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。     

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。     

水平定向钻管道穿越的设计

用水平定向钻穿越河流是敷设管道的一种最好方法,采用这种方法虽然投资大,但管道的使用寿命长、维修率低。在水平定向钻管道穿越的设计中,必须注意以下几点:(1)在选定穿越地点后,要确定穿越管子需要几种覆盖层及其厚度,并且要给出河流穿越的剖面图及管道敷设的最小标高。(2)仔细分析土壤类型,根据收集到的资料及时改变钻探位置、深度和频率。(3)利用剖面图、标高T和土工技术资料来确定管道敷设的最佳方法,该位置的定位要兼顾管道所需最小埋深和所在土壤最佳敷设方法等方面的要求。     

水平定向钻穿越尼罗河可行性分析

苏丹输油管道在喀土穆北４５ｋｍ处穿越尼罗可，穿越处河床分布的主要地层为中砂、卵石及努比亚砂岩。根据穿越外地貌及地层特性决定将努力比亚砂岩作为定向钻穿越的围岩。在要钻性、成孔性及粗颗粒可携生等方面对努比亚砂岩进行了分析，认为将其作为穿越地层是可行的。     

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。     

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)     

水平定向钻施工数据采集及处理系统

目前水平定向钻施工中的数据长期依赖人工记录,容易出现人为误差、漏记现象,造成所记录的数据不能直观反映施工状况,不能科学高效地指导下一级扩孔施工.水平定向钻施工数据采集及处理系统通过压力变送器将扩孔扭矩、拉力、泥浆压力等施工数据进行实时采集,并将数据进行处理,提取出每根钻杆的最大扭矩、最大拉力、扩孔有效时间等参数,同时自动将这些数据绘制成对比曲线,直观反映定向钻穿越施工情况,科学预测下级扩孔可能出现的问题,从而提前制定预防措施.该系统的应用可降低施工风险,提高施工效率.     

水平定向钻管道穿越技术的最新发展

为了实现更大管径、更长距离的管道穿越,提高我国水平定向钻的穿越施工能力和装备水平,对国内外水平定向钻管道穿越技术的最新发展情况进行分析,总结了近几年国内外大型水平定向钻穿越工程和采用的新工艺、新装备,目前水平定向钻管道穿越技术开始向大型工程、大型钻机和大型钻具的方向发展。研制开发了最大回拖力高达1 500 t的水平定向钻机,壁厚为一般钻杆厚度两倍的厚壁钻杆,杆体直径为244 mm的钻杆,机动灵活的模块化钻机,用于硬岩地层的PDC钻头和PDC扩孔器牙轮等水平定向钻新装备。此外,水平定向钻正向扩孔技术也得到越来越多的应用。这些最新发展对于促进我国水平定向钻施工技术与装备水平的提高和业务发展具有重要的指导意义。     

管道水平定向钻穿越技术的特征分析

简述了驻马店-信阳天然气输气管道淮河水平定向穿越施工的地质条件和设备的配置,介绍了管道水平钻进的入射角、出口角、曲率半径和深度等设计要素的确定方法,分析了导向钻孔、扩孔、回拖受力的特点和计算方法,并针对施工技术难点提出了相应的解决方案.     

水平定向钻在水利工程中的应用技术

结合定向钻在穿越淮北大堤中的运用,介绍非开挖水平定向钻进技术在水利工程中的应用,以为水平定向钻在水利工程中的进一步应用提供参考。     

浅海管道敷设中的水平定向钻穿越

介绍了浅海管道水平定向钻穿越技术在国内外的应用现状。按照钻机钻进方向区分,分别论述了陆对海、海对海、海对陆3种浅海管道水平定向钻穿越的施工方式,针对每种穿越方式列出施工流程和涉及的施工设备资源等。提出了计算浅海水平定向钻穿越回拖力的必要性,建议计算过程中考虑管道的弯曲变形,提出了钻机操作平台选型建议;提出了穿越泥浆控制的注意事项、应对措施,穿越回拖风险控制的注意事项。结合铺管船、海上操作平台等设备的应用,浅海管道水平定向钻穿越技术将得到更广泛的应用。     

水平定向钻穿越河流技术在我国首次应用

中原油田至开封的天然气输送管道,必须经过黄河。黄河水流湍急,泥沙较多,河床经常被冲刷,两岸漫滩坍塌严重。主河槽南北方向摇摆不定,摆动范围约1.7km。在这样急湍、常年无封冻期的大型河流上采取截流、顶管、沉管、水下爆破等施工方法搞管道穿越,不仅难度大、工期长、投资昂贵,而且有的根本无法实施。1985年,石油工业部管道局从美国引进了一套 R ＆ B-5型水平定向钻机(见图 1),1986年正式用于黄河     

长距离复杂地层水平定向钻穿越管道施工技术

外钓岛—册子岛水平定向钻穿越管道工程穿越曲线超长,地质条件极为复杂,施工难度很大。通过对穿越管道工程特点及施工难点的分析,在导向孔钻进、扩孔工艺及泥浆控制等方面采取技术措施,解决了超长距离导向孔施工钻杆的失稳问题,以及长距离管道回拖中存在的钻机推力过大、管道易损坏等施工难题,实现了外钓岛—册子岛海底管道的定向钻穿越。     

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.     

大直径水平定向钻低流速层流下岩屑运移规律

大直径水平定向钻钻孔直径可达到钻杆直径的10倍以上,钻孔环形空间泥浆不仅处于不利于岩屑运移的层流状态,而且流速极低,岩屑极易在孔底形成稳定的岩屑床,造成孔内事故。针对该问题,首先推导出柱坐标系下环空泥浆的运动微分方程组,然后使用环空岩屑运移综合模拟实验装置进行多次模拟实验,最后通过数值模拟揭示环空泥浆流场分布及岩屑运移规律。结果表明:增加泥浆PAM含量对提高大粒径岩屑运移效率效果不明显;提高环空泥浆流速,在一定程度上能够提高单颗岩屑运移效率,但同时会增加岩屑床末端回流区尺寸,使岩屑床内部压差增大。研究成果对水平定向钻施工具有指导意义。(图5,表2,参20)     

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...     

黄河定向钻穿越事故分析

定向钻穿越河流是一种比较先进的施工方法，采用合适的钻进工艺，可以穿越许多类型的地层，有较宽的适用范围，但穿越的成功与否要受到许多客观条件的影响，如钻进工艺，泥浆性能与地质条件的适应性，操作人员的素质，设备能力的大小等，从某工程黄河穿越的多次受挫过程分析发现以上条件的重要性，据此提出了不同地层条件下所适合钻进工艺的建议。     

水平定向钻铺管过程中回拖力计算方法的改进

针对目前水平定向钻穿越施工时回拖力只考虑管道回拖力而忽略钻杆和扩孔器回拖力的问题,提出应综合考虑穿越地层地质条件、管道拉力、孔壁摩擦力和流体阻力等因素,建立回拖力的计算模型.介绍了ASTM (American Society of Testing and Material)的回拖力计算方法,并在其基础上推导了考虑钻杆和扩孔器回拖力的回拖力计算方法.通过对两个不同地层条件的工程实例进行模拟计算,考虑钻杆和扩孔器回拖力的回拖力与实际回拖力的最大误差为2.4％,计算结果比仅考虑管道回拖力时更接近实际回拖力.     

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）