13.8m。
2、施工难点及措施
2.1 超长距离岩石穿越在国内乃至国际上没有成形的经验可以借鉴，我们首先遇到的是控向技术的两个难题。
⑴ 穿越距离超长，九江长江穿越水平长度达2316.03m，控向精度要求高，而穿越地形条件决定了能够准确控向的陆地距离不足500m，大范围江面由于无法布置地面信标系统，只能依靠地磁方位角进行“模糊”控向。为此，开钻前利用信号棒和全站仪准确测定穿越中心线的地磁方位角，并依此控制穿越江面时钻头的左右偏差。
⑵ 由于岩石层穿越的特点，决定了导向孔施工时必须使用泥浆马达，使得钻头至信号棒间距离加长了14m，这一长度内完全是控向的盲区，正是这一盲区的存在，使得准确控向的难度成倍地增加，而控向上的每一个小小失误，由于在岩石层扩孔期间是无法有效修正的，就有可能对最终的管线回拖造成灾难性的后果。现场主要采取了两项措施，一是钻导向孔阶段钻具连接时采用两根无磁钻铤，以消除泥浆马达（磁性体）及后续一长串钻杆对信号棒产生的磁干扰；二是在岩石段钻进时，增加信号测量频率，每钻进1m-3m测量一次，以保证导向孔曲线符合设计曲线的要求。最终，导向孔顺利出土，出土点与设计值横向偏差为0，纵向偏差为1.5m。
2.2 在水平定向穿越施工中，泥浆控制是穿越的一项关键技术问题，由于地质条件的原因我们遇到了泥浆控制的三个难题。
⑴ 九江长江穿越的地层特点是中间段为岩石层，两侧为软地层，穿越软地层时要求泥浆的固壁性能要好，防止泥浆的漏失和塌孔；而岩石层穿越要求泥浆的悬浮、携带钻屑的性能要强，保证钻孔的清洁，对泥浆的性能要求很高。根据九江长江穿越地层条件的变化，采用复合泥浆配比技术，使用定向钻专用膨润土按8-10%重量比加淡水配出基浆，再按基浆重量的2-4‰比例加入的各种泥浆添加剂，使用的主要泥浆添加剂有：固壁剂、降滤失剂、清屑剂、润滑剂等，保证泥浆性能符合穿越地层的要求。施工过程泥浆性能调整要求如下：①普通软土层穿越段：控制泥浆的失水，防止塌孔，增大固壁剂含量；②岩石穿越段：为保证钻屑携带和孔眼清洁，及时提高清屑剂和润滑剂剂量，保证泥浆的流变性能良好，同时增强泥浆的润滑性，减小钻具与地层的摩擦力。
⑵ 岩石层穿越施工各阶段都需要几十倍于软地层穿越时用的泥浆量，甚至要求在1小时内配出100立方米合乎要求的泥浆，这对大量高性能泥浆的及时供应提出了相当高的要求。为此，一方面现场配置了3套泥浆混配加料系统，增加循环管路长度，延长膨润土及添加剂的熟化和混合时间；另一方面，为进一步保证长距离、岩石层穿越大流量泥浆的及时供应，现场配备了泥浆净化、回收处理系统，使泥浆循环使用，减轻了现场配置大量泥浆的压力，同时也减少了环境污染。
⑶ 在使用泥浆马达打导向孔期间，为保证泥浆马达的使用寿命，尽可能不更换，对泥浆的含沙量要求同样也很高。泥浆的含砂量控制重点是回收的泥浆，现场采取三级过滤的方法，首先在回收泥浆坑处进行一级粗筛，筛网目数选择50～60目；然后在回收泥浆罐上进行二级中筛，筛网目数选择100目左右；最后泥浆通过旋流分离器（除泥器）下的筛网进行三级细筛，筛网目数根据泥浆的处理量选择200目以上。最终进入泥浆马达的泥浆含砂量控制在1％以内，现场采用含砂量测定仪每1小时测定一次。
2.3 长距离的岩石层穿越给钻进工艺和施工技术带来了前所未有的考验，司钻及钻进工艺的遇到了两大难题。
⑴ 九江长江穿越存在软、硬地层的结合，从软地层到岩石层、从软岩到硬岩的过渡穿越技术要求高。稍有判断失误，哪怕是判断滞后，也有可能前功尽弃。采用的施工方法为：首先放慢钻进速度，减小钻进推力（或拉力），调低钻机的旋转速度，待钻头（或扩孔器）进入硬地层1-1.5m后，再加大钻进推力（或拉力），调整钻机的旋转速度，防止速度过快造成钻进曲线偏离预定的目标。
⑵ 2316m的长距离岩石层穿越，需要克服钻机扭矩大的难题，特别是在进行大口径预扩孔阶段，对钻机能力、扩孔钻具和施工工艺提出了很高的要求。现场采取了如下措施：
① 九江长江穿越工程选用美国奥格公司制造的DD－1100型特大型水平定向钻机，钻机最大扭矩为132KN.m，最大推拉力为500吨，在实施过程中，该钻机完全满足了施工需要。
② 预扩孔阶段的主要钻具是扩孔器、中心定位器。一般短距离岩石穿越使用扩孔器的最大直径为穿越穿越管径的1.2倍就能满足要求，但长距离穿越应考虑钻孔内钻屑的清理不可能很彻底，仍应选择为穿越管径的1.5倍，以降低回拖管线风险。扩孔级差应根据岩石的硬度、钻机的能力来确定，一般以4～6″为宜。级差过小，一方面综合效率低，不经济，另一方面会增加卡钻的危险性；级差过大，对钻机提供的扭矩要求高，同样会加大卡钻的危险性。中心定位器也称扶正器，其主要作用是对扩孔器起扶正作用，使扩孔器尽可能沿原孔轨迹行走，扩孔牙轮接触的切屑面均匀分部，减少扩孔扭矩，中心定位器的直径应比上一级扩孔直径小1 1/2～2″。九江长江穿越采用三级扩孔，一级预扩孔采用18″岩石扩孔器，二级预扩孔的钻具组合为：16″中心定位器+24″岩石扩孔器，三级预扩孔的钻具组合为：22″中心定位器+28″岩石扩孔。
③ 岩石层扩孔作业控制的主要技术参数是钻机施加给扩孔器的推拉力（反向扩孔时为拉力，正向扩孔时为推理）或称钻压、转速以及扩孔期间泥浆的泵送量。岩石层扩孔作业应遵循的一个重要原则是：需破碎的岩石越硬，需要的钻压就越大，要求的钻速也就越低；同时在相同的钻机钻速条件下，直径不同的扩孔器产生的扩孔效果是不相同的，扩孔器直径越大，外边缘产生的线速度也就越大，磨损也越严重。岩石层扩孔期间泥浆的主要作用时冷却扩孔器和携带钻屑，泥浆的实际泵送量应根据每级扩孔产生的钻屑量和泥浆的携屑能力进行计算后确定，一般不应低于1m3/min。
3、施工过程
九江长江穿越工程于2004年底开始钻机场地的准备工作，进行了场地排水、清淤、回填、场地铺垫、设备就位调试等工作，于2005年2月初具备了开钻条件。先行施工的光缆套管穿越于2005年2月4日开钻，3月8日完成，历时33天，期间经历了超长距离导向孔在出土侧“抬头”难的险情。主管线于3月15日开钻，3月31日完成导向孔，5月7日完成预扩孔作业，5月14日完成回拖，扩孔期间遇到了钻杆脱扣、钻机扭矩无法有效传递等困难。针对九江长江穿越工程存在的诸多技术难点，在实施过程中，现场改进了以下技术和工艺：
① 改进控向信号线安装工艺，事先进行了不同国产信号线及进口信号线的抗张强度、延伸率的对比测试，选择了绝缘层强度更高、耐磨性能好更好的信号线，并合理加大线卡设置密度，改进接线用热收缩套安装工艺，保证了控向信号的准确传递，有效解决了控向信号线被高压泥浆冲断的隐患。
② 改进下套管工艺，采取直接利用钻机安装φ377mm单层大套管至岩石层，安装套管总长度为130m，为孔内钻具的及时更换作充分准备，同时有效解决了超长距离导向孔在出土侧“抬头”难的问题。
③ 泥浆配方充分考虑了1780m岩石层穿越的难点，增强泥浆的携屑性能，保证穿越孔道的清洁。
④ 改进超长距离导向孔出土侧软地层钻进工艺，采取调整泥浆压力，全程高边顶进工艺，解决了因岩石钻具自重大、泥浆马达振动造成钻具自动下沉的难题。
⑤ 采用打捞钻杆对接技术，解决了钻杆脱扣后的重新对接问题，在距离钻机252m、深36.8m处打捞对接钻杆一次获得成功。
⑥ 改进长距离、岩石层大口径扩孔工艺，二级以上扩孔全部采用6 5/8″高强度钻杆，保证了钻机扭矩的有效传递，同时严格控制钻进参数，实现了单次扩孔不更换钻具，降低了穿越施工风险。
4、结束语
九江长江穿越的成功，创造了水平定向钻单次穿越距离最长、单次岩石层穿越距离最长两项世界纪录（此前，中石油管道三公司穿越处保持着钱塘江单次穿越距离2308m、穿越管径为273mm的世界纪录），为在复杂地质区域超长距离水平定向钻穿越施工开辟了新的思路。
