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油气管道大型定向钻穿越成功率的提高措施研究——以华能重庆天然气管道嘉陵江河流大型定向钻穿越工程为例

文档作者：廖海华，田辉，邓小涛文档来源：中国石油天然气管道工程有限公司珠海分公司		更新日期： 2026年05月17日	点击数：
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上一篇：油气管道工程项目一体化管理体系探讨

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·42· | 研究成果 | Research Findings 2019 年第 16 期
作者简介：廖海华（1984—），男，工程师，研究方向：油
气管道线路设计。
油气管道大型定向钻穿越成功率的提高措施研究
——以华能重庆天然气管道嘉陵江河流大型定向钻穿越工程为例
廖海华，田 辉，邓小涛
（中国石油天然气管道工程有限公司珠海分公司，广东 珠海 519015）
摘 要：油气管道大型定向钻穿越是管道工程建设的重要节点，其成功率往往影响到工程的费用和工期。文章以华能重
庆天然气管道嘉陵江河流大型定向钻穿越为工程实例，在总结和分析类似穿越工程经验的基础上，分析了提高定向钻成
功率的关键技术措施，对于类似的河流大型穿越工程施工具有一定的借鉴意见。
关键词：定向钻；油气管道；穿越工程；成功率
中图分类号：TE973 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）16-0042-03
1 项目背景
随着重庆市两江新区经济的飞速发展，重庆市规划
建设两江燃机冷热电三联供工程天然气管道，计划从
中贵线铜梁分输站下载天然气，通过管道输送至新建的
燃机电厂。管道在北碚区澄江镇与东阳街道交界处与中
石油西南油气田分公司所属铜梁至相国寺储气库管道
（以下简称铜相线）并行穿越嘉陵江，两管并行间距为
10m。铜相线先期施工，其嘉陵江定向钻穿越段设计压
力10MPa，采用管径DN800，穿越位置的岩性交错变化
频繁，存在软硬夹层，铜相线嘉陵江定向钻在钻进过程
中，接近历史采砂坑坑底段，在其附近出现冒浆现象；
定向钻穿越段出现管道回拖卡管而致工程失败。
铜相线嘉陵江定向钻回拖失败时，该工程管道嘉陵
江大型定向钻穿越正处于初步设计阶段，主要设计参数
如下：设计压力6.3MPa，采用管径DN600，穿越设计
长度1200m。该工程嘉陵江定向钻穿越属于控制性工程，
工期较紧。根据业主的工期要求和现场情况，该定向钻
管道如果第一次回拖失败，第二次穿越将需要拆迁房屋
和电塔，增加约60% 的投资；如果第二次回拖失败，工
程工期难以保证。由此可见，提高该工程定向钻穿越的
成功率至关重要。
2 工程地质资料
穿越点地层结构较为复杂，岩性分布不均匀，第四系
覆盖层主要由耕土、卵石、细砂、粉质黏土等组成。基岩
以侏罗系中统下沙溪庙组（J2xs）、新田沟组（J2x）及自
流井组（J1-2z）粉砂质泥岩、钙质泥岩、砂岩及少量灰岩
构成，岩性呈渐变接触，多为砂岩、粉砂质泥岩互层。该
次穿越主要为下沙溪庙组、新田沟组及自流井组的大安寨
段和马鞍山段，下沙溪庙组主要分布于右岸，新田沟组主
要分布于河谷部位，自流井组主要分布于左岸。
地层岩性自上而下依次：①耕土（Q4
pd）。稍湿～湿，
可塑，干强度较差，韧性较差。②细沙（Q4
al+pl）。稍湿，
稍密，级配差，局部含卵石及角砾等。③卵石（Q4
al+pl）。
松散，卵石约占50%，漂石约占20%，层厚1.0 ～ 12.9m。
④第四系残坡积粉质黏土（Q4
el+dl）。可塑，干强度中
等，韧性中等，层厚1.3 ～ 5.7m。⑤下沙溪庙组、新田
沟组、自流井组粉砂质泥岩、泥岩强风化层（J2xs、J2x、
J1-2z、r3）。薄～中厚层状构造，局部与泥质粉砂岩为
渐变过渡关系。粉砂质泥岩局部含钙质结核，风化裂隙
较发育，岩芯完整性差，粉砂质泥岩多呈碎块状。层厚
1.6 ～ 11.6m。⑥下沙溪庙组、新田沟组、自流井组砂岩
强风化层（J2xs、J2x、J1-2z、r3）。细粒结构，薄～中厚层
状构造。风化裂隙较发育，岩芯完整性差，岩芯多呈短
柱状、碎块状。层厚0.6 ～ 2.7m。⑦下沙溪庙组、新田
沟组、自流井组粉砂质泥岩、钙质泥岩、泥岩中等风化
层（J2xs、J2x、J1-2z、r2）。薄～中厚层状构造，局部与泥
质粉砂岩为渐变过渡关系，与砂岩呈互层状产出，局部
见钙质结核。岩芯较完整，岩芯多呈柱状、长柱状，少
量呈短柱状、碎块状。⑧下沙溪庙组、新田沟组、自流
井组砂岩中等风化层（J2xs、J2x、J1-2z、r2）。细粒结构，薄～中
厚层状构造，与粉砂质泥岩呈互层状产出。岩芯较完整，
岩芯多呈柱状、长柱状。⑨自流井组灰岩（J1-2z、r2）。薄～中
厚层状构造，夹泥岩、钙质泥岩，岩芯较完整，岩芯多
呈柱状、长柱状，局部裂隙稍发育并充填方解石脉。强
度较高，岩土石等级为Ⅶ～Ⅷ级，层厚1.0 ～ 17.7m。
3 类似工程失败原因
为把该工程管道定向钻穿越回拖的成功率至少提高
至50%，保证该工程管道建设的工期，施工前根据以往
类似河流大型定向钻穿越工程的统计，分析了类似定向
钻工程的工程地质资料及在复杂地层穿越时的成功率，
如表1、表2 所示。
根据以上5 个类似工程的地质情况和回拖成功率的
统计，当定向钻穿越软硬夹层且岩性交错变化频繁的地
层时，对导致定向钻回拖失败的潜在原因进行了分析，
如表3 所示。
结合以上类似工程的失败原因，总结得出了14 条
导致定向钻在软硬夹层且岩性交错变化频繁的地层回拖
失败的主要原因，如图1 所示。
在诸多原因中找出影响最大的失败原因是至关重要
的，通过对铜相线嘉陵江穿越现场调查、与技术人员交
流，验证勘察成果和外业过程，抽取设计文件进行复核、
对比，分别进行验证确认，并结合以上14 条导致定向
钻回拖失败的主要原因进行逐条分析。分析结果表明，
铜相线嘉陵江穿越过程中不存在无证上岗及人员操作失
误现象，钻探设备、钻杆等级、泥浆泵排量均满足设计
要求，泥浆携砂和护壁性能较好，扩孔级配合理，施工
时均严格按照设计图纸施工，钻进速度适中，且现场配
备了滑轮组及夯管锤等配套设备。经过反复对比分析，
总结出铜相线定向钻失败的主要原因有两点：（1）铜
2019 年第 16 期 Research Findings | 研究成果 | ·43·
表1 类似工程地质情况
穿越工程工程地质情况
贵玉线鲤鱼江
定向钻穿越
场区地层分为2 大层：①层黏土（Q4
al+pl）。可塑～硬塑，该层有一个夹层① -1 层圆砾（Q4
al+pl），中密，饱和。②层灰岩（C）。中等风化～微
风化，节理裂隙较发育，岩芯较完整，呈柱状，锤击声脆，岩芯表面溶蚀现象明显，其中部分钻孔内揭露有溶洞，表层溶洞充填黏土，深
层溶洞充填中砂或无充填物。RQD 值70 ～ 90，局部较破碎。该层有一个夹层② -1 层泥灰岩（C），中等风化，岩石较坚硬，节理裂隙发育，
岩芯较破碎，RQD 值0 ～ 20
贵玉线郁江定
向钻穿越
场区地层可分为3 层：①层黏土（Q4
al+pl），含三个亚层，① -1 层圆砾（Q4
al+pl）、① -2 层卵石（Q4
al+pl）、① -3 层中砂（Q4
al+pl）。②层白
云质石灰岩（C），强风化～完全风化，岩体结构构造基本破坏，岩芯呈碎块状、砂状，无法统计RQD 值。③层白云质石灰岩（C）。中等风化，
节理裂隙发育，岩芯较破碎，RQD 值一般为30 ～ 50。②、③层钻进过程多呈交错层，强风化～完全风化与中等风化相间分布，横向、纵向
分布均无明显规律。取芯困难，漏浆严重
梧州专供管道
桂江定向钻
穿越
地层主要由第四系人工填土及冲洪积等成因的粘性土、卵石，寒武系砂质板岩组成，自上而下共分为7 个工程地质层：①素填土（Q4
ml），
松散，稍湿；②耕土（Q4
pd），稍湿，松散状态；③粉质黏土（Q4
al+pl），可塑～硬塑，干强度中等，韧性中等；④粉细砂（Q4
al），稍密～中
密，湿～饱和；⑤卵石（Q4
al），湿～饱和，中密状态；⑥强风化砂质板岩（∈），变余砂质结构，板状构造，节理裂隙发育，岩质较硬，
锤击声较沉闷，锤击易碎，岩心较破碎；⑦中风化砂质板岩（∈），变余砂质结构，板状构造，节理裂隙较发育；岩质较硬，岩心较完整，
该层有一石英砂岩夹层⑦ -1 中风化石英砂岩（∈）节理裂隙发育，岩质坚硬，岩芯呈碎块状、短柱状
中广线温五顷
定向钻穿越
穿越场区可分为5 个工程地质层：①填土，松散，为人工填土；② -1 淤泥质黏土，软塑，主要成分为粘粒，含约25% 左右淤泥质及腐殖质，
底部15cm 含30% 左右的石英角砾；② -2 粉砂，饱和，松散；③淤泥质黏土，软塑，含约30% 左右淤泥质，含少量粉细砂薄层；④全风化
泥质砂岩，岩石风化十分强烈，原岩结构构造基本破坏，局部岩石片理仍可辨认，岩芯呈土状、碎块状，夹有较多风化碎屑，RQD 值0；⑤
强风化泥质砂岩，原岩结构构造大部分破坏，仅具原岩外观，岩石风化作用较为强烈，风化裂隙发育，岩体破碎
铜相线嘉陵江
定向钻穿越
穿越点地层结构较为复杂，岩性分布不均匀，第四系覆盖层主要由耕土、卵石、细砂含卵石、粉质黏土等组成。以侏罗系中统新田沟组(J2x)
钙质泥岩、砂岩及少量灰岩构成，岩性呈渐变接触，多为砂质泥岩，少量泥岩和砂岩。地层分述如下：①耕土（Q4
pd），稍湿～湿，可塑；
②砂卵石（Q4
al+pl），松散，卵石约占60%，漂石约占20%，强风化至中等风化；③第四系坡残积粉质黏土（Q4
dl+el），可塑，无摇振反应，
干强度中等，韧性中等；④新田沟组砂岩、粉砂质泥岩、泥岩强风化层（J2x、r3），强风化，薄～中厚层状构造；⑤新田沟组泥灰岩（J2x、
r2），岩芯完整，岩芯多呈柱状、长柱状。强度较大；⑥新田沟组砂岩、砂质泥岩、泥岩中等风化层（J2x、r2），中风化，岩芯较完整
穿越工程
管径
（mm）
长度
（m）
第一
次
第二
次
第三
次
第四
次
回拖成功
率（%）
贵玉线鲤鱼江定
向钻穿越
406.4 965.1 × × × √ 25
贵玉线郁江定向
钻穿越
406.4 1121 × × √ 33
梧州专供管道桂
江定向钻穿越
219.1 524.2 × × √ 33
中广线温五顷定
向钻穿越
762 408.0 × √ 50
铜相线嘉陵江定
向钻穿越
813 1168.0 × √ 50
穿越工程第一次失败第二次失败第三次失败
贵玉线鲤鱼江
定向钻穿越
受下伏岩溶影响，穿越深度浅，仅在河床下7.5m，
穿越中冒浆；施工人员操作不当
岩层软硬交接，钻机入土半米处即为岩石且岩石坚硬，
导向孔钻进缓慢，每根钻杆钻进需5 ～ 6h；返回钻
井液携带钻屑为片状岩石且硬度高，钻井液护壁能
力不足，导向孔钻进到15m、19m、25m 三处冒浆
遇到未探明的长距
离溶洞，导致卡钻
贵玉线郁江定
向钻穿越
岩层内富含岩溶与裂隙，软硬交接面多，岩体最大天然抗压
强度80MPa；部分岩溶未探明；在实际穿越过程中主管导向孔
钻进作业多次遭遇溶洞及破碎带等不良地质，钻进过程中多
处扭矩波动较大；遇到岩溶漏浆，自170m 处便不再返浆
遇到未探明岩溶，导致扩孔后冒浆，钻井液护壁
能力不足，最终不返浆
梧州专供管道桂
江定向钻穿越
在中风化砂质板岩与强风化砂质板岩交接面断钻杆
更换穿越位置并加大导向孔埋深后，未重新勘察，
在快出土段遇到卵石层卡钻
中广线温五顷
定向钻穿越
在粉砂层与淤泥层交界位置，导向孔破碎塌陷、
钻屑过多，导致钻杆断裂
铜相线嘉陵江
定向钻穿越
未补充勘察，未识别出历史采砂坑的规模；导向孔与坑底的
间距较小，大量冒浆，在出土段遇到交错变化频繁的软硬夹
层卡钻
表2 类似工程回拖成功率统计表
表3 类似工程回拖失败原因统计表
图1 定向钻回拖失败主要原因分析图
·44· | 研究成果 | Research Findings 2019 年第 16 期
相线嘉陵江穿越的勘察钻孔数量较少，资料未反映出软
硬夹层变化情况。（2）调研结果显示，穿越轴线上存
在历史采砂坑，部分深度超过10m，穿越曲线与坑底的
间距较小，钻进过程中出现大量冒浆。
4 提高定向钻成功率的措施
根据以上分析，结合实际情况，该工程为提高定向
钻成功率，采取的主要措施如下：
（1）考虑前期勘察钻孔数量不足，第二阶段勘察对
地质条件较复杂段增加了4 个钻孔。（2）为识别历史采
砂坑等的深度及规模，采用国产WDJD-2 多功能数字直
流激电仪和WGMD-1 高密度电阻率测量电极转换器，在
左岸穿越段布置了1 条750m 长、电极距5m 的高密度电
法剖面。利用RES2DINV 高密度电阻率数据反演软件，
较清晰地解译出了历史采砂坑的深度及规模。高密度电
法反演及钻探叠加综合断面如图2 所示。（3）考虑前期
设计穿越曲线埋深太浅，重新优化设计定向钻穿越断面。
入土角增大至13° 47′，导向孔水平段最小埋深增加
10 ～ 28.8m，在铜相线冒浆处附近的埋深增加10m。
图2 高密度电法反演及钻探叠加综合断面图
通过以上三项控制措施的实施，在整个导向孔施工
过程中，未发生冒浆现象。扩孔、洗孔后，扭矩一直保
持在40000N•m 左右，回拖一次成功，成功率100%。
5 结束语
华能重庆天然气管道嘉陵江大型定向钻穿越汲取了
铜相线等类似河流大型定向钻穿越工程的失败教训，采
取的措施行之有效，在工期紧、难度大、任务重的情况下，
按期保证了该工程管道嘉陵江定向钻回拖成功，同时该
定向钻穿越的成功经验和方法对于类似工程具有一定的
借鉴意义。
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[9]SY/T 6968-2013, 油气输送管道工程水平定向钻穿越设计
规范[S].
Key Measures for Improving Success Rate of Large Scale Directional Drilling in
Huaneng Chongqing Natural Gas Pipeline
Abstract：Large-scale directional drilling of oil and gas pipelines is an important node of pipeline engineering construction,
and its success often affects the cost and duration of the project. Taking Huaneng Chongqing Natural Gas Pipeline Jialingjiang
River Large Directional Drilling Crossing as an example, this paper analyzes the key technical measures to improve the success
rate of Directional Drilling on the basis of summarizing and analyzing the experience of similar crossing projects, and provides
some suggestions for similar large-scale river crossing projects.
Key Words：directional drilling,oil and gas pipeline,crossing engineering,success rate
Liao Haihua,Tian Hui,Deng Xiaotao
(Zhuhai Branch of China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Zhuhai,Guangdong 519015)

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