Zasypywanie rurociągów zaprawą cementową. Metody i technologie cementowania studni: jak przygotować i wlać zaczyn cementowy. Sprzęt do cementowania

Zasypywanie rurociągów zaprawą cementową. Metody i technologie cementowania studni: jak przygotować i wlać zaczyn cementowy. Sprzęt do cementowania
19.10.2019


Właściciele patentu RU 2653277:

Wynalazek dotyczy transportu rurociągami i może być stosowany przy budowie i/lub przebudowie głównych przejść rurociągu przez przeszkody naturalne i sztuczne, zbudowane metodami bezwykopowymi. W proponowanej metodzie wypełnianie przestrzeni pierścienia roztworem odbywa się etapowo. Na każdym etapie roztwór pompowany jest do pierścienia i po jego zestaleniu dostarczany jest roztwór następnego etapu. Wypełnienie przestrzeni pierścieniowej odbywa się za pomocą dwóch rurociągów wtryskowych, które do przestrzeni pierścieniowej doprowadzane są z jednego z końców tunelu w odległości L. Do wypełnienia przestrzeni pierścieniowej stosuje się rozwiązanie o gęstości co najmniej 1100 kg/m 3, lepkość Marsha nie większa niż 80 s i czas wiązania co najmniej 98 godzin. Wynik techniczny: poprawa jakości wypełnienia przestrzeni międzyrurowych tworzywem sztucznym przy organizacji przejazdów tunelowych pod głównym rurociągiem naturalnych lub sztucznych przeszkód, głównie wypełnionych wodą, tworząc ciągły, pozbawiony pustych przestrzeni, plastikowy amortyzator, który zapobiega uszkodzeniu rurociągu podczas ewentualnych uderzeń mechanicznych lub sejsmicznych. 5 pensja f-ly, 4 chory.

Sposób wypełniania roztworem przestrzeni międzyrurowej przejścia tunelowego głównego rurociągu

Dziedzina technologii, której dotyczy wynalazek

Wynalazek dotyczy transportu rurociągami i może być stosowany przy budowie i/lub przebudowie głównych przejść rurociągu przez przeszkody naturalne i sztuczne, zbudowane metodami bezwykopowymi.

Stan techniki

Ze stanu techniki znany jest sposób wykonania układu przejścia rurociągu głównego przez drogę, polegający na umieszczeniu rurociągu pod drogą w osłonie ochronnej i zapewnieniu szczelności przestrzeni międzyrurowej pomiędzy rurociągiem a obudową ochronną za pomocą uszczelki końcowe. W tym przypadku przestrzeń międzyrurowa pomiędzy rurociągiem a płaszczem ochronnym wypełniona jest płynną masą plastyczną na bazie syntetycznych związków wielkocząsteczkowych (patent RU 2426930 C1, data publikacji 20.08.2011, IPC F16L 7/00).

Wadą tej znanej metody jest jej wąskie zastosowanie na krótkich przejazdach, głównie pod drogami i liniami kolejowymi o prostym profilu ułożenia. Ponadto powyższa metoda nie ma zastosowania przy realizacji prac związanych z wypełnieniem przestrzeni międzyrurowych w przejazdach tunelowych z możliwością jednoczesnego wypierania wody.

Istota wynalazku

Problemem, który ma rozwiązać zastrzegany wynalazek, jest wykonanie w przestrzeni międzyrurowej tłumika z tworzywa sztucznego, który zapobiega uszkodzeniom rurociągu pod wpływem ewentualnych wpływów mechanicznych i sejsmicznych.

Efektem technicznym uzyskanym poprzez wdrożenie zastrzeganego wynalazku jest poprawa jakości wypełnienia przestrzeni międzyrurowych tworzywem sztucznym przy organizacji przejazdów tunelowych głównego rurociągu pod przeszkodami naturalnymi lub sztucznymi, głównie wypełnionymi wodą, poprzez utworzenie ciągłej, pozbawionej pustych przestrzeni, amortyzator z tworzywa sztucznego, który zapobiega uszkodzeniu rurociągu podczas ewentualnych uderzeń mechanicznych lub sejsmicznych.

Zastrzegany wynik techniczny uzyskano dzięki temu, że sposób wypełniania roztworem przestrzeni pierścieniowej przejścia tunelowego głównego rurociągu charakteryzuje się tym, że wypełnianie przestrzeni pierścieniowej roztworem odbywa się etapowo, na każdym etapie roztwór pompowany jest do przestrzeni pierścieniowej i po zastygnięciu roztworu podawany jest roztwór kolejnego etapu, przy czym wypełnianie przestrzeni pierścieniowych odbywa się za pomocą dwóch rurociągów wtryskowych, które z jednego doprowadzane są do pierścienia końców tunelu na odległość L, natomiast do wypełnienia pierścienia stosuje się roztwór o gęstości co najmniej 1100 kg/m 3 i lepkości Marsha nie większej niż 80 s i czasie wiązania co najmniej 98 godziny.

Dodatkowo w szczególnym przypadku realizacji wynalazku odległość L wynosi 0,5-0,7 długości przejścia tunelowego.

Dodatkowo, w szczególnym przypadku realizacji wynalazku, dodatkowo budowany jest dół pomocniczy do zainstalowania poziomej wiertarki kierunkowej, która doprowadza rurociągi wtryskowe do pierścienia.

Dodatkowo w szczególnym przypadku realizacji wynalazku rurociągi iniekcyjne wyposaża się w pierścienie podporowo-prowadzące rolkowe lub bezrolkowe, zapewniające swobodny ruch rurociągów iniekcyjnych w przestrzeni międzyrurowej.

Dodatkowo w szczególnym przypadku realizacji wynalazku, w miarę wypełniania przestrzeni międzyrurowej, rurociągi wtryskowe są usuwane z przestrzeni międzyrurowej.

Dodatkowo w szczególnym przypadku realizacji wynalazku, w procesie doprowadzania rurociągów wtryskowych do pierścienia, zapewniona jest ciągła kontrola prędkości ich podawania oraz wizualna kontrola ich położenia względem rurociągu.

Informacje potwierdzające wdrożenie wynalazku

Na ryc. 1 przedstawia widok ogólny szybu odbiorczego z rurociągami iniekcyjnymi;

na ryc. Na rys. 2 przedstawiono widok ogólny przejścia tunelu pod przeszkodą wodną z umieszczonymi rurociągami iniekcyjnymi;

na ryc. Fig. 3 przedstawia przejście tunelowe z umieszczonymi rurociągami iniekcyjnymi (przekrój);

na ryc. Rysunek 4 przedstawia widok ogólny pierścienia podporowego rolki prowadzącej (przekrój poprzeczny).

Pozycje na rysunkach mają następujące oznaczenia:

1 - przestrzeń międzyrurowa;

1 1 - przejście tunelowe;

2 - przeszkoda naturalna;

3 - dół odbiorczy (startowy);

4 - dół pomocniczy;

5 - wiertarka kierunkowa pozioma;

6 - ściana wykopu odbiorczego (początkowego);

7 - otwór technologiczny w ścianie wykopu odbiorczego (startowego);

8 - rurociągi odprowadzające;

9 - stół pomocniczy;

10 - łożyska wałeczkowe;

11 - pierścienie prowadzące rolki;

12 - rurociąg;

13 - stalowy zacisk pierścienia nośnego;

14 - dystansowy materiał cierny pierścienia nośnego;

15 - rolki pierścienia nośnego;

16 - uchwyty na rolki;

17 - wykładzina tunelu;

18 - przepompownia.

Metodę wdraża się w następujący sposób.

Przed przystąpieniem do prac związanych z wypełnieniem przestrzeni międzyrurowej 1 przejść tuneli 1 1 głównych rurociągów przez przeszkody naturalne lub sztuczne 2, budowanych metodami bezwykopowymi (mikrotuneling), prowadzone są pomocnicze prace technologiczne (rys. 1). Obok dołów odbiorczych (początkowych) 3, wykonanych na obu końcach przejścia tunelu 1 1, budowane są doły pomocnicze 4 do montażu poziomej wiertarki kierunkowej 5 do zasilania rurociągów wtryskowych, na przykład poziomej wiertarki kierunkowej ( HDD) i inny sprzęt pomocniczy (niepokazany). W ścianie 6 studzienki odbiorczej (startowej) 3 za pomocą diamentowej przecinarki ściennej (nie pokazano) wycina się otwory technologiczne 7 o wymiarach 1,0×1,0 m, przez które przechodzą dwa rurociągi wtryskowe 8 przeznaczone do podawania wypełniacza, przygotowane w formie roztworu do przestrzeni pierścieniowej 1. W zagłębieniu odbiorczym (początkowym) 3 zamontowany jest stół podporowy 9 ze wspornikami rolkowymi 10, zapewniający płynne doprowadzenie rurociągów wtryskowych 8 do pierścienia 1. W korzystnym wykonaniu według wynalazku, sposób można zastosować zarówno przy organizacji przejść tunelowych 1 1 posiadających prosty profil uszczelniający, jak i przy organizowaniu przejść tunelowych 1 1 posiadających zakrzywiony profil uszczelniający, obejmujący zasadniczo nachylone części końcowe i zasadniczo prostą część środkową. Rurociąg odprowadzający 8 jest rurociągiem składanym, wykonanym na przykład z rur polietylenowych.

Roztwór dostarczany jest do przestrzeni międzyrurowej 1 (rys. 2) co najmniej dwoma rurociągami wtryskowymi 8, których układanie rozpoczyna się od jednego z końców korytarza tunelowego 1 1 wypełnionego wodą. Układanie rurociągów iniekcyjnych 8 odbywa się w odległości L, korzystnie wynoszącej 0,5-0,7 długości przejścia tunelowego 1 1 , co zapewnia możliwość dostarczenia roztworu do wymaganej strefy przestrzeni pierścieniowej 1 i równomiernego wypełnienia przestrzeni pierścieniowej 1 bez tworzenia pustek z jednoczesnym wypieraniem wody w kierunku dołu odbiorczego 3, zlokalizowanego na końcu przejścia tunelu, od którego rozpoczyna się wypełnianie przestrzeni międzyrurowej. Doprowadzenie rurociągów wtryskowych 8 do pierścienia 1 odbywa się za pomocą poziomej wiertarki kierunkowej 5 i kilku rolkowych pierścieni nośno-prowadniczych 11 zamontowanych na rurociągach wtryskowych 8 (rys. 3) lub bezrolkowych pierścieni nośno-prowadzących (nie pokazano). . Pierścień podporowo-prowadniczy rolkowy 11 (rys. 4) zawiera stalową obejmę 13 zamontowaną na rurociągu tłocznym 8 poprzez uszczelkę cierną 14, która zapewnia niezawodne połączenie pierścienia 11 z rurociągiem 8, co najmniej cztery koła (rolki) poliuretanowe 15 instalowane w uchwytach 16, najlepiej pod kątem 90° względem siebie. W tym przypadku co najmniej dwie rolki 15 spoczywają na powierzchni wykładziny tunelu 17 i co najmniej jedna z rolek 15 opiera się na powierzchni rurociągu 12, co zapewnia płynny ruch rurociągów iniekcyjnych 8 po powierzchni tunelu rurociąg 12 w przestrzeni międzyrurowej 1 w danym kierunku (rys. 3). Zastosowanie co najmniej dwóch rurociągów wtryskowych 8 pozwala na równomierne wypełnienie przestrzeni międzyrurowej 1 roztworem po obu stronach rurociągu 12, co pozwala na utrzymanie projektowego położenia rurociągu. Aby zapobiec „unoszeniu się” rurociągu 12, przestrzeń międzyrurowa (tunelu) 1 jest stopniowo wypełniana roztworem. Na każdym etapie roztwór wtryskiwany jest do pierścienia 1, gdzie twardnieje i nabiera właściwości wytrzymałościowych, a dopiero potem dostarczany jest roztwór kolejnego etapu. W ten sposób zapewnione jest ciągłe, równomierne wypełnienie przestrzeni pierścieniowej 1 roztworem, przy jednoczesnym wypieraniu wody do zbiornika odbiorczego 3 i jej późniejszym wypompowaniu za pomocą przepompowni 18. W miarę napełniania przestrzeni pierścieniowej 1 roztworem następuje wtrysk rurociągi 8 są usuwane z przestrzeni pierścieniowej 1. Następnie podobne operacje mające na celu wypełnienie pozostałej części przestrzeni pierścieniowej 1 przeprowadza się z drugiego końca przejścia tunelowego 1 1 . W tym przypadku układanie rurociągów wtryskowych 8 odbywa się w pewnej odległości od części przejścia tunelu 1, która nie jest wypełniona roztworem.

Zastosowanie proponowanej metody zapewnia możliwość ciągłego, równomiernego wypełnienia przestrzeni międzyrurowej przejścia tunelowego 1 1 bez powstawania pustek. Dodatkowo sposób wypełnienia przestrzeni międzyrurowej 1 pozwala na prowadzenie prac na przejściu eksploatacyjnym głównego rurociągu bez przerywania pompowania produktu.

Aby zapewnić ciągłe monitorowanie ruchu i położenia rurociągów wtryskowych 8 podczas poruszania się w pierścieniu 1, a także ocenę ogólnego stanu pierścienia 1, można zainstalować środki do rejestracji wideo, na przykład kamerę internetową (nie pokazana). na rurociągach wtryskowych 8. Kiedy rurociągi iniekcyjne 8 poruszają się w korytarzu tunelu 1 1, obraz z urządzenia rejestrującego wideo w czasie rzeczywistym jest przesyłany do urządzenia wyświetlającego informacje umieszczonego w poziomej wiertnicy 5 (nie pokazanej). Na podstawie otrzymanych informacji operator może ograniczyć natężenie przepływu rur wtryskowych 8 w zależności od rzeczywistego położenia otworów wylotowych rur wtryskowych 8, na przykład w przypadku wykrycia jakichkolwiek przeszkód lub gdy rury wtryskowe 8 odbiegają od podanego ścieżka.

Aby stworzyć plastikowy tłumik, który zapobiega uszkodzeniu rurociągu 12 pod wpływem wpływów sejsmicznych, jako wypełniacz stosuje się rozwiązanie o wystarczającej wytrzymałości i właściwościach sprężysto-plastycznych. Przestrzeń międzyrurową 1 wypełniona jest roztworem przygotowanym na bazie proszku cementu bentonitowego z dodatkiem polimerów. W wyniku zestalenia roztworu powstaje materiał, który ma wystarczającą wytrzymałość i właściwości sprężysto-plastyczne i umożliwia ochronę rurociągu 12 przed możliwymi wpływami mechanicznymi i sejsmicznymi. Do przygotowania roztworu stosuje się stanowiska mieszające (nie pokazane). Aby zapewnić wymagane właściwości materiału, roztwór musi spełniać następujące właściwości: gęstość roztworu co najmniej 1100 kg/m 3 ; warunkowa lepkość roztworu według Marsha wynosi nie więcej niż 80 s; Czas wiązania (utrata mobilności) wynosi co najmniej 98 godzin.

Po wypełnieniu przestrzeni międzyrurowej 1 wykonywane są pomocnicze prace technologiczne: montaż zworek uszczelniających na końcach przejazdu tunelu (nie pokazano), demontaż rurociągów iniekcyjnych 8 i urządzeń pomocniczych, uszczelnienie otworu technologicznego 7 w ścianie 6 tunelu dół odbiorczy (początkowy) 3 i zasypywanie dołu pomocniczego 4.

Tym samym sposób według wynalazku zapewnia ciągłe, bez tworzenia pustych przestrzeni, wypełnienie przestrzeni międzyrurowych tworzywem sztucznym poprzez dostarczanie roztworu rurociągami wtryskowymi z możliwością jednoczesnego wypierania wody (w razie potrzeby) na przejściach głównych rurociągów przez naturalne i sztuczne przeszkody, budowane metodą bezwykopową (mikrotuneling).

1. Sposób napełniania roztworem przestrzeni pierścieniowej przejścia tunelowego głównego rurociągu, znamienny tym, że przestrzeń pierścieniowa jest wypełniana roztworem etapowo, na każdym etapie roztwór jest wpompowywany do przestrzeni pierścieniowej i po rozpuszczeniu zastygł, dostarcza się roztwór kolejnego etapu, przy czym przestrzeń pierścienia wypełnia się za pomocą dwóch rurociągów pomp wtryskowych, które wprowadza się do pierścienia od jednego końca przejścia tunelu na odległość L, zaś do wypełnienia pierścienia stosuje się roztwór o gęstości co najmniej 1100 kg/m3, lepkości Marsha nie większej niż 80 s i czasie wiązania co najmniej 98 godzin.

2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że odległość L wynosi 0,5-0,7 długości przejścia tunelu.

3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dodatkowo wykonuje się wykop pomocniczy do zainstalowania poziomej wiertarki kierunkowej, która doprowadza rurociągi wtryskowe do pierścienia.

4. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że rurociągi iniekcyjne wyposażone są w pierścienie podporowo-prowadzące rolkowe lub bezrolkowe, zapewniające swobodny ruch rurociągów iniekcyjnych w przestrzeni międzyrurowej.

5. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że w miarę napełniania przestrzeni międzyrurowej rurociągi wtryskowe są usuwane z przestrzeni międzyrurowej.

6. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że podczas podawania rurociągów wtryskowych do pierścienia zapewnia się ciągłą kontrolę prędkości ich podawania oraz wizualną kontrolę ich położenia względem rurociągu.

Podobne patenty:

Wynalazek dotyczy układania rurociągów pod drogami i torami kolejowymi z wykorzystaniem energii kontrolowanego wybuchu. Przygotowywane są doły robocze i odbiorcze.

Wynalazek dotyczy budowy rurociągów i znajduje zastosowanie przy budowie przejść pod drogami, torami kolejowymi oraz barierami wodnymi jako podpory przeznaczone do wciągania rurociągu wewnątrz osłony ochronnej lub w tunelu betonowym.

Wynalazek dotyczy układania rurociągów pod drogami i torami kolejowymi. Przygotowywane są doły robocze i odbiorcze.

Wynalazek dotyczy środków do montażu rur, mianowicie wsporników centrujących do podparcia rury wewnętrznej wewnątrz rury zewnętrznej. Podstawa centrująca rury wewnętrznej zawiera obejmę z tworzywa sztucznego zakrywającą rurę wewnętrzną z blokadą naprężającą zakrzywioną na powierzchni rury wewnętrznej oraz rozpórki promieniowe stanowiące integralną część obejmy w postaci płaskich płytek.

Wynalazek dotyczy budowy rurociągów i może być stosowany przy budowie przejść rurociągów przez bariery wodne. Rurociąg podwodny typu „rura w rurze” do przechodzenia przez barierę wodną składa się z cylindrycznego płaszcza podsypanego od dołu, z końcami wystającymi poza strefy ochrony wód przybrzeżnych i ułożonego w nim rurociągu produktów ciśnieniowych.

Grupa wynalazków dotyczy materiału na wykładzinę rurociągów i sposobu wykładziny rurociągów. Materiał wykładziny jest odwracany w celu wywrócenia go na lewą stronę i wyłożenia rurociągu P.

Wynalazek dotyczy urządzeń do budowy i naprawy liniowej części rurociągów, głównie znajdujących się pod wodą. Celem wynalazku jest ułatwienie projektowania i zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia środowiska.

Wynalazek dotyczy górnictwa, w szczególności urządzeń do wydobywania podwodnego. Urządzenie może być również wykorzystywane do układania rur naftowych i gazowych na dnie morskim i na lądzie, badań geologicznych, zagospodarowania złóż torfu oraz podczas budowy w trudnych warunkach geologicznych.

Wynalazek dotyczy dziedziny prac naprawczych na odcinkach awaryjnych głównego rurociągu, położonych na gruntach słabonośnych i może być stosowany do centrowania rur przed spawaniem przeciwległych końców rurociągu podczas wymiany uszkodzonego odcinka rury.

Wynalazek dotyczy urządzenia układającego do bezwykopowego układania rurociągu, wyposażonego w głowicę wiertniczą do oddzielania skały, a głowica wiertnicza posiada element łączący do prowadzenia przewodu wiertniczego, posiadającą pompę do zasysania i odprowadzania miału wiertniczego rozdzielonego przez głowicę wiertniczą i element łączący za głowicą wiertniczą, który zawiera co najmniej jeden element ssący do przyjmowania i odprowadzania odrobiny skały oraz posiadający sekcję łączącą zawierającą element łączący do rurociągu oraz sposób wiercenia i układania bezwykopowego układania rurociąg, w którym po zadanej linii wiercenia wykonywany jest odwiert prowadzący od punktu początkowego do punktu docelowego, przy czym odwiert prowadzący powstaje poprzez dosunięcie głowicy wiertniczej wraz z przewodem wiertniczym, w którym po dotarciu do punktu docelowego , na końcu przewodu wiertniczego prowadzącego, który łączy się z rurociągiem, za pomocą którego poszerzany jest otwór wiertniczy i jednocześnie usuwa się kolumny wiertnicze prowadzące z otworu wiertniczego z jednej strony i/ lub poprzez wprowadzenie rurociągu do otworu wiertniczego układa się rurociąg, a drobne cząstki oddzielone głowicą wiertniczą są hydraulicznie wychwytywane za głowicą wiertniczą urządzenia wiertniczego i transportowane z odwiertu za pomocą pompy.

Wynalazek dotyczy dziedziny budowy, eksploatacji i naprawy rurociągów transportujących gaz, ropę i inne produkty i może być stosowany podczas układania podziemnego rurociągu na terenach podmokłych na bagnach typu I. Metoda polega na wykonaniu wąskiego wykopu specjalną maszyną do wcinania gleby w płaszczyźnie pionowej na głębokość do 2 m oraz urządzeniami pługowymi w płaszczyźnie poziomej do szerokości 0,5 m, następnie rurociąg podsypkowy wciągany jest do wykopu za pomocą środków trakcyjnych i warstwy rur. Balastowanie rurociągu zapobiega jego pływaniu. Podczas ciągnięcia rurociągu jest on wyposażony w korek i stożkowe urządzenie do otwierania rowu. Jeśli gleba pęcznieje podczas ciągnięcia rurociągu, zapewnione jest poluzowanie gleby za pomocą spychacza lub koparki. Wynik techniczny polega na zmniejszeniu pracochłonności pracy przy układaniu rurociągu i zwiększeniu niezawodności jego działania. 3 chory.

Wynalazek dotyczy transportu rurociągami i może być stosowany przy budowie lub przebudowie głównych przejść rurociągu przez przeszkody naturalne i sztuczne, zbudowane metodami bezwykopowymi. W proponowanej metodzie wypełnianie przestrzeni pierścienia roztworem odbywa się etapowo. Na każdym etapie roztwór pompowany jest do pierścienia i po jego zestaleniu dostarczany jest roztwór następnego etapu. Wypełnienie przestrzeni pierścieniowej odbywa się za pomocą dwóch rurociągów wtryskowych, które do przestrzeni pierścieniowej doprowadzane są z jednego z końców tunelu w odległości L. Do wypełnienia przestrzeni pierścieniowej stosuje się roztwór o gęstości co najmniej 1100 kgm3, lepkość Marsha nie większą niż 80 s i czas wiązania co najmniej 98 godzin. Wynik techniczny: poprawa jakości wypełnienia przestrzeni międzyrurowych tworzywem sztucznym przy organizacji przejść tunelowych głównego rurociągu pod naturalnym lub sztucznych przeszkód, głównie wypełnionych wodą, tworząc ciągły, pozbawiony pustych przestrzeni, plastikowy amortyzator, który zapobiega uszkodzeniu rurociągu pod możliwymi wpływami mechanicznymi lub sejsmicznymi. 5 pensja f-ly, 4 chory.

Podczas bezwykopowej renowacji zniszczonych sieci rurociągów poprzez wciągnięcie w nie nowych, o mniejszej średnicy, wykonanych z polimeru i innych materiałów, projektanci stają przed zadaniem określenia obciążeń na wyciąganym rurociągu i sprawdzenia nośności rury dwuwarstwowej konstrukcja „stary rurociąg + wleczony”, przestrzeń pomiędzy którymi wypełniona jest zaprawą cementową (CR).

Aby określić obciążenia rekonstruowanego rurociągu, należy rozwiązać jeden z klasycznych problemów hydrostatyki, tj. określić wielkość i kierunek ciśnienia cieczy (roztworów o różnej konsystencji) na zakrzywionej cylindrycznej powierzchni rur.

Zasypywanie przestrzeni międzyrurowych jest niezbędne przede wszystkim ze względu na stabilność regenerowanego rurociągu i zwiększenie wytrzymałości konstrukcji budynku po naprawie metodą bezwykopową, a także aby zapobiec ewentualnym wydłużeniom liniowym rurociągu polimerowego wewnątrz starego pod wpływem temperatura otoczenia i transportowana ciecz.

Rozwiązanie problemu określenia ciśnienia zaprawy cementowej w przestrzeni międzyrurowej pozwala, biorąc pod uwagę właściwości wytrzymałościowe i wymiary geometryczne nowo ciągnionych rur polimerowych, określić ich zdolność do wytrzymywania wszystkich rodzajów obciążeń, a tym samym zagwarantować brak odkształceń przy jednoczesnym zapewnieniu nośności i integralności fizycznej powstałej jednowarstwowej konstrukcji rurowej „stary” rurociąg + zaprawa cementowa + rurociąg polimerowy.” W praktyce, aby przeciwdziałać obciążeniom od CR, można wstępnie wypełnić rurę polimerową wypełniaczem, np. wodą.

Poniżej schematycznie przedstawiono fragment przekroju odcinka naprawczego trójwarstwowej konstrukcji rurowej o długości jednostkowej (1 m).

Przekrój odcinka naprawy rurociągu z zasypką przestrzeni międzyrurowej

1 - stary rurociąg do remontu o średnicy wewnętrznej D wew;
2 - nowy rurociąg polimerowy o średnicy zewnętrznej d out i wewnętrznej d in; 3 – zaprawa cementowa (CR) w przestrzeni międzyrurowej.

W praktyce problem badawczy sprowadza się do określenia wielkości i kierunku oddziaływania ciśnienia CR na powierzchnię cylindryczną, za którą przyjmuje się krawędź toczną rurociągu polimerowego na obwodzie o średnicy d int, pomniejszoną o odpowiednią objętość materiału polimerowego pomiędzy zewnętrzną i wewnętrzną ścianką rury polimerowej, tj. cylindryczny pierścień, zawarty pomiędzy średnicami dout i d int.

Ogólne podejście do rozwiązania tego problemu polega na tym, że wyznacza się poziomą i pionową składową siły nacisku na oś współrzędnych i zgodnie z zasadami mechaniki wyznacza się wypadkową tych sił, która reprezentuje siłę nacisku na powierzchnię cylindryczną . Poniżej znajdują się opcje rozwiązania problemu określenia obciążenia rurociągu dla czterech typowych przypadków:

  • z równomiernym wypełnieniem przestrzeni międzyrurowej CR, biorąc pod uwagę grubość ścianki i materiał rury w przypadku braku wypełniacza (wody) w rurociągu polimerowym;
  • to samo, jeśli w rurociągu polimerowym znajduje się wypełniacz (woda);
  • w przypadku nierównomiernego wypełnienia przestrzeni międzyrurowej CR (na przykład po lewej stronie rury polimerowej), biorąc pod uwagę grubość ścianki i materiał rury przy braku wypełniacza (wody) w polimerze rurociąg;
  • to samo, jeśli w rurociągu polimerowym znajduje się wypełniacz (woda).

Przykładowe wykresy powstałych ciśnień na cylindrycznej powierzchni rurociągu polimerowego przedstawiono na poniższych rysunkach, gdzie dla wygody i uproszczenia obrazu trójwarstwowej konstrukcji rury usunięto kontury starego rurociągu i nie ma poziome cieniowanie pokazujące CR. Należy zauważyć, że w przypadku dwóch pierwszych opcji rozwiązania problemu relacje między składowymi pionowymi (różnica między ciałami nadciśnienia i podciśnienia) są uważane za ciśnienie wynikowe, a składowe poziome, działające równomiernie po obu stronach cylindrycznej powierzchni rury są takie same i podlegają wzajemnemu wykluczeniu.

Po lewej stronie znajdują się wykresy składowej pionowej powstałego ciśnienia CR na cylindrycznej powierzchni rury przy równomiernym zasypaniu i braku wody

Po prawej stronie znajduje się wykres ciśnienia wody na wewnętrznej cylindrycznej powierzchni rury

Wykres ciśnień CR po lewej stronie cylindrycznej powierzchni rury z nierównomiernym wypełnieniem ze współrzędnymi środka ciśnienia Td, wektorem powstałej siły nacisku i jej kątem nachylenia α

Zgodnie z powyższym rysunkiem (biorąc pod uwagę długość jednostkową rozważanego rurociągu), dodatni korpus ciśnieniowy „+” V 2 CR na powierzchni cylindrycznej (ukośne kreskowanie) wynosi pewną objętość V AKLBM. Aby określić tę objętość, należy obliczyć objętość V AKLBM minus połowa powierzchni koła o średnicy d int. Aby uwzględnić ciśnienie od masy górnej części rury polimerowej (do średnicy poziomej), należy od objętości uzyskanej powyżej objętości cylindrycznego półpierścienia ograniczonego tworzącymi polimeru rura AMVV „MA” A. Po odpowiednich obliczeniach matematycznych objętość „+” V 2 będzie wynosić:

Biorąc pod uwagę fakt, że na tworzącą A"M"B" działają substancje o różnej gęstości (CR i materiał polimerowy), dodatnia składowa pionowa siły nacisku "+" P z na powierzchnię cylindryczną będzie wyrażona biorąc pod uwagę uwzględnić różne masy objętościowe (gęstości) w postaci iloczynu odpowiednich objętości substancji przez ich masę objętościową, tj. γ centralny i γ pm:

Z kolei ujemny „-” V 2 korpus ciśnienia CR na powierzchni cylindrycznej (kreskowanie pionowe) to pewna objętość V AKLB plus połowa objętości figury o powierzchni koła o średnicy d minus objętość cylindrycznego pierścień ograniczony tworzącymi rurą polimerową AMVSS „AM” IN”. Po odpowiednich obliczeniach matematycznych objętość „-” V 2 będzie wynosić:

Biorąc pod uwagę różne ciężary objętościowe, ujemna pionowa składowa siły nacisku „-” P z na powierzchnię cylindryczną będzie wyrażona jako:

Wynikowa składowa pionowa siły nacisku na powierzchnię cylindryczną po odpowiednich przekształceniach będzie wynosić:

Znak „-” dla powstałej siły nacisku wskazuje, że siła ta zgodnie z przyjętą siatką współrzędnych symbolizuje siłę wyporu (Archimedesa).

Jeżeli rurociąg polimerowy zostanie napełniony wodą w okresie wypełniania przestrzeni międzyrurowej, na wewnętrznej powierzchni rurociągu wystąpi równomiernie rozłożone obciążenie przeciwdziałające powstałej sile, co zmniejsza wielkość powstałej siły nacisku. Zgodnie z powyższym rysunkiem i powyższym rozumowaniem dodatnia objętość ciała pod ciśnieniem „+” W składa się z pewnej objętości W A” NSB” i połowy objętości figury o okrągłym obszarze o średnicy d int:

Biorąc pod uwagę ciężar objętościowy wody yin, dodatnia składowa pionowa siły ciśnienia wody „+”P na wewnętrznej powierzchni cylindrycznej będzie wyrażona jako:

Następnie, biorąc pod uwagę wszystkie rzeczywiste obciążenia powierzchni cylindrycznej, z wyłączeniem składowych poziomych, które równoważą się po obu stronach rurociągu, wypadkową składową siły nacisku będzie:

Odnosząc się do kierunków siły wypadkowej należy zauważyć, że dla dwóch pierwszych rozważanych rozwiązań kierunki będą pokrywać się z osią pionową przechodzącą przez środki okręgów 0 i 0” oraz w zależności od konkretnych wartości ilości zawarte w powyższych wzorach mogą być dodatnie lub ujemne.

Szczególnym przypadkiem nierównomiernego rozkładu ciśnień podczas zasypywania przestrzeni międzyrurowych jest wypełnienie przestrzeni CR od jednej ze stron, jak pokazano powyżej. W tym przypadku powstaje pozioma składowa siły nacisku, działająca na jedną stronę rurociągu (na przykład lewą) i osiągająca maksimum w momencie, gdy CR zaczyna przelewać się na drugą stronę (prawą) powierzchni cylindrycznej rury. W tym przypadku składową poziomą powstałej siły nacisku na jednostkę długości rurociągu definiuje się jako powierzchnię wykresu na płaszczyznę pionową (abc), pomnożoną przez ciężar objętościowy CR:

P" x = (d ad 2 / 2) γ tsr.

Wielkość składowej pionowej powstałej siły nacisku na rurociąg określa się według wzoru:

Inaczej mówiąc, wartość składowej pionowej stanowi połowę wartości obliczonej z powyższego wzoru. Przedstawiony powyżej wzór obowiązuje dla przypadku pustego rurociągu polimerowego.

Zgodnie z zasadami mechaniki teoretycznej wypadkową siłę nacisku na cylindryczną powierzchnię rurociągu wyznacza się ze wzoru:

P równe = √ (P" x 2 + P" z 2)

W przypadku napełniania rurociągu polimerowego wodą w okresie wypełniania przestrzeni międzyrurowej wypadkową siłę nacisku określa się ze wzoru:

P równe = √ (P" x 2 + (P" z +P) 2)

Należy zaznaczyć, że w powyższym wzorze wartość P"z przyjęto z własnym znakiem, czyli „+” lub „-” w zależności od konkretnych wyników obliczeń.

Po ustaleniu wielkości siły wypadkowej można wyznaczyć punkt przyłożenia i kierunek działania siły, czyli kąt α jej nachylenia do horyzontu. Kąt α wyznacza się z trójkąta sił skonstruowanego wzdłuż ramion P” z i P” x, np. poprzez tangens kąta według wzoru:

tgα= P" z / P" x

Punkt przyłożenia wypadkowej siły nacisku T d (czyli środek nacisku) dla powierzchni zakrzywionych wyznacza się według następujących zasad: składowa pozioma P" x przechodzi przez środek ciężkości wykresu ABC (rysunek powyżej) i zgodnie z zasadami mechaniki dla rozpatrywanego przypadku znajduje się w odległości z = d nar /3 w górę od płaszczyzny porównania I-I. Składowa pionowa P" z musi przechodzić przez środek ciężkości przekroju poprzecznego korpus ciśnieniowy. Korzystając z zasad mechaniki, dla tego przypadku (objętość półkola) obliczamy, że punkt T d powinien leżeć w odległości x = 0,212d na lewo od płaszczyzny porównania II-II. Zatem współrzędne środka ciśnienia będą wynosić: x - 0,212d nar i z = d nar /3. Aby otrzymać wektor wypadkowej siły nacisku z punktu współrzędnych środka ciśnienia Td, rysuje się linię prostą pod kątem α do horyzontu.

Po określeniu obciążeń rurociągu polimerowego należy przeprowadzić obliczenia wytrzymałościowe, których istotą jest sprawdzenie nośności nowego rurociągu w okresie zasypywania według kilku kryteriów, w szczególności według stanu wytrzymałości w wpływ ciśnienia wewnętrznego (I); stan maksymalnej dopuszczalnej owalizacji (odkształcenia) przekroju rury (II); warunek stateczności kołowego przekroju rurociągu (III).

Poniżej rozważamy metodologiczne podejścia do obliczeń wytrzymałościowych z różnymi opcjami prowadzenia prac budowlanych oraz listą początkowych danych do projektowania.

Wstępne dane:

Średnice: D = 0,4 m; dnar = 0,32 m; d cal = 0,29 m.

Odważniki objętościowe: γ centralny = 25 000 N/m 8 ; γpm = 9500 N/m3; γ B = 9800 N/m 3.

Obliczeniowe ciśnienie wewnętrzne transportowanego materiału odpowiadające zredukowanemu naprężeniu obliczeniowemu σ pr = 0,8 MPa.

Jako rury polimerowe stosowane są rury z polietylenu HDPE o przewidywanej żywotności 50 lat.

Stary rurociąg żeliwny położony jest na głębokości 10 m od powierzchni gruntu, a poziom wód gruntowych wynosi Pgv = 10 m wody. Sztuka. (OD MPa); rurociąg posiada liczne uszkodzenia w postaci rozbieżności w połączeniach kielichów, natomiast szkielet rury zachowany.

Sprawdzenie nośności według warunku I

Nowy rurociąg polimerowy, wciągnięty w stary i poddany zasypywaniu, musi początkowo mieć obliczoną rezystancję materiału R* większą niż całkowite obliczone naprężenie zredukowane σ pr:

R* > σ np.

Wartość R* określa się ze wzoru:

R*=k 1 R n k y k c = 2,16 MPa,

gdzie k 1 jest współczynnikiem warunków układania, 0,8; R n - standardowa wytrzymałość długoterminowa materiału ścianki rury, MPa (przy eksploatacji 50 lat i temperaturze 20°C R n = 5 MPa); k y – współczynnik warunków pracy, 0,6; k c — współczynnik wytrzymałości złącza, 0,9.

Zatem spełniony jest warunek: 2,16 MPa >> 0,8 MPa.

Badanie nośności według warunku II

Względne odkształcenie pionowej średnicy rurociągu (E, %) nie powinno przekraczać maksymalnej dopuszczalnej wartości owalizacji przekroju poprzecznego, którą dla rur polietylenowych przyjmuje się równą 5%.

Wartość E określa się ze wzoru;

E = 100ςP pr θ / 4P l re ad ≤ [E]

gdzie ς jest współczynnikiem uwzględniającym rozkład obciążenia i reakcję podporową podstawy, ς = 1,3; P pr - obliczone zewnętrzne obciążenie zredukowane, N/m, określone odpowiednio według powyższych wzorów, dla różnych opcji zasypki oraz braku lub obecności wody w rurociągu polietylenowym; R l - parametr charakteryzujący sztywność rurociągu, N/m 2:

gdzie k e jest współczynnikiem uwzględniającym wpływ temperatury na właściwości odkształceniowe materiału rurociągu, k e = 0,8; E 0 to moduł pełzania przy rozciąganiu materiału rury, MPa (przy 50 latach eksploatacji i naprężeniu w ściance rury 5 MPa E 0 = 100 MPa); θ jest współczynnikiem uwzględniającym łączny wpływ oporu podstawy i ciśnienia wewnętrznego:

gdzie E gr jest modułem odkształcenia zasypki (zasypki), przyjmowanym w zależności od stopnia zagęszczenia (dla CR 0,5 MPa); P to ciśnienie wewnętrzne transportowanej substancji, P< 0,8 МПа.

Konsekwentnie podstawiając dane początkowe do powyższych wzorów głównych, a także do wzorów pośrednich, otrzymujemy następujące wyniki obliczeń:

Analizując otrzymane wyniki obliczeń dla tego przypadku można zauważyć, że w celu zmniejszenia wartości P pr należy dążyć do zmniejszenia wartości P” z + P do zera, czyli równości wartości bezwzględnych wartości ​​P" z i P. Można to osiągnąć poprzez zmianę stopnia napełnienia rurociągu polietylenowego wodą. Przykładowo przy napełnieniu równym 0,95 dodatnia składowa pionowa siły parcia wody P na wewnętrzną powierzchnię cylindryczną wyniesie 694,37 N/m przy P” z = -690,8 N/m. Zatem dostosowując wypełnienie, dane równość można osiągnąć w ilościach

Podsumowując wyniki badań nośności w warunku II dla wszystkich wariantów, należy stwierdzić, że w rurociągu polietylenowym nie występują maksymalne dopuszczalne odkształcenia.

Badanie nośności zgodnie z warunkiem III

Pierwszym etapem obliczeń jest określenie wartości krytycznej zewnętrznego równomiernego ciśnienia promieniowego P cr, MPa, jakie rura może wytrzymać bez utraty stabilnego kształtu przekroju poprzecznego. Za wartość Pcr przyjmuje się mniejszą z wartości obliczonych za pomocą wzorów:

P cr =2√0,125P l E gr = 0,2104 MPa;

P cr = P l +0,14285 = 0,2485 MPa.

Zgodnie z obliczeniami z wykorzystaniem powyższych wzorów przyjmuje się mniejszą wartość P cr = 0,2104 MPa.

Następnym krokiem jest sprawdzenie warunku:

gdzie k 2 jest współczynnikiem stabilności warunków pracy rurociągu, przyjętym jako równy 0,6; Pvac to wartość możliwej próżni na naprawianym odcinku rurociągu, MPa; Pgv to zewnętrzne ciśnienie wód gruntowych nad szczytem rurociągu, zgodnie z warunkami zadania Pgv = 0,1 MPa.

Kolejne obliczenia przeprowadza się analogicznie do warunku II dla kilku przypadków:

  • dla przypadku równomiernego wypełnienia przestrzeni międzyrurowej przy braku wody w rurociągu polietylenowym:

zatem spełniony jest warunek: 0,2104 MPa>>0,1739 MPa;

  • to samo, jeśli w rurociągu polietylenowym znajduje się wypełniacz (woda):

zatem spełniony jest warunek: 0,2104 MPa >>0,17 MPa;

  • w przypadku nierównomiernego wypełnienia przestrzeni międzyrurowej przy braku wody w rurociągu polietylenowym:

zatem spełniony jest warunek: 0,2104 MPa >>0,1743 MPa;

  • to samo w obecności wody w rurociągu polietylenowym:

zatem spełniony jest warunek: 0,2104 MPa >> 0,1733 MPa.

Sprawdzenie nośności według warunku III wykazało, że zachowana jest stabilność okrągłego przekroju rurociągu polietylenowego.

Jako wnioski ogólne należy stwierdzić, że realizacja prac budowlanych polegających na zasypywaniu przestrzeni międzyrurowej dla odpowiednich wyjściowych parametrów projektowych nie będzie miała wpływu na nośność nowego rurociągu polietylenowego. Nawet w ekstremalnych warunkach (przy nierównym zasypywaniu i wysokim poziomie wód gruntowych) zasypywanie nie doprowadzi do niepożądanych zjawisk związanych z deformacją lub innym uszkodzeniem rurociągu.

480 rubli. | 150 UAH | $7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Rozprawa doktorska - 480 RUR, dostawa 10 minut, całodobowo, siedem dni w tygodniu oraz w święta

240 rubli. | 75 UAH | 3,75 $ ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Abstrakt - 240 rubli, dostawa 1-3 godziny, od 10-19 (czasu moskiewskiego), z wyjątkiem niedzieli

Borcow Aleksander Konstantinowicz. Technologia budowy i metody obliczania stanu naprężenia rurociągów podwodnych „rura w rurze”: IL RSL OD 61:85-5/1785

Wstęp

1. Projekt rurociągu podwodnego typu „rura w rurze” z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym 7

1.1. Projekty rurociągów dwururowych 7

1.2. Ocena techniczno-ekonomiczna przejścia podwodnego rurociągu z rury na rurę 17

1.3. Analiza wykonanej pracy i ustalenie celów badawczych 22

2. Technologia cementowania przestrzeni międzyrurowych rurociągów typu rura w rurze 25

2.1. Materiały do ​​cementowania pierścienia 25

2.2. Dobór receptury zaprawy cementowej 26

2.3. Sprzęt cementujący 29

2.4. Wypełnienie pierścienia 30

2.5. Obliczenia cementowania 32

2.6. Badania eksperymentalne technologii cementowania 36

2.6.1. montaż i testowanie dwururowego kozła pocierającego 36

2.6.2. Cementowanie pierścienia 40

2.6.3. Próba wytrzymałości rurociągu 45

3. Stan naprężenia-odkształcenia rur trójwarstwowych pod ciśnieniem wewnętrznym 50

3.1. Właściwości wytrzymałościowe i odkształcalne kamienia cementowego 50

3.2. Naprężenia w rurach trójwarstwowych pod wpływem stycznych sił rozciągających na kamień cementowy 51

4. Badania eksperymentalne stanu naprężenia-odkształcenia rur trójwarstwowych 66

4.1. Metodologia prowadzenia badań eksperymentalnych 66

4.2. Technologia wykonania modelu 68

4.3. Stanowisko badawcze 71

4.4. Metodologia pomiaru odkształceń i badań 75

4,5. Wpływ nadmiernego ciśnienia cementowania przestrzeni mek-pipe na redystrybucję naprężeń 79

4.6. Sprawdzenie adekwatności zależności teoretycznych 85

4.6.1. Metodologia planowania eksperymentu 85

4.6.2. Statystyczne przetwarzanie wyników testów! . 87

4.7. Badanie pełnowymiarowych rur trójwarstwowych 93

5. Teoretyczne i eksperymentalne badania sztywności zginania rurociągów typu rura w rurze 100

5.1. Obliczanie sztywności zginania rurociągów 100

5.2. Badania doświadczalne sztywności zginania 108

Wnioski 113

Wnioski ogólne 114

Literatura 116

Aplikacje 126

Wprowadzenie do pracy

Zgodnie z postanowieniami XXI Kongresu KPZR, w bieżącym pięcioleciu przemysł naftowy i gazowy rozwija się w przyspieszonym tempie, zwłaszcza w rejonach zachodniej Syberii, w kazachskiej SRR i na północy europejskiej części kraju.

Do końca pięcioletniego okresu wydobycie ropy i gazu wyniesie odpowiednio 620–645 mln ton i 600–640 miliardów metrów sześciennych. metrów.

Aby je transportować, konieczne jest zbudowanie potężnych rurociągów głównych o wysokim stopniu automatyzacji i niezawodności działania.

Jednym z głównych zadań planu pięcioletniego będzie dalszy przyspieszony rozwój złóż ropy i gazu, budowa nowych oraz zwiększenie przepustowości istniejących systemów transportu gazu i ropy biegnących z regionów zachodniej Syberii do głównych miejsc zużycia ropy i gazu – w środkowych i zachodnich regionach kraju. Rurociągi o znacznej długości będą na swojej drodze pokonywać wiele różnych barier wodnych. Przejścia nad barierami wodnymi to najbardziej złożone i krytyczne odcinki liniowej części głównych rurociągów, od których zależy niezawodność ich działania. W przypadku awarii podwodnych przepraw powstają ogromne szkody materialne, które definiuje się jako sumę szkód poniesionych przez konsumenta, przedsiębiorstwo transportowe i zanieczyszczenie środowiska.

Naprawa i renowacja podwodnych przejść to złożone zadanie wymagające znacznego wysiłku i zasobów. Czasem koszty naprawy przejazdu przewyższają koszty jego budowy.

Dlatego dużą uwagę przywiązuje się do zapewnienia wysokiej niezawodności przejść. Muszą działać bezawaryjnie i bez napraw przez cały projektowany okres eksploatacji rurociągów.

Obecnie, w celu zwiększenia niezawodności, przejścia głównych rurociągów przez bariery wodne budowane są w układzie dwutorowym, tj. równolegle do głównego wątku, w odległości do 50 m od niego, układany jest dodatkowy - rezerwowy. Taka redundancja wymaga podwójnej inwestycji kapitałowej, ale jak pokazuje doświadczenie operacyjne, nie zawsze zapewnia niezbędną niezawodność operacyjną.

Ostatnio opracowano nowe schematy projektowe, które zapewniają zwiększoną niezawodność i wytrzymałość przejść jednoniciowych.

Jednym z takich rozwiązań jest zaprojektowanie podwodnego przejścia rurociągu „rura w rurę” z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym. W ZSRR zbudowano już wiele przejść w systemie „rura w rurze”. Doświadczenia z sukcesem w projektowaniu i budowie takich przejść wskazują, że dotychczasowe rozwiązania teoretyczne i projektowe w zakresie technologii montażu i układania, kontroli jakości złączy spawanych i testowania rurociągów dwururowych są wystarczająco rozwinięte. Ponieważ jednak przestrzeń międzyrurowa budowanych przejść była wypełniona cieczą lub gazem, problemy związane ze specyfiką budowy podwodnych przejść rurociągów „rura w rurę” z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym są zasadniczo nowe i słabo poznane.

Dlatego celem niniejszej pracy jest naukowe uzasadnienie i opracowanie technologii budowy rurociągów podwodnych typu „rura w rurę” z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym.

Aby osiągnąć ten cel, przeprowadzono duży program

badania teoretyczne i eksperymentalne. Pokazano możliwość wykorzystania rurek pomocniczych do wypełnienia przestrzeni pierścieniowej.

wodociągi „rura w rurze” materiały, urządzenia i metody technologiczne stosowane przy cementowaniu studni. Zbudowano eksperymentalny odcinek tego typu rurociągu. Wyprowadza się wzory do obliczania naprężeń w rurach trójwarstwowych pod wpływem ciśnienia wewnętrznego. Przeprowadzono badania doświadczalne stanu naprężenia-odkształcenia rur trójwarstwowych przeznaczonych na rurociągi główne. Wyprowadzono wzór na obliczenie sztywności zginania rur trójwarstwowych. Wyznaczono eksperymentalnie sztywność zginania rurociągu typu rura w rurze.

Na podstawie przeprowadzonych badań „Tymczasowe instrukcje projektowania i technologii budowy pilotażowo-przemysłowych podwodnych przejść gazociągów dla ciśnień 10 MPa i większych typu „rura w rurze” z cementowaniem przestrzeni międzyrurowej” oraz „ Opracowano Instrukcje projektowania i budowy podwodnych rurociągów podmorskich według schematu projektowego „rura w rurze” z cementowaniem przestrzeni międzyrurowej, zatwierdzone przez Mingazprom w latach 1982 i 1984.

Wyniki rozprawy znalazły praktyczne zastosowanie przy projektowaniu podwodnego przejścia gazociągu Urengoj – Użgorod przez rzekę Pravaya Khetta, projektowaniu i budowie odcinków rurociągów naftowych i produktowych Dragobycz – Stryj i Krzemieńczug – Lubny – Kijów, odcinki podmorskich rurociągów Strelka 5 – Bereg i Golicyno – Bereg.

Autor dziękuje kierownikowi moskiewskiej podziemnej stacji magazynowania gazu stowarzyszenia produkcyjnego Mostransgaz O.M. Korabelnikowowi, kierownikowi laboratorium wytrzymałości gazociągów w firmie VNIIGAZ, dr. technologia Nauki NI Anenkov, szef oddziału mocowania studni moskiewskiej wyprawy wiertniczej O.G. Drogalinowi za pomoc w organizacji i przeprowadzeniu badań eksperymentalnych.

Ocena techniczno-ekonomiczna przejścia podwodnego rurociągu z rury na rurę

Przejścia rurociągów rura w rurze Przejścia głównych rurociągów przez bariery wodne należą do najbardziej krytycznych i złożonych odcinków trasy. Awarie takich przejść mogą spowodować gwałtowny spadek wydajności lub całkowite zatrzymanie pompowania transportowanego produktu. Naprawy i renowacja rurociągów podmorskich są złożone i kosztowne. Często koszty naprawy przejazdu są porównywalne z kosztami budowy nowego przejazdu.

Podwodne skrzyżowania głównych rurociągów zgodnie z wymaganiami SNiP 11-45-75 [70] układa się w dwóch nitkach w odległości co najmniej 50 m od siebie. Przy takiej redundancji wzrasta prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy przejazdu jako całości systemu transportowego. Koszty budowy linii rezerwowej z reguły odpowiadają kosztom budowy linii głównej lub nawet je przewyższają. Można zatem założyć, że zwiększenie niezawodności poprzez redundancję wymaga podwojenia inwestycji kapitałowych. Tymczasem doświadczenie eksploatacyjne pokazuje, że ten sposób zwiększenia niezawodności działania nie zawsze daje pozytywne rezultaty.

Wyniki badań odkształceń procesów kanałowych wykazały, że strefy odkształceń kanałów znacznie przekraczają odległości pomiędzy ułożonymi przejściami. Dlatego erozja wątków głównych i rezerwowych następuje niemal jednocześnie. W związku z tym zwiększenie niezawodności przepraw podwodnych powinno być prowadzone w kierunku uważnego uwzględnienia hydrologii zbiornika i opracowania projektów przepraw o zwiększonej niezawodności, w których awarię przeprawy podwodnej traktowano jako zdarzenie prowadzące do naruszenie szczelności rurociągu. Podczas analizy wzięto pod uwagę następujące rozwiązania konstrukcyjne: konstrukcję dwużyłową jednorurową – ciągi rurociągów układane są równolegle w odległości 20-50 m od siebie; rurociąg podwodny z ciągłą powłoką betonową; projekt rurociągu „rura w rurze” bez wypełniania przestrzeni międzyrurowych i wypełnienia kamieniem cementowym; przejście wykonane metodą wiercenia ukośnego.

Z wykresów pokazanych na ryc. 1.10 wynika, że ​​największe oczekiwane prawdopodobieństwo bezawaryjnej pracy występuje przy podwodnym przejściu rurociągu „rura w rurę” z przestrzenią pierścieniową wypełnioną kamieniem cementowym, z wyjątkiem przejścia budowanego metodą ukośnego wiercenia .

Obecnie prowadzone są badania eksperymentalne tej metody i opracowywanie jej podstawowych rozwiązań technologicznych. Ze względu na złożoność budowy wiertnic do wierceń kierunkowych trudno spodziewać się w najbliższej przyszłości powszechnego wprowadzenia tej metody do praktyki budowy rurociągów. Ponadto metodę tę można zastosować przy budowie przejazdów o niewielkiej długości.

Aby zbudować przejścia według schematu konstrukcyjnego „rura w rurze” z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym, nie jest wymagane opracowywanie nowych maszyn i mechanizmów. Podczas instalowania i układania rurociągów dwururowych stosuje się te same maszyny i mechanizmy, co podczas budowy rurociągów jednorurowych, a do przygotowania zaprawy cementowej i wypełnienia przestrzeni międzyrurowej stosuje się sprzęt cementujący, który służy do cementowania ropy i gazu odwiertów Obecnie w systemie Szngazpromu i Ministerstwa Przemysłu Naftowego i Gazowniczego pracuje kilka tysięcy cementowni i mieszarek cementu.

Główne wskaźniki techniczne i ekonomiczne podwodnych przejść rurociągów różnych konstrukcji podano w tabeli 1.1. Obliczenia wykonano dla podwodnego przejścia odcinka pilotażowego gazociągu przy ciśnieniu 10 MPa, z wyłączeniem kosztów zaworów odcinających. . Długość przejścia wynosi 370 m, odległość między równoległymi gwintami 50 m. Rury wykonane są ze stali X70 o granicy plastyczności (et - 470 MPa i wytrzymałości na rozciąganie Є6р = 600 MPa. Grubość ścianek rury i średnica rury). niezbędne dodatkowe balastowanie dla opcji I, P i Sh oblicza się zgodnie z SNiP 11-45-75 [70].

W konstrukcji rurociągu „rura w rurze” z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym grubość ścianki rury wewnętrznej określa się metodą podaną w [e], grubość ścianki zewnętrznej przyjmuje się jako 0,75 grubości wewnętrznej. Naprężenia obwodowe w rurach oblicza się zgodnie ze wzorami 3.21 tej pracy, przyjmuje się, że właściwości fizyczne i mechaniczne kamienia cementowego i metalu rury są takie same, jak w obliczeniach z tabeli. 3.1. Jako standard porównawczy przyjęto najpopularniejszy dwużyłowy, jednorurowy projekt przejściowy z balastowaniem żeliwnymi obciążnikami (100 USD). Jak widać z tabeli. І.І, zużycie metalu w projekcie rurociągu „rura w rurze” z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym do stali i żeliwa jest ponad 4 razy większe

Sprzęt do cementowania

Specyfika prac związanych z cementowaniem pierścienia rurociągów typu rura w rurze determinuje wymagania dotyczące sprzętu cementującego. Budowa przejść głównych rurociągów przez bariery wodne prowadzona jest w różnych obszarach kraju, w tym w odległych i trudno dostępnych. Odległości pomiędzy placami budowy sięgają setek kilometrów, często przy braku niezawodnej komunikacji transportowej. Dlatego sprzęt cementujący musi charakteryzować się dużą mobilnością i możliwością wygodnego transportu na duże odległości w warunkach terenowych.

Ilość zaczynu cementowego potrzebnego do wypełnienia przestrzeni międzyrurowej może sięgać setek metrów sześciennych, a ciśnienie podczas pompowania zaczynu może sięgać kilku megapaskali. W związku z tym sprzęt cementujący musi charakteryzować się dużą wydajnością i mocą, aby zapewnić przygotowanie i wstrzyknięcie wymaganej ilości roztworu do pierścienia w czasie nie przekraczającym czasu jego zagęszczenia. Jednocześnie sprzęt musi być niezawodny w działaniu i mieć wystarczająco wysoką wydajność.

Zestaw urządzeń przeznaczonych do cementowania odwiertów najpełniej spełnia podane warunki [72]. W skład kompleksu wchodzą: cementownie, mieszalniki cementu, cementowozy i cysterny, stacja monitorowania i kontroli procesu cementowania oraz urządzenia pomocnicze i magazyny.

Do przygotowania roztworu stosuje się maszyny mieszające. Podstawowymi elementami takiej maszyny są zbiornik, dwa poziome ślimaki rozładunkowe i jeden pochylony ślimak załadowczy oraz podciśnieniowo-hydrauliczne urządzenie mieszające. Bunkier montowany jest najczęściej na podwoziu pojazdu terenowego. Ślimaki napędzane są silnikiem trakcyjnym pojazdu.

Roztwór jest pompowany do pierścienia za pomocą zamontowanej jednostki cementującej. podwozie potężnej ciężarówki. Agregat składa się z wysokociśnieniowej pompy cementującej do pompowania roztworu, pompy dostarczającej wodę i silnika do niej, zbiorników pomiarowych, kolektora pompy oraz składanego metalowego rurociągu.

Sterowanie procesem cementowania odbywa się za pomocą stacji SKTs-2m, która pozwala na kontrolę ciśnienia, natężenia przepływu, objętości i gęstości wstrzykiwanego roztworu.

W przypadku małych objętości przestrzeni międzyrurowych (do kilkudziesięciu metrów sześciennych) do cementowania można również zastosować pompy i mieszalniki zapraw stosowane do przygotowania i pompowania zapraw.

Cementowanie przestrzeni międzyrurowych podwodnych rurociągów typu „rura w rurze” można wykonywać zarówno po ułożeniu ich w wykopie podwodnym, jak i przed ułożeniem ich na lądzie. Wybór miejsca cementowania zależy od konkretnych warunków topograficznych budowy, długości i średnicy przejścia, a także dostępności specjalnego sprzętu do cementowania i układania rurociągu. Zaleca się jednak cementowanie rurociągów układanych w podwodnym rowie.

Cementowanie przestrzeni pierścieniowej rurociągów biegnących w terenie zalewowym (na brzegu) wykonuje się po ułożeniu ich w wykopie, ale przed zasypaniem gruntem. W przypadku konieczności dodatkowego balastowania przestrzeń pierścieniową można przed cementowaniem wypełnić wodą. Doprowadzanie roztworu do przestrzeni międzyrurowej rozpoczyna się od najniższego punktu odcinka rurociągu. Wylot powietrza lub wody odbywa się za pomocą specjalnych rur z zaworami zainstalowanymi na rurociągu zewnętrznym w jego najwyższych punktach.

Po całkowitym wypełnieniu przestrzeni międzyrurowej i rozpoczęciu wypływania roztworu zmniejsza się prędkość jego podawania i wtryskiwanie kontynuuje się do momentu, aż z rur wylotowych zacznie wypływać roztwór o gęstości równej gęstości wstrzykiwanego na rurach wylotowych są zamknięte, a w przestrzeni pierścieniowej powstaje nadciśnienie. Wcześniej w wewnętrznym rurociągu wytwarzało się przeciwciśnienie, zapobiegając utracie stabilności jego ścian. Po osiągnięciu wymaganego nadciśnienia w przestrzeni międzyrurowej zawór na rurze wlotowej zostaje zamknięty. Szczelność przestrzeni międzyrurowej oraz ciśnienie w rurociągu wewnętrznym utrzymywane są przez czas niezbędny do stwardnienia zaprawy cementowej.

Podczas wypełniania można zastosować następujące metody cementowania przestrzeni pierścieniowej rurociągów typu „rura w rurze”: bezpośrednie; za pomocą specjalnych rurociągów cementujących, polega to na wprowadzeniu roztworu cementu do przestrzeni pierścieniowej rurociągu, który wypiera powietrze lub znajdująca się w nim woda. Doprowadzenie roztworu i odprowadzenie powietrza lub wody odbywa się rurami za pomocą zaworów zamontowanych na rurociągu zewnętrznym. Cały odcinek rurociągu jest wypełniany w jednym etapie.

Cementowanie za pomocą specjalnych rurociągów cementujących. Metodą tą w pierścieniu instaluje się rurociągi o małej średnicy, przez które dostarczana jest do niego zaprawa cementowa. Cementowanie przeprowadza się po ułożeniu dwururowego rurociągu w wykopie podwodnym. Roztwór cementowy dostarczany jest rurociągami cementującymi do najniższego punktu ułożonego rurociągu. Ta metoda cementowania pozwala na najwyższej jakości wypełnienie przestrzeni międzyrurowych rurociągu ułożonego w wykopie podwodnym.

Cementowanie odcinkowe można zastosować w przypadku braku sprzętu cementującego lub dużych oporów hydraulicznych podczas pompowania roztworu, które nie pozwalają na cementowanie całego odcinka rurociągu za jednym razem. W tym przypadku cementowanie pierścienia odbywa się w oddzielnych sekcjach. Długość odcinków cementujących zależy od właściwości technicznych sprzętu cementującego. Dla każdego odcinka rurociągu instaluje się oddzielne grupy rur do wtryskiwania zaprawy cementowej i odprowadzania powietrza lub wody.

Aby wypełnić przestrzeń międzyrurową rurociągów rura w rurze zaprawą cementową, należy znać ilość materiałów i sprzętu potrzebnego do cementowania, a także czas potrzebny na jego wykonanie. Objętość zaprawy cementowej potrzebna do wypełnienia między

Naprężenia w rurach trójwarstwowych, gdy kamień cementowy odbiera styczne siły rozciągające

Stan naprężenia rury trójwarstwowej z przestrzenią międzyrurową wypełnioną kamieniem cementowym (betonem) pod działaniem ciśnienia wewnętrznego rozważali w swoich pracach P.P. Borodavkin [9], A.I. Alekseev [5], R.A. Abdullin przy wyprowadzaniu wzorów, autorzy przyjęli hipotezę, że pierścień wykonany z kamienia cementowego odbiera styczne siły rozciągające i jego pękanie nie następuje pod obciążeniem. Kamień cementowy uznano za materiał izotropowy, posiadający ten sam moduł sprężystości przy rozciąganiu i ściskaniu, w związku z czym naprężenia w pierścieniu kamienia cementowego wyznaczono za pomocą wzorów Lame’a.

Analiza właściwości wytrzymałościowych i odkształcalnych kamienia cementowego wykazała, że ​​jego moduły rozciągania i ściskania nie są równe, a wytrzymałość na rozciąganie jest znacznie mniejsza niż wytrzymałość na ściskanie.

Dlatego też w pracy doktorskiej podano matematyczne sformułowanie problemu dla rury trójwarstwowej z przestrzenią międzyrurową wypełnioną materiałem o różnym module sprężystości oraz dokonano analizy stanu naprężeń w rurach trójwarstwowych rurociągów głównych pod wpływem przeprowadzono ciśnienie wewnętrzne.

Przy wyznaczaniu naprężeń w rurze trójwarstwowej od działania ciśnienia wewnętrznego uwzględnia się pierścień o długości jednostkowej wycięty z rury trójwarstwowej. Stan naprężenia odpowiada stanowi naprężenia w rurze, gdy (En = 0. Naprężenia styczne między powierzchniami kamienia cementowego i rur przyjmuje się jako równe zeru, ponieważ siły przyczepności między nimi są nieznaczne. Rozważamy wewnętrzne a rury zewnętrzne jako cienkościenne. Pierścień z kamienia cementowego w przestrzeni międzyrurowej uważamy za grubościenny, wykonany z materiału wielomodułowego.

Niech na rurę trójwarstwową działa ciśnienie wewnętrzne PQ (rys. 3.1), wówczas na rurę wewnętrzną działa ciśnienie wewnętrzne P i ciśnienie zewnętrzne P-g, wywołane reakcją rury zewnętrznej i kamienia cementowego na przemieszczanie rury wewnętrznej jeden.

Na rurę zewnętrzną działa ciśnienie wewnętrzne Pg spowodowane odkształceniem kamienia cementowego. Pierścień z kamienia cementowego znajduje się pod wpływem wewnętrznego ciśnienia P-g i zewnętrznego 2.

Wyznacza się naprężenia styczne w rurach wewnętrznych i zewnętrznych pod wpływem ciśnienia PQ, Pj i Pg: gdzie Ri, &i, l 2, 6Z są promieniami i grubościami ścianek rur wewnętrznych i zewnętrznych. Naprężenia styczne i promieniowe w pierścieniu kamienia cementowego wyznacza się ze wzorów uzyskanych w celu rozwiązania problemu osiowo-symetrycznego pustego cylindra wykonanego z materiału o różnym module pod wpływem nacisków wewnętrznych i zewnętrznych [„6]: kamień cementowy poddawany rozciąganiu i ściskaniu W podanych wzorach (3.1) i (3.2) wartości ciśnienia Pj i P2 są nieznane. Znajdujemy je z warunków równości przemieszczeń promieniowych powierzchni styku kamienia cementowego z powierzchnią wewnętrzną i zewnętrzną. rury Zależność względnych odkształceń stycznych od przemieszczeń promieniowych (i) ma postać [53] Zależność względnych odkształceń od naprężeń dla rur Г 53 ] określa wzór

Stanowisko badawcze

Wyrównanie rur (rys. 4.2) wewnętrznej I i zewnętrznej 2 oraz uszczelnienie przestrzeni międzyrurowej wykonano za pomocą dwóch pierścieni centrujących 3 wspawanych pomiędzy rury. Do zewnętrznej rury vva-. Zamontowano dwie armatury 9 – jedną do pompowania zaprawy cementowej do pierścienia, drugą do odprowadzania powietrza.

Przestrzeń międzyrurowa modeli o pojemności 2G = 18,7 litra. wypełnione roztworem przygotowanym z cementu cementu portlandzkiego do „zimnych” studni Zakładu Zdołbunowski, o stosunku wodno-cementowym W/C = 0,40, gęstości p = 1,93 t/m3, rozpływalności wzdłuż stożka AzNII = 16,5 cm, począwszy wiązania t = 6 godzin 10 glin, koniec wiązania t „_ = 8 godzin 50 min”, wytrzymałość na rozciąganie dwudniowych próbek kamienia cementowego do zginania & szt. = 3,1 Sha. Charakterystyki te wyznaczono standardową metodą badań cementu portlandzkiego dla studni „zimnych” (_31j.

Granice wytrzymałości na ściskanie i rozciąganie próbek kamienia cementowego na początku badań (30 dni po wypełnieniu przestrzeni międzyrurowych zaprawą cementową) b = 38,5 MPa, b c = 2,85 Sha, moduł sprężystości przy ściskaniu EH = 0,137 TO5 Sha, współczynnik Poissona stopa = 0,28. Badanie ściskania kamienia cementowego przeprowadzono na próbkach sześciennych z żebrami o średnicy 2 cm; do rozciągania – na próbkach w kształcie ósemek, o polu przekroju poprzecznego w zwężeniu 5 cm [31]. Do każdego testu przygotowano 5 próbek. Próbki utwardzano w komorze o 100% wilgotności względnej powietrza. Do wyznaczenia modułu sprężystości kamienia cementowego oraz współczynnika Poissona wykorzystaliśmy metodę zaproponowaną przez Milleta. K.V. Ruppeneit [_ 59 J . Badania przeprowadzono na próbkach cylindrycznych o średnicy 90 mm i długości 135 mm.

Roztwór wprowadzano do pierścieni modeli za pomocą specjalnie zaprojektowanej i wykonanej instalacji, której schemat przedstawiono na rys. 4.3.

Do pojemnika 8 wlano zaprawę cementową po zdjęciu pokrywy 7, następnie nałożono pokrywę i zaprawę wtłoczono do pierścienia modelu II za pomocą sprężonego powietrza.

Po całkowitym wypełnieniu przestrzeni międzyrurowej zamknięto zawór 13 na rurze wylotowej próbki i wytworzyło się w przestrzeni pierścieniowej nadciśnienie cementowania, które monitorowano za pomocą manometru 12. Po osiągnięciu ciśnienia projektowego zawór 10 na rurze wlotowej został zamknięty, następnie spuszczono nadciśnienie i model odłączono od instalacji. W czasie utwardzania roztworu model znajdował się w pozycji pionowej.

Badania hydrauliczne trójwarstwowych modeli rur przeprowadzono na stanowisku zaprojektowanym i wykonanym w Katedrze Technologii Metali Moskiewskiego Instytutu Gospodarki i Przedsiębiorstwa Państwowego im. I.M.iubkina. Schemat stanowiska pokazano na rys. 4.4, widok ogólny - na ryc. 4,5.

Rurę model II wprowadzono do komory badawczej 7 przez pokrywę boczną 10. Model zamontowany pod niewielkim kątem napełniono olejem ze zbiornika 13 za pomocą pompy odśrodkowej 12, przy otwartych zaworach 5 i 6. Po napełnieniu modelu olejem zawory te zamknięto, otwarto zawór 4 i włączono pompę wysokociśnieniową I, spuszczając nadmiar ciśnienia poprzez otwarcie zaworu 6. Kontrolę ciśnienia przeprowadzano za pomocą dwóch standardowych manometrów 2, przeznaczonych do tego celu 39,24 Mia (400 kgf/slg). Do wyprowadzania informacji z czujników zainstalowanych w modelu wykorzystano kable wielożyłowe 9.

Stanowisko pozwalało na prowadzenie doświadczeń przy ciśnieniach do 38 MPa. Pompa wysokociśnieniowa VD-400/0,5 E charakteryzowała się małym przepływem 0,5 l/h, co pozwalało na płynne ładowanie próbek.

Wnękę rury wewnętrznej modelu uszczelniono specjalnym urządzeniem uszczelniającym, eliminującym wpływ osiowych sił rozciągających na model (ryc. 4.2).

Osiowe siły rozciągające powstałe w wyniku działania ciśnienia na tłoki 6 są prawie całkowicie pochłaniane przez tłoczysko 10. Jak pokazują tensometry, niewielkie przeniesienie sił rozciągających (około 10%) następuje w wyniku tarcia pomiędzy gumowymi pierścieniami uszczelniającymi 4 i rura wewnętrzna 2.

Podczas testowania modeli o różnych średnicach wewnętrznych dętki stosowano także tłoki o różnych średnicach. Stosowane są różne metody i środki do pomiaru stanu zdeformowanego korpusów.