Законодательная база Российской Федерации

"ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ТРУБ. СП 42-101-2003" (утв. Протоколом от 08.07.2003 N 32) (Приложения Л - Э)

Л.4.1 Общее усилие протаскивания Р определяется как сумма всех видов сопротивления движению газопровода и расширителя в буровом канале:

Р = Р_р + Р*n + Ргн (56)

где Р - общее усилие протаскивания;

Р_р - лобовое сопротивление движению расширителя;

Р*n - усилие перемещения буровых штанг;

Р_гп - усилие протаскивания газопровода, которое рассчитывается по формуле

(57)

где Р2 - сила трения от веса газопровода (в буровом канале);

Р3 - увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову);

Р4 - увеличение силы трения от наличия на трубе газопровода выступов за пределы наружного диаметра;

Р5 - дополнительные силы трения от опорных реакций;

Р6 - усилие сопротивления перемещению газопровода в зоне заглубления в буровой канал;

Р7 - увеличенное сопротивление перемещению при переходе от прямолинейного движения к криволинейному;

Р8 - сила трения от веса газопровода, находящегося вне бурового канала.

Расчет общего усилия протаскивания выполняется для двух пограничных состояний:

- при благоприятных условиях: при наличии качественного бурового раствора, отсутствии фильтрации раствора в грунт, при хорошо сформированном и стабильном буровом канале;

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

Л.4.2 Лобовое сопротивление движению расширителя Р_р рассчитывается по формуле

(58)

где Р_г - сила сопротивления бурению, Н;

l_i - текущая длина бурового канала от точки забуривания до точки выхода из земли (так как протаскивание газопровода начинается с конечной точки бурового канала, то текущая длина будет изменяться в интервале от 1 до 0), м;

R - радиус кривизны бурового канала, м;

f*рш - условный коэффициент трения вращающегося расширителя о грунт, смоченный буровым раствором, рассчитывается по формуле

(59)

где f*рш - коэффициент трения стального расширителя о грунт, смоченный буровым раствором;

d_рш - диаметр расширителя, м;

h - подача на оборот, м.

Сила сопротивления бурению Р_г рассчитывается по формуле

(60)

где р - давление жидкости на выходе из сопел расширителя, Н/м2 (Па) (характеристика оборудования буровой установки);

d*3 - диаметр выступа буровых штанг, м.

Л.4.3 Силу трения от веса газопровода Р2рассчитывают по формуле

(61)

где q - погонный вес газопровода за вычетом выталкивающей силы бурового раствора, Н/м;

R - расчетный радиус кривизны бурового канала, м;

f - коэффициент трения газопровода о грунт, смоченный буровым раствором;

l - длина бурового канала;

li - текущая длина бурового канала (в интервале от 1 до 0), м;

Погонный вес газопровода q (за вычетом выталкивающей силы бурового раствора) рассчитывается по формуле

(62)

где y_т - удельный вес материала трубы газопровода, Н/м3;

y_ж - удельный вес бурового раствора, Н/м3;

d_н - наружный диаметр трубы газопровода, м;

б - толщина стенки трубы газопровода, м.

Л.4.4 Увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову) Р3 рассчитывается по формуле

(63)

где q_г - погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), рассчитывается по формуле

(64)

где и - коэффициент бокового давления;

y*г - объемный вес грунта с учетом разрыхления при его обрушении на газопровод, рассчитывается по формуле

(65)

где y_г - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3;

k - коэффициент высоты свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), рассчитывается по формуле (34) для благоприятных условий.

Погонный вес грунта зоны естественно свода равновесия будет рассчитываться по формуле

где k - коэффициент высоты свода равновесия (по М.М. Протодьяконову), рассчитывается по формуле (38) для неблагоприятных условий.

Погонный вес грунта зоны естественно свода равновесия будет рассчитываться по формуле

Л.4.5 Увеличение силы трения от наличия на трубе газопровода выступов за пределы наружного диаметра Р4 рассчитывается по формуле

(70)

где q_б - погонная сила сопротивления буртов земли, Н/м, образованных выступами, которая рассчитывается по формулам

а) при благоприятных условиях:

(71)

где а - расстояние между выступами на газопроводе, м;

y_в - удельный вес воды, Н/м3;

Р3 - потеря давления бурового раствора между выступом и стенкой скважины на длине выступа, которая рассчитывается по формуле

(72)

где Q_ж - расход бурового раствора, м3/с;

L3 - длина выступа, м;

d3 - наружный диаметр выступа, м;

d_рш - наружный диаметр расширителя, м;

Рт - потеря давления бурового раствора между газопроводом и стенкой скважины на длине выступа, рассчитывается по формуле

где б_упл - напряжение уплотнения грунта, рассчитывается по формуле

- для песчаных грунтов, Н/м2 (Па),

где А - площадь вертикального сечения бурта, рассчитывается по формуле

(76)

где n_0 - пористость грунта в естественном залегании;

n - приращение пористости грунта при обрушении грунта зоны свода равновесия, которое рассчитывается по формуле

Л.4.6 Дополнительные силы трения от опорных реакций Р5рассчитываются по формуле

(79)

где Ри - силы трения от опорных реакций, определяющих изгиб газопровода, которые рассчитываются по формуле

(80)

где Е - модуль упругости материала газопровода, Н/м2 (Па);

В - плечо опорных реакций, рассчитывается по формуле

(81)

Л.4.7 Сопротивление перемещению в зоне заглубления газопровода в буровой канал за счет смятия стенки Р6 рассчитывается по формуле

(82)

где Р_с - сила смятия стенки скважины при забуривании, которая рассчитывается по формуле

(83)

Л.4.8 Увеличенное сопротивление при переходе от прямолинейного движения к криволинейному перед выходом газопровода из земли Р7 рассчитывается по формуле

(84)

Л.4.9 Сила трения от веса газопровода, находящегося вне бурового канала, P8 определяется по формуле

Р8 = f_гn q_гn l_i (85)

где f_гп - коэффициент трения газопровода о грунт;

q_гп - погонный вес 1 м трубы газопровода.

Л.4.10 Расчет усилия протаскивания газопровода Р_гп по буровому каналу:

а) при благоприятных условиях:

Р_гп(a) = P2 + P3(a) + P4(a) + P5 + P6 + P7 + P8; (86)

б) при неблагоприятных условиях (обрушении грунта по всей длине бурового канала и при полной фильтрации бурового раствора в грунт):

Р_гп(б) = P2 + P3(б) + P4(б) + P5 + P6 + P7 + P8 (87)

Фактическое усилие протаскивания газопровода Р_гп(факт) будет находиться между пограничными значениями Р_гп(а) и Р_гп(б).

Л.4.11 Усилие перемещения буровых штанг Р*n представляет собой суммарное усилие, рассчитанное для проходки пилотной скважины, за вычетом усилия Р1 (лобового сопротивления бурению):

а) для благоприятных условий:

Л.4.12 Расчет общего усилия протаскивания Р:

а) при благоприятных условиях:

Р_(а) = Р_р + Р_гн(а) + Р*n(а) (90)

б) при неблагоприятных условиях (обрушении грунта по длине бурового канала и фильтрации бурового раствора в грунт):

Р_(б) = Р_р + Р_гн(б) + Р*n(б) (91) (91)

Фактическое общее усилие протаскивания Рфакт в реальных условиях будет находиться между пограничными значениями Р_(а) и Р_(б).

По максимальной величине усилия Р_(б) уточняется правильность выбора бурильной установки. Максимальное значение Р_(б) всегда должно быть меньше тягового усилия выбранной бурильной установки.

Л.4.13 Суммарный крутящий момент для вращения буровой головки и штанг при прокладке пилотной скважины рассчитывается по формуле

(92)

где М*к - крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений;

М*б - крутящий момент на проворачивание буртов;

М*р - крутящий момент на разрушение забоя.

Л.4.14 Крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений М*к рассчитывается по формуле

где - суммарное осевое усилие при благоприятных условиях, которое рассчитывается по формуле

(95)

- суммарное осевое усилие при неблагоприятных условиях, которое рассчитывается по формуле

(условное обозначение величин - см. Л.3.2);

(98)

(условное обозначение величин - см. Л.3.3);

(условное обозначение - см. Л.3.7).

Л.4.15 Крутящий момент на проворачивание буртов М*кб рассчитывается по формуле

В данном расчете применяется коэффициент f.

Обозначение величин - см. Л.3.2.

Л.4.16 Крутящий момент на разрушение забоя М*кр при механическом разрушении забоя вращающейся буровой головкой рассчитывается по формуле

(107)

где К_р - удельное сопротивление резанию грунта при прямолинейном движении резца, которое принимается согласно таблице Л.3; обозначение прочих величин - см. Л.3.5.

Таблица Л.3

Л.4.17 Суммарный крутящий момент для вращения расширителя и штанг при протаскивании газопровода по буровому каналу:

(108)

где М_к - крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений;

М_кб - крутящий момент на проворачивание буртов;

М_кр - крутящий момент на разрушение забоя.

Л.4.18 Крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений М*к рассчитывается по формуле

где - суммарное осевое усилие при благоприятных условиях, которое рассчитывается по формуле

(111)

- суммарное осевое усилие при неблагоприятных условиях, которое рассчитывается по формуле

(112)

(условное обозначение величин - см. Л.4.2);

(113)

(условное обозначение величин - см. Л.3.3.);

(условное обозначение - см. Л.3.7).

Л.4.19 Крутящий момент на проворачивание буртов М_кб рассчитывается по формуле

В данном расчете применяется коэффициент f.

Условные обозначения величин - см. Л.4.5.

Л.4.20 Крутящий момент на разрушение забоя М_кр (при механическом разрушении забоя вращающейся буровой головкой) рассчитывается по формуле

(122)

где К_р - удельное сопротивление резанию грунта при прямолинейном движении резца, которое принимается согласно таблице Л.3.

Условное обозначение величин - см. Л.4.2.

По максимальному значению уточняют выбор бурильной установки по крутящему моменту.

Л.4.21 Перед протаскиванием газопроводов из полиэтиленовых труб по буровому каналу необходимо рассчитать эксплуатационные нагрузки на трубу газопровода по двум критериям:

- по предельной величине внешнего равномерного радиального давления;

- по условию предельной овализации поперечного сечения трубы.

Л.4.22 Несущую способность подземного газопровода из полиэтиленовых труб по предельной величине внешнего равномерного радиального давления следует проверять соблюдением неравенства

(123)

где Р_кр - предельная величина внешнего равномерного радиального давления, при которой обеспечена устойчивость круглой формы стенки трубы, Н/м2;

k2 - коэффициент условий работы трубопровода на устойчивость, принимаемый < 0,6;

Р_г - давление грунта свода обрушения;

Р_гв - гидростатическое давление грунтовых вод;

Р_тп - давление от веса транспортных потоков;

n_тп, n_г, n_гв - коэффициенты перегрузки, принимаемые согласно таблице Л.4.

Таблица Л.4

Примечания: 1. Нагрузкой, создаваемой весом трубы газопровода, пренебрегаем из-за ее незначительности.

2. Давление газа в газопроводе не учитываем, так как оно разгружает стенку трубы.

Л.4.23 За критическую величину Р_кр предельного внешнего радиального давления следует принимать меньшее из значений, вычисленных по формулам:

(124)

(125)

где Р_л - параметр, характеризующий жесткость трубопровода, Н/м2, который вычисляется по формуле

(126)

где d_н - наружный диаметр газопровода, м;

б - толщина стенки, м;

Е - модуль ползучести полиэтилена, Н/м2, который вычисляется по формуле

Е = k_e E_0 , (127)

где Е_0 - модуль ползучести в зависимости от срока службы газопровода и напряжения в стенке трубы, выбираемый по таблице Л.5;

Таблица Л.5

k_e - коэффициент, учитывающий влияние температуры на деформационные свойства материла, определяемый из таблицы Л.6;

Таблица Л.6

Р_гр - параметр, характеризующий жесткость грунта, Н/м2, который вычисляется по формуле

Р_гр = 0,125E_гр (128)

где Е_гр - модуль деформации грунта засыпки, Н/м2, определяемый по таблице Л.7.

Таблица Л.7