Материал: Сооружение подводного перехода нефтепровода диаметром 530 мм через реку Обь методом наклонно-направленного бурения

Сооружение подводного перехода нефтепровода диаметром 530 мм через реку Обь методом наклонно-направленного бурения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Кафедра транспорта и хранения нефти и газа.

Курсовой проект

по дисциплине: «Сооружение и ремонт газонефтепроводов»

Тема проекта: «Сооружение подводного перехода нефтепровода диаметром 530 мм через реку «Обь» методом наклонно-направленного бурения».

Выполнил: Элесханов Р.Р.

Проверил: Самигуллин Г.Х.

Санкт-Петербург 2015 год

Аннотация

В данной работе рассмотрены вопросы строительства участка газопровода. Выполнены механические расчеты по строительству газопровода методом наклонно-направленного бурения, произведен выбор и обоснование используемых строительных, транспортных машин и оборудования. Разработаны конструктивные и технологические схемы проведения работ.following paper contains the analysis of issues of building a segment of a pipeline, mechanical computations related to building of a pipeline by askew directed drilling. The choice of transportation vehicles and building equipment also made and justified. Here are also developed Practical and technological schemes of the execution of the plan.

Содержание

Введение

. Теоретическая часть

.1 Метод наклонно-направленного бурения

. Расчетная часть

.1 Расчет толщины стенки

.2 Проверка прочности трубопровода

.3 Расчет параметров продольного профиля скважины

.4 Расчет границ разведочного бурения

.5 Расчет параметров трубопровода на участке входа в скважину

.6 Расчет тяговой нагрузки

.7 Расстановка опор и кранов-трубоукладчиков перед протаскиванием

. Организационная подготовка к строительству

. Погрузочно-разгрузочные работы

. Земляные работы

.1 Разработка траншеи и котлованов

.2 Бурение пилотной скважины

.3 Расширение и калибровка скважины

. Сварочно - монтажные работы

. Протаскивание трубопровода в скважину

. Гидравлическое испытание

. Охрана труда

. Промышленная безопасность

. Мероприятия по защите окружающей среды

Заключение

Список использованных источников

Введение

Трубопроводный транспорт газа, нефти и нефтепродуктов в настоящее время является основным средством доставки этих продуктов от мест добычи, переработки или получения к местам потребления. Трубопроводы пересекают огромное число разнообразных водных препятствий: малых и больших рек, водохранилищ, озер, глубоких болот, сложенных слабыми грунтами. Подводные переходы через такие водные преграды - наиболее сложные и дорогостоящие инженерные сооружения.

Необычайно широк диапазон различного рода воздействий, оказываемых на подводные трубопроводы в зависимости от вида пересекаемых водных препятствий: течение, волны, лед поверхностный, донный, шуга, переформирование дна водоемов, наружное давление воды при укладке на больших глубинах, воздействий с якорей, волокуш и других предметов, опускаемых судами на дно водоема. Все эти воздействия являются лишь дополнением к основной нагрузке.

При проектировании и строительстве должна быть решена проблема создания высоконадежных подводных трубопроводов на различных глубинах, исключающих попадание в воду нефти, нефтепродуктов и газов.

Если учесть, что ремонт подводных трубопроводов представляет собой задачу иногда более сложную, чем собственно строительство нового перехода, то становится очевидно, насколько сложны условия работы подводных трубопроводов и, следовательно, насколько продуманными и научно обоснованными должны быть расчеты и технология их строительства.

Мировой опыт показывает, что прокладка подводных трубопроводов, обеспечивающих бесперебойный транспорт нефти и газа, возможно практически на любых глубинах, в самых сложных условиях.

На современном этапе развития трубопроводного транспорта исследование условий работ подводных трубопроводов на различных этапах их строительства и эксплуатации, а также разработка научно обоснованных методов их проектирования представляет собой важную народно-хозяйственную задачу.

Практически при проектировании и строительстве переходов должна быть решена задача создания подводных трубопроводов, которые могли бы работать без аварий и ремонтов в течении 40…50 лет. Только в этом случае средства, затрачиваемые на их строительство и ремонт, можно считать оправданными, а водоемы - защищенными от возможного попадания в них вредных для животного и растительного мира продуктов.

1. Теоретическая часть

Исходные данные:

Темой проекта является сооружение подводного перехода через реку Обь газопровода диаметром 530 мм методом наклонно-направленного бурения. Основные данные и условия строительства представлены ниже:

Категория нефтепровода на участке, I;

Диаметр нефтепровода, D_н = 530 мм;

Рабочее давление, Р = 5,4 МПа;

Протяженность подводного участка, L=100 м;

Ширина реки

Максимальная глубина реки

Грунт - суглинок серый.

1.1 Метод наклонно-направленного бурения

Принципиальным отличием метода ННБ от обычного является то, что трубопровод при строительстве и эксплуатации не соприкасается с водной средой, которую он пересекает. Труба заглубляется на русловом участке практически на любую глубину, исключающую последующие внешние воздействия на него при любых прогнозируемых деформациях русла и берегов. Использование этого метода обеспечивает практически полную экологическую безопасность для водоемов в случае аварийных ситуаций.

Преимущества метода ННБ:

экологическая безопасность, сохранность дна, берегов реки, водного режима реки за счет исключения подводных и береговых земляных, буровзрывных, берегоукрепительных и других работ;

отсутствие помех судоходству;

минимальный объем вынутого грунта;

значительное сокращение сроков строительства;

уменьшение эксплуатационных затрат;

долговечность;

надежная защита от внешних механических повреждений, в том числе от воздействия льдов и якорей судов в результате более глубокого заложения трубопровода;

отсутствие опасности обнажения трубопровода при размывах русел рек;

возможность строительства при отрицательных температурах, на ограниченных по площади строительных площадках, в стесненных условиях, под гидротехническими сооружениями и глубоко расположенными коммуникациями и в вечной мерзлоте.

К недостаткам метода ННБ, ограничивающим его применение, относятся:

большие единовременные затраты на приобретение оборудования;

необходимость глубокого (до 40 м от дна) геотехнического бурения и гидрогеологических изысканий;

сложность проходки в галечниковых, валунных, илистых и карстовых грунтах;

повышенные требования к устойчивости береговых откосов.

Технические средства и методы, используемые при наклонно направленном бурении, во многом заимствованы из техники и технологии бурения скважин на нефть и газ.

Строительство переходов методом ННБ осуществляется в три этапа:

бурение пилотной скважины;

расширение скважины вперед или назад, калибровка скважины;

протаскивание трубной плети назад.

На первом этапе пробуривается пилотная, направляющая скважина, диаметр которой меньше диаметра трубопровода.

Диаметр пилотной скважины, как правило, не превышает 20 см. Бурение будет производиться с использованием струйной шарошки, которая с помощью гидравлической энергии бурового раствора размывает породы. При пилотном бурении используются различные системы навигации, предназначенные для проведения скважины по заданной траектории от ее входа до выхода.

Второй этап - расширение скважины до необходимого размера. Диаметр ствола скважины в данной задаче принимается  , где - наружный диаметр заизолированного трубопровода [6].

Расширение будет производиться двумя способами: ходом вперед и ходом назад.

Как только скважина будет расширена до необходимого диаметра, барабанный расширитель, имеющий тот же диаметр, что и трубопровод, протаскивают по скважине. Скважина после этого будет откалибрована и очищена от любых помех, которые могут существовать внутри расширенной скважины. На обоих концах барабанного расширителя имеются резцы, позволяющие расширителю вырезать и удалять вывалы, которые могут затруднять перемещение барабанного расширителя по скважине.

Третий этап - протаскивание трубопровода. Головную часть протаскивателя подсоединяют к бурильным трубам, проходящим по скважине к буровой установке. Протаскиватель имеет шарнирный соединитель, позволяющий головной части изгибаться так, чтобы трубопровод мог пройти в скважину. Кроме того, протаскиватель оснащен спереди режущей головкой, для того чтобы при встрече с каким-нибудь препятствием внутри расширенной скважины бурильные трубы смогли быть приведены во вращение и режущая головка смогла бы удалить препятствие и открыть дорогу для протаскивания трубопровода по скважине.

Рисунок 1. Основные этапы прокладки трубопровода методом наклонно-направленного бурения: а - бурение пилотной скважины, б - штанное расширение скважины, в - протаскивание плети рабочего трубопровода.

В качестве буровой смеси, выносящей частицы разработанной породы в виде суспензии, используется бентонитовый раствор, который впоследствии может быть отфильтрован в системе регенерации.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет толщины стенки

Исходные данные:

Выбираем трубы Ижорского трубного завода материал - сталь ТУ 14-3-1573-96 класс прочности К60 с трехслойным заводским полимерным покрытием со следующими характеристиками [3]:

марка стали 13Г1СУ;

временное сопротивление разрыву ;

предел текучести ;

коэффициент надежности по металлу трубы ;

толщина изоляционного покрытия мм.

В общем случае толщину стенки трубопровода согласно СП 36.13330.2012 можно определить следующим образом:

 (1)

где  - коэффициент надежности по нагрузке от внутреннего давления,  [1];

 - внутреннее давление в трубопроводе;

- наружный диаметр трубопровода;

- расчетное сопротивление материала рассчитывается по формуле:

 (2)

где  - нормативное сопротивление материала, зависящее от марки стали и в расчетах принимается = s_в = 510 МПа;- коэффициент условий работы трубопровода, m = 0,825 [1];

 - коэффициент надежности по металлу, для данной марки стали  = 1,4 [1];

 - коэффициент надежности по назначению, для трубопровода диаметром 530 мм и внутренним давлением 5,4 МПа  [1].

Расчетное сопротивление материала по формуле (2):

Толщину стенки по формуле (1):

Минимальная толщина стенки труб, изготавливаемых Ижорским трубным заводом по ТУ 14-3-1270-2009 составляет 7 мм. Полученное значение округляется до  

2.2 Проверка прочности трубопровода

Для предотвращения недопустимых пластических деформаций трубопроводов проверку производят по условиям:

 (3)

 (4)

где s - максимальные продольные напряжения в трубопроводе от нормативных нагрузок и воздействий;

y₁ - коэффициент, учитывающий двухосное напряженное состояние металла трубы;

 - кольцевые напряжения в стенках трубопровода от нормативного внутреннего давления;