СП 42-101-2003. 
Л.3. РАСЧЕТ УСИЛИЯ ПРОХОДКИПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ

СП 42-101-2003. Л.3. РАСЧЕТ УСИЛИЯ ПРОХОДКИПИЛОТНОЙ СКВАЖИНЫ
Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб.

      Стройка - Главная Написать нам
 
 
ПК Инфоплюс-смета Сварка - документы Бизнес-планы Исследования Тендеры  
 
 

 

 

 

 

Случайно выбранные документы:
СП 108-34-97 - Сооружение подводных переходов

 

 

 

Сварка ->  Газовое оборудование ->  СП 42-101-2003 -> 

 

 

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    P1* - лобовое сопротивление бурению (сопротивление движению буровой головки в грунте) с учетом искривления пилотной скважины;

P2* - сила трения от веса буровых штанг (в скважине);

P3* - увеличение силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову);

P4* - увеличение силы трения от наличия на буровых штангах выступов за пределы наружного диаметра;

P5* - дополнительные силы трения от опорных реакций;

P6* - сопротивление перемещению буровых штанг в зоне забуривания за счет смятия стенки скважины;

P7* - 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 P1* рассчитывается по формуле

                                                          (28)

где    Рг* - сила сопротивления бурению, Н;

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

R - радиус кривизны пилотной скважины, м;

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

                                                   (29)

где    fp - коэффициент трения резца о грунт;

dг - диаметр буровой головки, м;

h - подача на оборот, рассчитывается по формуле

                                                                  (30)

где    v - скорость бурения, м/мин;

w - угловая скорость бурения, об/мин.

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

                                                         (31)

где    С0 - коэффициент сцепления грунта, Н/м2 (Па);

т - ширина резца, м;

еp - глубина врезания (вылет резца), м;

r - угол внутреннего трения грунта, рад.

Л.3.3. Силу трения от веса буровых штанг в пилотной скважине Р2* рассчитывают по формуле

                                  (32)

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

R - радиус кривизны бурового канала, м;

l - длина пилотной скважины, м;

li - текущая длина пилотной скважины, м.

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

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

                                                  (33)

где    dш - наружный диаметр буровых штанг, м;

fш - коэффициент трения штанг о грунт, смоченный буровым раствором.

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

                                    (34)

где    gш - удельный вес материала штанг, Н/м3;

gж - удельный вес бурового раствора, Н/м3;

dш - толщина стенки штанги, м.

Л.3.4. Усилие увеличения силы трения от силы тяжести грунта зоны естественного свода равновесия (по М.М. Протодьяконову) Р3* рассчитывается по формуле

                                                      (35)

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

qг = 0,5kpgг*(1 + m)dн2,                                                   (36)

где    m - коэффициент бокового давления;

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

 - при благоприятных условиях;    (37)

 - при неблагоприятных условиях,    (38)

где    r - угол внутреннего трения грунта, рад;

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

                                               (39)

где    gг - удельный объемный вес грунта в естественном залегании, Н/м3.

Л.3.5. Увеличение силы трения от наличия на штангах выступов за пределы наружного диаметра Р4* рассчитывается по формуле

                                                  (40)

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

а) при благоприятных условиях:

                                    (41)

где    аш - расстояние между выступами на штанге, м;

gв - удельный вес воды, Н/м3;

DP3* - потеря давления бурового раствора между выступом и стенкой скважины на длине выступа, рассчитывается по формуле

                                               (42)

где    Qж - расход бурового раствора, м3/с (характеристика установки);

L3*- длина выступа на штанге, м;

d3*- наружный диаметр выступа на штанге, м;

dг - наружный диаметр буровой головки, м;

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

                                           (43)

б) при неблагоприятных условиях:

                                              (44)

dупл - напряжение уплотнения грунта, которое рассчитывается по формуле

 - для песчаных грунтов, Н/м2 (Па),              (45)

Аг - площадь вертикального сечения бурта, рассчитывается по формуле

                                                            (46)

п0 - пористость грунта в естественном залегании;

Dn - 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 P5* рассчитываются по формуле

                                                      (48)

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

                                                (49)

где    Еш - модуль упругости материала штанг, Н/м2 (Па);

Вш - плечо опорных реакций буровых штанг, рассчитывается по формуле

                                       (50)

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

                                                             (51)

где Рс*- 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 Pп(а) и Pп(б).

 

Л.4. РАСЧЕТ ОБЩЕГО УСИЛИЯ ПРОТАСКИВАНИЯ Р

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

Р = Рp + Рп* + Ргп,                                                       (56)

где    Р - общее усилие протаскивания;

Рр - лобовое сопротивление движению расширителя;

Рп* - усилие перемещения буровых штанг;

Ргп - 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);

P4 - 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;

P8 - 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 Рp рассчитывается по формуле

                                                       (58)

где    Рг - сила сопротивления бурению, Н;

li - 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;

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

                                                      (59)

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

dрш - диаметр расширителя, м;

h - подача на оборот, м.

Сила сопротивления бурению Рг рассчитывается по формуле

                                                       (60)

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

d3* - диаметр выступа буровых штанг, м.

Л.4.3. Силу трения от веса газопровода Р2 рассчитывают 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;

 - углы в радианах (1 рад. - 57,3°).

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

                                        (62)

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

gж - удельный вес бурового раствора, Н/м3;

dн - наружный диаметр трубы газопровода, м;

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

qг = 0,5kpgг*(1 + m)dн2,                                                       (64)

где    m - коэффициент бокового давления;

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

                                                 (65)

где    gг - 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

qг(а) = 0,5k(а)pgг*(1 + m)dн2,                                                   (66)

а усилие Р3(а) - по формуле

                                                   (67)

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

qг(б) = 0,5k(б)pgг*(1 + m)dн2,                                                    (68)

а усилие Р3(б) будет рассчитываться по формуле

                                                    (69)

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

                                                      (70)

где    qб - 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;

gв - удельный вес воды, Н/м3;

DР3 - потеря давления бурового раствора между выступом и стенкой скважины на длине выступа, которая рассчитывается по формуле

                                         (72)

где    Qж - расход бурового раствора, м3/с;

L3 - длина выступа, м;

D3 - наружный диаметр выступа, м;

dрш - наружный диаметр расширителя, м;

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

                                           (73)

Усилие Р4(а) рассчитывается по формуле

                                            (74)

б) при неблагоприятных условиях:

                                              (75)

dупл - напряжение уплотнения грунта, которое рассчитывается по формуле

 - для песчаных грунтов, Н/м2 (Па),

А - площадь вертикального сечения бурта, рассчитывается по формуле

                                                          (76)

где    п0 - пористость грунта в естественном залегании;

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

                                                       (77)

Усилие Р4(б) рассчитывается по формуле

                                              (78)

Л.4.6. Дополнительные силы трения от опорных реакций Р5 рассчитываются 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    Рс - 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, Р8 определяется по формуле

P8 = fгпqгпli,                                                               (85)

где    fгп - коэффициент трения газопровода о грунт;

qгп - погонный вес 1 м трубы газопровода.

Л.4.10. Расчет усилия протаскивания газопровода Ргп 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 Ргп(факт) будет находиться между пограничными значениями Ргп(а) и Pгп(б).

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

а) для благоприятных условий:

                                          (88)

б) для неблагоприятных условий:

                                         (89)

Л.4.12. Расчет общего усилия протаскивания Р:

а) при благоприятных условиях:

Р(а) = Рp + Ргп(а) + Рп(а)*;                                                       (90)

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

Р(б) = Рp + Ргп(б) + Рп(б)*.                                                      (91)

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

По максимальной величине усилия P(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

SM* = Мк*+ Мкб* + Мкр*,                                                      (92)

где Мк* - крутящий момент на преодоление осевых сопротивлений;

Мкб* - крутящий момент на проворачивание буртов;

Мкр* - крутящий момент на разрушение забоя.

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

 - при благоприятных условиях;               (93)

 - при неблагоприятных условиях,             (94)

где    SPi(a)** - суммарное осевое усилие при благоприятных условиях, которое рассчитывается по формуле

 

 

 

 

 

 

 

    Рейтинг@Mail.ru   Каталог популярных сайтов           
Разместить сайт в каталоге
Разместить статью в каталоге