СП 42-101-2003 Общие положения по проектированию и строи­тельству газораспределительных систем ч. 3 - Л.з расчет усилия проходки пилотной скважины

Л.З 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:

Р_п = Е⁷_i=1 Р_i' = pi + Р2 + рз + P4 + p5 + Р6 + P7, (27)

где Р₁* - лобовое сопротивление бурению (со­противление движению буровой го­ловки в грунте) с учетом искривле­ния пилотной скважины;

P*₂ - сила трения от веса буровых штанг (в скважине);

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

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

Р₅* - дополнительные силы трения от опорных реакций;

Р₆* - 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 Т³,* рассчитывается по формуле

P*₁ = P*_г ^{еfp li/R},

где Р*г - сила сопротивления бурению, Н; /, - текущая длина пилотной скважины при бурении от точки забуривания до выхода пилотной скважины из земли (от 0 до I), м;

R - радиус кривизны пилотной скважи­ны, м;

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

(29)

где f - коэффициент трения резца о грунт;

а_г - диаметр буровой головки, м;

h - подача на оборот, рассчитывается по формуле

(30)

где v - скорость бурения, м/мин;

ω - угловая скорость бурения, об/мин. Сила сопротивления бурению Р* при раз­рушении грунта вращающейся буровой голов­кой рассчитывается по формуле

(31)

где С₀ - коэффициент сцепления грунта,

Н/м² (Па);

т - ширина резца, м; е_р - глубина врезания (вылет резца), м; р - угол внутреннего трения грунта, рад. Л.3.3 Силу трения от веса буровых штат в пилотной скважине Р₂* рассчитывают по фор­муле

(32)

где q_ш - погонный вес буровых штат за вычетом выталкивающей силы бурового раствора, Н/м; R - радиус кривизны бурового капа­ла, м;

l - длина пилотной скважины, м, li- текущая длина пилотной скважи­ны, м.

- углы в радианах (1 радиан -57,3°);

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

(33)

где d_ш - наружный диаметр буровых штанг, м;

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

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

(34)

где γ_ш - удельный вес материала штанг,

Н/м³;

γ_ж - удельный вес бурового раствора,

Н/м³;

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

(36)

где ц - 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 р - угол внутреннего трения грунта, рад; Y* - объемный вес грунта с учетом раз­рыхления при его обрушении на бу­ровые штанги, который рассчитыва­ется по формуле

(39)

где у_г - удельный объемный вес грунта в ес­тественном залегании, Н/м³. Л.3.5 Увеличение силы трения от наличия на штангах выступов за пределы наружного диаметра Р*₄ рассчитывается по формуле

(40)

где q*₆ - погонная сила сопротивления буртов земли, образованных выступами, рассчитывается по формулам, Н/м:

а) при благоприятных условиях:

(41)

где а_ш - расстояние между выступами на

штанге, м;

у_в - удельный вес воды, Н/м³; Д,Р*₃ - потеря давления бурового раствора между выступом и стенкой скважи­ны на длине выступа, рассчитывает­ся по формуле

(42)

где 2_Ж - расход бурового раствора, м³/с (ха­рактеристика установки); L*₃ - длина выступа на штанге, м; d*₃ - наружный диаметр выступа на штан­ге, м; d_r - наружный диаметр буровой головки,

м;

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

(43)

б) при неблагоприятных условиях:

(44)

5 - напряжение уплотнения грунта, ко­торое рассчитывается по формуле

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

А_т - площадь вертикального сечения бур­та, рассчитывается по формуле

(46)

«₀ - пористость фунта в естественном за­легании;

Ая - приращение пористости грунта при обрушении фунта зоны свода равно­весия, рассчитывается по формуле

(47)

Л.3.6 Дополнительные силы трения от опор­ных реакций при движении в криволинейной скважине Р"₅ рассчитываются по формуле

(48)

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

(49)

где Е_ш - модуль упругости материала штанг,

Н/м² (Па);

В_ш - плечо опорных реакций буровых штанг, рассчитывается по формуле

(50)

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

(51)

где Р*_с - 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 Р_п(а) и

Рп(б)'