Л.3 РАСЧЕТ УСИЛИЯ ПРОХОДКИ ПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ

⇐ ПредыдущаяСтр 37 из 46Следующая ⇒

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

, (27)

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

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

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

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

- дополнительные силы трения от опорных реакций;

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

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

Расчет усилия проходки пилотной скважины выполняется для двух пограничных состояний:

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

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

Л.3.2 Лобовое сопротивления бурению рассчитывается по формуле

, (28)

где - сила сопротивления бурению, Н;

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

- радиус кривизны пилотной скважины, м;

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

, (29)

где - коэффициент трения резца о грунт;

- диаметр буровой головки, м;

- подача на оборот, рассчитывается по формуле

, (30)

где - скорость бурения, м/мин;

- угловая скорость бурения, об/мин.

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

, (31)

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

- ширина резца, м;

- глубина врезания (вылет резца), м;

- угол внутреннего трения грунта, рад.

Л.3.3 Силу трения от веса буровых штанг в пилотной скважине рассчитывают по формуле

, (32)

где - погонный вес буровых штанг за вычетом выталкивающей силы бурового раствора, Н/м;

- радиус кривизны бурового канала, м;

- длина пилотной скважины, м;

- текущая длина пилотной скважины, м;

, - углы в радианах (1 радиан - 57,3°);

- условный коэффициент трения вращающихся буровых штанг о грунт, смоченный буровым раствором, рассчитывается по формуле

, (33)

где - наружный диаметр буровых штанг, м;

- коэффициент трения штанг о грунт, смоченный буровым раствором.

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

, (34)

где - удельный вес материала штанг, Н/м ;

- удельный вес бурового раствора, Н/м ;

- толщина стенки штанги, м.

Л.3.4 Усилие увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М.Протодьяконову) рассчитывается по формуле

, (35)

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

, (36)

где - коэффициент бокового давления;

- коэффициент высоты свода равновесия (по М.М.Протодьяконову), который рассчитывается по формулам:

- при благоприятных условиях; (37)

- при неблагоприятных условиях, (38)

где - угол внутреннего трения грунта, рад;

- объемный вес грунта с учетом разрыхления при его обрушении на буровые штанги, который рассчитывается по формуле

, (39)

где - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м .

Л.3.5 Увеличение силы трения от наличия на штангах выступов за пределы наружного диаметра рассчитывается по формуле

, (40)

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

а) при благоприятных условиях:

, (41)

где - расстояние между выступами на штанге, м;

- удельный вес воды, Н/м ;

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

, (42)

где - расход бурового раствора, м /с (характеристика установки);

- длина выступа на штанге, м;

- наружный диаметр выступа на штанге, м;

- наружный диаметр буровой головки, м;

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

; (43)

б) при неблагоприятных условиях:

, (44)

- напряжение уплотнения грунта, которое рассчитывается по формуле

- для песчаных грунтов, Н/м (Па), (45)

- площадь вертикального сечения бурта, рассчитывается по формуле

, (46)

- пористость грунта в естественном залегании;

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

. (47)

Л.3.6 Дополнительные силы трения от опорных реакций при движении в криволинейной скважине рассчитываются по формуле

, (48)

- силы трения от опорных реакций, определяющих изгиб буровых штанг, рассчитываются по формуле

, (49)

где - модуль упругости материала штанг, Н/м (Па);

- плечо опорных реакций буровых штанг, рассчитывается по формуле

. (50)

Л.3.7 Сопротивление перемещению буровых штанг в зоне забуривания рассчитывается по формуле

, (51)

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

. (52)

Л.3.8 Сопротивление движению при переходе от криволинейного движения к прямолинейному рассчитывается по формуле

. (53)

Л.3.9 Полное усилие прокладки пилотной скважины рассчитывается по формулам:

а) при благоприятных условиях:

; (54)

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

. (55)

Фактическое усилие прокладки пилотной скважины в реальных условиях будет находиться между пограничными величинами и .

Л.4 РАСЧЕТ ОБЩЕГО УСИЛИЯ ПРОТАСКИВАНИЯ

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

, (56)

где - общее усилие протаскивания;

- лобовое сопротивление движению расширителя;

- усилие перемещения буровых штанг;

- усилие протаскивания газопровода, которое рассчитывается по формуле

, (57)

__________________

* Формула соответствует оригиналу. - Примечание "КОДЕКС".

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

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

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

- дополнительные силы трения от опорных реакций;

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

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

- 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 рассчитывается по формуле

, (58)

где - сила сопротивления бурению, Н;

- 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;

- радиус кривизны бурового канала, м;

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

*, (59)

______________________

* Формула соответствует оригиналу. Вероятно, следует читать . - Примечание "КОДЕКС".

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

- диаметр расширителя, м;

- подача на оборот, м.

Сила сопротивления бурению рассчитывается по формуле

, (60)

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

- диаметр выступа буровых штанг, м.

Л.4.3 Силу трения от веса газопровода рассчитывают по формуле

*, (61)

___________________

* Вероятно, следует читать . - Примечание "КОДЕКС".

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

- расчетный радиус кривизны бурового канала, м;

- коэффициент трения газопровода о грунт, смоченный буровым раствором;

- длина бурового канала;

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

, - углы в радианах (1 рад. - 57,3°).

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

, (62)

где - удельный вес материала трубы газопровода, Н/м ;

- удельный вес бурового раствора, Н/м ;

- наружный диаметр трубы газопровода, м;

- толщина стенки трубы газопровода, м.

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

, (63)

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

, (64)

где - коэффициент бокового давления;

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

, (65)

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

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

Погонный вес грунта зоны естественного свода равновесия будет рассчитываться по формуле

, (66)

а усилие - по формуле

, (67)

где - 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

, (68)

а усилие будет рассчитываться по формуле

. (69)

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

, (70)

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

а) при благоприятных условиях:

, (71)

где - расстояние между выступами на газопроводе, м;

- удельный вес воды, Н/м ;

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

, (72)

где - расход бурового раствора, м /с;

- длина выступа, м;

- наружный диаметр выступа, м;

- наружный диаметр расширителя, м;

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

. (73)

Усилие рассчитывается по формуле

; (74)

б) при неблагоприятных условиях:

, (75)

где - напряжение уплотнения грунта, рассчитывается по формуле

- для песчаных грунтов, Н/м (Па),

где - площадь вертикального сечения бурта, рассчитывается по формуле

, (76)

- пористость грунта в естественном залегании;

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

. (77)

Усилие рассчитывается по формуле

. (78)

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

, (79)

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

, (80)

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

- плечо опорных реакций, рассчитывается по формуле

. (81)

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

, (82)

где - 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 рассчитывается по формуле

. (84)

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

, (85)

где - коэффициент трения газопровода о грунт;

- погонный вес 1 м трубы газопровода.

Л.4.10 Расчет усилия протаскивания газопровода по буровому каналу:

а) при благоприятных условиях:

; (86)

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

. (87)

Фактическое усилие протаскивания газопровода будет находиться между пограничными значениями и .

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

а) для благоприятных условий:

; (88)

б) для неблагоприятных условий:

. (89)

Л.4.12 Расчет общего усилия протаскивания :

а) при благоприятных условиях:

; (90)

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

. (91)

Фактическое общее усилие протаскивания в реальных условиях будет находиться между пограничными значениями и .

По максимальной величине усилия уточняется правильность выбора бурильной установки. Максимальное значение 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 - крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений;

- крутящий момент на проворачивание буртов;

- крутящий момент на разрушение забоя.

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

- при благоприятных условиях; (93)

- при неблагоприятных условиях, (94)

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

; (95)

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

, (96)

где (97)

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

(98)

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

- при благоприятных условиях; (99)

- при неблагоприятных условиях; (100)

(условное обозначение величин - см. Л.3.4);

- при благоприятных условиях; (101)

- при неблагоприятных условиях (102)

(условное обозначение величин - см. Л.3.5);

(103)

(условное обозначение величин - см. Л.3.6);

(104)

(условное обозначение - см. Л.3.7).

Л.4.15 Крутящий момент на проворачивание буртов рассчитывается по формуле

* - при благоприятных условиях; (105)

* - при неблагоприятных условиях. (106)

В данном расчете применяется коэффициент .

Обозначение величин - см. Л.3.2.

____________________

* Формулы (105) и (106) соответствуют оригиналу. - Примечание "КОДЕКС".

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

, (107)

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

Таблица Л.3


Песок, Н/м	Суглинок, Н/м	Глина, Н/м
(0,05-0,08)10	(0,1-0,15)10	(0,13-0,25)10

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

, (108)

где - крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений;

- крутящий момент на проворачивание буртов;

- крутящий момент на разрушение забоя.

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

_____________________

* Текст соответствует оригиналу. Следует читать . - Примечание "КОДЕКС".

- при благоприятных условиях; (109)

- при неблагоприятных условиях, (110)

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

; (111)

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

, (112)

где

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

(113)

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

- при благоприятных условиях; (114)

- при неблагоприятных условиях (115)

(условное обозначение величин - см. Л.3.4);

- при благоприятных условиях; (116)

- при неблагоприятных условиях (117)

(условное обозначение величин - см. Л.3.5);

(118)

(условное обозначение величин - см. Л.3.6);

(119)

(условное обозначение - см. Л.3.7).

Л.4.19 Крутящий момент на проворачивание буртов рассчитывается по формуле

* - при благоприятных условиях; (120)

* - при неблагоприятных условиях. (121)

____________________

* Формулы (120) и (121) соответствуют оригиналу. - Примечание "КОДЕКС".

В данном расчете применяется коэффициент . Условные обозначения величин - см. Л.4.5.

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

*, (122)

________________

* Формула соответствует оригиналу. Вероятно, следует читать . - Примечание "КОДЕКС".

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

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

- давление грунта свода обрушения;

- гидростатическое давление грунтовых вод;

- давление от веса транспортных потоков;

, , - коэффициенты перегрузки, принимаемые согласно таблице Л.4.

Таблица Л.4


N п.п.	Характер нагрузки	Наименование нагрузки	Коэффициент перегрузки
1	Постоянная	Масса трубопровода	1,1
2	"	Давление грунта	1,2
3	"	Гидростатическое давление грунтовых вод	1,2
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 предельного внешнего радиального давления следует принимать меньшее из значений, вычисленных по формулам:

; (124)

, (125)

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

, (126)

где - наружный диаметр газопровода, м;

- толщина стенки, м;

- модуль ползучести полиэтилена, Н/м , который вычисляется по формуле

, (127)

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

Таблица Л.5


		Напряжение в стенке трубы, МПА
Материал трубы	Срок службы, лет	7	6	5	4	3	2,5	2	1,5	1	10,5
ПЭ	50	-	-	100	120	140	150	160	180	200	220
	25	-	90	110	130	150	160	170	190	210	230
	10	-	100	120	140	160	170	190	210	230	250
	5	-	110	130	150	170	190	220	220	240	270
	1	120	140	150	170	200	210	250	250	280	300

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

Таблица Л.6


Материал трубы	Температура, °С
	20	30	40	50	60
ПЭ	1	0,8	0,65	0,55	0,4

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

, (128)

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

Таблица Л.7


Наименование грунтов засыпки	, МПа
Пески крупные и средней крупности	12-17
Пески мелкие	10-12
Пески пылеватые	8-10
Супеси и суглинки	2-6
Глины	1,2-4

Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 396; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 32 33 34 35 363738 39 40 41 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!