Сооружение и ремонт газонефтепроводов и газонефтехранилищ

Минимально допустимый радиус упругого изгиба должен быть не менее  ρ≥1200D_н. Принимаем для дальнейших расчётов минимальный радиус упругого изгиба оси трубопровода ρ=1500 м. [6]

 
Положительное значение продольного  напряжения от нормативных нагрузок и воздействий σ^н_пр(+), МПа определяем по формуле

 

 
Отрицательное значение продольного  напряжения от нормативных нагрузок и воздействий σ^н_пр(-), МПа определяем по формуле

 

Принимаем в расчёте большее  по модулю значение из σ^н_пр(+) и σ^н_пр(-), т.е. σ = -133,6 МПа. Так как принятое значение напряжения меньше ноля, то уточнённое значение коэффициента Ψ₃=0,485.

 
Проводим проверку трубопровода на недопустимые пластические деформации по условиям

 
Подставив значения, получаем следующие  зависимости на недопустимые пластические деформации

133,6<142,7

195,7<294,2

Условие проверки трубопровода на недопустимые пластические деформации выполняется.

1.2.3 Расчет длины  скважины трубопровода

Ширина зеркала воды  ; 

Ширина русла между  береговыми кромками  ; 

Высотные отметки:

Левого берега 

Дна 

Правого берега 

Прогнозируемые величины отступления береговых склонов:

Левого 

Правого 

Заложения откосов береговых  склонов  :

Левого 

Правого 

Прогнозируемая глубина  размыва дна от наинизшей его  отметки 

Запас к прогнозируемой глубине  размыва дна, м; 

Минимальный радиус кривой изгиба трубопровода, м; 

Найдем   по условию

(20)

,

где  - запас прогнозируемой глубине размыва дна, м, вычисляемый по зависимости

 

Подставив значение в формулу (20) получаем

м.

Принимаем 

Найдем   по условию

м.

Принимаем 

Ширина проектного профиля  размыва по верху находится по формуле

Высота левого берега относительно наиболее низшей отметки дна вычисляем  по зависимости

Разница высот наиболее низшей отметки профиля размыва относительно высоты левого берега вычисляется по формуле

 

Высота правого берега относительно наиболее низшей отметки  дна

Разница высот наиболее низшей отметки профиля размыва относительно высоты правого берега определяется из формулы

м.

Ширина проектного профиля  размыва по низу

Радиус кривой искусственного изгиба трубопровода вычисляем по формуле

где 

Определяем минимальный  радиус изгиба трубопровода

Диаметр скважины, необходимой  для протаскивания трубопровода

Из-за большой протяженности  проектного профиля раз по низу, спроектируем горизонтальный прямолинейный  участок в серединной части скважины равный 

Радиус кривой искусственного изгиба трубопровода   принимаем равным 1500м.

Угол скважины в точке 2:

Угол скважины в точке 3:

Нижняя точка оси скважины БС:

Угол входа скважины:

 

Угол выхода скважины:

Протяженность от центра скважины до входа скважины по горизонтальной проекции:

Протяженность от центра скважины до выхода скважины по горизонтальной проекции:

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

Общая протяженность бурения  скважины:

 

Протяженность бурения скважины по криволинейному участку со стороны  входа бурильной колонны:

Протяженность бурения скважины по криволинейному участку со стороны  выхода бурильной колонны:

Общая протяженность бурения  по криволинейным участкам:

Пилотная скважина состоит  из одного прямолинейного и двух участков по дуге окружности.

Профиль подводного перехода через водную преграду включает в  себя 3 участка.

Вход в скважину происходит под углом   к плоскости горизонта, длина входного участка   по дуге окружности с радиусом  , затем идет прямолинейно участок в нижней части скважины  , затем идет длина окружности с радиусом   и длиной   

Общая протяженность бурения  составляет  . Бурение прямолинейного участка выполняется без изгиба буровой колонны. Общая протяженность бурения по криволинейным участкам  .

1.3 Расчёт  тягового усилия протаскивания  трубопровода

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

Расчёт тягового усилия выполняется  по «Методическому пособию по определению  напряжённо-деформативного состояния  трубопровода при строительстве  подводных переходов нефтепроводов  методом наклонно-направленного  бурения».

Определяем вес единицы  длины трубопровода q_тр1, Н по формуле:

где ρ_ст – плотность стали трубы, кг/м³, ρ_ст=7850 кг/м³;

k - коэффициент, учитывающий  усиление шва, k=1,01.

Определяем вес изоляции на единицу длины трубопровода q_и, Н по формуле:

 

где ρ_и – плотность изоляционного покрытия, кг/м³, ρ_и=970 кг/м³;

 

Определяем вес единицы  длины трубопровода с изоляцией q_тр, Н по формуле:

Определяем выталкивающую  силу, действующую на трубопровод  в буровом растворе q_н, Н/м по формуле:

где ρ_бр – плотность бурового раствора, кг/м³, ρ_бр=1150 кг/м³;

g  -  ускорение свободного падения, м/с², g=9,81 м/с².

Вес воды в трубопроводе при  заполнении водой q_в, Н/м определяем по формуле:

где ρ_в – плотность воды, кг/м³, ρ_в=1000 кг/м³ .

Вес единицы длины трубопровода, заполненного водой и находящегося в буровом растворе q_о, Н/м определяем по формуле:

Силу сопротивления перемещению  трубопровода в вязко-пластичном буровом  растворе на ед. длины, определяем по формуле:

где τ_о - динамическое напряжение сдвига бурового раствора, Па, τ_о=100 Па.

Первый расчётный участок  профиля длиной   представляет собой криволинейный участок профиля с радиусом искривления  .

Тяговое усилие на I участке  Т₁, Н определяем по формуле:

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

α_вх – угол входа трубы, град, α_вх=11,09˚;

А – промежуточная величина: 

F – cила прижатия трубопровода  к стенкам скважины, безразмерная  величина:

0,401

=1,003

G – коэффициент  учитывающий влияние изгиба, Н;

 

Второй расчетный участок  представляет собой прямолинейный  участок.

Тяговое усилие на II участке:

Третий участок представляет собой криволинейный участок  профиля с радиусом искривления 

Тяговое усилие на III участке:

 

Максимальное тяговое  усилие протаскивания дюкера с учётом, того, что профиль скважины в точности соответствует проектному профилю, без азимутных отклонений составляет – 1438,401 кН, значит для производства буровых работ принимаем буровую  установку Cherrincton 60/300R.

1.4 Проверка  трубопровода на пластические  деформации

в процессе протаскивания

Суммарное напряжение в трубопроводе σ, МПа определяем по формуле:

где σиз - напряжение растяжения от тягового усилия, МПа;

σ∑  - напряжение от изгиба трубопровода в скважине, МПа.

Напряжение растяжения от тягового усилия находим по формуле:

где Тmax -максимальное расчётное  тяговое усилие при протаскивании  трубопровода, кН;

F - площадь сечения трубопровода, м2, F=0,497 м2.

Напряжения от изгиба трубопровода находим по формуле:

 

Подставляем полученные результаты в формулу (30):

Условие пластичности трубопровода под воздействием нагрузок:

Проверка трубопровода на недопустимые пластические деформации при протаскивании выполняется.

1.5 Расчёт  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 используются спусковые дорожки в виде роликовых  опор, расставленных в створе перехода на определённых расстояниях на спланированном участке строительной площадки.

 
Допустимую длину консоли l, м  определяем по формуле:

где W_z – осевой момент инерции сечения трубопровода, м³.

Осевой момент инерции  определяем по формуле:

Подставляем полученное значение в формулу и получаем:

 

 

 
Максимально допустимое расстояние между  опорами l, м определяется по формуле :

где k – коэффициент многопролётной балки, k=0,105.

 

 
Допустимое расстояние между роликовыми опорами по грузоподъёмности последних L, м определяем по формуле:

где G – грузоподъёмность роликовой опоры, кН, G=100 кН;

 
k_оп – коэффициент динамической перегрузки опоры, k_оп=1,05.

Принимаем расстояние между  опорами L=33 м.

Число роликовых опор Nоп, шт определяем по формуле:

Рис.1. Расположение трубопровода на роликовой опоре.

где Lтр -длина трубопровода, м, Lтр=600 м; 20м – запас по длине.

Высота оси трубопровода на роликовой опоре Н, м определяется по формуле:

Н=h + a + 0,5d + b + 0,5D_из,

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