[发明专利]一种水平定向钻扩孔级差的确定方法

摘要

本发明涉及一种水平定向钻扩孔级差的确定方法，该方法将前一级扩孔产生的塑性区范围作为下一级扩孔的待切削范围，也就是其塑性区厚度作为下一级扩孔的切削量即扩孔级差。其具体步骤如下：①确定终孔直径；②确定第i级扩孔后弹性区应力分布；③基于摩尔库伦准则，确定第i级扩孔后塑性区应力分布；④确定第i级扩孔后塑性区半径；⑤确定第i级扩孔后塑性区厚度；⑥确定第i+1级扩孔级差，⑦确定第i+1级孔洞半径；⑧将第i+1级孔洞直径与终孔直径比较，若相近，则终止计算过程，确定出扩孔级数。本发明下一级扩孔时，将上一级扩孔产生的塑性区域切削掉，防止产生的塑性区二次加载而导致孔洞坍塌，降低孔洞坍塌的可能性。

主权项

1.一种水平定向钻扩孔级差的确定方法，是以弹塑性力学理论和岩石力学理论为基础而建立，其特征在于：该方法将前一级扩孔产生的塑性区范围作为下一级扩孔的待切削范围，也就是其塑性区厚度作为下一级扩孔的切削量即扩孔级差；其具体步骤如下：①根据GB50423—2013《油气输送管道穿越工程设计规范》，确定终孔直径D：D＝CDp，其中Dp为待敷管道管径，C为工程经验系数，取1.2—1.5；②根据弹性力学拉梅解答，确定第i级扩孔后弹性区应力分布；根据孔壁周围岩土体受力模型，利用弹性力学理论，将其简化为厚壁圆筒模型，由拉梅解答得到第i级扩孔后弹性区一点处的应力分布：③基于摩尔库伦准则，确定第i级扩孔后塑性区应力分布；应力应变达到一定极限时，孔壁周围岩土体由弹性状态进入弹塑性状态，基于摩尔库伦强度模型，得到第i级扩孔后塑性区的应力分布：④根据弹性区、塑性区交界处满足连续性理论，确定第i级扩孔后塑性区半径；弹性区应力与塑性区应力的交界处r＝R满足连续性理论，即弹性区径向应力σri等于塑性区径向应力σpri，弹性区切向应力σθi等于塑性区切向应力；⑤根据塑性区半径，确定第i级扩孔后塑性区厚度；确定塑性区半径之后，用公式δpi＝Ri‘‑ri可得塑性区厚度：其中，δ_pi为第i级扩孔后塑性区厚度；R_i‘为修正后的第i级扩孔后的塑性区半径；β为修正系数，取0.1—0.3；r_i为第i级扩孔后的孔洞半径；p_i为第i级扩孔泥浆静压力；p为地层压力；δ_c为岩土的粘聚力；为岩土的内摩擦角；i取1，2……n‑1，n为扩孔级数；⑥将第i级扩孔后的塑性区厚度δpi作为第i+1级扩孔级差，确定第i+1级扩孔级差，即第i+1级的扩孔切削厚度；即得：其中，δi+1为第i+1级的扩孔级差，切削厚度；⑦确定第i+1级孔洞半径，第i+1级扩孔级差确定以后，孔洞半径由公式ri+1＝δi+1+ri可得，孔洞直径由公式Di+1＝2ri+1可得；其中ri+1为第i+1级扩孔后的孔洞半径，Di+1为第i+1级扩孔后的孔洞直径；⑧将第i+1级孔洞直径与终孔直径比较，若相近，则终止计算过程，确定出扩孔级数；若第i+1级孔洞直径远小于终孔直径，则重复步骤②—⑧，当孔洞直径Di+1与终孔直径D相接近时，停止计算过程，确定扩孔级数n，即合理的确定出下一级扩孔级差。