回拖浮力平衡技术在水平定向钻工程中的应用

在大口径油气管道水平定向钻回拖过程中,随着管径的增大,泥浆浮力对回拖的影响明显增大.为了减小因泥浆浮力引起的管道与成型孔的摩擦力,降低回拖风险,通过对水平定向钻回拖过程中泥浆浮力作用的计算分析,采用注水PE管配重技术与泥浆密度调节相结合的方法,平衡管道回拖过程中的浮力.通过浮力平衡减少了管道在孔洞内与土体的摩擦面积,摩...     

定向钻穿越回拖管道径向变形原因分析

针对庆铁老线嫩江定向钻穿越回拖时管子发生径向变形问题,对管子变形、设计参数和施工过程进行了分析,认为设计选取的管子壁厚偏薄以及施工中可能存在不可预见的外力等因素是造成管子变形的主要原因,指出应根据穿越的深度和地质情况,采取增加管子壁厚、限制回拖的泥浆压力等措施,以确保管道设计的安全可靠。     

气动夯管锤和滑轮组在定向钻回拖中的应用

针对管道回拖过程中容易出现卡钻的问题,提出3种解决方法:夯管锤振击解卡、滑轮组解卡以及夯管锤和滑轮组配合解卡.以林头村抚河穿越工程为例,在夯管锤振击解卡和滑轮组解卡均失败的情况下,采用夯管锤和滑轮组配合解卡的现场操作工艺.结果表明:经过4d解卡施工,管道完全从孔洞中拖回地面,管道和防腐层完好无损,仅焊口处的防腐带略有剥裂.由于滑轮组行程存在一定弊端以及缺乏钢丝绳防护措施,夯管锤和滑轮组配合解卡的方法尚需进一步改进.(图5,参4)     

水平定向钻回拖载荷预测模型

从弹性力学与非牛顿流体力学的角度出发,研究了与回拖载荷相关的变量,着重分析了回拖阻力的3个组成部分(管道质量及其引起的管土摩擦力、弯曲段阻力效应引起的阻力与泥浆拖曳阻力)的计算方法,三者求和并根据静力平衡条件可得回拖载荷。3项阻力在回拖载荷中均占有较高的贡献权重,且贡献权重在回拖过程中呈现动态变化。泥浆拖曳阻力是回拖阻力的重要组成部分,将其纳入可更准确地预测回拖载荷的动态特性。根据搜集的HDD安装试验数据,对预测模型进行实例验证,预测结果与试验数据之间良好的一致性表明所提方法的正确性。     

水平定向钻回拖减阻配液量计算模型

在水平定向钻穿越管道回拖施工过程中,泥浆对回拖管道产生的剩余浮力经常造成管道与孔壁挤压接触,从而导致管道回拖摩擦阻力增大,进而影响到工程实施的成败.对回拖管道的受力情况进行研究,主要方法是建立管道在弯曲段和直线段的受力模型并进行分析计算.提出了配液量随管道回拖时间变化的函数关系式,实现了大口径管道在回拖过程中配液量的动态调节.在工程案例分析中,利用该函数关系式的计算结果可以达到平衡泥浆对管道产生的剩余浮力、减小管道回拖阻力的目的,进而为管道回拖的施工环节提供充分的理论依据.     

3300m长江定向钻穿越弹性敷设漂管施工

水平定向钻穿越技术是目前管道铺设施工的一项重要施工工艺,在世界各国及各个行业得到广泛应用。由于穿越距离较长,作业带难以满足管道一次性预制需求,3 300 m长江定向钻穿越作业带可用部分只有1 km,要达到一次性预制存在巨大的拆迁量,而采用＂二接一＂＂三接一＂等施工方法对长距离管道回拖存在较大风险,为了确保管道一次性回拖成功,采用弹性敷设、过路、过河等措施实现长距离管道一次性预制。通过对管道强度进行应力计算以及现场多次测量,最终采取管道弹性敷设漂管进美人港河的预制方案,实现了1 km管道陆地部分预制,2 km管道进入美人港河漂管的实施方案。实践证明,该措施大大降低了管道回拖力,减少了拆迁量,为管道的一次回拖成功奠定了基础,为今后的长距离定向钻穿越提供了重要参考。（图1,参6）     

定向钻穿越引发的环境地质问题机理分析

定向钻穿越技术自20世纪80年代引进以来，在管道穿越方面得到了广泛采用，到目前为止，已成功穿越大小河流上百条。随着大口径长输管道的兴建，定向钻穿越在某些特殊的工程地质和水文地质条件下，有引发塌陷坑、地面沉降和管涌等环境地质问题的潜势，为此，对可能产生这些环境地质问题的机理进行了分析。     

水平定向钻管道穿越孔底泥浆的力学特性

将水平定向钻(HDD)回拖过程中孔底泥浆的流动假定为幂律流体在同心环形空间中的稳定流动,考虑内管轴向运动对流场分布的影响,根据Navier-Stokes方程推导泥浆压力梯度与管道外表面泥浆剪切应力的解析计算方法。基于搜集的HDD工程实例采用该解析方法进行数据分析,并与现有Baroid经验公式、SPE经验公式和Polak经验公式的计算结果进行对比。结果表明:由解析方法求得的泥浆压力梯度与实测值相差最小;泥浆拖曳阻力是回拖载荷的重要组成部分,计算中不可忽略;扩径比是泥浆压力梯度与剪切应力计算中敏感性最强的因素。     

小型离心泵在定向钻穿越管道试压中的应用

对定向钻穿越管道试压时采用大型泥浆泵和小型试压泵两种试压方法的优缺点进行了比较,分析了采用小型试压泵时间过长的原因,提出了采用小型离心泵上水推球排气再利用小型试压泵试压的方法,将该试压方法与前两种试压方法进行了对比,结果表明,该试压方法既缩短了管道试压时间,又减少了试压费用,可为中短距离管道试压提供参考。     

小型定向钻现场穿越试验及应用

在公路,铁路,河流及其它障碍物下敷设地下管道时,采用常铁挖沟埋管法施工难度较大,由中国石油天然气管道科学研究院最新研制的ＤＺ－１小型定向钻为各类地下管道的敷凤提供了一种先进的方法,该设备采用高压射流钻井工艺,具有钻进效率高,钻具结构简单,设计合理等特点,在两次现场试验中,成功了实钻了三眼定向孔,介绍了现场试验和实际应用情况。     

One-Pass水下管道检测系统在定向钻穿越管段中的优化应用

为保证穿越河流管段的正常运行,需要定期检测管道埋深.针对定向钻穿越大埋深管道检测过程中电磁信号不稳定导致检测结果不准确的问题,通过改变不同埋深穿越管段的电磁信号校准方法,对One-Pass水下管道检测系统进行优化,提高其在定向钻穿越管道检测中的检测精度.结果表明:利用优化后的电磁信号校准数据计算得到的结果与实际情况的符...     

管道定向钻穿越河流施工风险控制

由于施工条件复杂,导向孔钻进、管道扩孔及回拖过程存在不可见性,定向钻穿越施工时经常出现冒浆、卡管、钻机故障等作业风险,一旦控制措施失当,会对整个工程施工产生较大的负面影响。结合某天然气管道定向钻穿越河流施工,讨论了影响定向钻施工的各种风险因素,并针对潜在的风险源,制定了详尽的风险控制措施,主要包括：优化施工工序,优选钻具组合,确定与其地质条件相适应的泥浆参数,严格进行钻进轨迹控向,采取卡管风险削减措施等,成功穿越了地下粗砂层,避免了钻机推拉力不足、抱管及大面积冒浆等现象的发生,保证了定向钻施工作业的顺利实施,为今后类似工程的施工提供了参考。（图1,表1,参6）     

水下清管器发射技术进展

通过对比分析水下发射清管、平台发射清管和回路发射清管3种清管技术,指出水下发射清管更适用于水下边际油田的开发.水下清管器发射装置用于储存清管器和控制清管器的发射次序,主要由连接装置、清管器存储仓和控制系统组成.调研了国内外清管器发射装置的研究发展现状,总结了立式与水平式水下清管器发射装置的适用条件、关键技术及存在的问题,提出解决对策,如简化水下清管器发射装置的结构,优化控制方法,减少ROV在水下的操作步骤等.     

大口径管道定向钻穿越复杂地层的设计与施工

西气东输二线举水定向钻穿越工程中,采用原定向钻单穿设计方案施工时,管道拖至覆盖层与岩层交界面处时受阻致使回拖失败。按照顺气流方向向右平移10m后重新进行穿越,实施对穿方案,并在原设计方案的出土端采用开挖、夯套管及注浆加固处理松软覆盖层的方法,最终成功穿越。分析首次穿越失败原因:未加固覆盖层、穿越管径过大以及扩孔器较重等因素共同作用导致扩孔时出土端覆盖层下沉,覆盖层与岩石交界面处形成台阶,使管道回拖卡阻。总结施工经验,在大管径定向钻穿越软硬交错复杂地层的设计与施工中,务必加固上部覆盖层,且扩孔、修孔、洗孔、回拖过程应连续进行,在特殊情况下,停止回拖时间不宜超过4h。     

非开挖水平定向钻进导向孔的轨迹控制

在非开挖水平定向钻进(HDD)穿越施工过程中,为了避免钻具损坏地下管道,降低工程风险,需要控制穿越轨迹,其中导向孔的施工是最关键的工序之一。通过分析钻具性能参数及地层条件因素,建立了导向钻头在地层中造斜时的造斜强度和曲率半径计算模型。在施工的入土端,利用模型计算得到为钻进预定深度所需要的造斜起点及造斜距离;在施工的出土端,由已知的造斜起点计算造斜距离,确保最终按照设计要求平滑钻至出土点(坑)。使用该方法可以达到轨迹控制的要求,通过工程实践验证了其实用性。     

基于ABAQUS的定向钻穿越钻具受力分析

定向钻导向孔钻进和扩孔过程中,钻杆经常由于疲劳损伤而断裂.在缺少相关规范要求的情况下,对于某超长距离定向钻穿越工程,运用大型有限元软件ABAQUS,建立了钻柱-孔洞全孔模型,综合考虑钻柱服役环境、岩土对钻柱的摩擦碰撞及泥浆的浮力等作用,分别对导向孔钻进、扩孔钻进两种工况下的受力情况进行了有限元分析,对钻杆寿命进行了安全性评价.模拟结果表明:超长定向钻导向孔钻进宜采用对穿;在导向及扩孔过程中,钻杆使用时间超过288 h后,宜更换钻杆.采取有限元法对钻杆受力进行分析,可以有效指导定向钻穿越施工.     

管道水平定向钻穿越夯套管结构计算

在油气管道水平定向钻穿越工程中,在出入土端采用夯套管方式隔离不良地层是目前非开挖领域中常用的技术措施,而套管壁厚的选取和结构计算仍基于经验数据进行。通过分析套管与土的摩擦、套管端部阻力、套管所受弯曲应力等,结合给水、排水行业中的顶管方法和非开挖领域的工程施工实际情况,提出了套管夯入的极限长度公式,套管壁厚、套管环向应力、套管纵向应力的计算方法,以及套管的稳定性分析方法。某穿越夯套管工程的应用实践表明:理论计算数据与工程施工实际数据吻合,可为水平定向钻技术的应用和发展提供可靠的理论依据。