一、定向钻进的基本原理
定向钻进是一种在管道敷设遇到自然障碍、人为障碍、成本剧增的情况下的一种地下穿越形式的非开挖施工方法，穿越对象多以河流、山体、自然设施等。首先按预先设定的地下铺管轨迹钻一个小口径先导孔，随后在先导孔出口端的钻杆头部安装扩孔器回拉扩孔，当扩孔至尺寸要求后，在扩孔器的后端连接旋转接头、拉管头和管线，回拉铺设地下管线。当遇到不适宜地层是采用套管进行隔离，两侧均需要安装套管时或穿越距离过长时，导向要进行双钻机对接钻导。
二、钻机设备的安装、调试、试钻
（1）、钻机设备安装
钻机及配套设备就位：钻机就位完成后，进行系统连接、试运转，保证设备正常工作。检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当。所有设备检查完后进行设备试运转。
（2）、钻机设备调试
测量控向参数：根据设计入土点、出土点，严格按照控向系统调校程序进行调校。按操作规程标定控向参数，为保证数据准确，在中心线的五个不同位置测取，且每个位置至少测四次，进行对比，并做好记录。对所有钻杆进行测量编号，做好统计，为钻导向提供基础数据。
（3）、 泥浆系统及用料准备：
施工用淡水取江河水放入水罐，经沉淀过滤后利用；膨润土及必要的添加剂及时运到；调试泥浆搅拌系统，检查泥浆搅拌系统各搅拌仓是否工作正常；检查各连接管路是否有泥浆泄漏情况，发现问题及时解决；检查定向钻机各连接管路、接头是否连接稳当；检查调试泥浆泵工作是否正常，泥浆泵压力表是否正常工作。
（4）、泥浆配制及施工工程中的控制
1、 泥浆的配制
泥浆配置在钻导向孔、预扩孔及回拖中采取不同的措施，除保证传统配比外，再按一定比例加大泥浆材料用量，从而达到提高泥浆粘度，保证孔壁。
2、 强化各施工过程泥浆性能调整
a.斜孔段：泥浆的流动性能要好，结构性要强，保证钻屑携带和孔眼清洁；控制泥浆的失水，防止塌孔。需增大固壁剂、降失水剂剂量。
b.水平孔段：及时提高润滑剂剂量，适当降低粘度和切力，保证泥浆的流变性能良好，使钻屑顺利返出地面；增强泥浆的润滑性，减小钻机旋转及推进阻力。
c.扩孔段：提高泥浆的携带性能，提高泥浆的黏度、控制泥浆的密度，降低泥浆的失水率。
d.回拖段：提高泥浆的润滑性，降低摩擦阻力，增强携屑效果；需提高润滑剂剂量。
三、夯管套管施工法：
当出入土侧地质有卵石、砾石、原理、粗砂等不成孔地层存在时，要对出入土侧进行保护套管施工，以保证定向钻的顺利实施。一般采用启动夯管和螺旋顶管的方法施工。
（1）、气动夯管施工方法
气动夯管是一种常规的非开挖施工技术，但对长距离安装钢套管仍具有局限性，在本方案中，采用大吨位气动夯管锤作为安装钢套管的辅助安装措施，来保证延长套管行进长度目的。
（2）、钻机配合螺旋顶管钢套管施工法
在预定位置安装好套管钻机，调整好工作角度，设备试运转。各项准备工作就绪后，先在入土段顶入卵石层套管，钻机和顶管机联合施工。
施工时，先由顶管机将第一节套管按预定角度顶入地下，顶进一个行程后，油缸缩回，
在顶管机上安装管节，接着将套管向地下顶入，依次循环，直至将第一节套管全部顶入地下。
然后，安装第二节套管，第二节套管与第一节套管之间采用焊接的方式连接。
随着套管的顶入，利用钻机驱动 “绞龙”，取出套管内的粘土、卵石等钻屑。直至套管达到预定安装位置。
四、钻导向孔
（1）、 钻机试钻：
设备和仪器准备就绪，钻杆和钻头清扫完毕后进行试钻，启动控向仪器，信号电缆将产生交流磁信号，此时启动钻机并钻进，当钻进1-2根钻杆后检查各部位运行情况，各种参数正常后正常钻进。
（2）、 导向钻进：结合使用控向系统和磁信号电缆，将施工钻机沿着设计穿越曲线钻进，如果在钻进过程中钻进的力量增大可在入钻点处沿钻进方向加钻杆定位管（钢套管）。利用钻机沿钻杆方向推入地下，采用手工焊接，定位管打入的长度视地层情况而定。使用定位管后，钻机的推力更容易向钻头传递，防止产生过多地侧向分力而导致的钻杆失稳，能够良好地克服地层的阻力，连续而又准确地完成导向动作。
（3）、导向控制
1、导向控制
施工钻机的钻头在每完成一根钻杆后利用人工磁场产生的磁场检查穿越的方向和深度，判断是否符合轨迹要求。
导向员和司钻密切配合，利用采集的磁信号控制钻进方向，使之按穿越轨迹要求，逐步平缓钻进，直至导向出土，完成整个导向孔施工。
在导向孔穿越过程中，为保证钻头在穿越地层中顺利的钻进，避免岩层坚硬出现卡钻现象。
2、导向孔曲线要求
定向钻施工应严格按《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007执行，定向钻钻进曲线应严格按照穿越施工规范和设计图纸曲线要求，其中导向孔实际曲线与设计曲线的偏差不应大于1%
3、 导向孔曲线与设计曲线偏差控制措施
钻导向孔是定向钻穿越施工过程中重点控制的关键工序，导向孔质量的好坏直接影响钻机回拖时回拖扭矩与拉力的大小，因此，导向孔与设计穿越曲线是否重合是关系到管道最后回拖成功的关键。
五、 预扩孔
（1）、扩孔直径的确定
按《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007标准的要求，最终扩孔直径应根据不同的管径、穿越长度、地质条件和钻机能力确定。
（2）、扩孔次数及扩孔钻具选取
扩孔采取分级、多次扩孔的方式进行，本工程管道预扩孔次数初步确定为五级扩孔，扩孔时根据扭矩情况及时调整。
（3）、扩孔要求
扩孔钻头（扩孔器）小孔眼正常喷浆时，方能开始扩孔，严禁干扩。按配套扩孔钻头由小到大逐级扩孔。中、大型钻机在松软土层中扩孔，可跨越一级钻头直径扩孔。扩孔中出现钻机扭矩、拉力较大时，进行洗孔作业，洗孔结束后，再继续进行扩孔，扩孔结束后，如发现扭矩、拉力仍较大时，可再进行洗孔作业。
（4）、 扩孔注意事项
转速和工作钻压应符合钻具使用技术参数的要求；启动时旋转、回拉速度应缓慢；旋转和行进速度应均匀；控制泥浆流量和扩孔扭矩。由于某种原因需要停止扩孔时应注意：停止扩孔器回拉并前推，消除扩孔器的扩孔工作钻压；保证扩孔器的钻头体无工作钻压。扩孔时应严格控制回扩速度，扩孔速度应控制在500mm/min以内。
六、管道回拖
（1）、开挖发送沟
在回拖前，应将穿越管段放入发送沟。发送沟应根据地形、出土角确定开挖深度和宽度，一般情况下，发送沟的下底宽度宜比穿越管径大500mm。发送沟完成后，检查沟内无石块、树根等硬物，然后将管道吊入沟内。管道发送沟内应注水。一般情况下，管沟内最小注水深度宜超过穿越管径的1/3。采取措施，使管道入土角与实际钻杆出土角一致。
（2）、管线的回拖
回拖钻杆连接前应用泥浆冲洗钻杆，确保钻杆内无异物。回拖钻杆钻具连接完成后应进行试喷，确保水嘴畅通无阻。回拖前应对钻机、泥浆泵等设备进行保养和小修。回拖钻具的连接顺序为：钻机→钻杆→扩孔器→旋转接头→U型环→拖拉头→回拖管段。
回拖过程中要认真观察泥浆运行情况及旋转接头、U型环、回拖头的连接情况，确保各部连接紧固。回拖时要连续作业。特殊情况下（如二接一管段回拖），停止回拖时间不宜超过4h。
七、结束语
定向钻施工技术的在国内发展过程，也是从易到难、从简单到复杂、从短到长、从软到硬的发展过程，由于这项技术来源于石油钻井技术，但施工工艺又有区别与石油钻井，到目前尚没有完全定型的、系统的和成熟的施工方法，定向钻施工的技术和方法与施工队伍的资历、经验和地层条件有直接关系，截止到目前定向钻施工的成功率还不足95%，是一种尚未发展到完全成熟施工技术，还有待投入更多的人力物力加强研究。
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