Л.3 РАСЧЕТ УСИЛИЯ ПРОХОДКИ ПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ
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 изготовителя базы данных.
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 изготовителя базы данных.
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 изготовителя базы данных.
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 изготовителя базы данных.
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 изготовителя базы данных.
- 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 изготовителя базы данных.
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 изготовителя базы данных.
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
| Материал трубы | Срок службы, лет | Напряжение в стенке трубы, МПА | |||||||||
| 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 материала, 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: 343; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!