Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Строящийся газопровод «Сахалин-Хабаровск-Владивосток» --предназначен для транспортировки газа с Сахалина в Приморский край и в регионы Дальнего Востока.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России играет важную роль в экономике страны. За годы реформ в связи с резким падением объемов производства в других отраслях экономики его роль еще более возросла.

В течение прошедшего десятилетия ТЭК в основном обеспечивал потребности страны в топливе и энергии, сохранив тем самым энергетическую независимость России. В настоящее время преодолена тенденция спада и начался рост добычи газа, нефти и угля, производства электроэнергии, объема и глубины переработки нефти. Производственные структуры ТЭК в результате проведенных структурных преобразований, либерализации и приватизации в значительной мере адаптировались к рыночным методам хозяйствования.

Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливно-энергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения независимой внутренней и внешней политики.

Огромную роль для развития ТЭК страны занимает разработка и эксплуатация участков имеющих значительные запасы нефти и газа. Одним из них является о. Сахалин, который имеет богатые месторождения. Именно по этому огромное влияние уделяется строительству новых участков магистральных трубопроводов, которые проходят в сложных геологических условиях.

Газопровод «БТК Киринского ГКМ - ГКС Сахалин», пересекает реку Вал на участке, который имеет равностороннюю, заболоченную, частично заросшую смешанным лесом пойму, шириной 400 - 500 м.Для строительства перехода газопровода на этом участке используем метод наклонно-направленного бурения.

Наклонно-направленное бурение -- управляемый бестраншейный метод прокладывания подземных коммуникаций, основанный на использовании специальных буровых комплексов(установок).

Целью данного дипломном проекта (ДП) является рассмотрение строительства подводного перехода магистрального газопровода Ш 1020 (23) мм через р. Вал методом наклонно-направленного бурения.

Основные задачи и виды работ, рассмотренные в ДП:

монтаж бурового комплекса на строительной площадке;

выбор бурового инструмента;

бурение пилотной скважины;

комплекс последовательных расширений скважины;

калибровка скважины;

протаскивание трубопровода Ш 1020 (23) мм в скважину;

демонтаж бурового комплекса.

В качестве дополнительного вопроса рассмотрен мониторинг технического состояния магистрального газопровода, а также комплексы методов при мониторинге подводных переходов.



1. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА И РАЙОНА СТРОИТЕЛЬСТВА

трубопровод скважина продольный профиль

1.1 Местоположение объекта

Объектом рассмотрения в ДП является газопровод «БТК Киринского ГКМ-ГКС Сахалин», обеспечивающий подачу природного подготовленного (товарного) газа от береговой УКПГ Киринского ГКМ до магистрального газопровода «Сахалин-Хабаровск-Владивосток» с подключением в районе головной компрессорной станции «Сахалин».

В административном отношении трасса газопровода находится на территории Киринского месторождения, Сахалинская область, Ногликский район.

На участке перехода трассы газопровода через реку Вал рельеф спокойный, с перепадом отметок от 16 м до 22 м.

В районе прохождения трассы выделяются следующие типы ландшафта:

- возвышенная равнина с лиственничными лесами, местами с кедровым стлаником и зарослями багульника, на преимущественно подзолистых почвах;

- увалы (до 100 м) с лиственничными лишайниковыми лесами и кедровым стлаником на супесчаных подзолистых, местами оглеенных почвах, с частыми гарями;

- приморская наклонная равнина с лиственничными багульниковыми лесами на подзолисто-болотных почвах с частыми гарями.

Почвенный покров о. Сахалин разнообразен благодаря значительной вытянутости острова в меридиональном направлении и проявлению широтной зональности почв. В пределах Северо-Сахалинской равнины преобладают подзолистые и болотно-подзолистые почвы.

Пойма реки Вал покрыта кустарником и мелким лесом с обводненными участками.

Опасных природных и техногенных процессов в районе перехода газопровода через реку Вал не наблюдается.

Ближайшая железнодорожная станция разгрузки - станция «Ноглики»

1.2 Основные климатические характеристики

Согласно физико-географическому районированию остров Сахалин относится к Амурско-Сахалинской стране, к Сахалинской горно-равнинной области.

В геоморфологическом отношении трасса газопровода проходит по Северо-Сахалинской равнине. Равнина представляет собой пологохолмистую поверхность, изрезанную густой речной сетью.

Долины малых рек и ручьев достаточно врезаны, имеют V - образную форму. Более крупные реки имеют трапецеидальные долины и достаточно широкие поймы.

Северо-Сахалинская равнина сложена неогеновыми и четвертичными отложениями, представленными слабоцементированными морскими песчаниками, аллювиальными галечниками и песками, а также алевролитами.

Эти породы обладают хорошими фильтрационными свойствами, что при значительном количестве осадков обуславливает их водонасыщенность. Выровненные поверхности сложены элювиальными отложениями, представленными в основном песками. Элювиально-делювиальные отложения представлены глинами, суглинками, песками и супесями.

В ландшафтном отношении район относится к северной подзоне зоны хвойных лесов. Большая часть трассы проходит по лиственничным среднетаежным багульниковым лесам.

В пределах Северо-Сахалинской равнины преобладают подзолистые и болотно-подзолистые почвы, развитые под лиственничными лишайниковыми и лиственнично-зеленомошными багульниковыми лесами.

Климат территории влажный с умеренно-теплым летом и умеренно суровой снежной зимой.

Климатические условия рассматриваемой территории связаны с её географическим положением у границы Азиатского материка и Тихого океана.

Сахалинская область находится в зоне действия муссонной циркуляции умеренных широт. В холодный период года над северо-восточной частью материка формируется устойчивая область высокого давления - Сибирский антициклон. Над северной частью Тихого океана в это время формируется область низкого давления - Алеутский минимум. Такое расположение барических систем обуславливает преобладание ветров северно-западной четверти, которые приносят на остров холодный континентальный воздух.

Переход температуры воздуха через 0є (условное начало зимы) происходит в конце зимы. Самым холодным месяцем является январь, средняя температура которого составляет минус 20.2єС (метеостанция Ноглики). В отдельные аномально холодные зимы абсолютный минимум достигает минус 48єС. Зима суровая, ветреная с частыми метелями. Характерны сильные метели со скоростью более 15 м/с и обильными снегопадами. Устойчивый снежный покров образуется в первой декаде ноября, разрушение происходит в середине апреля. Средняя из наибольших высот снежного покрова составляет 48см. Снег залегает неравномерно. У препятствий и в глубоких долинах рек толщина снега может достигать 3-4 метров. Окончание зимы приходится на начало мая. Средняя продолжительность зимы составляет более шести месяцев.

Весна короткая, холодная, характеризуется частыми возвратами холодов. Весной часто наблюдаются сильные ветры и туманы.

Лето довольно теплое с большим количеством туманов. Средняя температура августа (самого теплого месяца) составляет 14.4єС. Абсолютный максимум зарегистрирован в 37єС. Характерным для летнего периода является большая повторяемость туманов. Летом выпадает большая часть от годовой суммы осадков. Наибольшее среднемесячное количество наблюдается в сентябре.

Осень, также как и весна продолжается недолго. В этот период происходит перестройка барических систем от летнего процесса к зимнему.

Сахалин характеризуется большим количеством осадков. Их среднее годовое количество в районе прохождения трассы составляет 630мм. Летом их выпадает до 73% от годового количества.

Неблагоприятный период производств работ составляет восемь месяцев, с 1 октября по 1 июня.

1.3 Гидрогеологические и инженерно-геологические условия

Гидрографическая сеть на Северо-Сахалинской равнине достаточно развита, хотя её густота значительно уступает сети остальной части Сахалина. Большинство рек относится к малым и очень малым водотокам. Наибольшей рекой, пересекаемой трассой газопровода, является река Тымь, вторая по величине река Сахалина. Сток воды по пересыхающим ручьям происходит в период половодья, при прохождении дождевых паводков и при многоводной межени. По лощинам происходит сток только в период половодья и при дождевых паводках.

Территория, по которой проложена трасса, характеризуется разнообразием геологических условий и довольно сложными тектоническими условиями. В геологическом строении района принимают участие терригенно-осадочные образования четвертичного и неогенового возраста, песчано-глинистого состава.

В тектоническом отношении район расположен в пределах восточного крыла Хоккайдо-Сахалинского разлома - крупнейшего активного нарушения северо-восточной части острова. В зоне этого нарушения отмечены следующие разломы пересекаемые трассой проектируемого газопровода: особо выделяется Тымьский разлом, приуроченный к долине р. Тымь и Имчинский разлом, приуроченный к долине р. Имчин.

Криогенные процессы и явления имеют весьма ограниченное распространение и проявляются в сезонном промерзании и оттаивании, наличии островов многолетнемерзлых пород, пучении грунтов, наледеобразовании.

Территория, по которой проложена трасса, характеризуется разнообразием геологических условий и довольно сложными тектоническими условиями. В геологическом строении района принимают участие терригенно-осадочные образования четвертичного и неогенового возраста, песчано-глинистого состава.

Пойма двухсторонняя, равносторонняя, шириной 400 - 500 м, низкая, заболоченная, частично заросшая смешанным лесом, кустарником.

Ложе реки песчаное. Максимальный размер частиц, слагающих дно достигает 10 - 15 мм. Максимальная глубина по оси перехода составила 2,21 м.Среднегодовой уровень для р. Вал равен 960 мм. Среднемеженный уровень для летне-осеннего периода - 841 мм. Средний расходводы - 14,51 м3/с.

Осенний период характеризуется паводками, которые наблюдаются до середины октября

- начала ноября и представляют собой хорошо выраженные подъемы воды в виде одиночных пиков, разделенных между собой непродолжительными периодами низких уровней. Обычно паводки непродолжительны - 5 - 20 дней. В отдельные годы волны паводков следуют одна за другой. Величина подъема уровня воды при прохождении дождевых паводков составляет до 4,0 м. Средняя интенсивность подъема уровня воды составляет 0,4 - 0,8 м/сут.

В зимний период русло реки перемерзает.



1.4 Свойства грунтов

Долина реки Вал трапецеидальной формы.

Глубина реки Вал 2,5 м, ширина 24,0, м, дно песчаное.

Инженерно-геологический разрез, до изученной глубины 20 м, характеризуется преимущественным развитием песков мелких, насыщенных

водой, рыхлых, песков средней крупности, насыщенных водой, рыхлых, песков крупных, насыщенных водой, рыхлого, а также водонасыщенного торфа на точках входа и выхода.

В долине реки мощность горизонтов грунтовых вод обычно 2 - 6 м, увеличиваясь до 10 - 20 м в устьевых частях. В прибрежных частях грунтовые воды залегают на глубине 0,5 - 6 м, в долинах рек - 2 - 12 м, в поймах водотоков - от долей метра до 2 - 3 м или выходят на поверхность. Грунтовые воды пресные, характеризуются минерализацией, не превышающей 0,1 г/л.

Питание рек, в основном, осуществляется за счет атмосферных осадков, чем и объясняется быстрый подъем воды в период дождей. Дно водотоков сложено грунтами с низкими фильтрационными свойствами. Гидравлическая связь поверхностных вод с грунтовыми слабая.



2. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

2.1 Подготовка к строительству

Заказчик определяет исполнителя работ:

- подрядчика (генподрядчика) на основе договора строительного подряда при подрядном способе строительства, в том числе по результатам тендера;

- на основе собственной распорядительной документации при ведении строительства организацией, совмещающей функции застройщика (заказчика) и исполнителя работ.

Привлекаемый исполнитель работ должен иметь лицензии на осуществление тех видов строительной деятельности, которые подлежат лицензированию в соответствии с действующим законодательством.

Возможность выполнения в процессе строительства требований законодательства об охране труда, окружающей среды и населения, а также возможность выполнения всех видов контроля, необходимого для оценки соответствия выполняемых работ требованиям проектной, нормативной документации и условиям договора, обеспечивается организационно-технологической документацией исполнителя работ.

Исполнитель работ может подтвердить свои возможности по обеспечению качества строительства наличием сертифицированной в установленном порядке cистемы менеджмента качества.

Заказчик передает исполнителю работ проектную документацию:

- утверждаемую часть, в том числе проект организации строительства;

- рабочую документацию на весь объект или на определенные этапы работ.

Проектная документация должна быть допущена к производству работ заказчиком подписью ответственного лица или путем простановки штампа.

Проект организации строительства с целью обеспечения соблюдения обязательных требований по безопасности обычно содержит:

- мероприятия по обеспечению в процессе строительства прочности и устойчивости возводимых и существующих зданий и сооружений;

-для сложных и уникальных объектов - программы необходимых исследований, испытаний и режимных наблюдений, включая организацию станций, полигонов, измерительных постов и т.п.;

- решения по организации транспорта, водоснабжения, канализации, энергоснабжения, связи, решения по возведению конструкций, осуществлению строительства в сложных природно-климатических условиях, а также стесненных условиях;

-мероприятия по временному ограничению движения транспорта, изменению маршрутов транспорта;

- порядок и условия использования и восстановления территорий, расположенных вне земельного участка, принадлежащего заказчику, в соответствии с установленными документами;

- календарный план строительства с учетом сроков действия документов на временное использование чужих территорий;

- перечень работ и конструкций, показатели качества которых влияют на безопасность объекта и в процессе строительства подлежат оценке соответствия требованиям нормативных документов и стандартов, являющихся доказательной базой соблюдения требований технических регламентов;

- сроки выполнения незавершенных (сезонных) работ, порядок их приемки;

- методы и средства выполнения контроля и испытаний (в том числе путем ссылок на соответствующие нормативные документы).

2.2 Строительные работы

До начала любых работ строительную площадку и опасные зоны работ за ее пределами ограждают в соответствии с требованиями нормативных документов.

Исполнитель работ должен обеспечивать доступ на территорию стройплощадки и возводимого объекта представителям заказчика, органам государственного контроля (надзора), авторского надзора и местного самоуправления; предоставлять им необходимую документацию.

Исполнитель работ обеспечивает безопасность работ для окружающей природной среды, при этом:

-обеспечивает уборку стройплощадки и прилегающей к ней пятиметровой зоны; мусор и снег должны вывозиться в установленные органом местного самоуправления места и сроки;

- производство работ в охранных заповедных и санитарных зонах выполняет в соответствии со специальными правилами;

-не допускается несанкционированное сведение древесно-кустарниковой растительности;

-не допускается выпуск воды со строительной площадки без защиты от размыва поверхности;

-при буровых работах принимает меры по предотвращению излива подземных вод;

-выполняет обезвреживание и организацию производственных и бытовых стоков;

- выполняет работы по мелиорации и изменению существующего рельефа только в соответствии с согласованной органами госнадзора и утвержденной проектной документацией.

Временные здания и сооружения для нужд строительства возводятся (устанавливаются) на строительной площадке специально для обеспечения строительства и после его окончания подлежат ликвидации.

Временные здания и сооружения, а также отдельные помещения в существующих зданиях и сооружениях, приспособленные к использованию для нужд строительства, должны соответствовать требованиям технических регламентов и действующих до их принятия строительных, пожарных, санитарно-эпидемиологических норм и правил, предъявляемым к бытовым, производственным, административным и жилым зданиям, сооружениям и помещениям.

Исполнитель работ ведет исполнительную документацию:

- комплект рабочих чертежей с надписями о соответствии выполненных в натуре работ этим чертежам или о внесенных в них по согласованию с проектировщиком изменениях, сделанных лицами, ответственными за производство строительно-монтажных работ;

- геодезические исполнительные схемы, выполненные в соответствии с требованиями действующей нормативной документации.

2.3 Выбор вариантов технологии строительства

Различают следующие варианты технологии строительства:

-траншейные методы (в грунте, в защитном кожухе, в канале, под защитными плитами, со специальной засыпкой, с бетонным покрытием и др.);

-бестраншейные методы (прокол, продавливание, горизонтальное бурение, наклонно направленное бурение, тоннельная проходка);

-надземная прокладка (самонесущие, на опорах, подвесные переходы и т.п.

На основе гидрологических, инженерно-геологических и топографических данных, прокладка участка газопровода под рекой Вал осуществляется бестраншейным методом по технологии наклонно-направленного бурения.

Работы по сооружению переходов должны выполняться с опережением всех остальных линейных работ.

Строительство линейной части газопровода и сооружений на нем намечено осуществить комплексной линейной колонной в составе подразделений и бригад, выполняющих все виды строительно-монтажных работ при строительстве газопровода. Обслуживание строительства линейной части газопровода будет обеспечиваться производственной базой подрядчика, а также временным притрассовым строительным хозяйством производственного и складского назначения (сварка трубы в плети, гнутье кривых вставок, текущий ремонт и обслуживание машин и механизмов). Сварка труб в плети производится на специальном участке.

Для осуществления строительства площадочных объектов предусматривается создание строительного участка с временным приобъектным строительным хозяйством административно-бытового назначения, вагон-склад, открытой площадки для складирования материалов, оборудования непосредственно на площадке.



3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет толщины стенки трубопровода

Выбираем согласно[1], [2]сталь марки 13Г1С-У выпускаемый Выксунским металлургическим заводом со следующими характеристиками: временное сопротивление разрыву , предел текучести, коэффициент надежности по металлу трубы [3].

Номинальная толщина стенки трубопровода определяется согласно [3] следующим образом:

(1)

где- коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления,

[3];

- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние

металла труб [3];

- внутреннее давление в трубопроводе, МПа;

- наружный диаметр трубопровода, м;

- расчетное сопротивление материала,МПа [3];

(2)

где нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается ;

- коэффициент условий работы трубопровода, равный 0,9 для участков

3 категории [3];

- коэффициент надежности по материалу,[3];

- коэффициент надежности по назначению трубопровода,[3];

Коэффициент при сжимающих продольных осевых напряжениях

.

Приопределяетсяпо формуле

(3)

Принимая первоначально , рассчитаем предварительную толщину стенки трубопроводапо формуле (1):

Полученное значение округляем в большую сторону до ближайшей номинальной в сортаменте труб,

Продольные осевые напряжения рассчитываем по формуле:

(4)

где - расчетный перепад температур,[3];

- коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона),

[3];

- коэффициент линейного расширения металла, [3];

- модуль Юнга, [3];

- коэффициент надежности по температуре, [3];

- внутренний диаметр трубопровода.

,

.

По [4] находим для района прокладки трубопровода; ; . Нормативные значения температуры наружного воздуха в холодное и теплое время года: , , а расчетные значения , .

Температурный перепад при замыкании трубопровода в холодное время года , а при замыкании трубопровода в теплое время года .

В качестве расчетного температурного перепада принимаем наибольшее значение .

Продольные напряжения по формуле (4) равны :

Знак «минус» указывает на наличие осевых сжимающих напряжений, поэтому необходимо определить по формуле (3) коэффициент :

.

Пересчитываем значение толщины стенки газопровода по формуле (1):

;

Принятая толщина стенки удовлетворяет условию

Проверочный расчет на прочность и деформацию

Прочность в продольном направлении проверяется по условию:

(5)

где - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб[3], при растягивающих осевых продольных напряжениях() , при сжимающих () определяется по формуле:

(6)

где - кольцевые напряжения в стенке трубы от расчетного внутреннего

давления [3], определяемые по формуле:

(7)

,

Условие выполняется

Для предотвращения пластических деформаций, в продольном и кольцевом направлениях проверку производим по условиям:

(8)

(9)

где-максимальные суммарные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий, [3];

- коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы, [3];

- кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления, [3];

нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается , [3];

Продольные напряжения для полностью защемленного подземного трубопровода определяются по формуле (10) :

(10)

где- минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода

Кольцевые напряжения от действия нормативной нагрузки - внутреннего давления:

(11)



.

Коэффициент определяется по формуле

(12)

,

Условие выполняется.

Определим значение продольных напряжений

-для положительного температурного перепада

- для отрицательного температурного перепада

Выполнение условия проверяем дважды:

- для положительного температурного перепада

Условие выполняется;

- для отрицательного температурного перепада

Условие выполняется.

Окончательно принимаем =23мм ;=102023мм.

3.2 Расчет трубопровода на прочность и устойчивость

Определим площадь поперечного сечения металла трубы:

(13)

Определим осевой момент инерции поперечного сечения трубы:

(14)

Определим полярный момент инерции:

(15)

Определим нагрузку от собственного веса трубы:

(16)

где - удельный вес материала из которого изготовлены трубы (для стали

=78,5 кН/м3),[3];

Получим:

-нормативная

-расчетная

(17)

Где nс.в - коэффициент надежности по нагрузке от действия собственного веса,

nс.в=1,1 - при расчете на прочность;nс.в=0,95 - при расчете на устойчивость[3];

,- расчетная и нормативная нагрузки от веса трубопровода, [3];

Определим нагрузку от веса изоляционного покрытия:

Принимаем следующие виды изоляционных покрытий по[5] :

а) изоляционная лента ФуракаваРапко НМ-2 (Япония) ;

Принимаем по [5] покрытие нормального исполненияcхарактеристиками:

и.п= 3мм по;

m=0,648 кг/м2;

п=1010 кг/м3 ;

б) изоляционная обертка ФуракаваРапко РВ-2 (Япония);

Принимаем по [5] обертку с характеристиками:

об=3мм;

m=0,633 кг/м2 ;

об=989 кг/м3;

(18)(19)

(20)

где qиз- нагрузка от веса изоляции,[4];

-расчетные и нормативные нагрузки от веса изоляционной

пленки и оберточного слоя,[5];

-коэффициент учитывающий величину нахлеста,[5];

,-толщина пленки, обертки приведенные для различных материалов,[5];

,-плотности пленки и обертки,[5];

(21)

Определяем нагрузку от веса транспортируемого продукта (газ)

-нормативная:

(22)

-расчетная:

(23)

где , - расчетная и нормативная нагрузка от веса продукта,[3];

- плотность газа (=0,73 кг/м3), [3];

-коэффициент надежности по нагрузке от действия собственного веса продукта, [3];

Определяем нагрузку от веса транспортируемого продукта при гидроиспытании (вода)

-нормативная:

(24)

-расчетная:

где , - расчетная и нормативная нагрузка от веса продукта;

- плотность воды (=1000кг/м3), [3];

-коэффициент надежности по нагрузке от действия собственного веса продукта,[3];

Определяем нагрузку от собственного веса заизолированного трубопровода с перекачиваемым продуктом (газ):

(25)

3.3 Построение продольного профиля скважины

Определение параметров схематизированного русла:

Основные параметры принимаются на основе материалов предварительных изысканий.

-ширина по дну:

(26)

где-ширина реки в межень;

-максимальная глубина реки в межень;

,-крутизна береговых откосов (при меженном уровне);

-ширина на уровне береговых бровок:

(27)

где , -высоты берегов (высокого и низкого) над меженным уровнем;

Определение превышения берегов над глубоководным участком дна:

(28)

(29)

Общая длина участка ННБ равна:

(30)

Определение запасов на плановую деформацию русла:

-на уровне схематизированного дна:

при hc> 6м ;

(31)

-на уровне береговых бровок

(32)

(33)

3.4 Расчет параметров трубопровода на участке входа в скважину

Определяем максимальные напряжения в трубе на подходном участке:

(34)

где -величина максимального напряжения в трубе , МПа [3];

-максимальная величина тягового усилия, необходимого для перемещения плети трубопровода на участке спусковой дорожки, Н [3];

-минимальное значение радиуса изгиба трубопровода, определяемое в зависимости от трассировки спусковой дорожки и расстановки опор, м;

-обобщенный коэффициент, учитывающий условия работы трубопровода и сочетания нагрузок, =0,75,[3];

Определяем максимальную величину тягового усилия:

(35)

-коэффициент трения при вращении бурильной колонны;

-вес единицы длины бурильной колонны в буровом растворе;

-трущая длина бурильной колонны,;

- коэффициент трения при движении трубопровода по скважине,=0,5;

-вес единицы длины трубопровода с изоляцией в буровом растворе с заполнением или балластировкой,;

-динамическое напряжение сдвига бурового раствора, [10];

-длина части трубопровода в скважине,;

- коэффициент трения при движении трубопровода на роликовых опорах, =0,05;

- вес единицы длины трубопровода с изоляцией,;

-длина части трубопровода на берегу, .

Определим коэффициент трения для бурильной колонны :

= (36)

где-коэффициент трения при движении трубопровода по скважине,=1;

-поступательная скорость протаскивания,v=1,2 м/c;

-окружная скорость точки поверхности бурильной колонны.

Определяем окружную скорость точки поверхности бурильной колонны:

(37)

=

Определяем вес бурильной колонны в буровом растворе:

(38)

где ,-наружный и внутренний диаметры бурильной колонны соответственно, м;

-плотность стали, [3];

-плотность бурового раствора,,[6];

Определяем вес единицы длины заизолированного трубопровода при заполнении водой:

(39)(40)

(41)

Зная все составляющие определим тяговую нагрузку по формуле (35) :

Определим значение тяговой нагрузки в начальный момент времени(трубопровода на берегу):

(42)

где-угол наклона оси трубопровода , уложенного на роликовые опоры, к горизонту;

L-длина трубопровода;

Определим значение тяговой нагрузки в конечный момент времени (трубопровод в скважине):

(43)

Принимаем

;

Определение параметров при формировании схемы протаскивания

Допустимая длина консоли:

(44)

Расстояние от опоры до точки максимального подъема на трубоукладчике:

(45)

где -угол наклона на входе трубопровода в скважину;

Высота подъема трубопровода на расстоянии :

(46)



Проверка трубопровода на недопустимые пластические деформации:

(47)

Условие выполняется.

Для протаскивания воспользуемся трубоукладчиками с троллейными подвесками типа Д-355, в количестве 5 штук.

Зная все составляющие определяем максимальные напряжения в трубопроводе на подходном участке к скважине по формуле (34):

Условие выполняется.

3.5 Определение параметров бурового раствора

Расчет потребности бентонита для приготовления бурового раствора

Объем бурового раствора, который будет приготовлен 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:

(48)

Где Vp - объем раствора, который потребуется для бурения скважины, м3;

Vuc - объем циркуляционной системы, м3;

Vcкв - объем скважины, м3;

(49)

потери раствора на очистных устройствах;

(50)

D - диаметр скважины, м;

l - длина скважины, м;

b - коэффициент кавернозности= 1,2ч1,5, [6];

б - коэффициент, характеризующий потери раствора в результате его фильтрации (поглощения). Так как на этапе проектирования неизвестна характеристика разбуриваемых пород, значение коэффициента принимаем равным б = 1,5 , [6];

Se - суммарная степень удаления выбуренной породы очистными устройствами, при использовании 4-х ступенчатой очистки Se =0,6ч0,7, [6] ;

Kп - коэффициент коллоидальности разбуриваемых пород, Кп осадочных пород четвертичных отложений равен - Кп = 0,3ч0,4,[6] ;

rр - плотность бурового раствора, используемого при бурении, г/см3 (т/м3),[6];

hn - коэффициент глинистости, характеризующий содержание глин в разрезе (h = 0,0ч1,0),[6];

lnh - натуральный логарифм вязкости бурового раствора, lnh=2,7,[6];

Принимаем:

Объем циркуляционной системы Vuc = 120 м3 , [6];

диаметр скважины D = 1,3 м,

длина скважины l = 473,5 м,

степень очистки раствора равна Se = 0,6,[6];

коэффициент коллоидальности разбуриваемых пород Кп = 0,2,[6];

коэффициент глинистости h = 0,3, [6];

плотность бурового раствора согласно регламенту ср = 1,10 г/см3,[6];

пластическая вязкость бурового раствора h = 15 Мпа, [6];

Определим объем скважины по формуле (49):

Определим потери раствора на очистных устройствах (с учетом, что шлам пескоотделителя и илоотделителя сгущается в центрифуге до плотности 1,7ч1,9 г/см3):

(51)

Зная необходимые составляющие по формуле (48) найдем:

Определим массу требуемого глинопорошка для приготовления бурового раствора:

(52)



Где Vp - объем приготавливаемого раствора, м3;

Кг - коэффициент коллоидальности бентонитовой глины, Кг = 0,7;[6]

сг - плотность глины, г/см3, (т/м3)

сг = 2,6 г/см3,[6];

Определим расход бентонита на 1 мі раствора:

(53)

где S- поперечная площадь скважины Ш1300мм.

Определим общий объем прокаченного раствора Vпрпо таблице 1:

Таблица 1- Определение общего объема прокаченного раствора

Диаметр инструмента ,м	Площадь скважины сечения, м2	Объем скважины, м3	Кратность прокачиваемых объемов	Объем раствора, м3
0,25	0,049	30,87	10	308,70
0,5	0,196	123,46	5	617,30
0,7	0,385	241,98	5	1209,92
0,9	0,636	400,01	5	2000,07
1,1	0,950	597,55	5	2987,75
1,3	1,327	834,60	5	4172,98
1,5	1,766	1111,15	5	5555,74
1,7	2,269	1427,21	5	7136,04
1,5	1,766	1111,15	3	3333,44
1,5	1,766	1111,15	1	1111,15

Общий объем прокаченного раствора Vпр=28433м3

Общий объем прокаченного раствора с учетом потерь, равен

(54)



Найдем коэффициент по формуле:

(55)

Определим фактическую потребность в бентоните для полного цикла работ:

(56)

3.6 Расчет параметров напряженно-деформированного состояния рабочего трубопровода

Выражение для проверки прочности трубопровода при протаскивании имеет вид:

(57)

где -кольцевые напряжения от действия наружного давления на трубопровод, [3];

-максимальные продольные напряжения в трубопроводе, [3];

(58)



где -давление раствора Па, [6];

(59)

где -плотность бурового раствора , [6];

по формуле (58) находим:

(60)

где-изгибающий момент трубопровода МПа, [3];

-растягивающие напряжения от действия осевого усилия при протаскивании трубопровода, [3];

(61)

(62)

где R-минимальный радиус профиля скважины, принимаем R=1224 м;

По формулам (61),(62) находим:

По формуле (60) находим:

Зная необходимые составляющие по формуле (57) выполним проверку прочности при протаскивании:

Условие выполняется.

Выполним расчетную проверку на смятие:

(63)

Определяем высоту столба гидростатического давления:

(64)

Проверка условия сохранения устойчивости:

(65)

где - коэффициент смятия, принимаем равный 0,75 [3];

Условие выполняется.

Определяем высоту расположения оси трубопровода над уровнем земли:



(66)

Определяем допустимое расстояние между опорами:

(67)

где -грузоподъемность опоры, принимаем,[3] ;

-коэффициент динамической перегрузки роликовой опоры, принимаем

,[3];

Определим прогиб трубопровода между опорами:

(68)



4. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Строительство подводного перехода осуществляется согласно требованиям [7]

4.1 Производство работ по геодезической подготовке трассы

4.1.1 Организация и технология выполнения геодезических работ

Геодезические работы являются неотъемлемой частью работ по подготовке трассы под строительство.

Заказчик обязан создать геодезическую разбивочную основу для строительства и не менее чем за 10 дней до начала строительно-монтажных работ передать подрядчику техническую документацию на нее и на закрепленные на трассе строительства трубопровода пункты и знаки этой основы, в том числе:

- знаки закрепления углов поворота трассы;

- створные знаки углов поворота трассы в количестве не менее двух на каждое направление угла в пределах видимости;

- створные знаки на прямолинейных участках трассы, установленные попарно в пределах видимости, но не реже чем через 1 км;

- створные знаки закрепления прямолинейных участков трассы на переходах через реки, овраги, дороги и другие естественные и искусственные препятствия в количестве не менее двух с каждой стороны перехода в пределах видимости;

- высотные реперы, установленные не реже чем через 5 км вдоль трассы, кроме устанавливаемых на переходах через водные преграды (на обоих берегах);

- пояснительную записку, абрисы расположения знаков и их чертежи;

- каталоги координат и отметок пунктов геодезической основы.

Допустимые средние квадратические погрешности при построении геодезической разбивочной основы:

- угловые измерения 2;

- линейные измерения 1/1000;

- определение отметок ± 50 мм.

Перед началом строительства генподрядная строительно-монтажная организация должна выполнить на трассе следующие работы:

- произвести контроль геодезической разбивочной основы с точностью линейных измерений не менее 1/500, угловых 2 и нивелирования между реперами с точностью 50 мм на 1 км трассы. Трасса принимается от заказчика по акту, если измеренные длины линий отличаются от проектных не более чем на 1/300 длины, углы не более чем на 3 и отметки знаков, определенные из нивелирования между реперами, - не более 50 мм;

- установить дополнительные знаки (вехи, столбы и пр.) по оси трассы и по границам строительной полосы;

- вынести в натуру горизонтальные кривые естественного (упругого) изгиба через 10 м, а искусственного изгиба - через 2 м;

- разбить пикетаж по всей трассе и в ее характерных точках (в начале, середине и конце кривых, в местах пересечения трасс с подземными коммуникациями). Створы разбиваемых точек должны закрепляться знаками, как правило, вне зоны строительно-монтажных работ. Установить дополнительные репера через 2 км по трассе.

Перед выполнением контроля геодезической разбивочной основы необходимо изучить проектные материалы.

4.1.2 Монтаж основного и вспомогательного оборудования. Организация и технология выполнения работ

До начала работ по монтажу оборудования на строительных площадках должен быть выполнен комплекс подготовительных работ:

- вынесены в натуру и закреплены соответствующими знаками:

- створ подводного перехода;

- точки входа и выхода пилотной скважины;

- границы размещений котлованов - шламонакопителей;

- границы строительных площадок и места установки оборудования;

- места расположения подземных коммуникаций в зоне производства работ;

- выполнены срезка и перемещение растительного слоя грунта с площадей, занимаемых технологическими площадками согласно проекту;

- выполнена вертикальная планировка технологических площадок;

- подготовлены основания под оборудование;

- обеспечена доставка оборудования и материалов;

В состав работ по разворачиванию оборудования для производства буровых работ входят следующие технологические операции:

- разгрузка крупногабаритных блоков контейнерного типа с транспортных средств;

- разгрузка штучного оборудования и материалов;

- монтаж буровой установки на подготовленное основание, силового агрегата и блока управления;

- расстановка и монтаж вспомогательного оборудования: системы приготовления и регенерации бурового раствора, насосной системы бурового раствора, стеллажа буровых труб (штанг), склада бентонита;

- прокладка по буровой площадке рукавов подачи бурового раствора и воды;

- прокладка силовых питающих кабелей;

- устройство контура магнитного поля (система Paratrack 2);

- заземление буровой установки и всего оборудования.

Разгрузка оборудования с транспортных средств должна производиться в соответствии с их массой и габаритами.

Крупногабаритные блоки контейнерного типа разгружаются и устанавливаются на подготовленные фундаментные основания с помощью автокранов по следующей схеме:

- транспортное средство с контейнером останавливается сбоку от подготовленного основания;

- трубоукладчики (автокраны), располагающиеся с противоположной стороны, стропят контейнер по торцам с помощью стропов;

- транспортное средство после подъема контейнера отъезжает;

- контейнер устанавливается трубоукладчиком (автокраном) на основание, путем увеличения вылета стрелы.

Штучное оборудование и материалы в разных видах упаковки (буровые штанги, промывочные шланги, буровые головки, расширители, соединительные устройства, вертлюг, набор шлангов для забора воды, подача бентонита, поддоны с кулями бентонита, набор электрических проводов и другие материалы) разгружаются с помощью автокрана г/п 15 т в обычном порядке.

4.2 Монтаж буровой установки

Монтаж оборудования должен производиться в соответствии с инструкцией заводов-изготовителей по монтажу и эксплуатации

Монтаж буровой установки выполнить в следующей последовательности:

Монтажная площадка №1

Буровую установку необходимо сориентировать с помощью теодолита точно на линии подводного перехода, после того как определен азимут предполагаемой оси перехода.

Монтаж бурового станка

Определить местоположение cтрелы следующим образом:

1) Отметить точку входа скважины.

2)Установить ось скважины.

3)Определить высоту установки тисков, измеряя расстояние от земли до центра верхней челюсти и угол забуривания.

4)На основе сделанных измерений, вычислить место установки: высоту тисков разделить на тангенс угла забуривания.

5)Отметьте полученное место на грунте.

6)Вставьте 230мм штифты.

7)Заполните свободное пространство землей вокруг анкера.

8)Установите кран-манипулятор, лежащий на анкере.

9)Закрепите кран.

10)Установите стрелу следующим образом:

11)Установите стрелу на анкер.

12)Измерить дистанцию от точки входа до стрелы.

13)Закрепить станок к анкеру.

4.2.1Схема строповки грузов

Способы правильной строповки грузов должны быть разработаны в следующих случаях:

- груз, предназначенный к подъему и перемещению кранами, не имеет специальных устройств (петель, цапф, рымов) для строповки;

- груз снабжен специальным устройством для строповки, но может быть поднят с помощью этих устройств в различных положениях;

- груз представляет собой детали и узлы машин, перемещаемые кранами во время монтажа, демонтажа и ремонта.

Подъем груза, перечисленного в пунктах выше, если не имеется разработанных на него схем строповки, должен производиться в присутствии и под руководством инженерно-технического работника, ответственного за безопасное производство работ по перемещению грузов кранами.

Строповка элементов и конструкций при выполнении монтажных работ из крупноразмерных элементов и конструкций должна производиться по схемам, составленным с учетом прочности и устойчивости поднимаемых конструкций при монтажных нагрузках.

4.3 Производство работ по бурению пилотной скважины

Организация и технология выполнения работ.

Бестраншейная прокладка участка газопровода осуществляется методом наклонно-направленного бурения.

Угол входа буровой колонны относительно горизонта при проходке пилотной скважины принят равным 7є. Угол выхода буровой колонны равен 7є, диаметр пилотной скважины 244.5мм

Длина скважины определяется расстоянием между местом забуривания скважины и местом ее выхода на противоположном берегу. При этом параметры отклонения места выхода скважины на дневную поверхность не должны превышать допустимые.

При отклонении места выхода свыше указанных величин составляется акт, с привлечением представителей проектной организации и заказчика, получение их заключения и согласования.

Длина пилотной скважины на русловом участке перехода через реку Вал, согласно продольного профиля составляет 473,5 м, но учитывая технологический запас, включающий допуски на точность выхода буровой колонны длина дюкера может быть скорректирована.

Минимально допустимый радиус упругого изгиба, обеспечивающий прокладку трубопровода без опасных напряжений в стенках трубы должен быть в пределах R> 1200 Dh. (наружный диаметр трубопровода).

Радиус изгиба проектируемой скважины должен быть не менее радиуса упругого изгиба трубопровода, укладываемого способом наклонно-направленного бурения, исходя из необходимости обеспечения безопасного протаскивания трубопровода в скважине после ее расширения. Для данного перехода радиус кривизны варьируется от 1000 до 1200м.

Продольный профиль построен по створу проектируемой нитки с указанием значений Х и Y , отражающих величину проекции по горизонтали и глубину оси пилотной скважины в указанных точках, с геологией, нанесенной согласно данным геологоразведочного бурения.

4.3.1 Производство работ

Для бурения пилотной скважины необходимо воспользоваться 3-шарошечным долотом. При бурении бурильщик обязан производить контроль за процессом бурения с фиксированием основных параметров бурения в «Буровом журнале» (нагрузки, крутящего момента и т.д.).

За 3-х шарошечным долотом, устанавливается кривой немагнитный переводник, который служит для набора угла при прохождении пилотной скважины. Далее следует установить датчик контроля направления движения внутри специальной немагнитной УБТ(утяжеленная бурильная труба). Для данных грунтов рекомендуется использование двух последовательно установленных УБТ длиной по 5м или одной 10м, для уменьшения помех сигнала зонда от буровой колонны.

Между немагнитной УБТ и буровой трубой устанавливается адаптер.

Буровая колонна соединяется с кареткой буровой установки через рабочий переводник бурильные трубы, с изолированным кабелем системы навигации внутри, наращиваются в процессе бурения. Рабочий переводник защищает от износа шпиндель каретки.

Параметры фактического профиля рассчитываются на основании результатов измерений с использованием программы Paratrack-2 или TENSOR, входящий в пакет программ ННБ , который предназначен для оперативной обработки результатов контрольных измерений с целью определения координат и геометрических параметров фактического профиля, а также его отклонения от проектного профиля. Координаты фактического профиля скважины рассчитываются с использованием метода сопряженных дуг как непосредственно от устья скважины, так и начиная с любой точки фактического профиля, координаты которой известны.

Для проведения расчета координат фактического профиля оператором по навигации вводятся в компьютер следующие основные исходные данные:

Координаты точки входа:

- длина буровой штанги;

- зенитный угол;

-азимут;

-возвышение точки входа;

-смещение точки входа буровой головки относительно проектной точки.

4.4 Производство работ по последовательному расширению скважины Организация и технология выполнения работ

4.4.1 Подготовительные работы

К началу работ по расширению пилотной скважины должны быть проведены все инженерно-технические и подготовительные мероприятия, содержащие:

-приемку и актирование всех видов работ, предшествующих расширению пилотной скважины с оценкой их объема и качества;

-уточнение состава и определение объемов закачки бентонитового раствора в скважину;

-план-график, отображающий порядок, этапы и время выполнения расширения пилотной скважины.

Технологическая схема и последовательность выполнения работ по комплексу расширений пилотной скважины определены проектом, исходя из геологического строения дна реки, вида применяемого бурового оборудования, объемов, сроков проведения работ.

В состав работ по расширению пилотной скважины входят:

-подготовка бурового оборудования, насосных установок и других механизмов к расширению скважины проверка правильности их расстановки на площадках и опробование;

Перед пуском в работу первого расширителя необходимо проверить состояние сварных швов, промывочных патрубков и отверстий. Расширители с выявленными дефектами подлежат ремонту своими силами или (при невозможности) в промышленных условиях.

-проверка надежности и устойчивости связи между всеми задействованными в работе механизмами и людьми на обоих берегах;

-выбор режима расширений пилотной скважины производится с учетом вида различных грунтов,скорости вращения бурового инструмента и усилия его подачи в скважину, давления и расхода бентонитового раствора;

-приготовление бурового раствора необходимой консистенции;

- сборка компоновки на расширение скважины;

- расширение скважины;

- калибрование скважины.

Тип расширителя выбирается на основании физико-механических свойств разбуриваемых пород.

Окончательный выбор типоразмеров расширителей и способ расширения, производится по результатам прохождения пилотной скважины. В данном случае планируется применять последовательное расширение - 500,900,1100,1300 мм.

Технология расширения на себя

Буровая колонна присоединяется впереди и позади расширителя, со стороны выхода она соединена с буровой установкой. Поступательное движение и крутящий момент расширителю через буровую колонну передается от буровой установки. Бурильные трубы будут наращиваться на стороне выхода по мере движения расширителя. Крутящий момент контролируется оператором и при его росте, что чаще всего связано с чрезмерной нагрузкой на расширитель, достаточно натянуть на стороне выхода трактором через малый вертлюг буровую колонну на себя. Расширение пилотной скважины до необходимого диаметра планируется производить в несколько этапов - 500,900,1100,1300 мм.

Количество расширений и диаметры используемых расширителей могут уточняться на месте, в процессе производства работ, исходя из непосредственных условий производства работ.

После завершения расширения, скважина проходится еще один раз калибратором.

Подготовка калибратора к работе.

-осмотр состояния вооружения (обработка режущей части не более 2\3 высоты, затупление режущей части).

На входном конце скважины собирается компоновка для калибровки ствола скважины.

4.4.2 Работы по расширению скважины

Буровая колонна присоединяется впереди и позади расширителя, со стороны выхода она соединена с буровой установкой. Поступательное движение и крутящий момент расширителю через буровую колонну передается от буровой установки. Бурильные трубы будут наращиваться на стороне выхода по мере движения расширителя. Крутящий момент контролируется оператором и при его росте, что чаще всего связано с чрезмерной нагрузкой на расширитель, достаточно натянуть на стороне выхода трактором через малый вертлюг буровую колонну на себя.

Количество расширений и диаметры используемых расширителей могут уточняться на месте, в процессе производства работ, исходя из непосредственных условий производства работ.

После завершения расширения, скважина проходится еще один раз калибратором 1300мм.



4.5 Производство работ по протаскиванию дюкера

4.5.1Организация и технология выполнения работ

До начала работ по укладке трубопровода протаскиванием необходимо:

-чтобы параметры пробуренной для укладки трубопровода скважины (протяженность, поперечное сечение, кривизна, чистота полости, объем бентонитового раствора в скважине) соответствовали требованиям нормативной документации и обеспечивали сохранность трубы при протаскивании;

-учесть профиль протаскиваемого трубопровода на участке входа в скважину, определенный расчетом в рабочем проекте и равный 7°.

-работы по протаскиванию вести без перерывов до полного их завершения, независимо от продолжительности рабочей смены.

К началу работ по протаскиванию трубопровода должен быть выполнен весь комплекс организационно-подготовительных работ и мероприятий, содержащих:

-приемку и актирование всех видов работ, предшествовавших протаскиванию газопровода с оценкой их объема и качества в том числе подготовку дюкера на монтажной площадке (сварка, испытание);

-подготовку всех графических материалов, схем, программ по протаскиванию трубопровода;

-уточнение условий, технических и других требований по применению оборудования, материалов, топлива и др., используемых при протаскивании;

-разработку и уточнение схемы расстановки тяговых, грузоподъемных и других механизмов на площадке для протаскивания;

-состав рабочей бригады и график ее работы;

-подготовку и расстановку на обоих берегах технических средств и оборудования, используемых при протаскивании, включая спусковую дорожку;

-работы по расчистке и освобождению от техники, оборудования и стройматериалов площадок на обоих берегах реки Вал в границах, необходимых для выполнения работ по протаскиванию;

-организацию связи между работающими механизмами и людьми на обоих берегах;

-инструктаж людей, участвующих в протаскивании трубопровода.

Технологическая схема выполнения работ по протаскиванию трубопровода включает следующие основные операции:

-подготовка оборудования и механизмов к протаскиванию;

-проверка надежности работы связи;

-уточнение режима работы и параметров протаскивания.

4.5.2 Протаскивание дюкера

Оголовок (днище трубопровода с проушиной для соединения с колонной) приваривается непосредственно к дюкеру. Далее оголовок соединяется с компенсатором вращения (вертлюгом). Вертлюг обеспечивает свободное вращение бурового става при не вращающемся дюкере. Параметры расстановки трубоукладчиков для поддержания трубопровода под заданным углом на участке входа дюкера в скважину определены расчетом в рабочем проекте.

Подъем и поддержание трубопровода трубоукладчиками осуществлять с помощью троллейных подвесок. После того, как труба установлена согласно профилю протаскивания и обеспечена ее соосность со скважиной приступают к процессу протаскивания. Протаскивание осуществляется буровой установкой приложением тянущего усилия "на себя" с периодическими остановками для съема очередной секции буровой трубы (длиной 9,8 м) на стороне буровой установки. Демонтаж секций буровых труб производится с помощью крана-манипулятора.

...