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定向穿越管道的擠毀失效及其防護裝置的設計

定向穿越敷管技術由于其特殊優(yōu)勢，被越來越多地應用于油氣管道敷設，但復雜的地質(zhì)條件又極易導致穿越管道擠毀失效，對油氣輸送安全造成嚴重威脅。為此，針對復雜地層中穿越管道的擠毀失效行為，西南石油大學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致的。進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)值計算模型，并對其擠毀行為進行了研究。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，研究人員設計了一種定向穿越管道防護裝置（如圖4）該裝置由穿越管道、防護管道、端部殼體、法蘭結(jié)構、支撐節(jié)、隔擋板、密封圈、卡瓦組成。防護裝置特點：①能有效保護穿越管道，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防護裝置與穿越管道的環(huán)空充滿流體，能避免因防護管道局部失效而造成穿越管道的受力不均勻；③防護裝置中的密封結(jié)構可靠，能有效封堵環(huán)空流體；④防護裝置占用空間小、結(jié)構簡單、設置靈活，對長距離穿越管道的任何部位均能實現(xiàn)良好的防護；⑤防護裝置內(nèi)部可設置管道檢測裝置，當防護管道發(fā)生局部失效時，可直接進行檢測?？傊撗b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，可用于穿越危險地層的油氣管道防護。

圖4 定向穿越管道防護裝置機構示意圖

李秋揚 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裝置的設計》原作者張杰等