定向穿越管道的挤毁失效及其防护装置的设计

定向穿越敷管技术由于其特殊优势，被越来越多地应用于油气管道敷设，但复杂的地质条件又极易导致穿越管道挤毁失效，对油气输送安全造成严重威胁。为此，针对复杂地层中穿越管道的挤毁失效行为，西南石油大学研究人员分析了其失效原因，主要是由孔壁失稳、地层沉降和地下水渗流等所导致的。进而基于管材非线性及管土耦合作用，建立了无缺陷和凹陷穿越管道的挤毁数值计算模型，并对其挤毁行为进行了研究。结果表明：①无缺陷管道挤毁模式（图3左）与凹陷管道挤毁失效模式（图3右）不同，完整穿越管道的挤毁过程可分为6个阶段，管道横截面经历了椭圆形、“新月”形、“葫芦”形及“8”字形变化过程；②而凹陷管道的挤毁过程可分为5个阶段，管道横截面经历了“心”形、“新月”形、“葫芦”形及“8”字形变化过程；③围土压力越大，管道的挤毁失效后果越严重。

图3 无缺陷管道挤毁过程图（左）和凹陷管道挤毁过程图（右）

为了降低穿越管道发生失效的概率，研究人员设计了一种定向穿越管道防护装置（如图4）该装置由穿越管道、防护管道、端部壳体、法兰结构、支撑节、隔挡板、密封圈、卡瓦组成。防护装置特点：①能有效保护穿越管道，避免因井壁失稳而造成穿越管道发生压溃、砸伤、局部破裂等事故，保证穿越管道中的油气长期正常输送；②防护装置与穿越管道的环空充满流体，能避免因防护管道局部失效而造成穿越管道的受力不均匀；……