La perforación direccional horizontal es un medio intuitivo de estudio geológico

La tecnología de perforación direccional horizontal combina la tecnología tradicional de núcleo de estudio geológico con la tecnología de perforación direccional horizontal, complementado con tecnología de pruebas en el orificio, que puede comprender de manera intuitiva y precisa las condiciones geológicas adversas frente a la cabeza del túnel. En la actualidad, esta tecnología se ha aplicado en el estudio geológico de túneles en el país y en el extranjero., pero también tiene desventajas como afectar la tecnología de construcción de túneles, la incapacidad de predecir algunas fallas pequeñas y grandes articulaciones penetrantes, y la dificultad para perforar masas rocosas rotas.
Horizontal directional drilling technology originated in the petroleum drilling industry and is widely used in the construction of municipal pipelines and oil and gas pipelines. The world’s first horizontal directional drilling pipeline laying project appeared in 1971. en 1988, the rock-stratum horizontal directional drilling pipeline crossing construction was successfully realized for the first time. La tecnología de perforación direccional horizontal combina la tecnología tradicional de núcleo de estudio geológico con la tecnología de perforación direccional horizontal, complementado con tecnología de pruebas en el orificio, que puede comprender de manera intuitiva y precisa las condiciones geológicas adversas frente a la cabeza del túnel.
En la actualidad, the horizontal directional drilling technology of foreign rock formations has been applied in site survey, diseño de la trayectoria de la dirección, excavación del orificio de dirección, método de dirección y equipo de perforación. China introduced horizontal directional drilling technology late, y en los últimos años se ha mejorado rápidamente en la investigación teórica y la investigación y el desarrollo de equipos., and domestic horizontal directional drilling rigs have reached the advanced level of foreign countries.

1. Overview of horizontal directional drilling technology

The application of horizontal directional drilling technology in tunnel engineering is to drill a horizontal survey hole parallel to the design axis of the tunnel, y llevar a cabo la extracción de muestras, fracturación hidráulica, registro completo y televisión intra-agujero y otras pruebas relacionadas en el agujero, utilizando métodos de prueba integrales Puede dividir con precisión los cambios litológicos de la roca circundante en el eje de diseño del túnel, el rango de distribución de la zona de fractura, y el estado de entrada de agua del túnel, para realizar la predicción geológica de la roca circundante del túnel. La tecnología incluye principalmente cinco tecnologías centrales: perforación, Base, dirección, medición durante la perforación, y registro exhaustivo.
(1) Tecnología de perforación. Horizontal directional drilling is mainly based on comprehensive drilling, y el intervalo de extracción de muestras específico se determina de acuerdo con el diseño geológico y las condiciones de trabajo. La perforación integral se basa principalmente en la potencia del orificio inferior (herramienta de perforación de tornillo) perforación compuesta de broca de rodillo accionada. Para formaciones extremadamente duras, use the “turbodrilling tool to drive diamond bit” compound drilling, utilizando las características de alta velocidad de la herramienta turbodrilling para una fragmentación eficiente de la roca; or using the “screw drill + hydraulic hammer” two-in-one compound drilling to increase impact Load, mejorar la eficiencia de la fragmentación de rocas.
(2) Tecnología de extracción de muestras. La tecnología de extracción de muestras se puede dividir en núcleo de perforación y perforación de cuerdas. La extracción de muestras de cuerda significa que cuando el núcleo se llena con la tubería interna, La tubería interior se saca de la tubería de perforación con un dispositivo de recuperación de cuerda sin levantar el taladro para obtener el núcleo. El corte por cuerda es ampliamente utilizado debido a sus ventajas significativas, como la alta eficiencia de perforación., alta tasa de adopción básica, baja intensidad de trabajo de parto, y bajo costo de perforación. Cuando la broca alcanza el punto central, todas las herramientas de perforación en el orificio están completamente levantadas, reemplazado por herramientas de perforación de núcleo, y profundizado para la perforación del núcleo. Una vez completado el núcleo, sacar todas las herramientas de perforación en el orificio nuevamente Cuando llegue a la superficie, se reemplaza por una broca direccional completa para continuar la perforación direccional, y así sucesivamente, hasta que se completen todos los planes de perforación.
(3) Tecnología de orientación. The horizontal directional drill obtains and adjusts the attitude angle information of the drilling tool in real time through the manual magnetic navigation directional drilling control system (inalámbrico) y el sistema de dirección con cable de medición mientras se perfora, incluyendo profundidad, zambullida, acimut y ángulo de la cara de la herramienta, etcetera., y se puede basar en esta actitud y la información de ángulo controlan la dirección hacia adelante de la herramienta de perforación en tiempo real, para garantizar que la herramienta de perforación se perfore y se inspeccione a lo largo del eje del túnel.
(4) Medición durante la tecnología de perforación. Mida la información de parámetros de bits cercanos a través de sensores: datos direccionales (ángulo de inclinación, ángulo azimutal, ángulo de la cara de la herramienta), características de formación (rayo gamma, registro de resistividad), parámetros de perforación (presión del orificio inferior, esfuerzo de torsión, velocidad), etcetera. , Uso del transmisor de fondo de pozo para enviar la señal a la superficie a través del canal de telemetría de la señal (método de alambre duro, método de ondas electromagnéticas, método de pulso de fluido de perforación) para lograr la medición de parámetros durante la perforación.
(5) Registro completo. Después de completar cada extracción de muestras, Se realiza una prueba de fracturación hidráulica utilizando el orificio de perforación para medir la magnitud y la dirección de la tensión in situ. Después de perforar el orificio de inspección a la profundidad del orificio diseñado, El taladro se levanta e instala sin herramientas de registro de almacenamiento de cables, y la litología, temperatura del orificio, densidad, permeabilidad, y el contenido de agua de la roca circundante del pozo se mide utilizando ondas sonoras, rayos gamma naturales, resistividad, etcetera. Y otros parámetros para pruebas. También puede instalar equipos de detección de video que almacenan baterías en el orificio para determinar la litología en el orificio..

2. Adaptability analysis of horizontal directional drilling technology

En condiciones geológicas complejas, El rango de detección y la precisión de los datos de la tecnología tradicional de predicción geológica avanzada de túneles no pueden cumplir los requisitos de seguridad de la construcción. Based on horizontal directional drilling technology, miniaturized drilling rigs can be used to carry out advanced geological prediction of horizontal directional drilling in the emergency parking area of ​​tunnels, que complementa las limitaciones técnicas de las predicciones geológicas avanzadas tradicionales sin afectar las condiciones normales de construcción del túnel.
Horizontal directional drilling technology can accurately survey the surrounding rock information of the tunnel in detail, lo que se refleja principalmente en los siguientes aspectos:
(1) Establish the correlation between horizontal directional drilling parameters and the surrounding rock of the borehole, estudiar la relación entre el mecanismo de rotura de rocas de la broca y la resistencia de la roca circundante del túnel, y proporcionar soporte de datos reales y confiables para la construcción y excavación.
(2) Combining traditional geological investigation and coring technology with horizontal directional drilling technology to achieve intermittent coring, pruebas físicas básicas, como la resistencia a la compresión del núcleo, análisis detallado de las características físicas básicas de la litología a lo largo del túnel, y la roca circundante del túnel La clasificación proporciona parámetros litológicos precisos.
(3) La litología de la roca circundante en el agujero de levantamiento horizontal se clasifica mediante la prueba de presión de agua para agrietar, onda acústica, gamma natural, resistividad, y televisión en el agujero en la tecnología integral de registro, y las características del estrés, Temperatura, densidad, permeabilidad, Grado de desarrollo de grietas, etcetera. son evaluados.
Horizontal directional drilling technology has a certain impact on tunnel construction:
(1) La perforación de agujeros de reconocimiento en la cara del túnel puede comprender directa y precisamente las condiciones geológicas de la roca circundante en el frente., pero afectará seriamente la construcción del túnel de perforación y voladura, y es difícil adaptarse a la operación de la cara del túnel de TBM, que requiere un largo período de construcción. El tiempo de trabajo afecta seriamente la eficiencia de la construcción;
(2) Perforación de agujeros de reconocimiento paralelos al eje de diseño del túnel en los pasajes transversales del túnel, los carriles de estacionamiento de emergencia y otros lugares tienen poco impacto en la construcción del túnel.
Al mismo tiempo, horizontal directional drilling technology also has certain limitations:
(1) El efecto de predicción es pobre en condiciones geológicas complejas, y es difícil predecir las pequeñas fallas y las grandes articulaciones penetrantes frente a la cara del túnel, especialmente el plano estructural paralelo al eje del túnel;
(2) Es fácil pegarse en la masa rocosa rota, La velocidad de la operación de perforación es lenta, y se enfrenta el riesgo de colapso del agujero;
(3) The technologies of ultra-long-distance horizontal directional drilling, extracción continua de muestras, sistema de posicionamiento geológico de alta precisión enterrado profundamente, y el control de la dirección aún necesita más investigación.
En términos de economía técnica, the economy of horizontal directional drilling technology is affected by comprehensive factors such as drilling conditions, condiciones geológicas, capacidades del equipo, velocidad de metraje, requisitos básicos, prueba de campo y eficiencia de registro, y velocidad de construcción de túneles. Mediante la selección de equipos y la optimización del plan de perforación, se puede lograr la correspondencia razonable de la eficiencia de perforación y el costo de construcción.

3. Application status of horizontal directional drilling technology

En los últimos años, horizontal directional drilling technology has been researched and applied in the field of geological survey.
➤En 2013, El Xi'an Research Institute of China Coal Science and Industry Group completó un diámetro de agujero final de 78,5 mm y una profundidad de agujero final de 401,8 mm en la mina de oro del condado de Taibai., Baoji, Shaanxi, utilizando una plataforma de perforación hidráulica de alta velocidad ZDY1000G completa y una herramienta de perforación de núcleo de cuerda de túnel φ75mm. La prueba in situ de perforación de núcleo horizontal en China es el registro de la profundidad de la perforación de núcleo de cuerda horizontal en China en ese momento.;
➤En octubre 2019, durante la exploración y perforación del túnel chada en la sección Luolong del ferrocarril Sichuan-Tíbet, los metales no ferrosos del noroeste 713 El equipo utilizó la plataforma de perforación portátil XDQ-1200 de Shaanxi West Exploration Geological Equipment Co., Ltd. para llevar a cabo operaciones de perforación de pronóstico geológico avanzado horizontal, con un diámetro de 75mm y un final La profundidad del agujero es de 750.5m, establecer el récord de profundidad nacional para la perforación horizontal de equipos de perforación portátiles.
➤En enero 4, 2020, la Golden Diamond Company del equipo 402 de la Oficina Geológica y Mineral de Sichuan completó con éxito un 903.28m (75mm de diámetro) perforación de núcleo horizontal en un estudio de túnel en el suroeste, crear un registro de profundidades de perforación similares en estudios de ingeniería nacionales.
➤En mayo 30, 2020, Shaanxi Zhongke Trenchless Technology Co., Ltd. adopted horizontal directional drilling intermittent coring technology in the Tianshan Shengli Tunnel Project of Wuwei Expressway, y extrajo con éxito el núcleo de la zona de falla de Boa a 1900 m, con el nivel del agujero final La longitud de perforación es de 2271 m, Establecer un nuevo récord de nuevo.
➤Países extranjeros, la Administración de Recursos Hídricos de Massachusetts (MWRA) utilizó el sistema de perforación de núcleo direccional para el túnel de suministro de agua subterráneo de 28,3 km de largo de la ciudad en la parte geológica más compleja, utilizando un pozo de 533 m de largo en un ángulo de 30 grados desde el suelo. Doble el pozo a una posición horizontal y tome el núcleo paralelo a la parte superior del túnel con una profundidad de 63 m. El núcleo se utiliza para predecir las condiciones geológicas del túnel.
Hay un gran número de túneles en la nueva sección del ferrocarril Sichuan-Tíbet de Ya'an a Linzhi, y el entorno geológico es complejo, y los riesgos de seguridad de la construcción de túneles son relativamente altos. Combining traditional geological survey core technology with horizontal directional drilling technology, complementado con tecnología de pruebas en el orificio, puede comprender intuitivamente y con precisión las condiciones geológicas adversas frente a la cara del túnel hasta cierto punto..