北美非开挖技术发展近况-水平定向钻进应用方面

2010年5月北美非开挖技术协会（NASTT）在美国芝加哥举办了一年一度年会,同时庆祝协会成立20周年,来自美国和加拿大的几百位学者对非开挖技术的各个方面进行了为期一个星期的探讨。本文主要从136篇会议论文中遴选了有关水平定向钻进技术在北美地区的应用近况进行了描述,包括水平定向钻进中的窜浆问题、入海口的钻进技术、敷设管道的推进技术、钻杆失效的管理、地表变形检测等方面进行了阐述,笔者希望通过这些技术介绍,能够对国内广大非开挖业内人士的设计、施工、研究有所借鉴。     

长输管道局部腐蚀体积型缺陷逐次评价

局部腐蚀包括缝隙腐蚀、应力腐蚀、腐蚀磨损、氢腐蚀,H2S应力腐蚀和氢腐蚀是长输管道最容易发生的一种局部腐蚀方式。针对长输管道易发生局部腐蚀的特点,参考其他管道评价方法,根据现场管道的安全状况,提出了适用于现场的含局部腐蚀体积型缺陷管道的三步评价法。该方法不需要考虑管道的腐蚀裕量,简化公式,便于现场计算。     

5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术研究

结合我国地下新型能源勘探工作的重大需求,开展了“5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术”的研究,取得了5000 m多功能交流变频电动钻机、多参数孔底自动监测装置、高温环保泥浆及泥浆性能自动测量装置、取心和无心钻进不提钻互换钻具等系列成果,填补了国内空白,推动了新型能源深部钻探技术向智能化方向发展。     

非开挖铺管施工中几个问题的探讨

随着非开挖铺管技术的不断应用,遇到的困难越来越多,针对施工中存在的诸如硬土层中导向孔的形成、硬土层扩孔钻头的改进、软土层扩孔钻头及设备、恶劣工作面的多束钢管反拉等问题提出了相应的解决方法。     

复杂条件下非开挖铺管的关键技术

地层和地下管网条件复杂是影响非开挖导向钻进质量的重要因素。本文结合工程实践,分析了精确的控向钻进技术、LG植物胶的选择和配制、管材选择、铺管阻力的计算和拉管头设计等影响复杂条件下,非开挖铺管的关键技术。实际应用中取得了好的效果。      

表面活性剂改善钻井液速溶的效果评价

针对钻井液材料溶解慢,达到理想性能时间长,提出使用表面活性剂降低配浆水的表面张力和接触角,同时对材料有润湿和增溶作用。通过分析表面活性剂的作用机理,测试表面活性剂对钻井液基本性能影响来优化表面活性剂;观察表面活性剂对土(上海佳友土、鄂州素土和碱土)和大分子材料的性能影响来优化表面活性剂的加量。结果表明,卵磷脂1在短时间内促进材料的水化分散效果最好,且最优加量为0.2‰,对于6%的上海佳友土、鄂州素土和碱土,表观黏度分别提高20%、20%和6%。0.2‰的卵磷脂可以促进配方(4%佳友土+1‰黄原胶+0.8%改性淀粉)表观黏度提高15%,润滑性提高37%,表面张力降低42%,大分子材料分散得更均匀,泥皮更致密。      

煤层气井流体原位实时监测仪

煤层气生产过程中,需要随时了解和掌握煤层气井的产水、产气、液面高度等各项参数,以便根据生产阶段的需要及时调整生产参数,使煤层气井的生产处于最佳状态。目前国内煤层气抽采过程中仅能单独测量压力、温度、液位等参数,并不能检测每个层位的产气产水量,因此为了达到长期同时监测不同层位煤层的目的,设计了煤层气井流体原位实时监测仪。该监测仪不仅能测量温度、压力等参数,还可结合地面测得的气、水流量,分别得出不同层位煤层的产气产水量,为煤层气开采方法的确定提供科学依据,有利于提高煤层气抽采率。      

渤钻低密度固井水泥浆降低煤层气储层伤害的实验

针对煤层气井传统的固井水泥密度较大,在固井过程中产生较大压差,影响半径较大,且滤液成分矿化度较高,持续对储层产生伤害的问题,通过对比渤海钻探所使用的低密度固井水泥浆(统称渤钻浆)和常规固井水泥浆的失水量、滤液性能和稠化时间,并通过分析其滤液成分、电导率、渗透率回复率和计算污染半径,评价了渤钻浆降低煤层气储层伤害的能力。结果表明:渤钻浆失水量比常规固井水泥浆小一半,并且滤液黏度高、矿化度低和电导率低,使渤钻浆污染的煤样渗透率降低为28.97%(常规水泥浆污染的煤样渗透率降低为65.87%),渗透率恢复率为89.81%(常规水泥浆渗透率恢复率为61.18%)。综合来看渤钻浆不仅密度低,形成压差小,保证煤层稳定,还减小污染半径,降低了对煤层气储层的伤害。      

水平定向钻进扩孔钻头水口应用分析

在实际水平定向钻进非开挖施工中,由于扩孔钻头水口大小与泵量不能很好匹配,极大地影响了正常钻进作业.结合水平定向钻进非开挖工艺和设备情况,采用工程流体力学理论,推导计算出了扩孔钻头水口大小与泵量的匹配关系模型,并通过实际工程的验证结果表明,模型计算误差在2%左右,对实际工程施工具有一定的指导价值.     

HDD铺管引起地表工后变形的数值模拟分析

水平定向钻进（HDD）是一种重要的非开挖铺管技术,在非开挖领域应用非常广泛。由于其会扰动周围地层以及造成地层损失,进而造成一定程度的地表变形,如地表沉降、地表水平变形等。本文采用有限差分数值模拟方法,运用FLAC3D软件分析了HDD铺管的引起的地表工后变形问题;综合考虑了不同地层内聚力、地表荷载及扩孔级数情况下的地表工后变形。