中国石油管道局项目

DATE：2018-02-01

项目简介：

随着我国西气东输二线管道工程的建设，各种大口径油气管道常常需要穿越江河、湖泊等一些无法开挖或不利于开挖的区域，非开挖管道穿越工程数量不断增加，非开挖技术得到了飞速的发展。然而长输油气管道的管径和穿越距离的增大导致了施工中出现的技术难题和事故也随之增加，如扭矩和回拖力异常、钻孔变形、钻孔坍塌、钻杆断裂等孔内事故，特别是水平定向钻在穿越中粗砂地层情况下。这些技术问题和事故不仅延长工期、增加成本，而且会导致管材报废、设备损坏，甚至整个穿越工程失败。

本课题的攻关目标是通过理论分析、实验测试和数值模拟解决水平定向钻穿越在中粗砂地层遇到的工程问题。课题在总结已有工程经验的基础上，利用水平定向钻穿越实验模拟装置开展实验研究，通过对所采集的实验数据进行分析处理，分析影响孔壁稳定性、扩孔扭矩和铺管回拖力大小的关键因素，研究中粗砂地层中的成孔机理、预防和处理孔壁失稳的技术措施、水平定向钻穿越扩孔扭矩和铺管回拖力计算方法；同时依据采集的实验数据进行计算机数值模拟分析，通过对比分析实验与数值模拟结果，揭示水平定向穿越中粗砂地层成孔的真实状态，确定水平定向钻穿越中粗砂地层适应的管径范围和更合理的施工工艺，以此科研成果指导现场施工，提高穿越的一次成功率，减少工程风险、降低工程成本。

本课题研究将提高我局在中粗砂地层中大口径水平定向钻穿越技术实力，解决中粗砂地层管道穿越工程中出现的技术难题，减少中粗砂地层穿越的事故发生，同时为研发新设备和钻井液奠定理论基础。课题研发成果可以对即将施工的西三线、西四线等大型工程以及其他领域的管线穿越中粗砂地层提供技术支持。

在中粗砂地层条件下建立水平孔孔壁力学模型、进行扩孔扭矩和回拖阻力计算是本课题攻关的核心，为圆满完成此项研发任务，课题拟利用管道局博士后平台，引进博士进行该项关键技术研究。

 

项目研究内容：

1、提供解决中粗砂地层中水平定向钻穿越孔壁失稳问题的理论依据

孔壁失稳是水平定向钻穿越扩孔阶段的常见的技术问题，一般包含钻孔缩径、坍塌、钻孔变形、钻孔偏斜和漏失，不仅阻碍了扩孔工序的正常进行，而且延长了整个穿越工程的施工周期，降低了施工效率，增加了工程成本。严重的钻孔坍塌还会导致钻孔和管材报废，造成人力、物力和时间的损失，甚至会损坏设备、发生严重的人身事故。因此为解决实际工程中的问题，课题需结合钻孔稳定性理论和水平钻进工艺，研究影响水平定向钻穿越孔壁稳定性的因素、分析孔壁稳定性的边界条件，提出预防和解决中粗砂地层中水平定向钻穿越孔壁失稳的有效方案。

2、解决中粗砂地层中水平定向钻穿越扩孔扭矩和铺管回拖力的计算问题

扩孔扭矩和铺管回拖力是水平定向钻穿越关键的因素之一，直接关系整个工程的设计和实施，虽然国内外水平定向钻穿越的回扩孔扭矩和铺管回拖力的模型和计算方法较多，但都以理想地层为研究对象，没有考虑施工中存在的风险性因素。然而在中粗砂地层中水平定向钻穿越工程不可避免出现钻孔部分失稳坍塌、钻孔截面变形、轨迹偏斜等影响回拖力的情况，这些以理想地层作为假设的模型和公式应用在中粗砂地层的回拖力计算中会出现较大的偏差。研究和推导中粗砂地层中风险性因素导致的扭矩和回拖阻力的计算模型和公式为水平定向钻穿越工程的设计、施工和孔内事故分析都将提供强有力的技术支持。