Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование технологии сооружения переходов через естественные и искусственные преграды

ВАК РФ 25.00.19, Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Торопов, Владимир Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ СООРУЖЕНИЯ ПЕРЕХОДОВ ТРУБОПРОВОДОВ ПОД ЕСТЕСТВЕННЫМИ И ИСКУССТВЕННЫМИ ПРЕГРАДАМИ.

1.1 Классификация методов сооружения переходов.

1.2 Технология сооружения бестраншейных подводных переходов трубопроводов методом наклонно-направленного бурения.

1.3 Анализ основных параметров бурового оборудования.

1.4 Анализ существующих методик оценки (расчета) усилий протаскивания.

1.5 Постановка цели и задач исследования. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

2. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ ИХ ЭФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ СООРУЖЕНИИ ПЕРЕХОДОВ МЕТОДОМ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ

2.1 Технологические свойства материалов труб применяемых в наклонно- направленном бурении

2.2 Анализ технологических свойств буровых растворов ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ «ТРУБОПРОВОД-СКВАЖИНА» ПРИ НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОМ БУРЕНИИ

3.1 Классификация профилей переходов

3.2 Разработка двухмерной модели взаимодействия трубопровода со стенкой скважины

3.3 Исследование влияния геометрических и физических параметров скважины на сопротивление усилиям протяжки трубопровода

3.4 Разработка рекомендаций по профилированию участков скважин для наклонно-направленного бурения

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА УСИЛИЙ ПРОТАСКИВАНИЯ ТРУБОПРОВОДА.

4.1 Основные положения методики

4.2 Компьютерная программа для расчета усилия протаскивания трубопровода

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование технологии сооружения переходов через естественные и искусственные преграды"

Актуальность проблемы.

Современная сеть магистральных и промысловых газонефтепроводов России имеет общую протяжённость в десятки тысяч километров. Трассы трубопроводов пересекают на своём пути множество самых различных препятствий - автомобильные и железные дороги, реки, озёра, водохранилища, оросительные каналы, различные подземные коммуникации.

Для сооружения переходов трубопроводов через естественные и искусственные препятствия разработаны и применяются самые различные технологии. Внедряемый особенно активно в последнее время метод направленного горизонтального бурения показал свою эффективность при сооружении наиболее сложных объектов. Сеть трубопроводного транспорта в России нуждается в дальнейшем развитии, модернизации и ремонте отдельных элементов, в том числе и наиболее технически сложных и дорогих - подводных переходов. Не вызывает сомнений, что метод наклонно-направленного бурения при строительстве в целом и особенно при сооружении подводных переходов трубопроводов является наиболее совершенным в плане технической надежности, экономической эффективности и экологической чистоты.

Область проектирования переходов методом наклонно-направленного бурения характеризуется практически полным отсутствием государственного и отраслевого регламентирования. Работы осуществляются путем подгонки макетов проекта, разработанных производителем работ, под требования СНиПов, Сводов Правил и ВСН для обычных переходов.

На данный момент ощущается острая нехватка нормативной документации, в том числе и той, которая позволит с достаточной достоверностью определять основные параметры процесса протаскивания 4 трубопровода в скважину. Существующая методика не является универсальной и не учитывает ряд важных факторов, влияющих на основные параметры процесса протаскивания. В связи с этим, автором данной работы предпринята попытка создания усовершенствованной методики, которая позволила бы получать достоверные результаты значений основных параметров системы «трубопровод-скважина», эффективно использовать материалы при производстве работ по сооружению переходов трубопроводов, а также определять допускаемые значения параметров работы оборудования. Реализация разработанной методики в практике строительства трубопроводных систем позволит повысить эффективность сооружения переходов трубопроводов через естественные и искусственные преграды.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы оборудования и материалов на основе учета комплекса их технологических и эксплуатационных характеристик и разработки расчетной модели процесса протяжки трубопровода.

Основные задачи исследований. В диссертационной работе сформулированы и решены следующие задачи:

1. Установление зависимостей параметров процесса протяжки трубопровода от технологических и эксплуатационных характеристик материалов и оборудования, применяемых в наклонно-направленном бурении.

2. Определение факторов, влияющих на величину усилия протяжки трубопровода.

3. Разработка математической модели процесса протяжки трубопровода.

4. Разработка методики расчета усилий протяжки трубопровода с учетом упругих свойств грунта и реологической модели промывочной жидкости. 5

5. Разработка практических рекомендаций по построению профиля перехода при прокладке методом наклонно-направленного бурения.

Научная новизна работы.

1. Разработана новая математическая модель процесса протяжки трубопровода для определения усилия протаскивания при прокладке трубопровода методом наклонно-направленного бурения.

2. Разработан алгоритм для проектирования профиля перехода и определения усилий, необходимых для протяжки пластмассовых и стальных трубопроводов, при сооружении переходов методом наклонно-направленного бурения.

3. Выявлено, что при балластировке трубопровода до нулевой плавучести сопротивление протягиванию определяется в основном соотношением входного и выходного углов профиля и не зависит от распределения кривизны профиля по его длине.

4. Доказано, что при забалластированном трубопроводе, в зависимости от схемы нагружения, профили начального и конечного участков скважины, соответствующие параболе и гиперболическому косинусу, имеют наименьшее сопротивление протягиванию трубопровода.

Практическая ценность и реализация результатов. Результаты выполненных автором исследований явились основой создания новой методики и соответствующего программного обеспечения для определения усилий протяжки трубопровода при горизонтально-направленном бурении. Разработана универсальная программа, позволяющая использовать для расчетов параметров процесса, как проектные данные, так и текущие результаты проходки скважины.

Разработаны аналитические зависимости для определения геометрических параметров профиля, позволяющие проектировать переход с однозначной привязкой к рельефу местности, а также практически использовать результаты расчета непосредственно при производстве работ. 6

Разработаны аналитические зависимости для случая задания профиля перехода произвольной функцией, позволяющие осуществлять прокладку трубопровода по данному профилю в реальных условиях, а также рассчитывать усилие протяжки трубопровода.

Определены значения отношений диаметров протаскиваемого трубопровода и скважины, обеспечивающие при сохранении параметров процесса протяжки, меньший, по сравнению с нормативными на 19-62%, объём земляных работ.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались автором на Конференции молодых специалистов ОАО «Запсибгазпром» в 1999г., на Международной научно-технической конференции «Ресурсосбережение в топливно-энергетическом комплексе России» в 1999г., на Межрегиональной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2001» в 2001г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, основных выводов, приложений и списка использованной литературы, включающего 88 наименований. Работа изложена на 181 странице, содержит 15 таблиц и 32 рисунка.

Заключение Диссертация по теме "Строительство и эксплуатация нефтегазоводов, баз и хранилищ", Торопов, Владимир Сергеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Выявлены недостатки расчетной модели, используемой в существующей методике определения параметров процесса протяжки трубопровода. Разработана новая расчетная модель процесса протяжки трубопровода для определения усилия протяжки при прокладке трубопровода методом наклонно-направленного бурения.

2. Показано, что в существующей методике проектирования профиля отсутствуют четкие указания по расчету геометрических параметров профиля перехода трубопровода, и результаты расчетов невозможно практически использовать для сооружения перехода. Разработаны аналитические зависимости для определения геометрических параметров профиля, позволяющие проектировать переход с однозначной привязкой к рельефу местности, а также практически использовать результаты расчета непосредственно при производстве работ.

3. Разработаны основные требования к построению профиля перехода. Установлено, что при балластировке трубопровода до нулевой плавучести сопротивление протягиванию определяется в основном соотношением входного и выходного углов профиля и не зависит от распределения кривизны профиля по его длине.

4. Доказано, что при забалластированном трубопроводе, в зависимости от схемы нагружения, профили начального и конечного участков скважины, соответствующие параболе и гиперболическому косинусу, имеют наименьшее сопротивление протягиванию трубопровода. Разработаны аналитические зависимости для случая задания профиля перехода произвольной функцией, позволяющие осуществлять прокладку трубопровода по данному профилю в реальных условиях, а также рассчитывать усилие протяжки трубопровода.

135

5. Определены значения технологического зазора, обеспечивающие при сохранении параметров процесса протяжки, меньший, по сравнению с нормативными на 19-62%, объём земляных работ.

6. Разработана методика расчета, алгоритм и соответствующее программное обеспечение для проектирования профиля перехода и определения усилий при протяжке пластмассовых и стальных трубопроводов, в целях повышения эффективности работы оборудования и материалов при сооружении переходов методом наклонно-направленного бурения.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Торопов, Владимир Сергеевич, Тюмень

1. Александров А. В., Яковлев Е. И. Проектирование и эксплуатация систем дальнего транспорта газа. - М.: Недра, 1974. - 187 с.

2. Баталии, Ю. П., Вассерман С. Н., Каган Я. М., Трофимов В. Л. Инженерно-строительные особенности застраиваемых территорий нефтегазодобывающих районов Западной Сибири. М.: ВНИИЭГазпром, 1971.-231 с.

3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: ФМ, 1962. - 654 с.

4. Березин В. Л., Бобрицкий Н. В., Бородавкин П. П. и др. Сооружение и ремонт газонефтепроводов. М.: Недра, 1972. - 322 с.

5. Березин В.Л., Ментюков В.П. Земляные работы при сооружении магистральных трубопроводов. М.: МИНХ и ГП, 1975. - 346 с.

6. Бишоп. А.У., Хенкель Д.Д. Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях. М.: Госстройиздат, 1961. - 255 с.

7. Бобродский С.А. Щербаков С.Г. Трубопроводный транспорт газа.- М.: Наука, 1976. 197 с.

8. Бородавкин П.П., Березин В.Л. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1987. - 312 с.

9. Бородавкин П.П. Механика грунтов в трубопроводном строительстве. М.: Недра, 1976. - 244 с.

10. Бородавкин П.П., Таран В.Д. Трубопроводы в сложных условиях.- М.: Недра, 1969. 196 с.

11. П.Броун С.И., Кравец В.А. Охрана труда при сооружении газонефтепроводов и газонефтехранилищ. М.: Недра, 1978. - 329 с.

12. Бугров А.К. Полевые методы определения характеристик грунтов. Л.: ЛПИ, 1984. - 145 с.

13. Васильев И.М. Прочность и деформируемость глинистого грунта в условиях растяжения и сжатия по трем независимым осям нагружения. -Л.: ВНИИГ, 1983. 435 с.137

14. Васильев В.А. Уточнение величины контактного давления при холодном гнутье труб. Строительство трубопроводов. М.: 1979. - 95 с.

15. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М.: Наука, 1969. - 563 с.

16. Гальперин А.И. Машины и оборудование для гнутья труб. М.: Машиностроение, 1976. - 257 с.

17. Гальперин А. И., Саттаров Т .X., Белоголмский А. Д. Применение очистных и изоляционных машин при строительстве нефтегазопромысловых и магистральных трубопроводов. М.: ВНИИОЭНГ, 1972. - 120 с.

18. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1979. - 354 с.

19. ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент. 29 с.

20. ГОСТ 10706-76 Трубы стальные электросварные прямошовные. Технические требования. 23 с.

21. ГОСТ 12.4.011-75 Средства индивидуальной защиты. 25 с.

22. ГОСТ 18599-83 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия. 21 с.

23. ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия. 24 с.

24. Громов А. В., Калинин А. А. Строительство магистральных трубопроводов. Киев: Будывельник, 1975. 223 с.

25. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Стройиздат, 1981. 319 с.

26. Деточенко А. В., Михеев А. Л., Волков М. М. Спутник газовика. -М.: Недра, 1978.- 113 с.

27. Зиневич А. М., Анучкин М. П. Требования к трубам для мощных трубопроводов. Строительство трубопроводов. М.: 1973, № 11. - 29 с.138

28. Инструкция по рекультивации земель при строительстве магистральных трубопроводов. ВСН 2-59-75. М.: Миннефтегазстрой, 1975.- 11 с.

29. Ионин А. А. Газоснабжение. М.: Стройиздат, 1975. - 68 с.

30. Ицкович Г.М., Минин JT.C., Винокуров А.И. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов. М.: Высш. школа, 1999. -210 с.

31. Каган Д.Ф. Трубопроводы из пластмасс. М.: Химия, 1980.324 с.

32. Каминер A.A., Яхно О.М. Гидромеханика в инженерной практике. Киев.: Техшка, 1987. - 214 с.

33. Карпов В.Г., Шор Л.Д., Андрианов А.К. Оптимизация транспортных схем строительства магистральных трубопроводов. М.: ЦНТИ ВНИИСТ, 1975. - 136 с.

34. Каталог машин для строительства трубопроводов. М.: Недра, 1971.-51 с.

35. Климовский Е. М. Очистка полости и испытание магистральных и промысловых трубопроводов. М.: Недра, 1972. - 298 с.

36. Косте Ж., Санглера Г., Механика грунтов. Практический курс. -М.: Стройиздат, 1981. 455 с.

37. Крикун В. Я. Новое оборудование для гнутья тонкостенных труб больших диаметров. М.: ЦНТИ - ВНИИСТ, 1974. - 233 с.

38. Крикун В.Я. Трубогибочные работы на строительстве трубопроводов. М.: Недра, 1978. - 261 с.

39. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Гидродинамика. Том VI. М.: Наука, 1986. - 562 с.

40. Левин С. И. Подводные трубопроводы. М.: Недра, 1970. - 391 с.

41. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1978.452 с.139

42. Любошиц М.И., Ицкович Г.М. Справочник по сопротивлению материалов. Минск: Вышэйш. школа, 1969. - 342 с.

43. Мазель А. Г, Пути повышения качества сварочных работ. Строительство трубопроводов. М.: 1973, № 2. - 45 с.

44. Ментюков В. П. Земляные работы на строительстве магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1972. - 267 с.

45. Ментюков В.П., Васильев Н.П. Организация строительства нефтепроводов в различных природно-климатических условиях. М.: ВНИИОЭНГ, 1973. - 269 с.

46. Ментюков В. П., Карпенко М. П., Зотова Н. П. Технология строительства трубопроводов диаметром 1420 мм в сложных природно-климатических условиях, ч. II, вып. 30. М.: ВНИИСТ, 1974. - 365 с.

47. Ментюков В. П., Карпенко М. П., Титаев В. Г. Параметры полосы отвода земель при сооружении линейной части магистральных трубопроводов, ч. II, вып. 30. М.: ВНИИСТ, 1974. - 162 с.

48. Минаев В.И., Машины для строительства магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1985. - 360 с.

49. Миржадзанзаде А.Х., Караев А.К., Ширинзаде С.А. Гидравлика в бурении и цементировании нефтяных и газовых скважин. М.: Недра, 1977. - 325 с.

50. Миржадзанзаде А.Х., Мирзоян A.A., Гевинян Г.М., Сеид-рза М.К. Гидравлика глинистых и цементных растворов. М.: Недра, 1966. -368 с.

51. Михайлов A.M. Основы расчета элементов строительных конструкций в примерах. М.: Высш. школа, 1980. - 278 с.140

52. Мошнин Е.Н., Янов С.И. Новые разработки по технологии и оборудованию для гибки труб на малые радиусы. М.: Недра, 1975. - 86 с.

53. Николенко В. Ф., Семин Е. Л. Конструктивные особенности саморазгружающегося плетевоза СПЛ-20. Механизация строительства, 1973, №8.-43 с.

54. Нормы отвода земель на период строительства магистральных трубопроводов, СН 452-73. М.: Стройиздат, 1973. - 23 с.

55. Петров И. П., Камерштебн А. Г., Долгов В. К. Расчет напорных стальных трубопроводов на прочность. М.: Госстройиздат, 1955. - 148 с.

56. Под. ред. Баумана B.C. Строительные машины. М.: Машиностроение, 1976. - 385 с.

57. Под ред. Дерцакяна А.К. Справочник по проектированию магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1977. - 578 с.

58. Под ред. Яковлева К.П. Краткий физико-технический справочник. М.: ФМ, 1960. - 486 с.

59. Проектирование и строительство трубопроводов и газонефтепромысловых сооружений № 2, 1971.-42 с.

60. Рекомендации по технологии укладки подводных трубопроводов диаметром 1220 и 1420 мм, Р 126-72. М.: ОНТИ-ВНИИСТ, 1973. - 78 с.

61. Романов В.Д., Савенко В.А. Механизация сооружения временных подъездных и вдольтрассовых дорого на строительстве магистральных газонефтепроводов. М.: ВНИИЭНГазпром, 1971. - 246 с.

62. Руководство по оптимальной технологии и организации поточно-механизированного строительства магистральных трубопроводов, Р 22376. М.: ВНИИСТ, 1976. - 73 с.141

63. РОБТ. Официальный журнал Российского общества бестраншейных технологий. № 5,1998.

64. СНиП 2.05.06-85 Магистральные трубопроводы. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 38 с.

65. СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1984. - 32 с.

66. СНиП Ш-4-80 Техника безопасности в строительстве. М.: ВНИИСТ, 1980. - 38 с.

67. СНиП Ш-42-80 Правила производства и приемки работ. Магистральные трубопроводы. М.: Стройиздат, 1981. - 40 с.

68. СП-42-101-96 Свод правил по проектированию и строительству газопроводов из полиэтиленовых труб диаметром до 300 мм. 278 с.

69. СТН-51-4-92 ГГК «Газпром» Строительство подводных переходов трубопроводов бестраншейным способом. М. : ВНИИСТ, 1993. - 63 с.

70. Строительство подводных переходов газопроводов способом направленного бурения. Ведомственные нормы. ОАО «Газпром». М.: ВНИИСТ, 1998. - 48 с.

71. Схемы комплексной механизации работ по строительству линейной части магистральных трубопроводов. М.: ВНИИСТ, 1972. -24 с.

72. Таран В. Д. Сооружение магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1964. - 284 с.

73. Таран В. Д., Телегин Л. Г. Организация строительства линейной части магистральных трубопроводов. М.: МИНХ и ГП, 1971. - 347 с.

74. Телегин Л. Г., Карташов Г. И. Организация строительства линейной части магистральных трубопроводов. М.: Недра, 1971. - 368 с.

75. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. Том второй. Более сложные вопросы теории и задачи. М.: ОГИЗ, 1946. - 468 с.142

76. Торопов B.C., Осыка A.B., Торопов Е.С. Протаскивание трубопровода в объемно искривленные скважины. Тезисы докладов межрегиональной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех-2001» 21-23 марта 2001г. - Ухта: УГТУ, 2001. - С. 70-71.

77. Торопов С.Ю., Торопов B.C. К вопросу о надежности трубопровода. Тезисы докладов к конференции «Энергосбережение при освоении и разработке северных месторождений Западно-Сибирского региона». Тюмень: 1997. - С. 91-92.

78. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Методика предсказания надежности нефтегазотранспортного оборудования. Тезисы докладов к конференции «Тюменская нефть вчера и сегодня». Тюмень: 1997. - С. 63-65.

79. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Особенности прокладки полиэтиленовых труб под водными преградами. Сборник научных трудов «Проблемы эксплуатации и ремонта промысловых и магистральных трубопроводов». Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. - С. 26-27.143

80. Торопов С.Ю., Торопов B.C. Учет вероятностных коэффициентов при прочностных расчетах. Материалы Всероссийской научно-технической конференции. Тюмень: 1998. - С. 35-36.

81. Фихтенгольц Г.М. Математика для инженеров. М.: ГГТИ, 1933. - 498 с.

82. Шагов Н. П. Машины для очистки и изоляции трубопроводов. -М.: Недра, 1972. 76 с.

83. Яковлев Г. И., Шальное A. JI. Технология и организация строительного производства. М.: Высшая школа, 1967. - 325 с.144