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定向穿越管道的擠毀失效及其防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

定向穿越敷管技術(shù)由于其特殊優(yōu)勢，被越來越多地應(yīng)用于油氣管道敷設(shè)，但復(fù)雜的地質(zhì)條件又極易導(dǎo)致穿越管道擠毀失效，對油氣輸送安全造成嚴(yán)重威脅。為此，針對復(fù)雜地層中穿越管道的擠毀失效行為，西南石油大學(xué)研究人員分析了其失效原因，主要是由孔壁失穩(wěn)、地層沉降和地下水滲流等所導(dǎo)致的。進(jìn)而基于管材非線性及管土耦合作用，建立了無缺陷和凹陷穿越管道的擠毀數(shù)值計(jì)算模型，并對其擠毀行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：①無缺陷管道擠毀模式（圖3左）與凹陷管道擠毀失效模式（圖3右）不同，完整穿越管道的擠毀過程可分為6個階段，管道橫截面經(jīng)歷了橢圓形、“新月”形、“葫蘆”形及“8”字形變化過程；②而凹陷管道的擠毀過程可分為5個階段，管道橫截面經(jīng)歷了“心”形、“新月”形、“葫蘆”形及“8”字形變化過程；③圍土壓力越大，管道的擠毀失效后果越嚴(yán)重。

圖3 無缺陷管道擠毀過程圖（左）和凹陷管道擠毀過程圖（右）

為了降低穿越管道發(fā)生失效的概率，研究人員設(shè)計(jì)了一種定向穿越管道防護(hù)裝置（如圖4）該裝置由穿越管道、防護(hù)管道、端部殼體、法蘭結(jié)構(gòu)、支撐節(jié)、隔擋板、密封圈、卡瓦組成。防護(hù)裝置特點(diǎn)：①能有效保護(hù)穿越管道，避免因井壁失穩(wěn)而造成穿越管道發(fā)生壓潰、砸傷、局部破裂等事故，保證穿越管道中的油氣長期正常輸送；②防護(hù)裝置與穿越管道的環(huán)空充滿流體，能避免因防護(hù)管道局部失效而造成穿越管道的受力不均勻；③防護(hù)裝置中的密封結(jié)構(gòu)可靠，能有效封堵環(huán)空流體；④防護(hù)裝置占用空間小、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)置靈活，對長距離穿越管道的任何部位均能實(shí)現(xiàn)良好的防護(hù)；⑤防護(hù)裝置內(nèi)部可設(shè)置管道檢測裝置，當(dāng)防護(hù)管道發(fā)生局部失效時(shí)，可直接進(jìn)行檢測。總之，該裝置可以有效降低管道發(fā)生凹陷、擠毀等失效的概率，延長管道使用壽命，可用于穿越危險(xiǎn)地層的油氣管道防護(hù)。

圖4 定向穿越管道防護(hù)裝置機(jī)構(gòu)示意圖

李秋揚(yáng) 編譯自《天然氣工業(yè)》2015年11期

《定向穿越管道的擠毀失效及其防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)》原作者張杰等