Проектирование подводного перехода магистрального газопровода на реке Ухта методом наклонно-направленного бурения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высшая школа «Транспортного строительства, геодезии и землеустройства»

Курсовой проект по дисциплине

«Объекты инфраструктуры, транспортировки нефти, газа»

Проектирование подводного перехода магистрального газопровода на реке Ухта методом наклонно-направленного бурения

Выполнила студентка Алексеева Д.С.

ИАСиД, группа НД(б)-01

Руководитель проекта Сим А.Д.



Содержание

трубопровод газопровод протаскивание давление

Введение

1. Построение продольного профиля подводного перехода с учетом упругого изгиба трубопровода

1.1 Продольный профиль ствола скважины

1.2 Расчет длины скважины трубопровода

2. Механический расчёт трубопровода

2.1 Выбор труб для строительства газопровода высокого давления

2.2 Расчет толщины стенки

3. Расчет весовых характеристик трубопровода

4. Расчёт параметров спусковой дорожки

5. Балластировка трубопровода водой

6. Расчет максимального тягового усилия при протаскивании

Заключение

Список использованных источников

Приложение А



Введение

Трассы газо- и нефтепроводов на территории России проходят через множество мелких и крупных водных преград, гор и оврагов, в тяжелых условиях заболоченной местности. Надежность стабильного функционирования магистральных трубопроводов главным образом зависит от бесперебойной работы самых уязвимых мест - переходов через естественные и искусственные преграды.

Существует несколько методов прокладки трубопроводов через естественные и искусственные препятствия такие как: траншейные, бестраншейные, прокладка по дну водоема и трубопровод в толще воды.

Выбор конкретного метода (или конструкции) в каждом конкретном случае должен основываться на рассмотрении совокупности условий прохождения и требований к переходу - технических, экономических, экологических и др.

Опыт многих стран доказывает, что дешевизна традиционной прокладки трубопроводов на переходах - иллюзия, а косвенные убытки от строительства переходов традиционными способами значительны.

Одной из главных технологий сооружения подводных переходов является бестраншейная прокладка магистрального трубопровода, которая экономически более выгодна, для большинства случаев, что объясняется экономией средств, которые при открытом способе замены коммуникаций идут на строительство траншей, вывоз мусора, восстановление берегов, благоустройство территорий, озеленение и многое другое. Кроме того, современная буровая техника, позволяет работать в сложных геологических условиях практически без ограничений по факторам сезонности.

В связи с выше перечисленным, в курсовом проекте будет рассматриваться вопрос о возможности строительства подводного перехода магистрального газопровода бестраншейным методом наклонно-направленного бурения.

1. Построение продольного профиля подводного перехода с учетом упругого изгиба трубопровода

В данном разделе рассмотрен вопрос о возможности строительства подводного перехода бестраншейными методами строительства с учетом рельефа местности и длины предполагаемого бурения скважины, а конкретно методом ННБ. В курсовом проекте расчет будет вестись для реки Ухта

1.1 Продольный профиль ствола скважины

Построение продольного профиля трубопровода бестраншейными методами строительства, зависящего от характеристики водной преграды, параметров прокладываемого трубопровода, используемой техники и технологии бурения скважины, экологических условий района строительства и других факторов, выполняется при проектировании подводного перехода и может, при необходимости, уточняться перед началом работ с учетом дополнительных исходных данных по переходу и условиям строительства.

Продольный профиль ствола скважины представляет собой пологую кривую, состоящую из сопрягаемых между собой прямолинейных и криволинейных участков с определенными радиусами, которые определяются радиусом естественного изгиба протаскиваемого трубопровода. Углы входа и выхода буровой головки относительно горизонта, протяженности прямолинейных и криволинейных участков, а также радиусы изгиба представляются в чертежах Рабочего проекта, в соответствии с которыми производится бурение пилотной скважины.

При описании профиля приводятся параметры, позволяющие однозначно определить профиль скважины - углы входа и выхода бурильного инструмента, длины участков и радиусы искривления. Данные скважины сводятся в таблицу.

Наиболее типичным являются профили:

- состоящие из двух прямолинейных граничных участков и центрального, искривленного по радиусу, участка;

- профили, включающие дополнительно центральную прямолинейную вставку.

Если позволяют условия проектирования, то длина центральной вставки должна превышать 50 м (около пяти бурильных труб) в целях получения возможности корректировать профиль при бурении скважины.

Длина перехода определяется расстоянием между точкой забуривания пилотной скважины и местом ее выхода и характеризуется углами входа и выхода бура. Границами русловой части подводного перехода, выполненного бестраншейным методом, являются точки входа и выхода скважины. Бурение пилотной скважины ведется в соответствии с чертежами Рабочего проекта.

Трубопровод в грунтовой скважине необходимо проложить ниже линии предельного размыва по радиусу не менее радиуса упругого изгиба трубопровода.

Радиус изгиба проектируемой скважины должен быть не менее радиуса упругого изгиба трубопровода. Минимально допустимые радиусы упругого изгиба, обеспечивающие прокладку трубопроводов без опасных напряжений в стеках трубы, должны соответствовать формуле:

, (1.1.1)

где - радиус минимального изгиба трубопровода, м;

- наружный диаметр трубопровода.

м

Проектная величина заглубления трубопровода составляет не менее 3 м от линии предельного размыва русла реки и не менее 8 м от наименьшей отметки дна.

Точка входа буровой колонны (выхода рабочего трубопровода) принимается с учетом оптимального размещения бурового комплекса, удобства выполнения буровых работ и работ по монтажу рабочего трубопровода, а также с учетом уменьшения тяговых усилий. Предпочтительно, чтобы протаскивание в скважину трубопровода велось с более высокого берега к более низкому, и буровой комплекс располагался для реки Ухта на правом берегу.

1.2 Расчет длины скважины трубопровода

Исходные данные для построение продольного профиля подводного перехода через реку Ухта представлены в таблицах 1.1-1.2.

Таблица 1.1

Исходные данные для построения продольного профиля трубопровода прокладываемого ННБ

Наименование данных	Параметр
Ширина русла между береговыми кромками (м)	67
Прогнозируемая глубина размыва дна (м),	1,21
Прогнозируемая глубина размыва дна от наинизшей его отметки	0,1
Диаметр трубопровода (мм)	1420

Таблица 1.2

Характеристика данных профиля подводного перехода

Наименование данных	Параметры профиля, м
Отметка УВВ	98
Ширина зеркала воды	48,1
Ширина русла между береговыми кромками	67
Прогнозируемые величины отступления левого берегового склона	1,2
Прогнозируемые величины отступления правого берегового склона	0,2
Заложение откосов левого берегового склона	0,22
Заложение откосов правого берегового склона	0,09
Высотная отметка левого берега	128,9
Высотная отметка дна БС	97,4
Высотная отметка правого берега	110

Для определения расстояния и между точками входа и выхода трубопровода в горизонтальной проекции и общей длины трубопровода, укладываемого способом ННБ, необходимо найти ширину прогнозируемого профиля размыва по верху и по низу и соответственно (точки 1,2,3,4).

Ширина проектного профиля размыва по верху определяется по формуле:

, (1.2.1)

где - ширина русла между бровками берегов, м;

и - прогнозируемые величины отступления береговых склонов по материалам инженерных изысканий и гидрологоморфологического анализа руслового процесса, м;

и - запасы к прогнозируемым значениям отступления берегов, м;

должен удовлетворять условию:

, (1.2.2)

где - коэффициент заложения откоса берегового склона;

- запас к прогнозируемой глубине размыва дна, м:

, (1.2.3)

где - наружный диаметр трубопровода, Д_н 1,42 м;

м

Тогда запас к прогнозируемому значению отступления левого берегового склона по формуле (1.2.2):

м

м

Принимаем м.

должен удовлетворять условию:

, (1.2.4)

где - коэффициент заложения откоса берегового склона;

- то же, что и в формуле (1.2.2).

Тогда запас к прогнозируемому значению отступления левого берегового склона по формуле (1.2.4):

м

м

Принимаем м.

Тогда ширина проектного профиля размыва по верху по формуле (1.2.1) составляет:

м

Ширина проектного профиля размыва по низу рассчитывается по формуле:

, (1.2.5)

где - разница высот наинизшей отметки профиля размыва относительно высоты левого берега, м:

, (1.2.6)

где - высота левого берега относительно наинизшей отметки дна, м:



, (1.2.7)

где - высотная отметка левого берега, Д₁ 128,9;

- высотная отметка дна БС, Д₀ 97,4 м.

м

Тогда по формуле (1.2.6) составит:

м

- разница высот наинизшей отметки профиля размыва относительно высоты правого берега, м;

, (1.2.8)

где - высота левого берега относительно наинизшей отметки дна, м;

, (1.2.9)

где - высотная отметка правого берега, м Д₁ 110 м;

- высотная отметка дна БС, м, Д₀ 97,4 м.

м

м

Ширина проектного профиля размыва по низу по формуле (1.2.5) составляет:

м

Радиус кривой искусственного изгиба трубопровода принимается по условию:

, (1.2.10)

м

Радиус кривой искусственного изгиба принимаем равным 1704 м.

Диаметр скважины, необходимой для протаскивания трубопровода рассчитывается по формуле:

1,25 Д_н, (1.2.11)

м

Угол скважины в точке 2 находится по формуле:

, (1.2.12)

Угол скважины в точке 3 находится по формуле:

, (1.2.13)

Нижняя точка оси скважины БС, НТс, определяется по формуле:

, (1.2.14)

м

Угол входа скважины рассчитывается по формуле:

, (1.2.15)

Угол выхода скважины рассчитывается по формуле:

, (1.2.16)

Протяженность от нижней точки оси скважины до входа скважины по горизонтальной проекции рассчитывается по формуле:

, (1.2.17)

м

Протяженность от нижней точки оси скважины до выхода скважины по горизонтальной проекции определяется по формуле:

, (1.2.18)

м

Расстояние между точками входа и выхода трубопровода (горизонтальная проекция) найдем по формуле:

, (1.2.19)

м

Общая протяженность бурения скважины определим как:

, (1.2.20)

м

Пилотная скважина состоит из одного криволинейного участка по дуге окружности.

Вход в скважину происходит под углом к плоскости горизонта, длина участка S = 583 м по дуге окружности с радиусом R = 1704 м с выходом на поверхность под углом к плоскости горизонта.

Геометрические характеристики перехода через реку Ухта сведены в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Характеристика перехода через реку Ухта

Наименование параметра	Обозначение	Значение
Ширина зеркала воды	Во	48,1м
Ширина русла между береговыми кромками	В1	67 м
Высотные отметки м (мБС): - левый берег, - дно - правый берег	Д1 Д0 Д2	128,9 м 97,4 м 110 м
Прогнозируемые величины отступления береговых склонов: - левого, - правого		1,2 0,2
Запас к прогнозируемому значению отступления левого берега		м
Запас к прогнозируемому значению отступления правого берега		м
Заложения откосов береговых склонов: - левого, - правого,	m1 m2	0,22 0,09
Прогнозируемая глубина размыва дна		0,1 м
Запас к прогнозируемой глубине размыва min		2,84 м
Ширина проектного профиля размыва по верху		69,4 м
Ширина проектного профиля размыва по низу		60,5 м
Радиус кривой искусственного изгиба трубопровода	RК	1704 м
Нижняя точка оси скважины БС	НТс	м
Диаметр скважины	Дc	1,8 м
Угол входа	а4	8,09о
Угол выхода	а1	о
Длина скважины по оси		592 м

2. Механический расчет трубопровода

2.1 Выбор труб для строительства газопровода высокого давления

При заданном рабочем давлении равным P_раб = 11,8 МПа, учитывая коррозионную активность перекачиваемого продукта и высокую степень экологической уязвимости данных районов, для снижения аварийности, в проекте принимаем трубы с заводским изоляционным покрытием, изготовленные из стали повышенной прочности, хладостойкости и коррозионной стойкости марки, класс прочности К65 (Х80,по API 5L) Выксунского трубопрокатного завода. В таблице 2.1 приведены механические свойства данной стали.

Таблица 2.1

Характеристика конструктивных параметров труб

Нормативные характеристики основного металла	Диаметр Dн, мм	Эквивалент углерода, не более	Конструкция трубы, состояние поставки металла	Коэффициент надежности по материалу, К1
временное сопротивление разрыву, R1н, МПа	предел текучести, R2н, МПа
827	690	1420	0,43	Электросварные прямошовные трубы с одним продольным швом из стали контролируемой прокатки	1,34

Эти трубы отличаются от традиционных стальных прямошовных труб из стали контролируемой прокатки повышенной стабильностью механических характеристик, низкой температурой вязкохрупкого перехода, повышенной стойкостью к общей и язвенной коррозии, стойкостью к сульфидному коррозионному растрескиванию и образованию водородных трещин. Все трубы на заводе изготовителе подвергаются 100%-ному контролю неразрушающим способом, гидравлическому испытанию.

2.2 Расчет толщины стенки

Подземные трубопроводы следует проверять на прочность, деформативность и общую устойчивость в продольном направлении и против всплытия.

Толщину стенки трубы находят, исходя из нормативного значения временного сопротивления на разрыв, диаметра трубы и рабочего давления с использованием предусмотренных нормами коэффициентов. Расчет в данном разделе ведется в соответствии с СП 36.13330.2012.

Расчетная толщина стенки труб рассчитывается по формуле:

, (2.2.1)

где n ? коэффициент надежности по нагрузке - внутреннему рабочему давлению в трубопроводе, n=1,15;

? внутреннее давление в трубопроводе, Р = 11,8 МПа;

? наружный диаметр трубопровода;

? расчетное сопротивление металла труб растяжению, МПа:

, (2.2.2)

где ? нормативное сопротивление растяжению металла труб, 827 МПа;

? коэффициент работы трубопровода, m = 0,75;

? коэффициенты надежности по материалу, k₁=1,34;

? коэффициент надежности по назначению трубопровода, k_н=1,15.

Расчетное сопротивление материала стенки трубопровода по формуле (2.2.2) равно:

МПа.

Расчетное сопротивление материала трубы сжатию, определяется следующим образом:

, (2.2.3)

где ? нормативное сопротивление сжатию металла труб, МПа;

? коэффициенты надежности по материалу, k₂=1,34;

МПа.

Расчетная толщина стенки по формуле (2.2.1) составляет:

м мм

Толщину стенки труб, определенную по формулам, следует принимать не менее 1/140 D_Н, но не менее 4 мм для труб с Д_у свыше 200 мм. Принимаем предварительное значение толщины стенки д = 27,7 мм в соответствии с ТУ 1381-038-05757848-2008.

Внутренний диаметр трубопровода определим по формуле:

, (2.2.4)

мм

При наличии продольных осевых сжимающих напряжений толщину стенки следует определять из условия:

, (2.2.5)

где ? коэффициент двухосного напряженного состояния металла труб, определяемый по формуле:

, (2.2.6)

где ? продольное осевое сжимающее напряжение, МПа, определяемое от расчетных нагрузок и воздействий с учетом упругопластической работы металла труб в зависимости от принятых конструктивных решений. При растягивающих осевых продольных напряжениях (??_пр?? > 0) =1,0, при сжимающих осевых продольных напряжениях (??_пр?? <0):

, (2.2.7)

где - расчетный температурный перепад, равный разности между максимальной температурой эксплуатации и минимальной температурой укладки трубопровода, = 55 ;

? коэффициент линейного расширения металла, б = 0,000012 град^-1;

?? ? модуль Юнга, ?? = 206000 МПа;

? переменный коэффициент поперечной деформации стали (коэффициент Пуассона), 0,3;

МПа

Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб по формуле (2.2.6) равно:

Расчётная толщина стенки с учётом влияния осевых сжимающих напряжений по формуле (2.2.5) составит:

мм

Принимаем значение толщины стенки д=27,7 мм.

Проверка трубопровода на прочность производится по условию:

, (2.2.8)

где R₁ - расчетное сопротивление материала;

Ш₂ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб. При растягивающих осевых продольных напряжениях (у_прN при > 0) Ш₂=1,0, при сжимающих осевых продольных напряжениях (у_прN<0) определяется по формуле:

(2.2.9)

где у_кц - кольцевые напряжения в стене трубы от расчетного внутреннего давления, равные:

(2.2.10)

где ??, ?? - обозначения те же, что в формуле (2.2.1);

??_В - внутренний диаметр нефтепровода, м, определяемый по формуле (2.2.4).

МПа

Коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла труб по формуле (2.2.9) составит:

Проверка на прочность подземного трубопровода по условию (2.2.8):

Условие прочности подземного трубопровода выполняется. Следовательно, результаты расчетов принимаем удовлетворительными.

Длина дюкера назначается с запасом, который компенсирует удлинение скважины в случае выхода бура за проектную отметку в неблагоприятных условиях бурения.

Длина дюкера определяется по формуле:

, (2.2.11)

где - запас, который компенсирует удлинение скважины в случае выхода бура за проектную отметку в неблагоприятных условиях бурения, принимаем L 20 м;

м

Техническая характеристика трубопровода сведена в таблицу 2.2

Таблица 2.2

Характеристика трубопровода

Наименование параметра	Обозначение	Значение
Длина дюкера по упругому изгибу	Lд.у.изг	592 м
Длина дюкера с учетом технологического запаса	Lтб	602 м
Наружный диаметр	Dн	1,42 м
Внутренний диаметр	Dвн	1,3646 м
Толщина стенки	д	27,7 м
Предел материала труб		827 МПа
Предел прочности стали		690 МПа
Тип изоляции	экструдированный полиэтилен
Толщина изоляции		0,003 м
Плотность материала изоляции		1000 кг/м3

2.3 Расчет весовых характеристик трубопровода

Внутренний диаметр трубопровода по формуле 2.2.4 составляет:

мм

Вес единицы длины трубопровода определяется по формуле:

, (2.3.1)

где - внутренний диаметр трубопровода;

- плотность материала трубы, принимаем кг/м³.

Н/м

Диаметр трубопровода с изоляцией рассчитывается следующим образом:

, (2.3.2)

где - толщина изоляции трубопровода, м ;

м

Вес изоляции на единицу длины определяется по формуле:

, (2.3.3)

где - плотность изоляции, кг/м³ ;

Н/м

Вес трубопровода с изоляцией определяется по формуле:

, (2.3.4)

Н/м

Полученные параметры весовых характеристик трубопровода сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

Весовые характеристики трубопровода на единицу длины

Единица	Обозначение	Значение
Диаметр трубопровода с изоляцией		1,426 м
Вес единицы длины трубопровода		н/м
Вес изоляции на единицу длины		131,57 н/м
Вес трубопровода с изоляцией		н/м



3. Расчет параметров спусковой дорожки

С целью снижения тяговых усилий при укладке трубопровода в криволинейную скважину, сохранности изоляционного покрытия от повреждения и обеспечения заданного угла входа его в скважину к моменту окончания процесса расширения скважины в створе протаскивания на монтажной площадке, трубопровод должен быть уложен на спусковой стапель - роликовые опоры.

Для того, чтобы исключить удары конечного участка трубопровода при движении о землю и опоры, конец трубопровода следует поддерживать трубоукладчиком, оснащенным мягким полотенцем.

Применяемые при протаскивании роликовые опоры должны обеспечивать сохранность изоляционного покрытия трубопровода.

Параметры расстановки механизмов рассчитаны с учетом допустимого радиуса упругого изгиба и возможных максимальных силовых воздействий, вызывающих продольные и изгибающие напряжения в трубопроводе в процессе протаскивания. Параметры протаскивания уточняются в процессе производства работ.

Опора состоит из рамы, на которую установлен каток.

Номинальная грузоподъемность опоры - 100 кН. Разработчик - Центр технической диагностики (ЦТД).

На рисунке 1 представлен трубопровод на опоре ОПР.00-000 ГЧ. Принимается, что опора может выдерживать в качестве допустимой экстремальной нагрузки усилие Р_оп = 150 кН.

Максимальное расстояние между опорами по условию грузоподъемности рассчитывается по формуле:

, (3.1)

где - номинальная грузоподъемность опоры, = 100 кН;

- вес единицы длины трубы с изоляцией, = Н/м.

м

Рис. 1 Схема установки роликовой опоры

Минимально необходимое число опор, при котором опорная реакция не превышает номинальной грузоподъемности опоры рассчитывается по формуле:

, (3.2)

где - длина скважины, S = 592 м;

шт.

В выражении для учитывается, что число пролетов на единицу меньше числа опор. Принимаем с запасом около 25% число опор:

, (3.3)

шт

Расстояние между опорами определяется по формуле:

, (3.4)

м

Нагрузка на одну опору определяется следующим образом:

, (3.5)

Н

Реакция на ближайшие опоры рассчитывается следующим образом:

, (3.6)

Н

Допустимая длина консоли определяется по формуле:

, (3.7)

где m - коэффициент условий работы трубопровода, m = 0,75;

-осевой момент инерции сечения трубопровода, м³:

, (3.8)

м³

Допустимая длина консоли по формуле (3.7) составит:

м

Далее проверяется условие расстановки опор на допустимую длину консоли:

, (3.9)

8,5 м 67,3 м

Условие выполняется. Следовательно, расстояние между опорами принимаем равным 8,5 м.

Высота оси трубопровода на роликовой опоре и плите рассчитывается следующим образом:

, (3.10)

где h - высота железобетонной плиты, h = 0,21 м;

- высота оси ролика, a =0,364 м;

- диаметр средней части ролика, d = 0,229 м;

м

Расстояние от точки выхода скважины до точки максимального подъёма трубопровода на трубоукладчике найдем по формуле:

, (3.11)

где - угол выхода скважины, 0,206 рад;

- момент инерции сечения трубопровода, м⁴:

, (3.12)

м⁴

Расстояние от точки выхода скважины до точки максимального подъёма трубопровода на трубоукладчике по формуле (3.11) равно:

м

Высота подъёма трубопровода на расстоянии от точки выхода скважины определим по формуле:

, (3.13)

м

Монтажная схема расстановки роликовых опор и трубоукладчиков должна обеспечить угол входа в скважину равный углу выхода пилотной скважины.

Для возможности поднятия трубопровода на проектную высоту необходимо устройство насыпной дамбы высотой до 2 метров. Для обеспечения устойчивости трубоукладчиков ширина дамбы должна быть не менее 6 м.

Для поддержания трубопровода трубоукладчиками используются троллейные подвески ТПП 1421 грузоподъемностью 63 т.



4. Балластировка трубопровода водой

Для сокращения усилия на преодоление трения протаскиваемого трубопровода о грунт внутри скважины, заполненной бентонитом, и снижения тяговых усилий при протаскивании, трубопровод необходимо забалластировать водой.

Цель балластировки - регулирование величины эквивалентного веса единицы длины трубопровода.

В наиболее простом варианте балластировки трубопровод заполняется водой. В этом случае происходит увеличение эквивалентного веса единицы длины трубопровода на величину веса воды в трубопроводе.

Так как буровой раствор имеет плотность, превышающую плотность воды, то для трубопроводов большого диаметра выталкивающие силы принимают большие значения, поэтому эффект от заполнения трубопровода водой увеличивается с ростом его диаметра.

В случае протяженных переходов профиль имеет центральный горизонтальный участок значительной длины. При неполном заполнении трубопровода свободная вода располагается в наиболее низкой его части.

В случае отсутствия горизонтального участка скважины или при его малой длине, эффект нулевой плавучести не может быть реализован с использование свободной воды, так как центральная часть трубопровода будет полностью заполнена ею, а на участках входа и выхода будет находиться не заполненный водой трубопровод.

При протягивании трубопровода в местах недостаточной балластировки трубопровода возможен подъем бурильной колонны или самого трубопровода к своду скважины (особенно на искривленных участках профиля). Бурильная колонна, расположенная перед трубопроводом, оголовок или сам трубопровод, находятся в контакте с верхней образующей стенки скважины.

Движение колонны в условиях прижатия к верхней образующей ствола скважины способствует обрушению стенок и развитию осложнений при протягивании.

При выполнении работ из условия сохранения устойчивости стенок скважины более предпочтительным является вариант движения бурильной колонны и трубопровода в условиях прижатия к нижней образующей стенки скважины.

Вес воды в трубопроводе при заполнении водой определим по формуле:

, (4.1)

где - плотность воды, кг/м³;

Н/м

Выталкивающая сила, действующая на полый трубопровод в буровом растворе найдем по формуле:

, (4.2)

где - плотность бурового раствора, кг/м³;

Н/м

Вес единицы длины полого трубопровода в буровом растворе рассчитывается по формуле:

, (4.3)

Н/м

Вес единицы длины трубопровода, заполненного водой и находящегося в буровом растворе определяется по формуле:



, (4.4)

Н/м

Весовые характеристики трубопровода на единицу длины представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Весовые характеристики трубопровода на единицу длины

Единица	Обозначение	Значение
Выталкивающая сила		Н/м
Полый трубопровод с изоляцией в буровом растворе	.	Н/м
Заполненный водой трубопровод с изоляцией в буровом растворе		Н/м



5. Расчет максимального тягового усилия при протаскивании

В начальный момент протаскивания, когда весь трубопровод находится на берегу, усилие протаскивания определяется по формуле:

, (5.1)

где - коэффициент трения трубопровода при движении по рельсовым опорам ;

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

- вес единицы длины трубопровода;

- длина трубопровода;

- усилие, необходимое для протягивания расширителя (зависит от типа расширителя и условий строительства).

В момент, когда трубопровод двигается по наклонной прямой, тяговое усилие с учетом прироста осевого усилия по спусковой дорожке определяется по формуле:

, (5.2)

где - коэффициент трения трубопровода и бурильных труб о стенки скважины, = 0,5;

- угол входа трубопровода, град;

- угол выхода трубопровода в данном случае принимается со знаком минус, град

Тяговое усилие определяем для конечного момента протягивания перехода, т.е. когда весь трубопровод находится в скважине, а колонна буровых труб - на берегу. Усилие сопротивления движению расширителя равно нулю.

Расчет тягового усилия ведется от конца скважины. При вычислениях проводим округление до целых значений. Для движения трубопровода в вязкопластичном буровом растворе требуется преодолеть дополнительно силы сопротивления на единицу длины.

Сила сопротивления движению трубопровода в вязкопластичном буровом растворе на единицу длины определяется по формуле:

, (5.3)

где - динамическое напряжение сдвига бурового раствора, =100Па;

Н/м

Расчет будет вестись для двух криволинейных участков, от точки входа трубопровода до нижней точки оси скважины и от нижней точки оси скважины до точки выхода трубопровода.

Рассмотрим первый расчетный участок. Тяговое усилие на I участке:

, (5.4)

где - коэффициент трения трубопровода и бурильных труб в скважине, f = 0,5;

А - промежуточная величина:

, (5.5)

где - сила прижатия трубопровода к стенкам скважины, безразмерная величина:

, (5.6)

где - угол входа трубы, град, =11,78?;

Величины по формулам (5.6) и (5.5) соответственно равны:

- коэффициент, учитывающий влияние изгиба, Н:

, (5.7)

R - радиус искривления оси трубопровода, R =1704 м;

кг

Н

Тяговое усилие на II участке Т₂ определим по формуле:

, (5.8)

где - угол выхода трубы, град, =8,09?;

- сила прижатия трубопровода к стенкам скважины, безразмерная величина:

, (5.9)

А - промежуточная величина, рассчитаем по формуле (5.5):

Тогда Тяговое усилие на II участке Т₂ по формуле 5.8 составляет:

Н

Таким образом, в конечный момент движения (при неработающем расширителе) необходимо развить усилие на буровой установке Т_р 110 т.

Бурение пилотной скважины осуществляем буровым комплексом Robbins 55030 TLMSC [5].

Краткие технические характеристики:

- усилие проходки / вытягивание Т_max, кг, Т_max - 230 000 кг;

- системой линейного перемещения каретки;

- фронтальная гидравлическая система закручивания и раскручивания штанг - стандартная;

- мощность двигателя 2 кВт;

- система вращения штанг;

Данная буровая установка позволяет протащить плеть трубопровода через скважину, кроме того, согласно источнику [3], который рекомендует мощность буровой установки принимать из расчета обеспечения максимальных усилий для протаскивания трубопровода в скважину с коэффициентом запаса не менее 1,5, при такой балластировке и величине тягового усилия строительство перехода данным методом можно считать безопасным и рекомендованным, так как коэффициент запаса в данном случае составляет 2,1.



Заключение

В курсовом проекте рассмотрена тема: «Проектирование подводного перехода магистрального газопровода на реке Ухта методом наклонно-направленного бурения».

В первом разделе курсового проекта установлена возможность строительства ППМГ методом ННБ, произведен расчет геометрических параметров трассы, целью которого было определение всех необходимых данных для бурения пилотной скважины, её длины, и длины необходимой плети трубопровода для протаскивания.

Также был проведен механический расчет, целью которого были подбор труб и толщины стенки; расчет балластировки протаскиваемого трубопровода, целью этого расчета было определение требуемого веса балласта; расчёт параметров спусковой дорожки.

По результатам расчета максимального тягового усилия при протаскивании трубопровода подобрана установка ННБ Robbins 55030 TLMSC.



Список использованных источников

1. Сальников, А.В. Методы строительства подводных переходов газонефтепроводов на реках Печорского бассейна [Текст]: учеб. пособие / А.В. Сальников, В.П. Зорин, Р.В. Агиней. Ухта: УГТУ, 2008. 108 с., ил.

2. ТУ 1381-038-05757848-2008. Трубы стальные электросварные прямошовные диаметром 1420 мм, из стали класса прочности К65, для магистральных газопроводов на рабочее давление 11,8 МПа, и рабочим давлением 12,9 МПа включительно: Изм. №5 к ТУ 1381-038- 05757848-2008: Выксунский металлургический завод АО

3. Ведомственные нормы. Строительство подводных переходов газопроводов способом направленного бурения [Текст] / АО «ВНИСТ». М.: Информационно-рекламный центр газовой промышленности (ИРЦ Газпром), 1998. 86 с.

4. СП 36.13330.2012. Магистральные трубопроводы (Актуализированная редакция СНиП 2.05.06-85*). / Госстрой. М.: ФАУ "ФЦС", 2013. 93 с.

5. Robbins 55030 TLMSC: Технические характеристики, описание, обзор - URL: https://exkavator.ru/excapedia/technic/robbins_55030_tlmsc (дата обращения 16.09.2023).

Размещено на Allbest.ru

...