Перекладка двухниточного газопровода на переходе через реку Москва в районе города Жуковский методом наклонно-направленного бурения

Устойчивость круглой формы поперечного сечения газопровода проверяется

условием:

[pic]

В качестве критической величины внешнего давления принимается меньшее

из двух значений:

|[pic] |

При меженном уровне воды в реке:

[pic]

При высоком уровне воды в реке:

[pic]

Таким образом, устойчивость круглой формы сечения газопровода

обеспечена.

6.2. РАСЧЕТ УСИЛИЯ ПРОХОДКИ ПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ

6.2.1. 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:

[pic] (27)

где: [pic] - лобовое сопротивление бурению (сопротивление движению буровой

головки в грунте) с учетом искривления пилотной скважины;

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

[pic] - увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного

свода равновесия (по М.М. Протодьяконову);

[pic] - увеличение силы трения от наличия на буровых штангах выступов за

пределы наружного диаметра;

[pic] - дополнительные силы трения от опорных реакций;

[pic] - сопротивление перемещению буровых штанг в зоне забуривания за счет

смятия стенки скважины;

[pic] - 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,

отсутствие 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.

6.2.2. Лобовое сопротивление бурению [pic] рассчитывается по формуле:

[pic][pic] (28)

где: [pic] - сила сопротивления бурению, Н;

Ii – текущая длина пилотной скважины при бурении от точки забуривания до

выхода пилотной скважины из земли (от 0 до I), м;

R – радиус кривизны пилотной скважины, м;

[pic] - условный коэффициент трения вращающегося резца о грунт

рассчитывается по формуле:

[pic] (29)

где: fp – коэффициент трения резца о грунт;

dr – диаметр буровой головки, м;

h – подача на оборот рассчитывается по формуле:

[pic] (30)

где: (- скорость бурения, м/мин;

( - угловая скорость бурения, об./мин.

Сила сопротивления бурению [pic] при разрушении грунта вращающейся буровой

головкой рассчитывается по формуле:

[pic] [pic] (31)

[pic]где: С0 – коэффициент сцепления грунта, Н/м2 (Па);

[pic]m – ширина резца, м;

[pic]ер – глубина врезания (вылет резца), м;

[pic]( - угол внутреннего трения грунта, радиан.

6.2.3. Сила трения от веса буровых штанг в пилотной скважине [pic]

рассчитывают по формуле:

[pic] (32)

где: qш – погонный вес буровых штанг за вычетом выталкивающей силы бурового

раствора, Н/м;

R – радиус кривизны бурового канала, м;

I – длина пилотной скважины, м;

Ii – текущая длина пилотной скважины, м.

[pic] - углы в радианах (1 радиан – 57,30)

[pic] - условный коэффициент трения вращающихся буровых штанг о грунт,

смоченный буровым раствором рассчитывается по формуле:

[pic] (33)

где: dш – наружный диаметр буровых штанг, м;

fш – коэффициент трения штанг о грунт, смоченный буровым раствором.

Погонный вес штанг qш (за вычетом выталкивающей силы бурового раствора)

рассчитывается по формуле:

[pic] (34)

где: (ш – удельный вес материала штанг, Н/м3;

(ж – удельный вес бурового раствора, Н/м3;

(ш – толщина стенки штанги, м.

6.2.4. Для наиболее точного расчёта разбиваем кривую на прямолинейные и

криволинейные участки по прохождению участок газопровода на разных слоях

грунта.

Расчет усилия [pic] - увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны

естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову) [pic]

рассчитывается по формуле:

[pic] (35)

где: qг – погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.

Протодьяконову), который рассчитывается по формуле:

[pic] (36)

где: ? – коэффициент бокового давления;

k – коэффициент высоты свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), который

рассчитывается по формуле:

а) [pic] - благоприятных условиях (37)

б) [pic] - при неблагоприятных условиях (38)

где: ? – угол внутреннего трения грунта, радиан;

[pic] - объемный вес грунта с учетом разрыхления при гео обрушении на

буровые штанги, который рассчитывается по формуле:

[pic] (39)

ъ

где: [pic] - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3.

Расчет усилия [pic] - увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны

естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову) [pic]

рассчитывается по формуле:

[pic] (35)

где: qг – погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.

Протодьяконову), который рассчитывается по формуле:

[pic] (36)

где: ? – коэффициент бокового давления;

k – коэффициент высоты свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), который

рассчитывается по формуле:

а) [pic] - благоприятных условиях (37)

б) [pic] - при неблагоприятных условиях (38)

где: ? – угол внутреннего трения грунта, радиан;

[pic] - объемный вес грунта с учетом разрыхления при гео обрушении на

буровые штанги, который рассчитывается по формуле:

[pic] (39)

где: [pic] - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3.

Расчет усилия [pic] - увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны

естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову) [pic]

рассчитывается по формуле:

[pic] (35)

где: qг – погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.

Протодьяконову), который рассчитывается по формуле:

[pic] (36)

где: ? – коэффициент бокового давления;

k – коэффициент высоты свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), который

рассчитывается по формуле:

а) [pic] - благоприятных условиях (37)

б) [pic] - при неблагоприятных условиях (38)

где: ? – угол внутреннего трения грунта, радиан;

[pic] - объемный вес грунта с учетом разрыхления при гео обрушении на

буровые штанги, который рассчитывается по формуле:

[pic] (39)

где: [pic] - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3.

Расчет усилия [pic] - увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны

естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову) [pic]

рассчитывается по формуле:

[pic] (35)

где: qг – погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.

Протодьяконову), который рассчитывается по формуле:

[pic] (36)

где: ? – коэффициент бокового давления;

k – коэффициент высоты свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), который

рассчитывается по формуле:

а) [pic] - благоприятных условиях (37)

б) [pic] - при неблагоприятных условиях (38)

где: ? – угол внутреннего трения грунта, радиан;

[pic] - объемный вес грунта с учетом разрыхления при гео обрушении на

буровые штанги, который рассчитывается по формуле:

[pic] (39)

где: [pic] - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3.

Расчет усилия [pic] - увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны

естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову) [pic]

рассчитывается по формуле:

[pic] (35)

где: qг – погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.

Протодьяконову), который рассчитывается по формуле:

[pic] (36)

где: ? – коэффициент бокового давления;

k – коэффициент высоты свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), который

рассчитывается по формуле:

а) [pic] - благоприятных условиях (37)

б) [pic] - при неблагоприятных условиях (38)

где: ? – угол внутреннего трения грунта, радиан;

[pic] - объемный вес грунта с учетом разрыхления при гео обрушении на

буровые штанги, который рассчитывается по формуле:

[pic] (39)

где: [pic] - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3.

6.2.5. Дополнительные силы трения от опорных реакций при движении в

криволинейной скважине [pic] рассчитываются по формуле:

[pic] (48)

[pic] - силы трения от опорных реакций, определяющих изгиб буровых штанг

рассчитываются по формуле:

[pic] (49)

где: [pic] - модуль упругости материала штанг, Н/м2 (Па);

Вш – плечо опорных реакций буровых штанг рассчитывается по формуле:

[pic] (50)

6.2.6 Сопротивление движению при переходе от криволинейного движения к

прямолинейному [pic] рассчитывается по формуле:

[pic]

6.2.7. Полное усилие прокладки пилотной скважины рассчитывается по формуле:

а) при благоприятных условиях усилие прокладки пилотной скважины

рассчитывается по формуле:

[pic]

б) при неблагоприятных условиях (обрушении грунта по всей длине пилотной

скважины и полной фильтрации бурового раствора в грунт) усилие прокладки

пилотной скважины рассчитывается по формуле:

[pic]

Фактическое усилие прокладки пилотной скважины в реальных условиях будет

находиться между пограничными величинами: Рп(а) и Рп(б).

6.3. РАСЧЕТ ПРОДОЛЬНОГО УСИЛИЯ В ТРУБОПРОВОДЕ, ВОЗНИКАЮЩЕГО ПРИ ЕГО

ПРОКЛАДКЕ МЕТОДОМ ННБ

3-Й этап расширения скважины с протаскиванием трубы.

6.3.1. Общие положения

Расчеты выполнены в соответствии с методикой, указанной в приложении А

к СП42-101 - «Общие положения по проектированию и строительству

газораспределительных систем из стальных и полиэтиленовых труб» (Метод

наклонно-направленного бурения).

На русловом участке перехода через р.Москва проектом

предусматривается прокладка бестраншейным способом буровым

комплексом Навигатор D24x40a фирмы «Вермеер» газопровода из полиэтиленовых

труб ПЭ100 ГАЗ SDR9-225x25,2 ТУ 2248-048-00203536-2000 через р.Москва с

меженным горизонтом 115 м.

Технология строительства: бурение пилотной скважины dн = 110 мм,

расширение бурового канала до d = 235 мм, протаскивание газопровода с

одновременным расширением бурового канала до d = 360 мм.

Трассировка газопроводов в вертикальной плоскости показана на листах

.4,5.

6.3.2. Исходные данные

|Радиус кривизны бурового канала R(м) |200 |

|Диаметр трубопровода dн (м) |0,225 |

|Толщина стенки трубы ? (м) |0,0252 |

|Площадь сечения трубы F (м2) |0,0158 |

|Погонный вес трубы на воздухе qтр (н/м) |155 |

|Погонный вес трубы с учетом выталкивающей |-325 |

|силы бурового раствора qw (н/м) | |

|Плотность бурового раствора ?ж = (н/м3) |1,2.104 |

|Средняя плотность грунтов ?г = (н/м3) |1,98.104 |

|Коэффициенты трения: | |

|полиэтилен по буровому раствору f |0,2 |

|полиэтилен по песку fгпл |0,3 |

|Предел текучести полиэтилена при |21 |

|растяжении ?т (МПа) | |

|Расчетные характеристики грунтов даны в | |

|таблице 2.1. расчетов | |

6.3.3. Расчет газопровода при его протаскивании через буровой канал

Продольное усилие Ргп в трубопроводе, возникающее при его

протаскивании через буровой канал, равно сумме сил трения и определяется по

формуле:

[pic]

Так как газопровод выполнен из длинномерных полиэтиленовых труб, то он

не имеет выступов за пределы наружного диаметра и усилие Р4 (увеличение

силы трения от наличия на трубе газопровода выступов за пределы наружного

диаметра) и усилие Р6 (сопротивление перемещению трубопровода в зоне входа

за счет смятия стенки бурового канала) равны нулю.

Участвующие в расчетных формулах величины ?, ?, ?, ?*, qг для грунтов

участка перехода, даны в таблице 5.1.

Таблица 5.1

|№ слоя грунта |5 |8 |9 |7 |4 |3 |

|длина, м |26+15=41 |30+15+22=67 |30 |34 |3+12=15 |26 |

|? (рад.) |0,56 |0,09 |0,61 |0,61 |0,42 |0,24 |

|? |0,44 |0,86 |0,40 |0,40 |0,53 |0,70 |

|К(а) |1.44 |6,14 |1,37 |1,37 |1,73 |2,61 |

|К(б) |2,60 |7,05 |2,64 |2,64 |2,66 |3,32 |

|?*(а) . 104н/м3 |1,46 |1,79 |1,44 |1,44 |1,52 |1,65 |

|?*(б) . 104н/м3 |1,64 |1,81 |1,65 |1,65 |1,65 |1,70 |

|qr(а) . 104н/м3 |0,19 |1,28 |0,17 |0,17 |0,25 |0,46 |

|qr(б) . 104н/м3 |0,39 |1,48 |0,38 |0,38 |0,42 |0,60 |

Сила трения Р2 от веса газопровода в буровом канале вычисляется по

формуле: [pic]

[pic] - для прямолинейных участков газопровода.

[pic]

Увеличение силы трения_ от силы тяжести грунта зоны естественного

свода равновесия [pic] при благоприятных условиях:

[pic] - для криволинейных участков газопровода

[pic] - для прямолинейных участков газопровода

[pic]

Увеличение силы трения_ от силы тяжести грунта зоны естественного

свода равновесия [pic] при неблагоприятных условиях:

[pic] - для криволинейных участков газопровода

[pic] - для прямолинейных участков газопровода

[pic]

Дополнительные силы трения от опорных реакций на криволинейных

участках Р5 (н):

[pic]

В - плечо опорных реакций рассчитывается по формуле:

[pic]Примечание: усилием Р5 можно пренебречь из-за его незначительной

величины.

Увеличением сопротивления при переходе от прямолинейного движения к

криволинейному (Р7) можно пренебречь из-за его незначительной величины (Р7

< Р5)

Сила трения от веса полиэтиленовой трубы P8, находящейся вне бурового

канала, определяется по формуле:

Р8 = fгп x qгр x 1 = 0,3х155х213=0,99.104 н

Общее наибольшее продольное усилие в полиэтиленовой трубе при

благоприятных условиях Р(а) (Н):

Р (а) = Р2 + Рз(а) = (1,29 + 4,29)104 = 5,58 .104 н

Общее наибольшее продольное усилие в полиэтиленовой трубе при

неблагоприятных условиях составит Р(б) (Н):

Р(б) = Р2 + Рз(б) = (1,29 + 8,74)104 = 10,03 .104 н

Наибольшие продольные усилия в полиэтиленовой трубе составят:

при благоприятных условиях

в начале протаскивания:

Р (а) = Р8 = 0,99.104 н

в конце протаскивания:

Р (а) = Р2 + Рз(а) = 1,29х104 + 4,29х104 = 5,58х104 н

при неблагоприятных условиях:

в начале протаскивания:

Р (б) = Р8 = 0,99.104 н

в конце протаскивания:

Р (б) = Р2 + Рз(б) = 1,29х104 + 8,74х104 = 10,03х104 н

Фактическое максимальное продольное усилие в полиэтиленовой трубе

находится между 5,5 8.104 ни 10,03.104 н и не превышает силы протяжки

буровой установки, равной 10,8. 104 н.

Максимальное допускаемое усилие в полиэтиленовой трубе составляет:

[Р] = 0,5 . ?т . F = 0,5 . 21.106 . 0,0158= 16,59 .104 н

Максимальное продольное напряжение в трубе находится между

?(а) = 3,53 МПа и ?(б) = 6,35 МПа.

6.3.4. Расчет усилия протаскивания газопровода по буровому каналу.

а) усилие протаскивания газопровода "Ргп(а)" при благоприятных

условиях рассчитывается по формуле:

[pic]

б) усилие протаскивания газопровода "Ргп(б)" при неблагоприятных

условиях (обрушении грунта по всей длине бурового канала и при полной

фильтрации бурового раствора в грунт) рассчитывается по формуле:

[pic]

Фактическое усилие протаскивания газопровода Ргп.факт будет находиться

между [pic] и [pic].

6.3.5. Усилие перемещения буровых штанг [pic] представляет собой

суммарное усилие, рассчитанное для проходки пилотной скважины за вычетом

усилия "[pic]" (лобового сопротивления бурению).

а) для благоприятных условий:

[pic]

б) для неблагоприятных условий:

[pic]

6.3.6. Расчет общего усилия протаскивания "Р".

а) при благоприятных условиях общее усилие протаскивания

рассчитывается по формуле:

[pic]

б) при неблагоприятных условиях (обрушении грунта по длине бурового

канала и фильтрации бурового раствора в грунт) общее усилие протаскивания

рассчитывается по формуле;

[pic]

Фактическое общее усилье протаскивания "Рфакт." в реальных условиях

будет находиться между пограничными значениями "Р(а)" и "Р(б)".

По максимальной величина усилия "Р(б)" уточняется правильность выбора

бурильной установки. Максимальное значение "Р(б)" всегда должно быть меньше

тягового усилия выбранной бурильной установки.

6.4. Суммарный крутящий момент для вращения буровой головки

Суммарный крутящий момент для вращения буровой головки и штанг при

прокладке пилотной скважины рассчитывается по формуле:

Ш*=Мк*+Мкб*+Мкр*, (92)

где - крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений;

- крутящий момент на проворачивание буртов;

- крутящий момент на разрушение забоя.

6.4.1. Крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений

рассчитывается по формуле:

- при благоприятных условиях;

- при неблагоприятных условиях;

где - суммарное осевое усилие при благоприятных условиях, которое

рассчитывается по формуле:

- суммарное осевое усилие при неблагоприятных условиях, которое

рассчитывается по формуле:

где:

условное обозначение величин см. п.З.2

б)

условное обозначение величин см. п.З.3

в) при благоприятных условиях

-при неблагоприятных условиях.

Условное обозначение величин см. п. 3.4

г) - при благоприятных условиях

- при неблагоприятных условиях

Условное обозначение величин см.. п. 3.5.

д) - условное обозначение величин см. п. 3.6.

е) условное обозначение см. п.3.7

4.15 Крутящий момент на проворачивание буртов рассчитывается по

формуле:

- при благоприятных условиях

- при неблагоприятных условиях.

В данном расчете применяется коэффициент «f».

Обозначение величин см. п. 3.2.

6.4.2. Крутящий момент на разрушение забоя Мкр* при механическом

разрушении забоя вращающейся буровой головкой рассчитывается по формуле:

, где

Кр - удельное сопротивление резанию грунта при прямолинейном движении

резца, которое принимается согласно таблице 3.

Таблица 3

|Песок, Н/м2 |Суглинок, Н/м2 |Глина, Н/м2 |

|(0,05-0,08)106 |(0,1 -0,15)106 |(0,13 - 0,25}106 |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6