Tipovye_raschyoty_pri_sooruzhenii_i_remonte

раствора при строительстве и для устойчивого положения незабалластированного, пустого трубопровода.

Допустимое отклонение места выхода пионерной скважины от проектного створа на противоположном берегу не должно превышать площади, равной 3 × 3 м. Допустимое отклонение места выхода скважины не должно превышать 1% ее длины и должно быть указано в проекте перехода.

Расчетный радиус кривизны для дуговых участков, используемых при сооружении объектов методом ГНБ, определяется по следующей формуле:

где R - радиус кривизны дуговых участков, м; Dном - номинальный диаметр трубы, м.

Эта зависимость была определена в течение многолетней практики горизонтального бурения и представляет собой эмпирическое выражение, основанное на обеспечении технологичности принятого решения.

Минимальное расстояние между параллельными трубопроводами, прокладываемыми способом ННБ, зависящее от точности системы ориентации в бурильной колонне, должно быть не менее 10 м. Такое же минимальное расстояние должно проектироваться между новым трубопроводом, прокладываемым ННБ, и существующим трубопроводом. Расстояния проверяются после бурения пионерной скважины до ее расширения и протаскивания рабочего трубопровода.

Пусть профиль перехода состоит из двух прямолинейных участков длиной L1 и L3 и одного криволинейного длиной L2.Угол забуривания αвх, угол

выхода αвых.

Суммарная тяговая сила, требуемая для укладки трубы, определяется посредством суммирования индивидуальных сил, требуемых для протаскивания трубы по каждому прямолинейному и криволинейному участку профиля скважины (рис. 5.15).

Для рассматриваемого участка натяжение левого конца определяется по уравнению равновесия статических сил:

где Т2 – натяжение в левом конце отрезка, требуемое для преодоления сопротивления трения; Т1 – натяжение в правом конце отрезка; это натяжение может быть нулевым на первом отрезке скважины, либо может определяться по сопротивлению трубы, остающейся на роликах; Fтр – сила трения между трубой и грунтом; Рсопр – гидравлическое сопротивление между трубой и вязким буровым раствором; qo – эффективный (погруженный) погонный вес одного метра трубопровода плюс вес внутреннего содержимого (если трубопровод заполнен водой); L – длина отрезка; α - угол оси прямолинейного

469

отрезка относительно горизонтали (нулевой угол соответствует горизонтали, 90° – вертикали).

Слагаемое со знаком ± разрешается в следующем порядке: (-), если Т2 направлено вниз по скважине; (+), если Т2 направлено вверх по склону;

(0), если участок скважины горизонтален, α = 0.

Рис.5.15. Модель участка трубопровода в скважине

Определим усилие для конечного момента протягивания, когда весь трубопровод, состоящий из двух прямолинейных и одного криволинейного участков находится в скважине, а колонна буровых труб на берегу, усилие сопротивления расширителя равно нулю.

Сила сопротивления перемещению трубопровода в вязкопластичном буровом растворе на единицу длину определена по формуле:

Запишем выражение (5.111) в развернутом виде.

Первый расчетный участок профиля длиной L1 представляет собой прямолинейный участок входа трубопровода в скважину.

Усилие на прямолинейном участке:

Второй расчетный участок профиля представляет собой криволинейный участок профиля длиной L2 с радиусом искривления R.

Усилие на криволинейном участке:

470

где

Третий расчетный участок представляет собой прямолинейный участок

длиной L3.

Усилие на прямолинейном участке:

Таким образом, найденное усилие Т3 является наибольшим по величине и по нему подбирается требуемая буровая установка.

5.1.5.2. Определение параметров бурового раствора

Объем бурового раствора, приготавливаемый в процессе бурения скважины, складывается из объема бурового раствора в скважине плюс потери раствора на очистных устройствах, на фильтрацию в трещиноватые и пористые пласты и минус объем раствора, который нарабатывается из разбуриваемых глинистых пород в процессе бурения. Таким образом, объем приготавливаемого раствора можно определить по формуле [109]:

где Vp – объем раствора, требующийся для бурения скважины, м3; Vцс – объем циркуляционной системы, м3; Vскв – объем скважины, м3; Vпот – потери раствора на очистных устройствах; αp - коэффициент, характеризующий потери раствора в результате его фильтрации (поглощения), αp=1,5; ∑ε - суммарная степень удаления выбуренной породы очистными устройствами, при использовании 4– ступенчатой очистки, ∑ε = 0,6-0,7; Kn – коэффициент коллоидальности разбуриваемых пород; Kn осадочных пород четвертичных отложений равен 0,3- 0,4; ρбр – плотность бурового раствора, используемого при бурении, г/см3; hГ – коэффициент глинистости, характеризующий содержание глин в разрезе, hГ=0,0 – 1,0; lnη – натуральный логарифм вязкости бурового раствора.

Объем скважины находим по следующей зависимости:

471

где КГ – коэффициент коллоидальности бентонитовой глины, КГ = 0,7; ρГ – плотность глины, г/см3.

Объем воды, необходимый для бурения и промывки пионерной скважины, равен:

где CТ – содержание твердой фазы в буровом растворе в долях единицы,

CТ = 0,07.

Общий объем бурового раствора VБ.Р для разработки пионерной и промывочной скважины длиной Lскв определяется по формуле, м3:

где Qp – расход бурового раствора, м3/мин; этот показатель составляет от 0,04 до 1 м3/мин при прокладке переходов в мягком грунте и до 2 м3/мин при строительстве переходов в скальных породах при применении крупногабаритного забойного двигателя; Р–ориентировочная производительность при бурении направляющей скважины, м/ч; этот параметр отражает производительность, а не скорость проходки. При расчете учитываются затраты времени на перебуривание, маркшейдерские операции, наращивание буровой штанги и т.п; f1p –коэффициент потери циркуляции (в результате инфильтрации раствора) в направляющей скважине; fp – коэффициент подачи, мин/ч.

Коэффициент fp отражает фактическое время работы растворного насоса, закачивающий буровой раствор в скважину. Например, коэффициент подачи, равный 35, означает, что закачка бурового раствора производится в течение 35 мин в расчете на каждый час бурения. Остальное время используется для проведения маркшейдерских замеров, наращивания буровой штанги и т.п.

472

Полный объем Vr потребляемого бурового раствора (не участвующего в рециркуляции) во время одного прохода для расширения направляющей скважины рассчитывается по нижеприведенной формуле. Если выполняется несколько проходов для предварительного расширения скважины, следует рассчитать значение Vr для каждого прохода либо умножить первое полученное значение на число проходов, в зависимости от точности расчета, требуемой для выполнения оценки:

где Qr - расход бурового раствора, м3/ мин; этот показатель составляет от 1 до

3,2 м3/мин и в основном зависит от диаметра расширителя; f1r – коэффициент потери циркуляции (в результате инфильтрации раствора) при предварительном расширении направляющей скважины; Тr – ориентировочная скорость проходки, или движение расширителя, м/мин.

Со скоростью Тr расширитель проталкивается по направляющей скважине. Данный параметр зависит от состояния грунта и размера расширителя и может составлять от 0,15 м/мин при проходке скальных пород до 0,9 м/мин при проходке мягких грунтов.

Полный объем Vb потребляемого бурового раствора (не участвующего в рециркуляции) во время протаскивания трубы при установке определяется по

где Qb - расход бурового раствора, м3/мин; этот показатель составляет от 1 до

3,2 м3/мин и в основном зависит от диаметра устанавливаемой трубы; f1b – коэффициент потери циркуляции (в результате инфильтрации раствора) при протаскивании трубы; Тb – ориентировочная скорость протаскивания трубы, или скорость движения, м/мин.

Со скоростью Тb труба протаскивается по расширенной скважине. Данный параметр зависит в основном от диаметра трубы, но также може зависеть от качества расширенной скважины. Скорость протаскивания трубы составляет от 0,3 м/мин до 1,6 м/мин.

5.1.5.3. Расчет параметров напряженнодеформированного состояния рабочего трубопровода

Выражение для проверки прочности трубопровода при протаскивании имеет вид:

473

Это гидростатическое давление должно создаваться столбом бурового раствора с плотностью ρбр высотой

Условие сохранения устойчивости запишем в виде:

гидродинамической составляющей давления, наличие осевого растяжения контактной реакции, эллиптичности сечения трубы, разностенности, возможное увеличение плотности бурового раствора.

Протаскивание трубопровода осуществляется усилием, развиваемым буровой установкой и передаваемым на плеть через колонну буровых труб. При протаскивании трубная плеть удерживается с использованием трубоукладчиков и кроме этого существует схема укладки рабочей плети с использованием опор.

Опора с полиуретановыми катками ОПК 1421-ТЗ предназчена для временного размещения и протаскивания по ним изолированных трубных плетей диаметром 720-1420 мм при бестраншейном строительстве переходов через преграды.

Опора состоит из сварной рамы и двух полиуретановых катков (рис. 5.16), установленных на верхних наклонных балках рамы на передвижных кронштейнах. Катки фиксируются в плоскости, наклоненной под углом 45° к горизонтальной плоскости. В зависимости от диаметра трубопровода (720, 820, 1020, 1220, 1420 мм) кронштейны с катками устанавливаются в различном положении.

При установке кронштейнов в положение, соответствующее трубопроводу диаметром 1420 мм, верхняя кромка катков находится на высоте 1075 мм. Положение центра трубопровода для этого случая

475

где kоп = 1,05 – коэффициент динамической перегрузки роликовой опоры; qтр – вес единицы длины рабочего трубопровода; Роп – грузоподъемность опоры.

Прогиб трубопровода между опорами определяется по формуле:

где I – момент инерции сечения трубопровода, равный:

При формировании схемы протаскивания определяются также следующие параметры.

Допустимая длина консоли определяется по формуле:

где m – коэффициент условий работы для перехода; W – осевой момент инерции сечения трубопровода, равный:

R2н – нормативное сопротивление трубной стали.

Расстояние от опоры до точки максимального подъема трубопровода на трубоукладчике определяется по формуле:

Lmax = 3 6 Eq I αвх . (5.145)

тр

Высота подъема трубопровода на расстоянии Lmax определяется по формуле:

Проверка трубопровода на недопустимые пластические деформации производится по условию:

477

5.2.Надземные переходы

Надземная прокладка трубопроводов или их отдельных участков допускается в пустынных и горных районах, в болотистых местностях, в районах горных выработок, оползней и в районах распространения вечномерзлых грунтов, на неустойчивых грунтах, а также на переходах через естественные и искусственные препятствия [92; 114].

На основании обобщения научных публикаций и опыта трубопроводного строительства выявлены наиболее распространенные системы надземных трубопроводных переходов (табл. 5.12) и предложена классификация по конструктивным признакам (рис. 5.18) [20; 21; 76].

Таблица 5.12

Наиболее распространенные системы надземных трубопроводных переходов

При подземной прокладке трубопроводов следует предусматривать проектные решения по компенсации продольных перемещений, при этом максимально использовать несущую способность самого трубопровода.

478