сп42-101-2003

ПРИЛОЖЕНИЕ Л (рекомендуемое)

МЕТОД НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

Л.1 ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Л.1.1 До начала строительства необходимо уточнить на местности проектное положение газопровода.

Л.1.2 Строительство газопроводов способом наклонно-направленного бурения должны выполнять специализированные организации, имеющие необходимое оборудование и соответствующую лицензию.

Л.1.3 Работы по бурению рекомендуется выполнять при положительных температурах окружающего воздуха. Работа по прокладке протяженных газопроводов при отрицательных температурах окружающего воздуха должна выполняться круглосуточно при непрерывной работе всех систем, бурильная установка и резервуары с буровым раствором должны находиться в укрытии с температурой воздуха не ниже плюс 5 °С. Не рекомендуется планировать работы на период, когда возможно понижение температуры до минус 20 °С. При строительстве газопроводов незначительной длины (до 100 м) и диаметром до 110 мм допускается протаскивание газопровода с одновременным расширением бурового канала.

Л.1.4 Напряжения в стенке трубы при ее протаскивании по буровому каналу не должны превышать:

Л.1.5 Максимально допустимое усилие протаскивания стального газопровода по буровому каналу рассчитывается по формуле

где - усилие протаскивания стального газопровода, Н;

- предел текучести применяемой стальной трубы, Н/мм;

- наружный диаметр трубы газопровода, мм;

- внутренний диаметр трубы газопровода, мм.

Л.1.6 Максимально допустимое усилие протаскивания газопровода из полиэтиленовых труб по буровому каналу не должно превышать величин, указанных в таблице Л.1.

Таблица Л.1

Усилия протаскивания газопровода рассчитаны исходя из следующих прочностных характеристик полиэтилена:

ПЭ 80 - - 15,0 МПа;

ПЭ 100 - - 25,0 МПа.

Для предупреждения повреждения полиэтиленового газопровода при протаскивании соединение расширителя с газопроводом следует изготавливать таким, чтобы оно разрывалось при возникновении усилия протаскивания газопровода

, большего, чем приведенное в таблице Л.1.

Л.1.7 Выбор бурильной установки производится по результатам расчета общего усилия протаскивания согласно разделу Л.4 настоящего приложения. Примеры расчета общего усилия протаскивания и усилия протаскивания газопровода из полиэтиленовых труб диаметром 110 мм при строительстве подводного перехода приведены в приложении М.

Л.1.8 Диаметр бурового канала для протаскивания стального газопровода определяется проектом и зависит от возможностей бурильной установки, применяемого оборудования, длины и диаметра прокладываемого газопровода.

Л.1.9 Соотношения диаметра бурового канала, диаметра трубы и длины газопровода из полиэтиленовых труб приведены в таблице Л.2.

Таблица Л.2

Для твердых почв - сухой глины и плотного, слежавшегося песка диаметр бурового канала должен быть 1,5 диаметра трубы.

Л.1.10 Для контроля трассы бурения (определения местонахождения буровой головки в грунте) применяются различные системы локации.

Л.2 РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАССЫ

Л.2.1 Основными геометрическими параметрами трассы газопровода являются (рисунки Л.1-Л.3):

- - длина пилотной скважины (длина бурового канала; длина трассы газопровода);

- - длина пилотной скважины в плане;

- - диаметр бурового канала;

- - заглубление пилотной скважины от точки забуривания;

- - заглубление пилотной скважины от точки выхода буровой головки из земли;

- - глубина (по вертикали) точки забуривания во входном приямке от поверхности земли;

- - заглубление пилотной скважины от поверхности земли при забуривании;

- - заглубление пилотной скважины от поверхности земли при выходе буровой головки из земли;

- - угол забуривания (входной угол);

- - средний расчетный текущий угол для вычислений при переходе от точки забуривания до точки максимального заглубления;

- - угол на выходе буровой головки из земли;

- - средний расчетный текущий угол для вычислений при переходе от максимального заглубления до выхода буровой головки из земли.

Рисунок Л.1 - Основные геометрические параметры трассы

Рисунок Л.2 - Схема забуривания пилотной скважины

Рисунок Л.3 - Схема перехода пилотной скважины от максимального угла забуривания к нулевому углу

Расчеты геометрических параметров пилотной скважины

Л.2.2 Расстояние от лафета бурильной установки до точки входа буровой головки в землю (точки забуривания) во входном приямке (рисунок Л.2) определяется по формуле

где - расстояние по горизонтали от лафета буровой установки до точки входа буровой головки в землю во входном приямке, м;

- глубина точки входа бура в землю во входном приямке (определяется проектом), м;

- угол входа бура в землю (угол забуривания) (характеристика буровой установки), град.

Л.2.3 Радиус кривизны пилотной скважины при забуривании (рисунок Л.1) определяется при переходе от максимального угла при забуривании к нулевому на максимальной глубине (пилотная скважина выполняется по плавной дуге) и по формуле

где - радиус кривизны пилотной скважины при забуривании, м;

- заглубление пилотной скважины от точки забуривания (определяется проектом).

Длина пилотной скважины при переходе от максимального угла при забуривании к нулевому углу (рисунки Л.1, Л.2) рассчитывается по формуле

где - расчетная длина пилотной скважины от точки забуривания до точки максимального заглубления (от точки до точки ), м.

Л.2.4 Количество буровых штанг необходимое для выполнения пилотной скважины длиной , определяется по формуле

где - длина одной штанги;

- количество буровых штанг, необходимое для бурения пилотной скважины длиной .

Л.2.5 Величина изменения текущего угла на каждой штанге при выполнении пилотной скважины на длине рассчитывается по формуле

где - изменение угла на каждой штанге.

Л.2.6 Для упрощенных расчетов величины заглубления буровой головки в земле при переходе от максимального угла при забуривании (рисунки Л.2, Л.3) к нулевому при горизонтальном положении буровой головки необходимо определить средний

расчетный текущий угол по формуле

где - средний расчетный текущий угол для вычислений;

- текущий угол (в пределах от при забуривании до 0°), рассчитывается по формуле

где - текущее число штанг, необходимое для проходки пилотной скважины длиной (=1; 2; 3,..., ).

Л.2.7 Расчет текущего заглубления пилотной скважины (рисунки Л.2, Л.3)

где - текущая длина пилотной скважины (от 0 до );

- средний текущий расчетный угол.

На рисунке Л.3 графически показаны:

-текущая длина пилотной скважины: =; ; , +, ;

-текущее заглубление пилотной скважины: =; ; , +, .

При этом расчет текущего заглубления на выходе газопровода (на длине ) выполняется аналогично расчету на входе (на длине ).

Л.2.8 Радиус кривизны пилотной скважины на выходе пилотной скважины из грунта (рисунок Л.1) рассчитывается по формуле

где - длина прямолинейного участка;

- общая длина пилотной скважины от точки входа до точки выхода (от точки до точки ).

При наличии нескольких прямолинейных и криволинейных участков общую длину пилотной скважины рассчитывают по формуле

где ; ; ; ; - длины различных прямолинейных и криволинейных участков.

Рисунок Л.4 - Расчетные параметры пилотной скважины

Л.2.11 Длина пилотной скважины в плане от точки входа в грунт до точки максимального заглубления (рисунок Л.1) определяется по формуле

где - длина пилотной скважины в плане от точки до точки .

Л.2.12 Длина пилотной скважины в плане от точки максимального заглубления до точки выхода из земли определяется по формуле

где - длина пилотной скважины в плане от точки до точки .

Л.2.13 Общая длина пилотной скважины в плане от точки забуривания до точки выхода пилотной скважины из земли состоит из

где - длина прямолинейного участка в плане;

- общая длина пилотной скважины в плане от точки до точки .

При наличии нескольких прямолинейных и криволинейных участков длину трассы рассчитывают по формуле

где ; ; ; ; - длины конкретных криволинейных и прямолинейных участков пилотной скважины в плане.

По результатам расчетов параметров трассы газопровода оформляют профиль бурения (форма Г) и карту бурения (форма Д).

Л.2.14 Для расчета тяговых усилий при горизонтальном направленном бурении необходимо определить общий теоретический радиус кривизны бурового канала (рисунок Л.1):

а) для простых трасс, выполненных по плавной дуге, общий теоретический радиус равен фактическому радиусу кривизны бурового канала и рассчитывается по формуле

б) для сложных трасс за радиус кривизны пилотной скважины принимают радиус вписанной окружности, наиболее приближенной к проектному профилю пилотной скважины, который рассчитывают по формуле (рисунок Л.1)

. (22)

Л.2.15 Длина плети газопровода, необходимая (и достаточная) для протаскивания, определяется по формуле

где - длина трубы прокладываемого газопровода, м;

- расчетная длина, м;

- отклонение фактической длины бурового канала от расчетного размера: 10-20% для газопровода из полиэтиленовых труб, 3-5% для стального газопровода, м;

- участки газопровода вне бурового канала: 1,5-2,5 м, м.

Л.2.16 Объем грунта удаляемого из скважины, определяется по формуле

где - диаметр бурового канала (пилотной скважины), м;

- теоретическая длина бурового канала, м.

Л.2.17 Потребность в буровом растворе , необходимом для качественного бурения, зависит от типа грунта и колеблется в

значительных пределах. В среднем для того чтобы вывести из скважины на поверхность один объем грунта, требуются 3-5 объемов бурового раствора (для сыпучего песка - 6-10 объемов).

Л.2.18 Минимальное время бурения пилотной скважины (бурового канала) составляет

где - объем бурового раствора, который необходим для качественного бурения, л;

- производительность насоса бурильной установки, л/мин (характеристика бурильной установки).

Л.2.19 Максимальная скорость бурения

Л.3 РАСЧЕТ УСИЛИЯ ПРОХОДКИ ПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ

Л.3.1 Исходя из закона равновесия сил взаимодействия усилие проходки пилотной скважины определяют как сумму всех видов сил сопротивления движению буровой головки и буровых штанг в пилотной скважине:

, (27)

где - лобовое сопротивление бурению (сопротивление движению буровой головки в грунте) с учетом искривления пилотной скважины;

- сила трения от веса буровых штанг (в скважине);

- увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.Протодьяконову);

- увеличение силы трения от наличия на буровых штангах выступов за пределы наружного диаметра;

- дополнительные силы трения от опорных реакций;

- сопротивление перемещению буровых штанг в зоне забуривания за счет смятия стенки скважины;

- сопротивление на выходе при переходе от криволинейного движения к прямолинейному.

Расчет усилия проходки пилотной скважины выполняется для двух пограничных состояний:

-при благоприятных условиях: при наличии качественного бурового раствора, отсутствии фильтрации раствора в грунт, при хорошо сформированной и стабильной пилотной скважине;

-при неблагоприятных условиях: при обрушении грунта по длине пилотной скважины и фильтрации бурового раствора в грунт.

Л.3.2 Лобовое сопротивления бурению рассчитывается по формуле

где - сила сопротивления бурению, Н;

- текущая длина пилотной скважины при бурении от точки забуривания до выхода пилотной скважины из земли (от 0 до 1),

м;

- радиус кривизны пилотной скважины, м;

- условный коэффициент трения вращающегося резца о грунт, рассчитывается по формуле

где - коэффициент трения резца о грунт;

- диаметр буровой головки, м;

- подача на оборот, рассчитывается по формуле

где - скорость бурения, м/мин;

- угловая скорость бурения, об/мин.

Сила сопротивления бурению при разрушении грунта вращающейся буровой головкой рассчитывается по формуле

где - коэффициент сцепления грунта, Н/м (Па);

- ширина резца, м;