книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdfгде
F = fs ig n \ ~ 1j + |
4 0 cosa<aJ |
(5.115) |
А = е11“-* ~а“1 |
(5.116) |
|
G= |
R q ° |
(5.117) |
( / 2 + 1) |
|
|
Третий расчетный участок представляет собой прямолинейный участок длиной L3.
Усилие на прямолинейном участке:
Т )= Т 2 + ( f -\q„\-cosaeblx - q„ ■sinaeblx + ра) Ц |
(5.118) |
Таким образом, найденное усилие 7з 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]:
Г |
1 |
^ |
• Рбп ’ Иг • 100 |
Ур = К |
+ У *.-“р+УпJ - ^ . 0 |
- 1 » |
1пт}Р ------- . (5-119) |
где Ур - объем раствора, требующийся для бурения скважины, м3; Уцс - объем циркуляционной системы, м3; Ускв - объем скважины, м3; Упот- потери раствора на очистных устройствах; Ор - коэффициент, характеризующий потери раствора в результате его фильтрации (поглощения), *у=1,5; Не - суммарная степень удаления выбуренной породы очистными устройствами, при использовании 4 - ступенчатой очистки, = 0 ,6 -0 ,7; Кп - коэффициент коллоидальности разбуриваемых пород; Кп осадочных пород четвертичных отложений равен 0,3- 0,4; р6р - плотность бурового раствора, используемого при бурении, г/см3; hr - коэффициент глинистости, характеризующий содержание глин в разрезе, hr=0 ,0 - 1 ,0 ; 1пт]- натуральный логарифм вязкости бурового раствора.
Объем скважины находим по следующей зависимости:
DCKe - диаметр скважины, |
м; LCKa - длина скважины, м; р |
коэффициент |
кавернозности, Р= 1,2 - 1,5. |
|
|
Тогда объем потерь раствора составит: |
|
|
Vnom=VCKe^ e - l ,6 6 |
(5.121) |
|
Массу глинопорошка определяют по формуле: |
|
|
А = У |
1п71 Р г |
(5.122) |
р Р р к г - т
где Кг - коэффициент коллоидальности бентонитовой глины, Кг = 0,7; р, ~ плотность глины, г/см3
Объем воды, необходимый для бурения и промывки пионерной скважины, равен:
Уь = [УЧс + УскаСС+ |
-Ст) , |
(5.123) |
где Сг- содержание твердой фазы в буровом растворе в долях единицы, Ст= 0,07.
Общий объем бурового раствора УЬР для разработки пионерной и промывочной скважины длиной LCKeопределяется по формуле, м3:
y , , = Q p - ^ f - f p Ар |
(5.124) |
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 napaMeip отражает производительность, а не скорость проходки. При расчете учитываются затраты времени на перебуривание, маркшейдерские операции, наращивание буровой штанги и т.п; f p -коэффициент потери циркуляции (в результате инфильтрации раствора) в направляющей скважине; f p - коэффициент подачи, мин/ч.
Коэффициент f p 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.
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:
K - Q r - ^ f i r |
(5-125) |
* г |
|
где Qr - расход бурового раствора, м3/ мин; этот показатель составляет от 1 до
3,2 м3/мин и в основном зависит от диаметра расширителя; f \ r - коэффициент потери циркуляции (в результате инфильтрации раствора) при предварительном расширении направляющей скважины; Тг - ориентировочная скорость проходки, или движение расширителя, м/мин.
Со скоростью Тг 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 Уь потребляемого бурового раствора (не участвующего в рециркуляции) во время протаскивания трубы при установке определяется по формуле:
(5-126)
1ь
где Qh - расход бурового раствора, м3/мин; этот показатель составляет от 1 до
3,2 м3/мин и в основном зависит от диаметра устанавливаемой трубы; /\ь - коэффициент потери циркуляции (в результате инфильтрации раствора) при протаскивании трубы; Ть - ориентировочная скорость протаскивания трубы, или скорость движения, м/мин.
Со скоростью Ть 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:
где акц - кольцевые напряжения от действия наружного давления на трубопровод; апр- максимальные продольные напряжения в трубопроводе;
R] - расчетное сопротивление металла труб растяжению (сжатию).
^5128)
где рн - гидростатическое давление бурового раствора; DH- наружный диаметр трубопровода; 5 - толщина стенки трубопровода.
|
о пр = <гя +<^ |
(5-129) |
где <тп - |
напряжения от изгиба трубопровода; а5- |
растягивающие напряжения |
от действия осевого усилия при протаскивании трубопровода. |
||
|
Рп=РбрёН |
(5.130) |
где р бр |
плотность бурового раствора, р б = |
1 2 0 0 кг/м3; g - ускорение |
свободного падения, g = 9,81 м/с2; Н - максимальное значение разности высотных отметок входного или выходного сечения с наиболее низкой точкой скважины.
(5.131)
2R
где Е - модуль упругости металла труб; R - минимальный радиус профиля скважины.
(5.132)
где Ттах - максимальное усилие протаскивания; F - площадь поперечного сечения трубопровода.
При протаскивании без заполнения или неполном заполнении водой проводится проверка трубопровода на смятие. Если трубопровод не выдерживает расчетную проверку на смятие, толщина стенки должна увеличиваться.
Смятие происходит при значении давления, равного:
2Е f S V
A ' “ I - , I ! U > J
Это гидростатическое давление должно создаваться столбом бурового раствора с плотностью р 6р высотой
(5.134)
Условие сохранения устойчивости запишем в виде:
|
H < K cuhKp |
|
(5.135) |
|
где |
^ ,= 0 ,75-коэффициент |
перегрузки, |
учитывающий |
влияние |
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
V2 |
(5.136) |
Ках = 1075 + 0,5D„ cos45° = 1075 + 0,5 • 1420 • — = 1577 мм. |
При расположении на опорах трубопровода с меньшим диаметром
0,5(1420 - Р „ )
(5.137)
cos 45°
где kon= 1,05 - коэффициент динамической перегрузки роликовой опоры; qmp - вес единицы длины рабочего трубопровода; Р оп - грузоподъемность опоры.
Прогиб трубопровода между опорами определяется по формуле:
1 ЧтрL*
(5.141)
384 E l
где I - момент инерции сечения трубопровода, равный:
/ - £ • < / * - l > i ) |
(5.142) |
При формировании схемы протаскивания определяются также следующие параметры.
Допустимая длина консоли определяется по формуле:
|
f l |
W |
(5.143) |
|
V |
|
|
|
Ятр |
|
|
где |
т - коэффициент условий работы для перехода; W - |
осевой момент |
|
инерции сечения трубопровода, равный: |
|
||
|
W3 = |
1 - |
(5.144) |
|
32 |
D ,, |
|
R2 |
- нормативное сопротивление трубной стали. |
|
|
|
Расстояние от опоры до точки максимального подъема трубопровода на |
||
трубоукладчике определяется по формуле: |
|
||
|
V |
Ятр |
(5.145) |
|
|
||
|
Высота подъема трубопровода на расстоянии L max определяется по |
||
формуле: |
|
|
|
|
, |
гА |
|
|
Ятрутах |
(5.146) |
|
|
~ h * |
i m |
|
|
|
||
Проверка трубопровода на недопустимые пластические деформации производится по условию:
Переход с Т-образными консольными опорами отличается от предыдущего тем, что опоры выполнены в виде рамы 3 из консольных балок, параллельных трубопроводу, соединенных между собой поперечинами 4 , на которые укладывается трубопровод 1 . С целью усовершенствования этой конструкции и уменьшения ее металлоемкости опоры дополнительно снабжаются вантами 5, полученный таким образом переход носит название балочный переход с вантовыми консольными опорами (рис. 5.19).
Рис.5.19. Балочные трубопроводные переходы с консольными опорами:
а- балансирно-пространственными; б - Т-образными; в - вантовыми; г - однорядная консольная ферма; 1 - трубопровод; 2 - продольно-подвижные опорные части; 3 - стержневая рама; 4 - верхний пояс; 5 - ванта; 6 - консольная ферма
Следующая конструкция трубопроводного перехода (рис.5.20) состоит из концевых опор 2 и 4, содержит поддерживающий элемент в виде фермы 3, которая может иметь прямоугольное поперечное сечение, образованное двумя плоскими фермами, соединенными между собой с помощью поперечных и диагональных связей в единую жесткую конструкцию, либо сечение в виде равнобедренного треугольника, благодаря этому такая конструкция обладает меньшей материалоемкостью. Внутри фермы размещается трубопровод I. Пояса ферм 5 могут иметь тавровое поперечное сечение, решетка 6 может быть выполнена из равнобоких уголков.