1. 工程概况江西省天然气管网工程井开区 - 吉水 - 永丰段赣江定向钻穿越工程水平长度 1413.6m，实长1430.7m。入土角定为 14°，出土角定为 12°，管子规格为 φ355.6X9.0L360N SMLS 钢管，防腐方式为加强级三层 PE 防腐 + 环氧玻璃钢外防护，设计压力为 6.3Mpa，入土点套管规格为φ711X20 钢管，钢套管长 84m，出土点套管规格为 φ711X25 钢管，钢套管长 120m，光缆套管与主管分孔回拖，光缆套管为 D114X6.0mm 20#无缝镀锌钢管。地勘报提供穿越主要地层为粉质黏土、粉土、粉砂、卵石、强风化砂砾岩、中风化硅质岩等地层。
2. 施工过程
2.1 光缆管施工赣江穿越于 2018 年 9 月 27 日开工，根据赣
江穿越施工设计，主管道与光缆套管采取分孔施工。按照设计图纸曲线进行导向，钻进至 220 米以后洞口不再返浆，导向孔钻到进 420 米时钻进扭矩过大，对导向孔进行洗孔，调整泥浆配比，第一次采用锯末、棉壳、核桃壳进行堵漏。在导向钻进 600 米时进行第二次堵漏，主要有复合型堵漏剂、钻井液、CMC 等添加剂，在导向钻进 900 米时第三次堵漏，堵漏采用膨润土加水泥与玻璃胶等材料进行配制。导向孔钻进过程中同时出现钻进扭矩增加的现象，先后进行 5 次钻具回撤和洗孔。10 月 20 日，导向孔钻进至 1070 米更换岩石钻具，导向推进至790 米时，扭矩不稳定，方向和角度发生变化，经地多次调整无效，开新孔重新导向钻进。在经过 37 天的导向孔施工，11 月 1 日导向孔出土，11 月 3 日完成光缆套回拖施工。为了更好的进行下一步施工，结合光缆套管导向孔钻进时的各种数据，以及实际施工出现的地层软硬交错变化，不返浆现象，对比地勘报告进行分析，以解决地层软硬交错变化形成的卡钻、不返泥浆岩屑不能排出钻孔外而引起抱钻和扭矩增加的问题，确保施工安全。
2.2 主管道施工通过光缆管导向孔施工，对地层有了进一步了解，项目部根据实际情况提前准备了水泥、水玻璃、复合型堵漏剂、钻进液、CMC 等堵漏材料，遇施工不返浆时及时进行堵漏。主管道导向孔 11 月 8 日开钻，导向孔钻进到230 米、350 米、630 米、900 米时出现漏浆现象，进行了三次堵漏，分别采用膨润土、水泥、水玻璃和复合型堵漏剂堵漏，累计堵漏长度 1760 多米。业主、设计、监理在施工过程中，针对赣江不返泥浆情况多次到赣江工地检查、研究、分析，对比地勘报告，认为不返浆现象是因为泥浆在卵石层内流失所造成的。12 月 7 月开始 φ400mm 扩孔施工，在扩孔至 144 米后又出现不返浆现象，直到 12 月 27 日第一级扩孔完成。由于在施工过程中不返浆，出现扭矩增大、卡钻、抱钻的现象极为频繁，造成了钻具损坏（钻杆报废 36 根，钻头损坏 7 个，泥浆马达损坏 7 个）；膨润土用量极大（3400t），泥浆流失严重；油料使用远远超出正常用使用量。
同时，就施工过程中所遇到的问题向监理、业主、设计进行了汇报，12 月 12 日，在吉安项目部由业主组织召开了赣江定向钻穿越的专题会议，认为不返浆现象是堵漏效果不好、硅质岩层存在裂隙、卵石层松散等原因，造成泥浆流失。同时要求我部查找河面以及施工曲线范围内是否有泥浆流出。为了降低施工风险，会议上提出在出土点再增加一台谷登 400T 钻机，前后两台钻机联合施工，进行有效的解决卡钻等问题。随后进行了直径 550mm 扩孔施工，共扩孔580 米，不返浆现象一直存在，卡钻、抱钻现象极其严重，卡钻位置距出土点约 160 米到 200 处，分别于 2018 年 12 月 28 日、2019 年 1 月 3 日发生两次钻折断情况；同时，12 月 31 日出现 2 处地面塌陷，深度约在 32 米到 40 米之间，面积约为 12平方米和 50 平方米。为了避免出现重大的工程事故，工程暂停。1月 12 日，在吉安项目部业主组织召开了“赣江定向钻专题会议”，并邀请行业专家参会，就全程不返泥浆、多次卡钻、钻杆断裂、地面塌陷等问题，对比地勘报告进行了讨论分析，形成了会议意见：主要内容是穿越中线地质情况与勘察探孔揭露情况存在差异，要求对塌陷区进行施工补充勘察，查明塌陷区地质情况。
3. 施工中的经验
3.1 地层漏失在光缆套管施工初期，220 米后已出现不返浆现象，泥浆在钻孔中悬浮、排除钻屑的基本作用无法实现，致使施工困难，好在及时先采取堵漏措施，后又根据现场情况，重新调整导向路由，开新孔钻进，从而有惊无险，完成光缆套管的回拖施工。在堵漏中选择堵漏材料很重要，堵漏材料随泥浆在泥浆泵的作用下进入岩层裂隙，楔入孔壁隙缝内，这就要求该材料与裂隙尺寸相匹配，密度与泥浆相当，同时具有一定的化学稳定性，根据实践经验，选择粒径为漏失裂隙通道尺寸一半的堵漏材料较为合适，当然，此尺寸也应能与泥浆混合一起顺利的被泥浆泵泵入孔内，如设计需求颗粒过大，无法泵入孔内，也可以适当减小堵漏材料的尺寸，但最小不能小于漏失通道的四分之一，否则堵漏时的“桥塞骨架”难以形成。这也就说明了如果地下钻进施工中遇到裂隙过大的地层，用泥浆泵把泥浆与堵漏材料的混合物泵入地下是没有显著的堵漏效果的，一般可利用堵漏材料的尺寸均在毫米级。光缆套管施工中所选择用的堵漏材料较为合适，特别是利用大功率泥浆泵泵入一些较大直径的堵漏材料，为工程顺利起了作用。岩土层不论坚硬或松散，都不同程度的存在孔隙或裂隙，因地质形成的过程差异，不同的岩土层有不同的孔隙水压力，如果钻孔内泥浆压力过大或偏小，则会出现孔壁漏失、缩径和坍塌等事故。松散、破碎的岩层结构不稳定，强度低，在泥浆的冲击下极易造成渗漏、坍塌。故选择合适堵漏材料很重要，当然在岩层穿越钻进中，对孔壁稳定性影响最大的是钻进穿越地层，岩土体的自身构造，定向钻进中采取一些稳定地下岩土结构的稳定性施工措施，也仅是辅助工法与手段，岩体之间联结力强，即使钻进回扩过程中遇到问题，也能靠自身强度维持孔壁稳定，有利于事故处理和问题解决。
3.2 孔壁稳定非开挖定向钻施工过程，即是地下空间建造的过程，随着地下空间的形成及不断扩大，也是对周边的土壤、岩层和地下水解除约束，重新建立新的应力平衡及水系平衡的过程，因此在导向、扩孔过程中采取的各项施工方法与措施是否合适恰当，是整个工程能否成功的关键，施工中钻机、导向、泥浆各方面在不同工序，不同阶段配合密切，并根据地质情况选用合适钻具，至关重要。在地下空间尚未形成之前，土体岩石层受到各方面的压力作用，处在一个相对平衡状态，从地壳的形成经过的漫长期，岩土层已很稳定，随着导向、扩孔的进行，泥浆的冲刷，钻头、回扩器不断的切削破坏，孔壁周围岩土体发生位移、剥离，形成应力集中区，在地表覆盖层及周围岩土压力下，孔内收缩移动倾向明显，当岩土体系内部应力发生重大变化，超过岩土体自身极限支撑力，而泥浆此时传递的压力平衡未能达到要求，应力平衡被打破，造成孔壁收缩或坍塌。
3.3 施工管理与安全施工中要不断善于发现问题，寻找原因，开好专家讨论会，及时调整施工方法，以确保工程顺利。同时业主、监理、设计及施工各方要密切沟通，业主及时了解工程进展及遇到的问题和困难，施工方知晓业主的要求并及时反馈工程各方面情况和需求，只有这样才能保证工程的正常进展，以及遇到问题及时解决。施工中我们要建立安全生产管理领导小组，建立安全生产管理责任制，形成网络动态管理，同时认真搞好新进入现场工人的安全培训教育，现场安全教育不走过场，认真负责，安全三级教育常抓不解。安全施工是确保工程正常进行的前提，我们常说人身安全、工程安全、设备安全；随着国家的发展与进步，生态安全也提上了议事日程，愈来愈重要，总之一切与我们相关的方方面面都要注意到。
4. 施工中的教训
江西省天然气管网工程井开区 - 吉水 - 永丰段赣江定向钻穿越困难较大，但施工方凭着严谨的科学管理、精湛的施工技术和先进的设备，成功的完成光览套管的施工；主管道施工中导向孔穿越和第一级扩孔也已完成，只是在第二级扩孔中遇到问题停工，其中教训总结如下：
4.1 漏失的危害与处理导向孔施工刚开始不久就遇到洞口不返浆现象，而这样就会造成钻屑在孔内堆集，无法利用泥浆的悬浮与流动带出到地面，同时钻具不能很好的冷却与润滑，抱钻具、卡钻、扭矩增大现象频频发生，由于返浆不顺畅。地下钻屑无法到地面传递钻孔内岩石的具体信息。后经堵漏，重开孔，换穿越路由，终于完成施工。当时已怀疑过施工前的地勘报告对地下岩土的描述准确性有问题，但也仅停留在地下可能有小裂隙或泥浆在卵石层内有流失的认知上。主管道施工前针对光览套管施工时出现的问题，对堵漏材料、施工工具、泥浆材料等均作了充分准备，导向孔穿越完成后，在扩孔时遇到的问题比钻导向孔严重多了，特别是第二级扩孔，由于不返浆、卡钻、抱钻、钻杆折断、钻具孔内损坏等现象均出现，险象环生，甚至地面发生塌陷。这时才认识到可能遇到溶洞，这一定向钻穿越中严重的不良地质现象的存在，只能停工，此时已消耗大量人力物力，延误了时间。因此在以后的施工中我们一定要有一些理性思考，遇事要冷静分析，灵活多变，对问题要感于质疑，有一伟人说过：“不唯上，不唯书，只唯实”，这体现了辩证唯物主义和历史唯物主义的科学发展观和方法论，坚持实事求是，对我们的工程施工也有现实的指导意义。
4.2 地质资料的分析非开挖定向钻穿越有三个要素，管径、长度和地质情况。根据提供的地质情况资料按定向钻穿越及其它有关规范确定好穿越路线性代数，选配好设备、工具和材料，对复杂、可疑、水平或垂直方向地质情况变化较大的区域，还要补加地质勘探点，真正掌握地下的详实情况，才能保证定向钻施工的顺利与成功。本次主管道回扩中所遇到不返浆、卡钻、钻杆折断、钻具孔内损坏等事故均是穿越前地勘情况与穿越中的地质情况不符所造成，泥浆大量漏失，行业中人常说，泥浆是定向钻进中的血液，这充分说明泥浆的重要性，当地层裂隙较小时可用混合在泥浆中的堵漏材料进行堵漏，当裂隙较大或遇溶洞，堵漏材料也就无能为力了，要知道溶洞的存在，特别是连通的溶洞对定向钻中的泥浆而言就是一个无穷大的空间，偶遇不串通的小溶洞，在施工中泥浆可能灌满而不影响泥浆的正常使用，但那也是侥幸，我们不能把工程的成功寄托在任何侥幸上，再说溶洞的存在对通常的钻杆，钻具无法正常支撑，施工很困难。
5. 结语
工程停工后，地勘部门又对该穿越地层进行了较详细的补充勘查，运用钻探与物探等方法，在本文即将结束时，收到最新的赣江穿越地层地质勘查报告，该报告揭示了施工段溶洞的存在与分布，同时分析了漏浆与地表塌陷的原因，找到了施工扩孔失败的原因，勘查报告认为“穿越地区地层分布相当复杂，岩土的工程特性与溶洞的发育特征具有相对的特殊性，尤其是溶洞的分布毫无规律，具有一定程度的连通性，部分溶洞可能发育至岩石表面，如果定向钻施工在溶洞中穿越，经过反复泥浆循环，易导致溶洞中充填物被掏空。”同时还有部分手的句溶洞中没有充填物。从以上最新地勘报告分析的结果与我们现场施工中遇到的困难分析的原因基本一致，即施工区域存在溶洞与溶蚀裂隙发育区，且溶洞大多相互联通。至此，我们以后在该地区进行定向钻施工有以下几点需注意：(1) 选择穿越路由尽量避开已知溶洞及溶蚀发育区域，根据新的地勘报告，尽量从深部穿越为宜。(2) 施工中应选拉力大一些钻机；钻杆要粗一些或针对溶洞穿越在回扩头前后用螺旋钻杆或钻铤；钻具一定要用国际或国内知名品牌，使用时破岩效率高，质量稳定，对施工安全有保障；要选用好的膨润土和添加剂，在施工过程对各工序及各区间不同地质情况和返浆情况，及时调整泥浆配方和粘度等参数。(3) 定向钻施工时应加强监督与检查，发现异常情况，及时沟通与调整方案，注意溶洞分布无规律性。
