Нештатная ситуация при строительстве подводного перехода методом наклонно-направленного бурения

Полный текст

Введение

В последние десятилетия набирает популярность использование труб с бетонным покрытием для строительства подводных переходов способом наклонно-направленного бурения (ННБ). Трубы с данным покрытием имеют множество преимуществ, но также недостатков, например, трубы с бетонным покрытием характеризуются повышенной изгибной жесткостью поперечного сечения [1].

Задачей данного исследования является разработать методику определения минимально допустимого радиуса упругого изгиба обетонированного трубопровода, сооружаемого методом наклонно направленного бурения. Объектом исследования выступает подводный переход магистрального трубопровода, сооружаемого методом наклонно направленного бурения, с использованием обетонированных труб.

Как отмечается в работе [2], балластировка подводных трубопроводов сплошным бетонным покрытием имеет ряд преимуществ по сравнению с балластировкой отдельными грузами.

Монолитное армированное бетонное покрытие характеризуется низкой стоимостью производства, низкой тепло- и электропроводностью, хорошей устойчивостью к коррозии. Наряду с этим данное покрытие обеспечивает [3]:

• механическую защиту антикоррозионного покрытия [4];
• возможность протаскивания трубопровода по всем известным типам спусковых дорожек и любым грунтам без нарушения изоляционного покрытия;
• значительное снижение тяговых усилий на береговых участках и при протаскивании в воде;
• невозможность смещения бетонного покрытия относительно тела трубы при сооружении подводного перехода методом протаскивания [2].

Помимо строительства трубопроводов в море, трубы с бетонной оболочкой применяются и на суше.

На практике трубопроводного строительства известны негативные случаи, произошедшие при строительстве подводных переходов трубопроводов методом наклонно-направленного бурения. В проектах было предусмотрено использование труб с бетонным покрытием. При выполнении протаскивания трубопровода в скважину из-за большого значения изгибной жесткости трубная плеть застревала, что приводило к экономическим издержкам, а также нарушало график производства работ.

Таким образом, поднимается вопрос об определении фактических геометрических параметров пилотной скважины протаскиваемого трубопровода. Данные проблемы усугубляются отсутствием нормативно-технической документации, учитывающей влияние бетонного покрытия на напряженно-деформированное состояние трубопровода, протаскиваемого в скважину.

В начале данной статьи рассмотрены требования нормативной документации по определению минимального радиуса изгиба обетонированного трубопровода, затем определено фактическое значение для анализируемого участка, после чего проведено сравнение с фактическими значениями, сформулированы рекомендации.

Определение радиуса упругого изгиба обетонированного трубопровода

Требования отечественной нормативно-технической документации

Дальнейшие примеры расчетов определены для следующих исходных параметров: диаметр 1220 мм, бетон марки В60 плотностью 2500 кг/м³, сталь класса К55 с временным сопротивлением разрыву 549 МПа.

Радиус изгиба проектируемой скважины должен быть не менее радиуса упругого изгиба трубопровода, укладываемого способом ННБ [5–7].

Минимально допустимые радиусы упругого изгиба , обеспечивающие прокладку трубопроводов без опасных напряжений в стенках трубы, должны быть не менее [5]

$R_{\left(\mathrm{ст}1\right)}=1200\bullet D_{\mathrm{тр}},$, (1)

где $D_{\mathrm{тр}}$ – наружный диаметр трубопровода, 1,220 м.

$R_{\left(\text{ст}1\right)}=1200\cdot \mathrm{1,22}=1464\text{ м}$ .

Согласно [6] радиусы трассировки должны быть не менее допустимого радиуса упругого изгиба стального трубопровода  , значение которого определяется аналогично выражению (1). Однако данный документ, в зависимости от назначения трубопровода, рекомендует увеличить минимальный радиус трассировки трубопровода для труб диаметром 820 мм и более до 1400·D_Н.

СП 341.1325800.2017 [7], утвержденный Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 14 ноября 2017 г., однозначно указывает, что по технологическим условиям прокладки для труб диаметром 820 мм и более радиус упругого изгиба трубопровода   должен быть не менее 1400·Dн. Следует обратить внимание на то, что данное требование не является рекомендательным и носит обязательный характер для принимаемых проектных решений, не зависимо от назначения трубопровода. Следовательно,

$R_{\left(\mathrm{ст}2\right)}=1400\cdot D_{\mathrm{тр}}$ ,

$R_{\left(\mathrm{ст}2\right)}=1400\cdot \mathrm{1,22}=1708 \mathrm{м}$ .

Однако факт того, что на стальную трубу нанесено наружное бетонное покрытие «ЗУБ-КОМПОЗИТ» в оцинкованной оболочке, увеличивает изгибную жесткость плети протаскиваемого в скважину трубопровода. Следовательно, увеличивается минимальный радиус упругого изгиба обетонированного трубопровода $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$.

Должно выполняться условие

$R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}\ge R_{\left(\text{ст}\right)}$ .

По состоянию на сегодняшний день не существует нормативных документов, которые бы регламентировали порядок расчета минимально допустимого радиуса упругого изгиба $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$ таких обетонированных трубопроводов [8].

Единственный документ, который косвенно затрагивает вопрос об учете влияния бетонного покрытия на напряженно-деформированное состояние обетонированного трубопровода, это ВСН 005-88 [9].

Так, согласно [9], минимальный радиус упругого изгиба трубопровода (он прямо пропорционален его жесткости) со сплошным бетонным покрытием (без прорезей) определяется по формуле

$R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}=R_{\text{min}}\left(\mathrm{1,03}+\mathrm{0,0041}\delta \right)$, (2)

где $R_{\text{min}}$ – минимальный радиус упругого изгиба необетонированного трубопровода; $\delta$ – толщина бетонного покрытия, 25 мм.

Необходимо отметить, что ВСН 005-88 [9] регламентирует порядок укладки обетонированных трубопроводов исключительно в траншею, в том числе подводную. Требования к параметрам упругоизогнутых участков трубопроводов, укладываемых в траншею, являются менее жесткими, чем при их укладке в скважину методом ННБ. Данное требование косвенно подтверждается значением радиуса упругого изгиба трубопровода, которое, согласно [9], должно определяться в соответствии с нормами СП 86.13330.2022 $\left(R_{\text{min}}=1220 м\right).$

Тогда из выражения (2) следует, что

$R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}=R_{\text{min}}\left(\mathrm{1,03}+\mathrm{0,0041}\cdot 25\right)=1382\text{ м}.$

Подчеркивается, что данное значение минимального радиуса упругого изгиба обетонированного трубопровода $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$ определено для плети, укладываемой исключительно в траншею.

Для предварительного расчета минимального радиуса упругого изгиба обетонированного трубопровода $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$, протаскиваемого в скважину, также воспользуемся выражением (2). Значение минимального радиуса упругого изгиба $R_{\text{min}}$ для данного случая принимается равным:

1. $R_{\text{min1}}$ = $R_{\left(\mathrm{ст}1\right)}$ =1464 м, согласно [5].
2. $R_{\text{min2}}$=  $R_{\left(\mathrm{ст}2\right)}$ =1708 м, согласно [7].

Соответственно

$R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}=1464\cdot \left(\mathrm{1,03}+\mathrm{0,0041}\cdot 25\right)=1658 \mathrm{м},$

$R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}=1708\cdot \left(\mathrm{1,03}+\mathrm{0,0041}\cdot 25\right)=1934 \mathrm{м}.$

Аналитический метод определения радиуса упругого изгиба обетонированного трубопровода

Минимальный радиус упругого изгиба трубопровода из труб с бетонным покрытием определяется из условия прочности бетона при его работе на растяжение и, как следствие, возможного развития трещин в теле бетонного покрытия.

Согласно [10–12] прочность бетона на растяжение ${\sigma }_{bt}$ в 10–20 раз меньше прочности бетона на сжатие ${\sigma }_b$.

При значениях прочности бетона на сжатие ${\sigma }_b=\mathrm{37,5} \mathrm{МПа}$ (согласно сертификату соответствия на бетонное покрытие труб) прочность бетона на растяжение ${\sigma }_{bt}$ будет находится в интервале 1,9–3,8 МПа.

Известно, что радиус упругого изгиба прямо пропорционален продольной жесткости бетонной обертки, работающей на изгиб

$R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}=\frac{E_{\mathrm{об}}\cdot I_{\mathrm{об}}}{M_{\text{max}}},$

где $I_{\mathrm{об}}$ – осевой момент инерции бетонной обертки,  $I_{\mathrm{об}}=1 894 300 {\mathrm{см}}^4$; $M_{\text{max}}$ – максимальный изгибающий момент;  $E_{об }$ – модуль упругости первого рода бетонной обертки. Согласно [13–15]

$E_{\text{об}}=4700\cdot \sqrt{{\sigma }_b}$ ,

$E_{\text{об}}=4700\cdot \sqrt{\mathrm{37,5}}=28781\text{ МПа}.$

Максимальный изгибающий момент

$M_{\text{max}}={\sigma }_{\text{изг}}^{\text{max}}\cdot W_{\text{об}}$ ,

где $W_{об}$ – осевой момент сопротивления бетонной обертки, $W_{об}=29 831 с{м}^3$; ${\sigma }_{изг}^{\text{max}}$ – максимальные растягивающие продольные напряжение в бетонной обертке от изгиба. Принимается равным прочности бетона на растяжение ${\sigma }_{bt}, {\sigma }_{изг}=\mathrm{3,8} \mathrm{МПа}.$

$R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}=\frac{28781\cdot \mathrm{0,018943}}{\mathrm{3,8}\cdot \mathrm{0,029831}}=4\mathrm{808,6}\text{ м}.$

На практике все же наблюдается снижение изгибной жесткости бетонного покрытия за счет образования трещин в нём (металлополимерная (оцинкованная) оболочка служит для сохранения бетонной обертки) [13]. Это свидетельствует о том, что минимальный радиус упругого изгиба обетонированного трубопровода $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$ фактически меньше значения, определенного при расчёте по требованиям отечественной нормативно-технической документации.

Прежде всего, следует обратить внимание на то, что в незащищенной бетонным покрытием стыковой зоне обетонированного трубопровода при изгибе максимальные значения полей напряжений локализуются на границах этой зоны (границы стыковой зоны обозначены стрелками на изображении конечно-элементной сетки) (рис. 1). Причем максимальные значения напряжений на границах значительно превышают номинальные напряжения в стенке трубы обетонированного трубопровода.

 

Рис. 1. Поля распределения эквивалентных напряжений в обетонированном трубопроводе при чистом изгибе (бетонное покрытие не показано) [16, 17]

Fig. 1. Equivalent stress pattern distribution in pipeline with concrete coating with pure flexure (concrete coating is not shown) [16, 17]

 

Для уточнения величины $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$ служит условие, при котором максимальные значения продольных изгибных напряжений в стенке трубы необетонированной стыковой зоны (зоны концентрации напряжений (ЗКН)) обетонированного трубопровода были бы равны максимальным значениям продольных изгибных напряжений в стенке трубы без бетонного покрытия. Тогда, если выразить максимальные продольные напряжения в ЗКН через номинальные продольные напряжения в стенке трубы, можно записать [16]

${\sigma }_{max}=\frac{E_{\text{тр}}{D}_{\text{тр}}}{2\cdot R_{\left(\text{ст}\right)}}=k\frac{E_{\text{тр}}{D}_{\text{тр}}}{2\cdot R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}},$ (3)

где $E_{\mathrm{тр}}$ – модуль упругости первого рода трубной стали, $E_{\mathrm{тр}}=\mathrm{2,1}\cdot {10}^5 \mathrm{МПа}$; $R_{\left(\mathrm{ст}\right)}$ – минимальный радиус упругого изгиба аналогичного трубопровода без бетонной обертки; k – коэффициент пропорциональности.

Из выражения (3) следует соотношение

$R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}=k\cdot R_{\left(\text{ст}\right)}.$ (4)

С другой стороны, получая радиус упругого изгиба $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$ через изгибающий момент M, действующий на обетонированный трубопровод [16, 18],

$\frac{1}{{\rho }_{\text{об}}}=\frac{M}{{\displaystyle {\sum }_{i=1}^n{E}_i\cdot I_i}},$ (5)

где $\underset{}{\overset{}{\sum _{i=1}^n}}{E}_i\cdot I_i$ – суммарная изгибная жесткость обетонированного трубопровода

$\underset{}{\overset{}{\sum _{i=1}^n}}{E}_i\cdot I_i=E_{\text{об}}\cdot I_{\text{об}}+E_{\text{тр}}\cdot I_{\text{тр}},$ (6)

$I_{\mathrm{тр}}$  – осевой момент инерции трубы, $I_{\mathrm{тр}}=\mathrm{0,01862} {\mathrm{м}}^4$.

С учетом выражений (5), (6) формула (3) перепишется в виде

${\sigma }_{\text{max}}=\frac{E_{\text{тр}}{D}_{\text{тр}}}{2\cdot R_{\left(\text{ст}\right)}}=k\frac{E_{\text{тр}}{D}_{\text{тр}}}{2\cdot R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}}=k\frac{M\cdot E_{\text{тр}}\cdot D_{\text{тр}}}{2\cdot \left(E_{\text{об}}\cdot I_{\text{об}}+E_{\text{тр}}\cdot I_{\text{тр}}\right)}.$ (7)

После преобразования уравнения (7) следует, что коэффициент пропорциональности k определяется следующим выражением

$k=1+\frac{E_{\mathrm{об}}\cdot I_{\mathrm{об}}}{E_{\mathrm{тр}}\cdot I_{\mathrm{тр}}}.$

$k=1+\frac{28781\cdot \mathrm{0,018943}}{\mathrm{2,1}\cdot {10}^5\cdot \mathrm{0,01862}}=\mathrm{1,14.}$

Из выражения (4) следует, что минимальный радиус упругого изгиба для обетонированного трубопровода $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$ будет равен

$R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)3}=k\cdot R_{\left(\text{ст}1\right)}=\mathrm{1,14}\cdot 1464=1669\text{ м},$

$R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)4}=k\cdot R_{\left(\text{ст}1\right)}=\mathrm{1,14}\cdot 1708=1947\text{м}.$

Данные значения хорошо согласуются с величинами, определенными ранее по выражению (4) из ВСН 005-88 [9], и не противоречат нормам, прописанным в указанном документе (п.8.39–8.40).

В исследуемом проекте значение радиуса упругого изгиба трубопровода $R_{проект}$ принимается на 15 % больше расчетного минимального радиуса упругого изгиба $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$ (запас 1,15), $R_{проект}=2000 м$.

Основным условием беспрепятственной проходки плети обетонированного трубопровода внутри скважины является соотношение принятых и рассчитанных (допускаемых) параметров

$R_{\text{проект}}\ge R_{\left(\text{ст}+\text{об}\right)}.$ (8)

Условие (8) выполняется для всех вариантов рассчитанных значений $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)}$.

Тем не менее для расчетных случаев $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)2}=1934 \mathrm{м}$ и $R_{\left(\mathrm{ст}+\mathrm{об}\right)4}=1947 \mathrm{м}$ запас составляет всего 3,3 и 2,7 % соответственно. При заложенном в проекте среднем запасе в 15 % принятый радиус упругого изгиба для данных двух случаев должен быть не менее 2200 м.

Определение фактических параметров пилотной скважины

Согласно [19, 20] для криволинейного участка трубопровода (участка поворота) характерны следующие тригонометрические зависимости (рис. 2):

• К – катет прямоугольного треугольника

$K=R_{\left(ct+\text{об}\right)}^{\text{факт}}\cdot tg\frac{a}{2};$ (9)

• Б – часть биссектрисы кривой (за вычетом радиуса упругого изгиба)

$\text{Б}=R_{\left(ct+\text{об}\right)}^{\text{факт}}\cdot \left(\frac{1}{\cos \frac{a}{2}}-1\right);$

• L_К – длина кривой

$L_{\text{К}}=R_{\left(ct+\text{об}\right)}^{\text{факт}}\cdot \frac{\pi a}{180}.$

где $R_{\left(ct+об\right)}^{факт}$ – фактический радиус изгиба пилотной скважины; α – угол поворота (угол между новым направлением трассы и продолжением старого направления).

 

Рис. 2. Параметры поворота: НК – начало кривой; КК – конец кривой; ВУ – вершина угла

Fig. 2. Parameter of a bend: НК – beginning of the curve; КК – end of the curve; ВУ – angle vortex

 

На рис. 3 представлено фактическое положение пилотной скважины на первом прямолинейном и на первом криволинейном участках. Параметры криволинейного участка скважины приведены согласно горизонтальному и вертикальному масштабу исполнительной схемы.

 

Рис. 3. Продольный профиль пилотной скважины на «проблемном» участке

Fig. 3. Grade line of a pilot drillhole in the «problem» area

 

Для определения фактического радиуса изгиба пилотной скважины используется формула (9). После несложных преобразований получается

$R_{\left(ct+\text{об}\right)}^{\text{факт}}=\frac{K}{tg\left(\frac{a}{2}\right)}.$

Значение угла поворота на месте перехода от первого прямолинейного участка к первому криволинейному составляет четыре градуса $\left(\alpha =4°\right)$.

Значения К₁=60,7 м и К₂=61,3 м (рис. 3)

$R_{\left(ct+об\right)1}^{факт}=\frac{K}{tg\left(\frac{a}{2}\right)}=\frac{\mathrm{60,7}}{tg2°}=1738 м,$

$R_{\left(ct+об\right)2}^{факт}=\frac{K}{tg\left(\frac{a}{2}\right)}=\frac{\mathrm{61,3}}{tg2°}=1756 м.$

Как следует из расчетов, фактический радиус упругого изгиба пилотной скважины не отвечает принятым проектным решениям

$R_{\left(ct+\text{об}\right)\mathrm{1,2}}^{\text{факт}}=1738;1756\text{ м}<R_{\text{проект}}=2000\text{ м}.$

Уточнение радиуса упругого изгиба пилотной скважины на криволинейном участке «74–89»

Дальнейшие расчеты приводятся для криволинейного участка «74–89».

В табл. 1 представлены пространственные координаты точек криволинейного участка в створе перехода.

 

Таблица 1. Координаты точек криволинейного участка «74–89»

Table 1. Position of points of the curved section «74–89»

Точка, м Point, m	74	75	76	77	78	79	80	81	82	83	84	85	86	87	88	89
X	696,42	705,84	715,26	724,68	734,10	743,52	752,93	762,35	771,76	781,18	790,59	800,00	809,40	818,81	828,21	837,60
H	17?99	18,01	18,09	18,20	18,34	18,54	18,80	19,09	19,41	19,79	20,22	20,69	21,18	21,74	22,35	23,00

 

Вводится местная система координат «X0H» с началом координат в точке «74», с ориентацией «0H» по вертикальной оси и «0X» по горизонтальной оси (рис. 4). Тогда, с учетом фактического положения каждой точки, в новой системе координат данные табл. 1 перепишутся в виде табл. 2.

 

Рис. 4. Криволинейный участок в координатной плоскости «X0H»

Fig. 4. Curved section in the coordinate plane «X0H»

 

Таблица 2. Координаты точек криволинейного участка «74–89» в локальной системе координат

Table 2. Position of points of the curved section «74–89» in a local system of reference

Точка, м Point, m	74	75	76	77	78	79	80	81	82	83	84	85	86	87	88	89
X	0	9,42	18,84	28,26	37,68	47,1	56,51	65,93	75,34	84,76	94,17	103,58	112,98	122,39	131,79	141,18
H	0	0,02	0,1	0,21	0,35	0,55	0,81	1,1	1,42	1,8	2,23	2,7	3,19	3,75	4,36	5,01

 

Ось криволинейного участка пилотной скважины на участке «74–89» является частью окружности – дуги, описываемой функцией

$X^2+{\left(H-R\right)}^2=R^2,$ (10)

где Х, H – координаты точек окружности, м; R – радиус окружности, равный радиусу изгиба криволинейного участка пилотной скважины, м. Все точки криволинейного участка должны соответствовать дуге окружности радиусом $\left(R\right) 2000 м$ и/или более (условие беспрепятственной проходки трубопроводом криволинейного участка «74–89» или условие вписываемости трубопровода в скважину: R≥R_проект=2000 м). Указывается, что R=2017,05 м.

После преобразования уравнения (10) следует, что фактический радиус окружности (изгиба) R, на котором находятся точки позиционирования пилотной скважины, определяется выражением

$R=\frac{X^2+H^2}{2\cdot H}.$ (11)

Точка «74» (0;0) – начало координат.

Уравнение (10) для данной точки на окружности превращается в тождество вида R=R, что свидетельствует о том, что функция, описывающая положение оси пилотной скважины на криволинейной участке, приведена верно.

Точка «75» (9,42; 0,02). Из выражения (11) следует

$R_{74-75}=\frac{{\mathrm{9,42}}^2+{\mathrm{0,02}}^2}{2\cdot \mathrm{0,02}}=2218 м.$

Радиус изгиба на участке «74–75» составляет 2218 м, что отвечает требованию $R\ge R_{проект}$. Большое значение радиуса изгиба пилотной скважины на данном участке объясняется тем, что высотный перепад между точками позиционирования «74» и «75» составляет всего 2 см при условии, что на прилегающем прямолинейном горизонтальном участке пилотной скважины L3 разность высотных отметок между соседними точками позиционирования в среднем составляет 1 см (участок «74–75» близок к прямолинейному).

Точка «76» (18,84; 0,1)

$R_{74-76}=\frac{{\mathrm{18,84}}^2+{\mathrm{0,1}}^2}{2\cdot \mathrm{0,1}}=1775\text{ м}.$

Фактическое положение точки «76» соответствует дуге окружности, проходящей через точки «74» и «76», с радиусом изгиба 1775 м, что не отвечает условию $R\ge R_{проект}=2000 м.$

Точка «77» (28,26; 0,21)

$R_{74-77}=\frac{{\mathrm{28,26}}^2+{\mathrm{0,21}}^2}{2\cdot \mathrm{0,21}}=1901\text{ м}.$

Фактическое положение точки «77» соответствует дуге окружности, проходящей через точки «74» и «77», с радиусом изгиба 1901 м, что не отвечает условию $R\ge R_{проект}=2000 м.$   

Рис. 5 наглядно поясняет, чем опасно несоблюдение данного условия на примере рассмотренных изгибных участков «74–75», «74–76» и «74–77».

 

Рис. 5. Сопоставление фактического и проектного положения точек на оси пилотной скважины на криволинейном участке «74–77»

Fig. 5. Comparison of the actual and design position of the points on the axis of the pilot drillhole on the curved section «74–77»

 

Как следует из рис. 5, точки позиционирования скважины, находящиеся на окружности с радиусом 2000 м и ниже неё, отвечают условию упругого изгиба трубопровода (как следствие, условию вписываемости трубопровода в скважину), $R\ge R_{проект}=2000 м$), а точки, находящиеся выше, не отвечают данному требованию $(R<R_{проект})$. Так, точка «75» находится ниже проектного положения, а точки «76» и «77» – выше. На участке «74–77» пунктирной линией показано фактическое положение оси изогнутого участка скважины относительно проектной оси – оси трубопровода, выделенного красной линией. Оси трубопровода и участка скважины пересекаются в некоторой точке $«{Т}_{кр}»$. Заштрихованный участок теоретически соответствует зоне, на которой трубопровод не вписывается в скважину.

Следовательно, чем больше на криволинейном участке «74–89» точек пересечения фактической оси скважины с проектной осью упругого изгиба трубопровода, а также точек позиционирования, соответствующих дуге окружности, проходящей через эту точку и начало координатной оси – точку начала изгиба «74», с радиусом меньшим R=2000 м, тем больше вероятность застревания трубопровода в нём. В дальнейших расчетах анализируется ситуация на всем криволинейном участке и на основе этого выделяются потенциально опасные зоны.

В табл. 3 приводятся значения R.

 

Таблица 3. Радиусы изгиба пилотной скважины R (м) в соответствии с фактическим положением точек позиционирования на участке «74–89»

Table 3. Bend radii of the pilot drillhole R (m) in accordance with the actual location of the positioning points in the section «74–89»

R74–75	R74–76	R74–77	R74–78	R74–79	R74–80	R74–81	R74–82	R74–83	R74–84	R74–85	R74–86	R74–87	R74–88	R74–89
2218	1775	1901	2028	2017	1972	1976	1999	1997	1989	1988	2002	1999	1994	1992

 

Как следует из данных табл. 3, условию R≥R_проект приблизительно отвечает участок скважины между точками позиционирования «81–89». Значения радиусов изгиба близки к проектной величине R≈R_проект=2000 м (тем не менее, в большинстве своем, меньше).

В свою очередь, участок «74–81», внутри которого особо стоит выделить зону «74–78», является в этом отношении проблемным.

Участок «74–75». Фактическое положение точки «75» соответствует упругому изгибу трубопровода.

Участок «75–76». Первая зона пересечения осей скважины и трубопровода (рис. 5). Радиусы изгиба между двумя соседними точками позиционирования отличаются на 20 %, что свидетельствует о «крутом» подъеме пилотной скважины на данном участке. Фактическое положение точки «76» соответствует дуге окружности с радиусом 1775 м, который меньше проектного на 11,3 %.

Участок «76–77». Фактическое положение точки «77» соответствует дуге окружности с радиусом 1901 м, который меньше проектного на 5 %. Все точки оси пилотной скважины на данном участке лежат выше оси упругого изгиба трубопровода, что не отвечает требованию вписываемости трубопровода в скважину.

Участок «77–78». Вторая зона пересечения осей скважины и трубопровода. Это указывает на то, что на данном участке ось скважины вновь «нормализуется» (уходит ниже красной линии – оси трубопровода, рис. 5). Радиус изгиба участка после второй точки пересечения отвечает требованию $R\ge R_{проект}=2000 м.$ Фактическое положение точки «78» соответствует упругому изгибу трубопровода.

Участок «78–79». Фактическое положение точки «79» соответствует упругому изгибу трубопровода.

Участок «79–80». Третья зона пересечения осей скважины и трубопровода. Ось скважины вновь заходит за красную линию (ось трубопровода), что соответствует случаю $R<R_{проект}=2000 м$. Фактическое положение точки «80» не соответствует упругому изгибу трубопровода.

Участок «80–81». Фактическое положение точки «81» не соответствует упругому изгибу трубопровода. Все точки оси пилотной скважины на данном участке лежат выше оси упругого изгиба трубопровода, что не отвечает требованию вписываемости трубопровода в скважину.

Участок «81–89». Фактические положения точек позиционирования соответствует упругому изгибу трубопровода ($R\approx R_{проект}=2000 м$).

Заключение

1. Принятый в проекте радиус изгиба скважины ${\text{R}}_{проект}=2000 м$ в целом отвечает требованиям упругого изгиба трубопровода из труб с нанесенным наружным бетонным покрытием «ЗУБ-КОМПОЗИТ» в оцинкованной оболочке.

Однако запас радиуса изгиба скважины относительно минимального радиуса упругого изгиба трубопровода составляет в среднем всего 3 %. Рекомендуемый радиус изгиба криволинейных участков скважины не менее ${\text{R}}_{проект}=2200 м$.

2. Согласно уточненным расчетам (сопоставлению фактического положения точек позиционирования скважины с осью упруго изогнутого трубопровода) следует, что на криволинейном участке «74–81» условие вписываемости трубопровода в скважину не обеспечивается.

Об авторах

Рустям Рафикович Хасанов

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Email: hasanov25@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6244-7532

кандидат технических наук, доцент кафедры проектирования и строительства объектов нефтяной и газовой промышленности, заведующий кафедрой промысловых трубопроводных систем

Россия, 450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Андрей Евгеньевич Наставшев

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.nastavshev1@yandex.ru

магистрант

Россия, 450064, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1

Список литературы

Дополнительные файлы