книги / Типовые расчеты при сооружении и ремонте газонефтепроводов
..pdf-0,0152У .|,15 .|0 ‘ .(7,4 + 1,0)-
2-2,1-10 1 следовательно, устойчивость трубы против смятия обеспечивается.
Пример 5.2. Определить параметры балластировки трубопровода. Исходные данные взять из предыдущего примера.
Решение
1. При балластировке одиночными кольцевыми железобетонными грузами УТК 1020-24-2 (см.табл.5.4) расстояние между грузами рассчитаем по формуле (4.65)
, r = ^ L ^ . - U 5 J 0 _ 4 l,76 =
г7533
2.Потребное число грузов по формуле (4.68)
N= 350/2,58+ 135,7* 136
3. При балластировке сплошным обетонированием диаметр
обетонированной трубы по формуле (5.9) |
|
|
|
I я’• 0,9 • 1,0242 -2 ,3 -1 0 4 +4- 19 + 99 + — |
-3620 |
DK= 1 |
0,4 |
= 1,496 м. |
|
||
л--(о,9-2,3-104 -1,15-1,15-104)
4.Толщина слоя бетона по формуле (5.10)
56 =1,496 -1,024 / 2 = 0,236м = 236 мм.
Пример 5.3. Рассчитать параметры укладки подводного трубопровода на дно траншеи протаскиванием на первой и четвертой стадиях.
Исходные данные взять из первого примера. Дополнительно (ргр = 22 ; сгр
=12 кПа; балластировка произведена кольцевыми железобетонными
пригрузами УТК 1020-24-2, толщина груза (/ = 0,2 м; Д, г= 1,5 м; Dmp=DH(p= 1,07 м; угр= 1,7 104 Н/м3; q„c= 0,3 кН/м2.
Решение
1. Расчетная нагрузка от веса футеровки по формуле (5.16)
Чфут = l'I • 7600 *(1,072 -1,0242) = 632 Н/м.
2. Вес офутерованного трубопровода в воздухе по формуле (5.15)
G - 350(3620 + 17725 + 32) = 7692000Н = 7692 кН.
3. Сопротивление трубопровода сдви^ по формуле (5.13)
|
|
С = 35012- 0,3 |
1,02 = 1285 |
кН. |
|
|
|||
4. Длина хорды пршруза по формуле (5.18) |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
м. |
|
|
.5. Пассивный отпор грунта по формуле (5.17) |
|
|
|
||||||
£ = 136 1,05 |
17-0.22 |
2( лс. |
22°) |
„ |
„ „ |
( лс. |
22° |
= 1123 кН. |
|
— ----- 'Г |
45“+ — |
+ 2 1 2 |
0,2 /g 45“+ — |
||||||
6 . |
Усилие протаскивания по формуле (5.14) |
|
|
|
|||||
|
|
Тпр= 0,4- 7692 + 1285 +1123 = 5484 кН. |
|
||||||
7. Переходим к четвертой стадии. Принимаем S - |
500 |
м2,/в = 0,32. |
|||||||
8 . Вес протаскиваемого трубопровода в воде по формуле (5.21) |
|
||||||||
|
|
Ge= 350(3620+7533-9466) = 590450 Н * 590 кН. |
|
||||||
9. Пассивный отпор грунта в воде по формуле (5.24) |
|
|
|||||||
£ |
=136-1,05 |
(17-11,5)-0,22 |
2 |
2 2 “ 1 |
|
|
|
||
-------- i r — 1— « |
45“ + — |
+ 2 -1 2 -0 ,2 -® |
2 JJ |
||||||
= 136 кН. |
|
|
|
2 |
J |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10. |
Усилие протаскивания по формуле (5.23) |
|
|
|
|||||
Тпр= 0,32 -590 + 136 + 0,3 -500 = 475 кН
11. Результаты расчетов усилия протаскивания 7^ по формулам (5.14) (5.23) показывают, что на первой стадии протаскивания по грунтовой дорожке значение Тпр превышает технические возможности самой мощной лебедки ЛП151, даже при использовании подвижного блока. Для уменьшения Тпр используем рельсовую спусковую дорожку ОСД-3 с собственным весом одной тележки GT = 13 кН, коэффициентом трения качения f K= 0 ,0 0 1 2 м; радиусом колеса тележки RT = 0,4 м, радиусом оси тележки rf= 0,09 м, грузоподъемностью 250 кН.
12. Сопротивление, создаваемое трением качения колеса тележки по
рельсам, по формуле (5.26) |
|
|
|
(3,62 +17,23) • ( 1 + — |
] • 1,0012 |
||
Т, = ------------------ |
Ь— 2 Ш --------- |
= 0,06674 кН/м. |
|
|
0,4 |
|
|
13. Сопротивление, создаваемое трением скольжения в подшипниках |
|||
осей тележки, по формуле (5.27) |
|
|
|
(3,62 +17,23) • ( 1 + — |
] • 0,05 • 0,09 |
||
Т2 = ------------------ |
^ |
-------------- |
= 0,2527 кН/м. |
|
0,4 |
|
|
14. Дополнительное сопротивление, создаваемое трением реборд колес о |
|||
рельсы при движении, по формуле (5.28) |
|
|
|
Г3 = 0,5(0,0674 + 0,2527) = 0,1587 кН/м. |
|||
15. Сопротивление, |
создаваемое трением |
тягового колеса о 1рунт по |
|
формуле ( 5.29), принимая канат для лебедки ЛП-151 диаметром 60,5 мм с qK= 140 Н/м,
Г4 = 0,14 1,0 = 0,14 кН/м. 16. Усилие протаскивания по формуле (5.25)
Тпр= [2 (0,0674 + 0,2527 + 0,1587) + 0,14] -350 = 384 кН.
17. Расчетное тяговое усилие в этом случае по формуле (5.34)
Тр = 1,1- 384 =423 кН.
18. Для четвертой стадии протаскивания по той же формуле (5.34).
7^=1,1-475 =523 кН.
19. Очевидно, теперь можно заменить лебедку ЛП-151 на ЛП-1А с тяговым усилием 7 ^ = 720 кН. В обоих случаях условие (5.35) выполняется.
Пример 5.4. Определить допустимую глубину погружения трубопровода на трех этапах: начальном, промежуточном и конечном.
Исходные данные: DHX SH= 1020x15,2 мм; Г)лн= 989,6 мм; W = 9,0410‘3 м3; /=6,05 10'3 м4; /?2 = 270 МПа; q„ = 4140 Н/м при коэффициенте надежности по нагрузке от собственного веса пс в = 1,1 ; qU3= 46 Н/м; q(f>ym= 632 Н/м; q6aMM= 7533 Н/м; qa = 9466 Н/м; трубопровод имеет отрицательную плавучесть и поддерживается на плаву понтонами с qnm= 5000 Н/м.
Решение
5.4.1.Начальный этап
1.Нагрузка от собственного веса трубопровода
Чтр = Ям+ Яиз + Яфут = 4140 + 46 + 632 = 4818 Н/м. 2. Нагрузка qx ,q 2n (опо формулам (5.32), (5.53)
qx = 4818 + 7533 - 9466 = 2885 Н/м; q2= 5000 + 9466 -4818 - 7533 = 2115 Н/м;
а> = q i+ q 2= 2885 + 2115 = 5000 Н/м.
3.Параметр ш по формуле (5.39)
т= 2115/5000 = 0,423.
4.По графику (см.рис. 5.7) для q2! qmp = 2115/4818 = 0,44 отношение
|
|
|
yJD H= 0,32, откуда у0= 0,3264 |
м. |
|
||
5. Параметр f t по формуле (5.40) |
|
|
|
||||
|
|
|
2885 |
= 13,19-10“* |
- ~ ;/? = 3,63-10-2 1 |
||
|
i^ ô 0,3264. • 2,1• 1011-6,05 |
10" 3 |
м |
м |
|||
6 . Безразмерные максимальные напряжения на участке b по формуле |
|||||||
(5.43) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9,04-10- |
= 1,2875. |
||
|
|
ста = 2 -13,19 10-4 -270 |
|||||
7. Безразмерная длина участка а |
5,0 -10- 3 |
|
|
||||
по формуле (5.41) |
|
|
|||||
- |
U |
к -гг7 п \ I |
0,423-1,2875 |
|
|
|
|
а |
|
' |
Ц 1 - 0,423) - [2 - (1 - л/1 - 0,423 J - 0.423J ~ ’ |
||||
8 . Безразмерная длина участка с по формуле (5.42) |
|
|
|
||||
|
” _ I |
0,423-1,2875 |
, |
I |
271 |
||
|
С |
V0 - 0,423) • [2 • (l - |
Vl - 0,423)- 0,423] |
|
” ' |
||
9. Безразмерная величина поперечной силы по формуле (5.44) |
|||||||
|
|
|
Q0 = 0,423 -2,71 - 0,9136 = 0,2327. |
|
|||
10. |
Так как |
Qc > 0 то |
<Уь> сг„ и по формуле (5.46) можем определит |
||||
безразмерную допустимую глубину укладки трубопровода |
|
|
|||||
т |
2-2,71 |
|
|
r 2 ,l\2 |
+ 2,71 + 1 -0,423 x |
h = |
(0,423-2,71-0,9136) |
3 |
|||
|
0,423 |
|
|
|
|
|
2,712 |
2»7l - i | + .0 *9 1 3 6 4 |
= 16,293 |
||
|
12 |
12 |
12-2,71 |
|
|
11. Длина участка a по формуле (5.47)
a= 0,9136/3,63-10-2 =25 M.
12.Длина участка с по формуле (5.48)
с= 12,71/3,63-10'2 = 74,7 м.
13.Допустимая глубина погружения по формуле (5.49)
he= 0,3264 16,293 + 1 ,0 2 = 6,34 м.
5.4.2.Промежуточный этап
14.По отношению q\lq2 - 2885/2115 = 1,364 находим на графиках (см.
рис.5.9) у/а = 0,26 и ^ = 0,23.
15. Изгибающий момент на участке а по формуле (5.54)
. . |
13• 6,34• 2,1 • 105 • 6,05 10“3 -5,0• 10-3 |
„ ^ „ ЛЛ1„ Т |
Л/а = у ---- :----------------------------------------- |
0,26 = 2,02 МН м. |
|
16.Изгибающий момент на участке b по формуле (5.55)
Мг _ ^ 3 -6,34-2,Г 105 -6,05 10"3 -5,010‘ 3 0,23 = 1,79 МН м.
17. Максимальные изгибающие напряжения на участках сплЬпо формуле
(5.56)
о тах =2,02/9,04 1 0 -3 =223 МПа.
а>>тах = 1,79/9,04 1 0 _3 =198 МПа.
Как видно, и в том, и в другом случае o‘max<R2.
18. По графику (см.рис.5.10) для отношения q xl q 2 = 1,364 находим коэффициент п= 2 ,3 .
19.Длина участка а по формуле (5.57)
д_ , ( 6 -6,34-2,1 105 -6,05 10~3
°V5,0• 10-3 • (2,3-0,5)-0,25• 2,34 • 2,115• 10~3 = ? 6 ’6 М'
20.Длина участка с по формуле (5.58)
Наименование |
Обозначение |
Величина |
Диаметр скважины, мм |
А™ |
1,372 |
Угол входа рабочего трубопровода, град |
|
6” |
Угол выхода рабочего трубопровода, |
Оеых |
9 |
град |
|
1225 |
Радиус кривизны профиля (участок 2), м |
R |
|
Длина скважины по оси с учетом |
Lare |
412,50 |
упругого изгиба, м |
|
435,7 |
Длина трубопровода с учетом |
Ьоб |
|
технологического запаса,м |
|
|
Длина участков |
L\ |
45,56 |
1.прямолинейный, м |
||
2.криволинейный, м |
Ьг |
321,06 |
3.прямолинейный,м |
ь |
45,88 |
Балластировка трубопровода |
|
100% |
Заполнение рабочего трубопровода |
|
|
водой, % |
|
|
Характеристики трубопровода |
DH |
1020 |
Наружный диаметр, мм |
||
Масса 1м трубы по ТУ-14-3-1573-99, кг |
мт |
517,37 |
Внутренний диаметр, мм |
D ., |
978 |
Толщина стенки номинальная, мм |
А |
21 |
Плотность материала труб, кг/м3 |
Рто |
7850 |
Предел прочности стали, МПа |
Ri |
540 |
Предел текучести стали, МПа |
R2 |
390 |
Расчетное сопротивление трубной стали |
R i |
203,48 |
по пределу текучести, МПа |
|
3,5 |
Толщина изоляции, мм |
А |
|
Плотность материала изоляции, кг/м3 |
Pu |
970 |
Вес единицы длины трубопровода с |
Quip |
5182,4894 |
изоляцией, Н/м |
|
0,5 |
Коэффициент трения трубопровода и |
f |
|
бурильных труб в скважине |
|
0,05 |
Коэффициент трения при движении |
fp |
|
трубопровода на роликовых опорах |
|
100 |
Динамическое напряжение сдвига |
То |
|
бурового раствора, Па |
|
|
Плотность бурового раствора, кг/м3 |
Рбо |
1100 |
Скорость протаскивания трубопровода, |
U |
1,5 |
м/мин |
|
|
Решение
1. Выталкивающая сила, действующая на изолированный трубопровод в буровом растворе по формуле (5.107)
Я ' = ~ Л’-~ ! 1100 9,81 = 8939,1 Н/м.
4
Таким образом, максимальное тяговое усилие протаскивания рабочего трубопровода составляет 861,9 кН. Выбранная буровая установка, например Chtrrington 60/300R (США) или EG 3204 (Германия), вполне обеспечивает необходимое усилие протаскивания и подходят для производства работ по наклонно-направленному бурению при строительстве перехода заданных параметров, т.к. они могут обеспечить максимальное 1,5-кратное тяговое усилие, равное: 861,9 1,5 = 1292,9 кН.
11.Площадь поперечного сечения трубопровода по формуле (5.148)
„ |
(1,0202 - 0,9782) |
|
F - ж - -------------------- = 0,0659 м2 |
||
|
4 |
|
12.Проверка трубопровода на недопустимые пластические деформации |
||
по формуле (5.147) |
|
|
861,9 103 |
2,1-1 0 " -1,02 = 100,51 |
106Н/м2 =100,51 МПа. |
0,0659 |
2-1225 |
|
|
100,51 МПа <203,48 |
МПа. |
Проверка трубопровода на недопустимые пластические деформации выполняется.
Пример 5.6. Рассмотреть возможность смятия трубопровода диаметром DH- 1020 мм для двух расчетных случаев.
Решение
1. Диаметр трубопровода Д = 1,02 м, толщина стенки <$,=0,021 м. Плотность бурового раствора рбр = 1200 кг/м3 Разность высот, в результате наличия которой создается давление бурового раствора, Я = 30 м.
С использованием формул (5.134) и (5.133) находим критическую величину столба бурового раствора
V » — ^ f - Ï |
------ y u ^ . m |
=342.1 ». |
U > J |
1200 9,81(1-0,3’ ) I 1.02 |
] |
Проводим сопоставление критической и рабочей высот по формуле (5.135) 30<0,75-342,1 =256,6 м,
что говорит о наличии значительного запаса по смятию данного трубопровода. 2. Толщина стенки 8„= 0,011 м. Плотность бурового раствора
рбР= 1800кг/мэ. Находим hKp
2-2,M O11
1800-9,8 К 1 -0 .3 2)
30>0,75-32,8=24,6 м.
В этом случае требуется увеличение толщины стенки трубопровода, так как глубина его погружения превышает критическую величину.
Пример 5.7. При исходных данных примера 5.5 произвести расстановку опор и кранов-трубоукладчиков в стартовом положении рабочего трубопровода перед его протаскиванием в скважину. Уклон местности на которой находится трубная плеть составляет аЯ1= 0°42\ при протаскивании используются роликовые опоры типа ОПР грузоподъемностью Роп= 100 кН.
|
Решение |
|
|
1. |
Высота расположения оси |
трубопровода над уровнем земли по |
|
формуле (5.139) |
|
|
|
|
h = 0,364 + 0,5-0,229 + |
1,027 |
м. |
|
- 1 1 |
||
2. Расстояния между опорами по формуле (5.140)
Принимаем расстояние между опорами £оп= 18 м.
3. Момент инерции сечения трубопровода по формуле (5.141)
/= — • (1,020* - 0,978* ) = 0,0082256 м4
64
4.Прогиб трубопровода между опорами по формуле (5.141)
3842,1 -10м -0,0082256
5.Осевой момент инерции сечения трубопровода по формуле (5.144)