水平定向钻进铺管孔／管直径比设计取值方法

孔／管直径比是水平定向钻进铺管工程的重要基础设计参数,其取值大小直接关系到工程的成败、效率、安全和铺设后的管道运行安全。采用力学分析方法建立的回拖阻力数值模型及开发的专用软件,可以方便快捷地对孔管直径比取值进行精确的量化评价,并能够较好地解决工程设计中的一些复杂的数值计算问题,具有良好的推广应用前景。     

水平定向钻进铺管孔／管比设计软件开发

为了方便用户使用水平定向钻进铺管孔／管比设计模型,笔者利用现代计算机技术编制了孔／管直径比设计软件供用户使用。软件采用Visual C＋＋作为开发工具,以理论计算模型为依据,将铺管回拖阻力计算和强度校核融为一体,并集成了国内现有品牌钻机设备和相关管道的参数,具有用户界面友好、操作方便简捷、模块性好、计算速度快、容错能力强等优点,具有较好的实用价值。     

蒙特卡洛方法在地质雷达探测地下管道中的应用

地质雷达是一种探测金属和非金属管道的有效方法,传统方法是利用经验电磁波速度计算管道埋深,存在较大误差,且往往无法估算管径或算法繁琐。蒙特卡洛方法是一种随机模拟的地球物理反演手段,从雷达图像中读取一系列反射回波穿行时间和雷达相对于管顶的位置数据,给定合理的电磁波速度、管道埋深和管径3个参数的范围,可以有效地拟合得到速度、埋深和管径。该方法在南京地铁盾构某区段,用来拟合估算地下输油管、自来水管和污水管的埋深及管径,取得了与实际情况较为一致的结果,拟合的电磁波速度符合地下介质情况。     

西气东输二线工程将用“遁地术”穿越伊河

西气东输二线工程东段伊川鸣皋段,施工人员正在用大型水平定向钻机为西气东输的管道引导孔。穿越伊河工程段的管道将呈“U”形状穿越伊河,穿伊河的地下管道长约761米,地下最深处离引导孔入口处高度为33米,管道直径为1．29米。该工程处于泥岩、砂岩和石岩的复杂地质处,施工人员采取先打通—个直径为0．2米的引导孔,再依次使用直径更大的扩口器来扩大引导孔的直径,直至引导孔直径比输气管道直径还要大点。     

煤矿井下连续管钻进管柱分析及射流钻进实验

由于可连续起下钻、不间断循环等优势,连续管钻井已成为近年来发展最快的石油钻井技术之一,开发煤矿井下连续管钻进技术是煤矿实现“少人化”甚至“无人化”钻探的重要技术途径。针对该技术在煤矿井下应用存在的管柱优选、钻进方法等关键问题,提出了连续管射流定向钻进方法,根据煤矿井下钻探用泥浆泵能力和孔深设计,分析了不同管径、不同弯曲比(r₀/R_b)连续管流体摩阻;采用数值模拟方法,分析了不同连续管管径与钻孔孔径比(管孔比r_c)情况下近水平钻进管柱屈曲形态及与孔壁接触应力;通过旋转射流水力学参数研究和破岩效果实验,给出了最佳射流钻头参数:通过连续管射流定向钻进实验,分析了射流定向钻进造斜规律,不同流量、钻进速度与钻孔孔径的关系。结果表明:?19～?31.75 mm连续管的弯曲半径可满足煤矿坑道空间要求;连续管流体摩阻的主要影响因素为管径和流量,在井下常用泥浆泵流量200 L/min、压力31.5 MPa、钻孔深度200 m情况下,?31.75 mm连续管为最佳管柱方案;管孔比r_c=0.454时,连续管与孔壁接触应力...     

非开挖导向强度分析及其在电力铺管设计中的应用

全面分析了非开挖铺管导向钻进轨迹设计的主要决定因素;合理地剖析了钻遇地层的性质及其它施工条件对导向强度的影响;提出导向强度的计算方法,更科学、准确地设计出导向孔轨迹,并应用到实际电力管道铺设导向孔三维轨迹设计中。     

得克萨斯州普莱诺市采用动静结合碎管法更换大直径管道

美国得克萨斯州普莱诺市采用动压与静压相结合的碎管方法,对直径24英寸的钢筋混凝土排水主管进行了爆管破碎,成功更换铺入32英寸的大直径PE管。该工程证明了对钢筋混凝土管道也能进行超大直径管道的爆管法更换。     

定向钻进穿越北京分钟寺桥铺设中压燃气管道

采用定向钻进方法穿越北京分钟寺桥铺设中压燃气管道。待铺设管材为529 mm双面焊螺旋钢管，穿越长度为350 m。本工程中采用了先进的设备和施工工艺克服了砂层成孔难、回拉阻力大、铺设管径大、长线布管等技术难题，保证了工程顺利竣工。详细介绍了本次施工钻进、扩孔、布管及拉管等工艺方法。     

基于弹性地基梁理论的冻胀作用下管道应力分析

穿越冻土区的埋地管线在遭遇冻土差异性冻胀时,管道会发生翘曲变形,管线将面临很大的安全隐患。为此,基于弹性地基梁理论建立冻胀条件下的管-土相互作用模型,分析了管道在冻胀及其影响因素作用下的应力分布规律,探讨了冻土地基特性（弹性模量、泊松比及地基系数）与温度的关系,对比了不同地基系数、冻胀量、管径、壁厚、温差以及上覆土厚度等特定条件下的管道应力峰值状况。计算结果表明：管道在过渡段与冻胀段及非冻胀段交界处有最大应力值,各类影响因素对管道交界处的应力影响最显著;地基系数的值越大,差异性冻胀量越大,管径越大,温差越大,管道交界处应力峰值也越大;管壁越厚,在管道交界处的应力峰值越小;管道上覆土层越厚,管道受冻胀作用弯曲应力越小,即加深上覆土层可降低管道由于冻胀抬升所产生的应力,可减缓管道变形。     

不同直径对非开挖近孔壁位移响应数值分析

非开挖水平定向钻进敷设管道的质量直接受到水平孔壁的位移特征影响,而水平孔直径则是影响孔壁位移的重要因素之一。采用快速拉格朗日的计算方法,利用Mohr—Coulomb准则对粘土地层中不同直径条件下的近水平孔壁位移响应特征进行了数值计算分析。获得了在不同钻孔直径（0．6-1．6m）条件下近水平孔壁X、Y和Z三个方向的位移矢量、应力分布数据。分析结果表明,随着水平钻孔直径的不断增加,近孔壁各点的Z位移也不断增加,其中水平孔下部各点Z方向变化更为明显。同时,位移变化区域随着环形区域的不断向外扩展,增加幅度不断降低。因此,合理控制施工的终孔直径对于减少孔壁位移扰动具有重要意义。     

砂土中埋设管线竖直向上运动时土抗力研究

埋设的海底管线在高温、高压下较易发生竖直向屈曲大变形,保证足够的埋置深度是海洋工程中克服管线出现竖直向屈曲变形的有效手段之一。因此,研究土体能够提供给管线的抗力及在管线竖直向上拱起过程中土体抗力的变化规律,对管线的抗屈曲大变形设计具有重要的意义。结合渤海湾海底地表土质特点选取细砂进行了室内管-土相互作用试验,测量了不同直径、不同埋置率（上覆土厚与管线直径的比）的试验管段,在竖直向上运动过程中所受到的土抗力;采用数值方法有效地模拟了试验中管段的受力变化过程。进而将结果推广,得到了砂土中常用直径管线受到的土抗力大小及作用规律。试验及数值模拟结果表明,管线竖直向上运动时,土抗力的发挥随竖向位移增加而迅速增大达到峰值,峰值抗力所需要的位移随管径与埋置率的增加而增大;实际工程中峰值抗力对应的管线位移约为管径的0.1倍,计算结果可供管线设计时参考。     

HDD穿越奥斯汀湖铺设球墨铸铁管的回拖力计算

在管道回拖过程中,球墨铸铁管与钢质、塑料质管道表现出不同的特征。对钢管和塑料管的回拖力计算模型及方法已经被大众接受。这里基于本工程的柔性限位接口球墨铸铁管建立了一个新的回拖力计算模型,经实践获得的数据验证,其方法可行、计算结果可靠。     

Steve Vick国际公司的最近产品

SteveVick国际公司最新发布的一款产品是小直径17．5mmPE管插入修复系统设备。SteveVick国际公司与管道制造商密切合作,设计出一套能确保PE管插入旧狮直径的钢管修复设备,可以快速、有效、无损害的新管道。该修复系统可以修复直径3/4钢管,显著增加供给能力,相当于原有16mm直径管道的运输能力。     

定向钻铺管回拖力计算模型

在定向钻穿越铺管的过程中,管道在孔内的受力情况非常复杂,但是回拖力计算又是机具选择的重要参考依据,所以管道受力分析及回拖力计算就显得非常重要。通过分析管道在弯曲段和稳定段的受力情况,分别建立管道弯曲段和稳定段的受力模型,最终总结出计算管道回拖力的方法。经实例计算检验,这种计算方法更加接近实际。      

井泵管灌优化配套方法的探讨

本文针对井泵管灌中存在的问题,首先将井泵、管道作为一个系统综合考虑,建立了目标函数,然后通过试算法对目标函数进行求解,可得到经济效益最大时的最佳出水量、经济管径和最佳降深,从而选择合理的泵型和管径。     

地面大直径应急救援钻孔成孔工艺设计与分析

地面大直径钻孔可作为井下被困人员的逃生通道,是矿山事故造成人员被困井下时重要的应急救援方案之一。而常规大直径工程孔以泥浆正循环、多级扩孔工艺为主成孔,无法满足救援要求。着眼于大直径孔救援逃生目的,阐明包括精准透巷、优化孔身结构、高效成孔和安全透巷等四项成孔工艺设计原则;以此为指导,针对覆盖层钻进、二开基岩层钻进、下套管及固井具体施工情况,分析了全套管钻进、导向孔下导管钻进及集束式潜孔锤扩孔钻进、浮力法下套管及内插法固井等技术;借用巷道围岩松动圈及塑性区成熟理论,视透巷钻进所破坏的塑性区岩体为潜在垮落体,进行顶板稳定校核,提出了安全透巷距离及位置等关键参数设计选取方法,为地面大直径应急救援钻孔施工提供技术支持。      

回填软土中管道上拔试验及上浮承载力研究

研发了一套足尺浅埋管道上拔试验装置,针对不同软土强度、管道埋深和加载方式的情况,较系统地研究了上拔过程中管-土相互作用、管周软土破坏模式、上浮承载力及其影响因素。试验结果表明:在管道上拔过程中,回填软土的变形主要由土块相对位置调整及块间间隙水的排出产生,这与均质软土中变形主要由固结导致明显不同;埋深管径比H/D(28)1时,回填软土的破坏模式接近流动破坏,远小于规范建议的H/D≥3;H/D≥1时,建议采用Palmer方法计算长期荷载作用下回填软土的极限上浮承载力;H/D越大,则回填软土中管道的上浮承载力也越大;在其他条件一定时,回填软土中管道的上浮承载力基本随抗剪强度呈线性增长,由于地基固结速度明显较均质软土快,设计时可适当考虑土体强度恢复的影响。     

地埋管道与土相互作用平面分析与计算方法

地埋管道上实测的土压力并不是按现行计算方法假定形状分布的,其分布形式与管土的相对刚度及施工埋设方式密切相关。为此,依据现场实测和模型试验得到的地埋管道受力特征,在平面应变条件下,采用建立的管-土相互作用分析Vlazov模型来模拟管-土之间的相互作用,考虑管道不同的埋设条件、管周的不同充填介质及管-土相互作用引起的土压力状态等情况,建立了地埋管与土相互作用平面问题的传递矩阵分析法。并设计了可视化计算机软件,实现了计算手段的创新。运用此软件对现场埋管工程作了分析计算,并与实测结果进行比较,验证了所建立的计算方法的正确性。     

西气东输二线管道工程——泾河水平定向钻穿越工程

西气东输中泾河段定向穿越是一个难度较大的工程,本文谈了下该工程概况,施工难点,应急措施,以及工程具体过程。在此项工程中我们首次尝试使用大直径（65／8＂）钻杆钻导向孔;并首次使用推管机来保证回拖的顺利进行,为大管径的定向钻穿越回拖提供了进一步的保障。     

煤层气井牛顿流体压裂压力损失预测模型

为准确预测牛顿流体连续管压裂作业时沿程管柱内的压力损失,根据我国煤层气井压裂所采用压裂液的特点,运用流体力学理论与方法,建立了基于牛顿流体流变学基本特征的混砂液在连续油管内流动过程中的压力损失预测模型;对不同施工排量、砂比、连续管径和入井长度比等参数对管内压力损失的影响规律进行了分析。提出: a .牛顿流体在管内流动压力损失的主控因素为流体与管壁的摩擦,因此,降低牛顿流体管内压力损失的有效途径是合理选择连续油管直径与优化施工排量; b .为降低管内摩擦压力损失,应参考入井长度比值等参数,合理优选连续油管长度; c .在满足连续管工作压力和保证携砂液性能的前提下,牛顿流体压裂时应尽可能采用大管径、大排量、中砂比施工。