管道穿越非开挖水平定向钻欠平衡方法

管道穿越水平定向钻欠平衡方法。北美非开挖协会(NASTT2011)将非开挖建设定义为：“在地下基础设施的新建、更换或是修复施工中,运用一系列的方法、材料以及设备,使得对交通、商业和其他活动的影响较低到最小”。管道穿越非开挖水平定向钻穿越技术,是一种在不开挖路面、不阻断交通、不破坏周围环境的情况下,利用岩土钻掘、导向测控等设备和技术手段,在地表不开沟槽的条件下,进行不同用途、不同材质管线的铺设、修复和更换所使用的施工技术,已经得到广泛的重视,发展迅速。相比于传统铺管技术,管道穿越非开挖水平定向钻具有巨大的优势,如：环境影响小、施工的范围广泛、适应性强、可以按最短的合理路径进行穿越、穿越精度高、能够确保埋深、可以长距离穿越、有较好的经济效益和社会效益。但是其也存在一些急待解决的问题如：钻进速度比较慢,井眼的快速成孔困难;穿越孔隙度较大的地层时,钻井液漏失严重,导致钻井液的处理工作复杂,给工程带来了潜在威胁。欠平衡钻井技术来源于石油天然气开采领域,是在钻井的过程中,使用自然或人工的方法使钻井流体密度低于地层压力系数,允许地层流体有控制的进入井眼,并将其循环至地面。将欠平衡钻井方法应用于管道穿越水平定向钻技术目前仍处于研究阶段,如果能够将其成功运用,可以大幅提高钻进速度,缩短钻井周期,延长钻头使用时间,减少施工成本;能够有效解决井漏的难题,减少井下复杂情况的发生;可以有效避免压差卡钻;对周围地层环境影响较小等。本文以如何在管道穿越非开挖水平定向钻中实现欠平衡钻井以及井内压力预测和控制作为主要研究目标,对欠平衡方法在管道穿越非开挖水平定向钻铺管技术中的水力学进行了研究。分析了欠平衡钻井方法应用于水平定向钻技术的必要性和意义;分别分析了目前非开挖和水平定向钻技术的国内外现状及发展趋势,在此基础上确定本论文的研究目标、研究内容、技术路线等。分析水平定向钻的优势、难点、适用范围等;详细阐述了水平定向钻的施工工艺;分析了欠平衡钻井技术在水平定向钻中运用的优势。分析了适用于水平定向钻的欠平衡钻井水力学模型,描述了气液两相管流的流型,根据流体力学,建立了多相流流动参数描述,建立了模型优化施工参数。结合“兰-郑-长”管道长江定向钻穿越工程,描述了该工程的实际情况;结合实际设计了钻井液类型、施工参数,并确定了模型的求解方法;分别用不同钻井液密度和排量计算环空速度分布、环空压力分布、循环当量密度(ECD)分布、岩屑浓度分布规律,同时开展了各项参数的敏感性分析,形成了一套井筒欠平衡主要流动参数控制的方法。

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