Расчет эквивалентного веса длины трубопровода
q₀= q_т+ q_в+ q_и- q_н, (1.26)

где q₀ – эквивалентный вес 1 м длины трубопровода, Н/м;

q_т– вес единицы длины трубы, Н/м;

q_в– вес жидкости на единицу длины трубопровода, Н/м;

q_и– вес изоляции на участке трубопровода единичной длины, Н/м;

q_н– вес жидкости, вытесненной из скважины участком трубопровода единичной длины, Н/м.
Определяем вес единицы трубопровода
q_т= ρ_т·S_т·g = 7850·0,0567·9,81=4366,38 H/м, (1.27)

где ρ_т – плотность материала трубы, кг/м³;

S_т – площадь сечения трубопровода по телу трубы, м²;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Определяем площадь сечения трубопровода по наружному диаметру
S_вн=0,25·π·D²_н=0,25·3,14·1,02²=0,8167 м². (1.28)
Определяем площадь сечения трубопровода по внутреннему диаметру
S_вн=0,25·π·D²_вн=0,25·3,14·0,986²=0,7631 м². (1.29)
Определяем площадь сечения трубопровода по металлу
S_т= S_н - S_вн =0,8167-0,7631=0,0536 м². (1.30)
Определяем вес воды внутри единицы длины трубопровода,
q_в= ρ_в·S_вн·g = 1000·0,7631 ·9,81=7486 H/м. (1.31)

где ρ_в – плотность воды ρ_в=1000 кг/м³;
Определяем вес изоляции на единицу длины трубопровода
q_и=ρ_и·S_и·g (1.32)

где S_и – площадь сечения изоляционного покрытия, м²;

ρ_и – плотность изоляционного покрытия, кг/м³.
Определяем наружный диаметр трубопровода с изоляционным покрытием
D_ни= D_н+2·δ_и=1,020 + 2·0,003=1,026 м. (1.33)

Определяем площадь сечения трубопровода по наружному диаметру

с учетом изоляционного покрытия
S_ни=0,25·π·D²_ти=0,25·3,14·1,026²=0,8267 м². (1.34)
Определяем площадь сечения изоляционного покрытия
S_и= S_ни – S_н =0,8267 - 0,8167=0,01 м². (1.35)
Определяем вес изоляции на единицу длины трубопровода
q_и=ρ_и·S_и·g=1000·0,01·9,81=98,1 Н/м. (1.36)

где ρ_и – плотность материала изоляции.
Определяем вес единицы длины трубопровода с изоляцией
q_ти= q_т+ q_и=4366,38 +98,1=4464,48 Н/м. (1.37)
Определяем значение выталкивающей силы на единицу длины трубопровода

---

, при плотности бурового раствора ρ_бр=1100 кг/м³ в кольцевом пространстве

q_н=ρ_бр·S_ни·g=1100·0,8267 ·9,81=8920,92 Н/м. (1.38)
Определяем изгибную жесткость трубопровода
(EI)_m =E_m· I_m =2,06·10⁵·0,007109=146,4544·10⁷ Нм,² (1.39)

где I_m- момент инерции сечения трубы, м⁴.
I_m=π·(D_н⁴ – D_вн⁴)/64=3,14·(1,02⁴ – 0,986⁴)/64=0,006735 м⁴. (1.40)
Весовые и геометрические характеристики бурильной колонны и трубопровода (при исключении вопроса изоляции) определяются сходным образом.

Характеристики изоляционного покрытия представлены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 – Характеристика изоляционного покрытия

Наименование	Обозначение		Значение
Тип	Экструдированный полиэтилен
Толщина слоя, м
	δи		0,003
Плотность материала, кг/м3	ρи		1000
Расчетные площади сечений трубопровода
По металлу,м2	Sт		0,0536
По наружномудиаметру, м2	Sн		0,8167
По внутреннему диаметру, м2	Sвн		0,7631
по наружному диаметру с изоляционным покрытием, м2	Sн		0,8267
по изоляционному покрытию, м2	Sи		0,01

На рисунке 1.10 под номерами 1, 2, 3 обозначены основные расчетные случаи для весовых характеристик трубопровода [12].

---

1 – трубопровод с изоляцией (D _mи); 2 – полый трубопровод в буровом растворе (q₀₁);

3 – трубопровод с заполнителем в буровом растворе (q₀)

Рисунок – 1.10 Геометрические и весовые характеристики трубопровода
Весовые параметры трубопровода на единицу длины приведены в таблице 1.9.

Таблица 1.9 – Весовые параметры трубопровода на единицу длинны

Наименование	Обозначение	Значение
Металл, Н/м	qт	4366,38
Изоляция, Н/м	qи	98,1
Труба с изоляцией, Н/м	qти	4464,48
Вода внутри трубопровода при полном заполнении, Н/м	qв	7486
Выталкивающая сила, Н/м	qн	8920,92
Момент инерции сечения трубопровода, м4	Im	0,006735
Изгибная жесткость трубопровода, Нм2	(EI)m	146,4544·107
Весовые параметры трубопровода
Металл, кН	Gт	1908
Изоляция, кН	Gи	45124
Труба с изоляцией, кН	Gти	2053
Полый трубопровод с изоляцией, кН	G01	- 2049
Заполненный трубопровод с изоляцией в буровом растворе, кН	G0	1379

1.11 Расположение трубопровода на опоре ОПР.00 – 000 ГЧ

---

– высота роликовой опоры, – диаметр ролевого колеса,

D_т – диаметр трубопровода

Рисунок 1.11 – Трубопровод на опоре ОПР.00-000 ГЧ[10]
Опора «ОПР.00-000 ГЧ» состоит из рамы, на которую установлен каток. Номинальная грузоподъемность опоры составляет Р_оп=100 кН. Разработчик – центр технической диагностики (ЦТД). При данном весе единицы длины трубопровода q_ти=4464,48 Н/м получим максимальное расстояние между опорами.

Высота расположения оси трубопровода, над уровнем земли с незначительной погрешностью может быть определена из выражения:




где - – высота роликовой опоры, м.

– диаметр ролевого колеса, м.
Опора используется фирмой « Транснефтьбурсервис », и имеет высокие эксплуатационные характеристики и при проведение расчетов, требующих определенности в положении оси трубопровода, следует ориентироваться на эту опору.

Принимается, что опора может выдерживать в качестве допустимой эксперементальной нагрузки усилие [10].

---

1.12 Определение числа опор
Грузоподъемность опоры ЦТД = 100 кН. На одну опору должно приходиться усилие от веса трубопровода не более этого значения. Вес единицы длины принимает значение = 4464,48 Н/м. Максимальное расстояние между опорами по условию грузоподъемности[10].

Прогибы в центре пролета между двумя опорами (балка с заделанными концами) определяется по формуле;


где I_т – момент инерции сечения трубы, м⁴.

Определяем минимально возможное число опор, при котором опорная реакция не превышает 100 кН


где L – длина перехода;

20 м – запас по длине.


В выражении для N учитывается, что число пролетов на единицу меньше числа опор. Принимаем с запасом около 25% число опор N=28 штук.

Определим расстояние между опорами;



Окончательно принимаем значение длины пролета l=17 м.
1.13 Расчет напряженного состояния трубопровода при протаскивании
Выражение для проверки прочности трубопровода при протаскивании имеет вид

1, (1.46)

где σ_кц – кольцевые напряжения от действия наружного давления на трубопровод, МПа;

σ_пр – максимальные продольные напряжения в трубопроводе, МПа.

Определение кольцевых напряжений от действия наружного давления на трубопровод


где Р_н – гидростатическое давление бурового раствора, МПа;

D_н=1,020 м – наружный диаметр трубопровода;

=0,017 м – толщина стенки трубопровода.
(1.48)

где ρ_бр=1100 кг/м³ – плотность бурового раствора;

=16 м – максимальное значение разности высотных отметок входного сечения с наиболее низкой точкой скважины.
Р_н =1100·9,81·16=172656 МПа


1.14.1Определение максимальных продольных напряжений в трубопроводе.
σ_пр= σ_н+ σ_с, (1.49)

где σ_н – напряжения от изгиба трубопровода, МПа;

σ_с – растягивающие напряжения от действия осевого усилия при протаскивании трубопровода, МПа.

где R=1400 м минимальный радиус упругого изгиба трубопровода




где Т – тяговое усилие протаскивания, кН;

S – площадь поперечного сечения трубопровода.
Расчет тягового усилия протаскивания.
T= (1.52)

где - 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, f=0,5;

– вес единицы длины трубопровода с изоляцией в буравом растворе с заполнением или балластировкой;

– наружный диаметр трубопровода с учетом изоляционного покрытия;

– динамическое напряжение сдвига бурового раствора, =10 Па;

– длина части трубопровода в скважине;

– коэффициент движения трубопровода на рельсовых опорах, =0,05;

– вес единицы длины трубопровода с изоляцией;

– длина части трубопровода на берегу.
Коэффициент трения при вращении бурильной колонны
где – окружная скорость точки поверхности бурильной колонны;

V – поступательная скорость протаскивания.


где n – скорость вращения колонны в оборотах в минуту;

– наружный диаметр бурильной колонны.
Вес единицы длинны в бурильной колонны в буравом растворе.


где – наружный и внутренний диаметр бурильной колонны;

плотность стали.
Вес единицы длины трубопровода с изоляцией в буравом растворе с заполнением или балластировкой.
где – вес воды в единице длины трубопровода при заполнении водой (балластировке);

– выталкивающая сила, действующая на единицу длины трубопровода в буравом растворе.


Выталкивающая сила, действующая на единицу на единицу длины трубопровода в буравом растворе.

Вес единицы длины трубопровода с изоляцией в буравом растворе с заполнением или балластировкой.


Тяговое усилие при протаскивании трубопровода;

В начальный момент протаскивания, когда весь трубопровод находится на берегу, усилие протаскивания определяется по формуле
(1.59)
57,1628 кН,

где f_оп=0,1 – коэффициент трения при движении трубопровода на роликовых опорах;

α_о=2˚ - угол наклона оси трубопровода, уложенного на роликовые опоры, к горизонту;

Q_p=50 кН – суммарное усилие, действующее на расширитель.
В конечный момент протаскивания, когда весь трубопровод находится в скважине, усилие протаскивания определяется по формуле
(1.60)

где f_тр=1 – коэффициент трения при движении трубопровода по скважине;

q_о=20,868 кН/м - эквивалентный вес единицы длины трубопровода, покрытого изоляцией, заполненного водой и погруженного в буровой раствор;

D_ти=1,026 м - наружный диаметр трубопровода с изоляционным покрытием;

τ_о=10 Па – динамическое напряжение сдвига бурового раствора
Т_к =(1·20,868+3,14·1,026·10)·460=2441,8 кН.
Буровой комплекс 60/300R с тяговым усилием Т_бк=3200кН обеспечивает необходимое усилие протягивания, то есть:
Т_бк> Т_к; (1.61)

3200 кН > 2441,8 кН.
Максимальные растягивающие напряжения в трубопроводе возникнут в конечный момент протаскивания, когда весь трубопровод находится в скважине, тогда:


σ_пр= σ_н+ σ_с = 75,042 ·10⁶+45,555·10⁶=120,597·10⁶ Па=120,597 МПа.
Проверка прочности трубопровода при протаскивании:
1
< 263,73 ·
118,96·10⁶ Па < 253,73·10⁶ Па.
Условие прочности трубопровода при протаскивании выполняется. Напряжения, возникающие в трубопроводе в процессе протаскивания, не превышают допустимых значений, при которых трубопровод разрушится.
1.14 Балластировка трубопровода

Цель балластировки – регулирование величины эквивалентного веса единицы длины трубопровода.
1.14.1 Полное заполнение трубопровода водой.
Наиболее простой вариант балластировки – заполнение трубопровода водой. В этом случае происходит увеличение эквивалентного веса единицы длины трубопровода на величину веса воды в трубопроводе . Эквивалентный вес принимает значение


Так как буровой раствор имеет плотность, превышающую плотность воды, для трубопроводов большого диаметра выталкивающие силы принимают большие значения, поэтому эффект от заполнения трубопровода, водой ( при существующих толщинах стенок) увеличивается с ростом его диаметра.
1.14.2 Балластировка до состояния нулевой плавучести.

При балластировке с помощью заполняемых водой полиэтиленовых труб может достигаться нулевое значение эквивалентного веса единицы длины трубопровода. В этом случае влияние составляющей сил сопротивления, обусловленной весом трубопровода, исключается. Силы сопротивления движению обусловлены действием упругих сил.

Величина требуемой массы балласта на единицу длины трубопровода при плотности бурового раствора ρ_бр = 1100кг/м³ определяется по формуле
. (1.64)

где – масса балластировочного пригруза, обеспечивающего нулевое значение эквивалентной массы единицы длины трубопровода.
При известном значении может быть определена условная плотность пригруза.


где – плотность пригруза, при которой эквивалентная масса единицы длины трубопровода принимает нулевое значение.
Объем воды, необходимой для обеспечения нулевой плавучести трубопровода, составит


1.14.3 Частичное заполнение трубопровода водой.

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

Определим положение уровня воды в сечении трубопровода на горизонтальном участке при достижении эффекта нулевой плавучести. Известное положение уровня воды дает рисунок 1.12 представление о степени ее свободы в перемещениях по трубопроводу, обусловленных изменением формы его оси в процессе движения по искривленным участкам профиля [10].



- половинный угол дуги;h - высота сегмента; S_с - площадь сегмента.

Рисунок 1.12 – Заполнение трубопровода водой при балластировке
Площадь свободного от воды сегмента находим из условия равенства веса единицы длины балластного пригруза, заполняющего все сечение, весу воды в сечении трубопровода


Площадь сегмента находим из выражения


Отношение площади свободного от воды сегмента к площади проходного сечения составляет величину


Состояние нулевой плавучести в трубопроводе, оказывающее заметное влияние на усилие протягивания, может быть реализовано при наличии в профиле скважины протяженного горизонтального участка.

При частичном заполнении трубопровода вода занимает наиболее низкое положение. При этом центральная часть трубопровода может двигаться в условиях прижатия к нижней стенке скважины, а на вышерасположенных участках входа и выхода вода будет отсутствовать. На этих участках силы сопротивления будут иметь увеличенные значения.

Для уменьшения тяговых усилий при протаскивании трубопровода в порядке возрастания эффективности воздействия рекомендуются следующие мероприятия:

а) частичное заполнение трубопровода водой;

б) балластировка трубопровода до состояния нулевой плавучести с использованием внутренней полиэтиленовой трубы.

При использовании варианта частичного заполнения трубопровода количество заливаемой воды должно назначаться буровой организацией в проекте производства работ и корректироваться по изменению усилия в процессе протаскивания.
1.14.4 Темп закачки воды при заполнении трубопровода.

В процессе протаскивания трубопровод движется по скважине и в него поступает вода. Скорость движения трубопровода и темп заливки его водой должны быть связаны между собой, так как при недостаточном заполнении трубопровода водой его головная часть на криволинейном участке будет прижиматься к верхней стенке скважины, что может способствовать обрушению свода и появлению дополнительных сил сопротивления движению трубопровода.

Если задана скорость протаскивания трубопровода (0,015 м/с), темп закачки воды должен составить величину.

Внутренний объем трубопровода


Для заполнения всего трубопровода требуется заливка массы воды

Время движения трубопровода при протаскивании


1.15 Прокладка переходов методом наклонно-направленного бурения

Прокладка переходов методом ННБ осуществляется в три стадии.

На первой стадии производится направленное бурение пилотной скважины небольшого диаметра по заданной траектории. При бурении используется забойный турбинный двигатель и шарошечное буровое долото (шарошечное долото может применяться и без забойного двигателя, в этом случае роторное бурение осуществляется непрерывным вращением бурильной колонны). Для определения фактической траектории прохождения пилотной скважины в головной части колонны устанавливается датчик (зонд) системы позиционирования. Сопла буровой головки расположены под углом к оси колонны, и для задания требуемого направления буровую колонну поворачивают, меняя направление размыва. По мере продвижения пилотной колонны концентрично поверх нее может надвигаться промывочная колонна, предотвращающая обрушение скважины над пилотной колонной и облегчающая движение пилотной колонны и бурового раствора.

На второй стадии скважину расширяют до диаметра, который позволит проложить трубопровод. После выхода буровой головки на противоположном берегу к буровой колонне прикрепляется расширитель и колонна с расширителем, вращаясь, вытягивается в направлении буровой установки. Последовательными проходами расширителей все большего диаметра скважина расширяется до диаметра примерно 1,5 диаметра рабочего трубопровода.

Третья стадия является заключительной, на ней производится протаскивание плети рабочего трубопровода в расширенную скважину. Плеть должна быть заранее сварена, заизолирована и испытана на противоположном берегу от буровой установки. К концу буровой колонны крепится расширитель максимального диаметра, который через шарнир соединяется с тяговым оголовком плети, и плеть протаскивается в направлении буровой установки.

Разбуренный грунт вместе с бентонитовым раствором постепенно попадает в амбар – шламоприемник. Затем, посте отстоя, выделенный бентонитовый раствор поступает в блок регенерации с последующим возвращением в технологический цикл бурения скважины. Грунт, смешанный с бентонитовым раствором, в виде шлама аккумулирается в амбаре – шламоприемнике, откуда постоянно работающий в одном режиме с буравой установкой эксковаторнепрерывно грузит поступающий малым объемом буровой шлам в автосамосвалы на вывоз, не ожидая его накопления.

1   2   3   4   5   6   7

---

Смотрите также файлы

• Т. А. Добрышкина Нормоконтроль.docx

• Дисциплина Правовое обеспечение профессиональной деятельности.doc

• Методические рекомендации к выполнению заданий.docx

• 1тапсырма. Берілген зіндіні мият тыда. 6 пай.docx

• 1 блім. Апаратты визуализациялау графикалы тсілдері мен ралдары.docx