Заполнение межтрубного пространства цементным раствором м100. Способ герметизации межтрубного пространства трубопроводов типа "труба в трубе"

Владельцы патента RU 2653277:

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при сооружении и/или реконструкции переходов магистральных трубопроводов через естественные и искусственные препятствия, построенные бестраншейными методами. В предложенном способе заполнение раствором межтрубного пространства осуществляют поэтапно. На каждом этапе раствор нагнетают в межтрубное пространство и после застывания раствора осуществляют подачу раствора последующего этапа. Заполнение межтрубного пространства осуществляют посредством двух нагнетательных трубопроводов, которые подают в межтрубное пространство с одного из концов тоннельного перехода на расстояние L. Для заполнения межтрубного пространства используют раствор, обладающий плотностью не менее 1100 кг/м 3 , вязкостью по Маршу не более 80 с и временем схватывания не менее 98 ч. Технический результат: повышение качества заполнения межтрубного пространства пластичным материалом при организации тоннельных переходов магистрального трубопровода под естественными или искусственными препятствиями, преимущественно заполненных водой, за счет создания сплошного, без образования пустот, пластичного демпфера, предотвращающего повреждение трубопровода при возможных механических или сейсмических воздействиях. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ заполнения раствором межтрубного пространства тоннельного перехода магистрального трубопровода

Область техники, к которой относится изобретение

Уровень техники

Из уровня техники известен способ изготовления системы перехода магистрального трубопровода через дорогу, заключающийся в расположении трубопровода под дорогой в защитном кожухе и обеспечении герметичности межтрубного пространства между трубопроводом и защитным кожухом с помощью торцевых уплотнений. При этом межтрубное пространство между трубопроводом и защитным кожухом заполняют жидкой пластической массой на основе синтетических высокомолекулярных соединений (патент RU 2426930 C1, дата публикации 20.08.2011, МПК F16L 7/00).

Недостатком известного способа является его узконаправленное применение на переходах небольшой длины, преимущественно под автомобильными и железными дорогами с прямым профилем прокладки. Кроме того, вышеуказанный способ не применим для реализации работ по заполнению межтрубного пространства на тоннельных переходах с возможностью одновременного вытеснения воды.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создание пластичного демпфера в межтрубном пространстве, предотвращающего повреждение трубопровода при возможных механических и сейсмических воздействиях.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении качества заполнения межтрубного пространства пластичным материалом при организации тоннельных переходов магистрального трубопровода под естественными или искусственными препятствиями, преимущественно заполненных водой, за счет создания сплошного, без образования пустот, пластичного демпфера, предотвращающего повреждение трубопровода при возможных механических или сейсмических воздействиях.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, способ заполнения раствором межтрубного пространства тоннельного перехода магистрального трубопровода характеризуется тем, что заполнение раствором межтрубного пространства осуществляют поэтапно, на каждом этапе раствор нагнетают в межтрубное пространство и после застывания раствора осуществляют подачу раствора последующего этапа, при этом заполнение межтрубного пространства осуществляют посредством двух нагнетательных трубопроводов, которые подают в межтрубное пространство с одного из концов тоннельного перехода на расстояние L, при этом для заполнения межтрубного пространства используют раствор, обладающий плотностью не менее 1100 кг/м 3 , вязкостью по Маршу не более 80 с и временем схватывания не менее 98 ч.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения расстояние L составляет 0,5-0,7 длины тоннельного перехода.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения дополнительно осуществляют устройство вспомогательного котлована для установки машины горизонтально-направленного бурения, осуществляющей подачу нагнетательных трубопроводов в межтрубное пространство.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения нагнетательные трубопроводы снабжают роликовыми или безроликовыми опорно-направляющими кольцами, обеспечивающими беспрепятственное перемещение нагнетательных трубопроводов в межтрубном пространстве.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения по мере заполнения межтрубного пространства нагнетательные трубопроводы выводят из межтрубного пространства.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в процессе подачи нагнетательных трубопроводов в межтрубное пространство обеспечивают непрерывный контроль их скорости подачи и визуальный контроль положения относительно трубопровода.

Сведения, подтверждающие реализацию изобретения

На рис. 1 изображен общий вид приемного котлована с нагнетательными трубопроводами;

на рис. 2 изображен общий вид тоннельного перехода под водным препятствием с размещенными нагнетательными трубопроводами;

на рис. 3 изображен тоннельный переход с размещенными нагнетательными трубопроводами (поперечный разрез);

на рис. 4 изображен общий вид роликового опорно-направляющего кольца (поперечный разрез).

Позиции на чертежах имеют следующие обозначения:

1 - межтрубное пространство;

1 1 - тоннельный переход;

2 - естественное препятствие;

3 - приемный (стартовый) котлован;

4 - вспомогательный котлован;

5 - машина горизонтально-направленного бурения;

6 - стена приемного (стартового) котлована;

7 - технологическое отверстие в стене приемного (стартового) котлована;

8 - нагнетательные трубопроводы;

9 - опорный стол;

10 - роликовые опоры;

11 - роликовые опорно-направляющие кольца;

12 - трубопровод;

13 - стальной хомут опорно-направляющего кольца;

14 - прокладочный фрикционный материал опорно-направляющего кольца;

15 - ролики опорно-направляющего кольца;

16 - держатели роликов;

17 - тоннельная обделка;

18 - насосная станция.

Способ реализуется следующим образом.

Перед проведением работ по заполнению межтрубного пространства 1 тоннельных переходов 1 1 магистральных трубопроводов через естественные или искусственные препятствия 2, построенных бестраншейными методами (микротоннелированием), проводят вспомогательные технологические работы (рис. 1). Рядом с приемными (стартовыми) котлованами 3, выполненными с обоих концов тоннельного перехода 1 1 , обустраивают вспомогательные котлованы 4 под установку машины горизонтально-направленного бурения 5 для подачи нагнетательных трубопроводов, например машины горизонтально-направленного бурения (ГНБ) и иного вспомогательного оборудования (не показано). В стене 6 приемного (стартового) котлована 3 при помощи алмазного стенореза (не показано) пропиливают технологические отверстия 7 размерами 1,0×1,0 м, через которые пропускают два нагнетательных трубопровода 8, предназначенных для подачи заполнителя, приготовленного в виде раствора, в межтрубное пространство 1. В приемном (стартовом) котловане 3 производят монтаж опорного стола 9 с роликовыми опорами 10, обеспечивающими плавную подачу нагнетательных трубопроводов 8 в межтрубное пространство 1. В предпочтительном варианте реализации изобретения способ можно использовать как при организации тоннельных переходов 1 1 , имеющих прямолинейный профиль прокладки, так и при организации тоннельных переходов 1 1 , имеющих криволинейный профиль прокладки, включающий по существу наклонные концевые части и по существу прямолинейную центральную часть. Нагнетательный трубопровод 8 представляет собой сборно-разборный трубопровод, выполненный, например, из полиэтиленовых труб.

Подачу раствора в межтрубное пространство 1 (рис. 2) осуществляют посредством не менее двух нагнетательных трубопроводов 8, прокладку которых начинают с одного из концов тоннельного перехода 1 1 , заполненного водой. Прокладку нагнетательных трубопроводов 8 осуществляют на расстояние L, предпочтительно составляющее 0,5-0,7 длины тоннельного перехода 1 1 , что обеспечивает возможность подачи раствора в требуемую зону межтрубного пространства 1 и равномерное заполнение межтрубного пространства 1 без образования пустот с одновременным вытеснением воды в направлении приемного котлована 3, находящегося на конце тоннельного перехода, с которого начинают заполнение межтрубного пространства. Подачу нагнетательных трубопроводов 8 в межтрубное пространство 1 осуществляют с помощью машины 5 горизонтально-направленного бурения и нескольких роликовых опорно-направляющих колец 11, установленных на нагнетательные трубопроводы 8 (рис. 3), или безроликовых опорно-направляющих колец (не показаны). Роликовое опорно-направляющее кольцо 11 (рис. 4) включает в себя стальной хомут 13, устанавливаемый на нагнетательный трубопровод 8 через фрикционную прокладку 14, обеспечивающую надежную фиксацию кольца 11 с трубопроводом 8, по меньшей мере четыре полиуретановых колеса (ролика) 15, установленных в держателях 16, предпочтительно под углом 90° друг к другу. При этом по меньшей мере два ролика 15 опираются на поверхность тоннельной обделки 17, и по меньшей мере один из роликов 15 опирается на поверхность трубопровода 12, что обеспечивает плавное перемещение нагнетательных трубопроводов 8 по поверхности трубопровода 12 в межтрубном пространстве 1 в заданном направлении (рис. 3). Использование не менее двух нагнетательных трубопроводов 8 позволяет равномерно заполнять межтрубное пространство 1 раствором с обеих сторон от трубопровода 12, что позволяет сохранять проектное положение трубопровода. Для исключения «всплытия» трубопровода 12 заполнение межтрубного (тоннельного) пространства 1 раствором производится поэтапно. На каждом этапе раствор нагнетается в межтрубное пространство 1, где он, застывая, обретает свои прочностные свойства, и только после этого осуществляют подачу раствора последующего этапа. Таким образом, обеспечивается сплошное равномерное заполнение межтрубного пространства 1 раствором с одновременным вытеснением воды в приемный котлован 3 с последующей откачкой ее при помощи насосной станции 18. По мере заполнения межтрубного пространства 1 раствором нагнетательные трубопроводы 8 извлекаются из межтрубного пространства 1. После этого аналогичные операции по заполнению оставшейся части межтрубного пространства 1 проводят с другого конца тоннельного перехода 1 1 . При этом прокладку нагнетательных трубопроводов 8 осуществляют на расстояние незаполненной раствором части тоннельного перехода 1.

Применение предложенного способа обеспечивает возможность сплошного равномерного заполнения межтрубного пространства тоннельного перехода 1 1 без образования пустот. Кроме того, способ заполнения межтрубного пространства 1 позволяет производить работы на эксплуатируемом переходе магистрального трубопровода без остановки перекачки продукта.

Для обеспечения непрерывного контроля движения и положения нагнетательных трубопроводов 8 при перемещении в межтрубном пространстве 1, а также оценки общего состояния межтрубного пространства 1 на нагнетательные трубопроводы 8 могут быть установлены средства видеофиксации, например web-камера (не показаны). При перемещении нагнетательных трубопроводов 8 в тоннельном переходе 1 1 изображение со средства видеофиксации в режиме реального времени поступает на средство отображения информации, размещенное в машине 5 горизонтально-направленного бурения (не показаны). На основании получаемой информации оператор может ограничить скорость подачи нагнетательных трубопроводов 8 в зависимости от фактического положения выходных отверстий нагнетательных трубопроводов 8, например, в случае обнаружения каких-либо препятствий или отклонения нагнетательных трубопроводов 8 от заданной траектории.

Для создания пластичного демпфера, предотвращающего повреждение трубопровода 12 при сейсмических воздействиях, в качестве заполнителя применяется раствор, обладающий достаточной прочностью и упругопластичными свойствами. Межтрубное пространство 1 заполняется раствором, приготовленным на основе бентонитоцементного порошка с добавлением полимеров. В результате застывания раствора образуется материал, обладающий достаточной прочностью и упругопластичными свойствами и позволяющий защитить трубопровод 12 от возможных механических и сейсмических воздействий. Для приготовления раствора применяются смесительные станции (не показано). Для обеспечения требуемых характеристик материала раствор должен удовлетворять следующим характеристикам: плотность раствора не менее 1100 кг/м 3 ; условная вязкость раствора по Маршу не более 80 с; время схватывания (потеря подвижности) не менее 98 ч.

После заполнения межтрубного пространства 1 проводят вспомогательные технологические работы: установку герметизирующих перемычек на торцах тоннельного перехода (не показано), демонтаж нагнетательных трубопроводов 8 и вспомогательного оборудования, заделку технологического отверстия 7 в стене 6 приемного (стартового) котлована 3 и засыпку вспомогательного котлована 4.

Таким образом, заявляемый способ обеспечивает сплошное, без образования пустот, заполнение межтрубного пространства пластичным материалом путем подачи раствора по нагнетательным трубопроводам с возможностью одновременного вытеснения воды (в случае необходимости) на переходах магистральных трубопроводов через естественные и искусственные препятствия, построенных бестраншейными методами (микротоннелирование).

1. Способ заполнения раствором межтрубного пространства тоннельного перехода магистрального трубопровода, характеризующийся тем, что заполнение раствором межтрубного пространства осуществляют поэтапно, на каждом этапе раствор нагнетают в межтрубное пространство и после застывания раствора осуществляют подачу раствора последующего этапа, при этом заполнение межтрубного пространства осуществляют посредством двух нагнетательных трубопроводов, которые подают в межтрубное пространство с одного из концов тоннельного перехода на расстояние L, при этом для заполнения межтрубного пространства используют раствор, обладающий плотностью не менее 1100 кг/м 3 , вязкостью по Маршу не более 80 с и временем схватывания не менее 98 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояние L составляет 0,5-0,7 длины тоннельного перехода.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют устройство вспомогательного котлована для установки машины горизонтально-направленного бурения, осуществляющей подачу нагнетательных трубопроводов в межтрубное пространство.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагнетательные трубопроводы снабжают роликовыми или безроликовыми опорно-направляющими кольцами, обеспечивающими беспрепятственное перемещение нагнетательных трубопроводов в межтрубном пространстве.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по мере заполнения межтрубного пространства нагнетательные трубопроводы выводят из межтрубного пространства.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе подачи нагнетательных трубопроводов в межтрубное пространство обеспечивают непрерывный контроль их скорости подачи и визуальный контроль положения относительно трубопровод.

Похожие патенты:

Изобретение относится к прокладке трубопроводов под автомобильными и железными дорогами с использованием энергии управляемого взрыва. Готовят рабочий и приемный котлованы.

Изобретение относится к строительству трубопроводов и используется при сооружении переходов под автомобильными, железными дорогами и водными преградами в качестве опор, предназначенных для протаскивания трубопровода внутри защитного кожуха или в бетонном туннеле.

Изобретение относится к прокладке трубопроводов под автомобильными и железными дорогами. Готовят рабочий и приемный котлованы.

Изобретение относится к средствам установки труб, а именно к центрирующим опорам для поддержания внутренней трубы внутри наружной. Центрирующая опора для внутренней трубы содержит охватывающий внутреннюю трубу пластмассовый хомут с изогнутым вдоль поверхности внутренней трубы стяжным замком и выполненные заодно с хомутом радиальные стойки в виде плоских пластин.

Изобретение относится к строительству трубопроводов и может быть использовано при сооружении переходов трубопроводов через водные преграды. Подводный трубопровод типа "труба в трубе" для перехода через водную преграду включает забалластированный на дне цилиндрический кожух с выведенными за пределы береговых водоохранных зон торцами и проложенный внутри него напорный продуктопровод.

Группа изобретений относится к облицовочному материалу для трубопровода и к способу облицовки трубопровода. Облицовочный материал инвертируется для того, чтобы быть вывернутым наизнанку для облицовки трубопровода P.

Изобретение относится к устройствам для строительства и ремонта линейной части трубопроводов, преимущественно находящихся под водой. Задачей изобретения является облегчение конструкции и снижение рисков загрязнения окружающей среды.

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам для подводной добычи полезных ископаемых. Устройство может быть использовано также для прокладки нефтегазовых труб на морском дне и на суше, геологоразведочных изысканий, освоения торфяных месторождений, при строительстве в сложных геологических условиях.

Изобретение относится к области проведения ремонтных работ на аварийных участках магистрального трубопровода, расположенного на слабонесущих грунтах, и может применяться для центрирования труб перед сваркой встречных концов трубопровода при замене дефектного участка трубы.

Изобретение относится к буроукладочному устройству для бестраншейной укладки трубопровода, имеющему буровую головку для отделения горной породы, причем буровая головка имеет присоединительный элемент для направляющей бурильной колонны, имеющему насос для всасывания и отгрузки отделенной буровой головкой буровой мелочи и присоединительный элемент за буровой головкой, в которой предусмотрен по меньшей мере один всасывающий элемент для приема и отгрузки отделенной горной породы, и имеющему соединительный участок, который имеет присоединительный элемент для трубопровода, и к способу бурения и укладки для бестраншейной укладки трубопровода, в котором вдоль заданной линии бурения изготавливают направляющий ствол скважины от начальной точки до целевой точки, причем направляющий ствол скважины образуется путем продвижения направляющей буровой головки с направляющей бурильной колонной, в котором после достижения целевой точки к концу направляющей бурильной колонны присоединяют буроукладочную головку, которую соединяют с трубопроводом и посредством которой буровую скважину расширяют и одновременно путем извлечения направляющей бурильной колонны из буровой скважины на одной стороне и/или путем введения трубопровода в буровую скважину укладывают трубопровод, причем отделенную буровой головкой буровую мелочь гидравлически захватывают за буровой головкой буроукладочного устройства и посредством насоса отгружают из буровой скважины.

Изобретение относится к области строительства, эксплуатации и ремонта трубопроводов, транспортирующих газ, нефть и другие продукты и может быть использовано при прокладке подземного трубопровода в болотистой местности на болотах I типа. Способ заключается в разработке узкой траншеи специальной грунторезной машиной в вертикальной плоскости до 2 м глубиной, и плужными устройствами в горизонтальной плоскости шириной до 0,5 м. Затем забалластированный трубопровод протаскивают в траншее с помощью тяговых средств и трубоукладчиков. Балластировка трубопровода предотвращает его всплытие. Трубопровод при протаскивании оснащен заглушкой и конусообразным устройством для раскрытия траншеи. При вспучивании грунта при протаскивании трубопровода предусмотрено рыхление грунта бульдозером или экскаватором. Технический результат состоит в снижении трудоемкости работ при прокладке трубопровода, повышении надежности его работы. 3 ил.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при сооружении иили реконструкции переходов магистральных трубопроводов через естественные и искусственные препятствия, построенные бестраншейными методами. В предложенном способе заполнение раствором межтрубного пространства осуществляют поэтапно. На каждом этапе раствор нагнетают в межтрубное пространство и после застывания раствора осуществляют подачу раствора последующего этапа. Заполнение межтрубного пространства осуществляют посредством двух нагнетательных трубопроводов, которые подают в межтрубное пространство с одного из концов тоннельного перехода на расстояние L. Для заполнения межтрубного пространства используют раствор, обладающий плотностью не менее 1100 кгм3, вязкостью по Маршу не более 80 с и временем схватывания не менее 98 ч. Технический результат: повышение качества заполнения межтрубного пространства пластичным материалом при организации тоннельных переходов магистрального трубопровода под естественными или искусственными препятствиями, преимущественно заполненных водой, за счет создания сплошного, без образования пустот, пластичного демпфера, предотвращающего повреждение трубопровода при возможных механических или сейсмических воздействиях. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

После бурения скважины в рыхлых песчаных грунтах наступает этап, направленный на укрепление труб обсадной колонны. Заодно следует защитить ствол от повреждения, агрессивного воздействия грунтовых вод, коррозии и прочих негативных явлений. Речь идёт о таком процессе, как цементирование скважин.

Выполнить работу по цементированию самостоятельно достаточно сложно, но возможно, при наличии знаний о технологиях проведения мероприятия. Мы расскажем вам о том, зачем нужно проводить цементирование и на что нужно обратить внимание при выполнении работ. Для наглядности, материал содержит тематические фото и видеоролики.

Цементирование скважины – процесс, который следует сразу после окончания . Процедура цементирования заключается в том, что в затрубное или межтрубное (в случае если обсадная труба помещена в свою очередь в полиэтиленовую более широкую трубу) вводится цементный раствор, который со временем затвердевает, образуя монолитный ствол скважины.

Цементный раствор в этом случае называется “тампонажный”, а сам процесс “тампонированием”. Сложный инженерный процесс, именуемый технологией цементирования скважин, требует определённых знаний и специального оборудования.

В большинстве случаев источники воды можно тампонировать своими руками, что обходится гораздо дешевле, чем привлечение специалистов.

Цементирование скважин – комплекс мероприятий, направленный на укрепление затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего бокового давления горных пород и воздействия грунтовых вод

Правильно произведённое тампонирование скважин на воду способствует:

обеспечению прочности конструкции скважины;
защите скважины от грунтовых и верховых вод;
укреплению обсадной трубы и защите её от коррозии;
повышению срока эксплуатации водоисточника;
устранению крупных пор, пустот, зазоров, через которые в водоносный горизонт могут попасть нежелательные частицы;
вытеснению бурового раствора цементным, если первый использовался при бурении.

От того, насколько грамотно осуществлено цементирование, будет зависеть качество добываемой воды и эксплуатационные характеристики скважины. Также цементирование производится для ликвидируемых скважин, которые больше не будут больше эксплуатироваться.

Галерея изображений

Изобретение относится к строительству трубопроводов. Способ предназначен для устранения температурных напряжений в трубопроводах типа «труба в трубе» в рабочем герметичном состоянии внутреннего трубопровода (при отсутствии избыточного давления в межтрубном пространстве) без установки специальных компенсаторов внутри. Способ заключается в размещении в межтрубном пространстве уплотнительных узлов, выполненных в виде плотно навитых друг к другу спиральных рукавов. Рукава выполняют из эластичного непроницаемого для воздуха материала, наматывают их с небольшим зазором по концам трубопровода типа «труба в трубе» на внутренний трубопровод в виде двух спиралей, каждая длиной не менее внутреннего диаметра трубопровода. Заводят спирали в межтрубное пространство, заполняют рукава воздухом, концы межтрубного пространства закрывают кольцевыми жестко связанными с наружным трубопроводом заглушками, обеспечивающими свободное перемещение наружного и внутреннего трубопроводов друг относительно друга при отсутствии избыточного давления в межтрубном пространстве. Технический результат изобретения - повышение надежности защиты окружающей среды. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к строительству трубопроводов, преимущественно подводных переходов, и предназначено для устранения температурных напряжений в трубопроводах типа «труба в трубе» в рабочем состоянии без установки внутри специальных компенсаторов и предотвращения попадания перекачиваемых по внутреннему трубопроводу жидких углеводородов в окружающую среду в случае нарушения герметичности внутреннего трубопровода.

Известно сооружение трубопроводов типа «труба в трубе», при котором межтрубное пространство герметизируют путем заполнения спиральных, неплотно навитых навстречу друг к другу по всей длине внутреннего трубопровода рукавов затвердевающим цементным раствором. Температурные напряжения во внутреннем трубопроводе гасят путем устройства специальных компенсаторов в виде спирально навитых навстречу друг к другу замкнутых металлических полостей (А.С. СССР № 1460512, кл. F16L 1/04, 1989).

Недостатком герметизации межтрубного пространства в этом случае является обязательная установка компенсаторов температурных напряжений внутри трубопровода типа «труба в трубе», что существенно усложняет и удорожает всю известную конструкцию трубопровода типа «труба в трубе».

Ближайшим по существу техническим решением является герметизация полости трубопроводов, при которой уплотнители выполняют в виде плотно навитых по спирали рукавов, заполняют рукава несжимаемыми наполнителями (патент РФ, № 2025634, Кл. F16L 55/12, 1994).

В этом случае не обеспечивается полная герметизация пространства при достаточно большом избыточном давлении перед уплотнителем. Такое давление может быть перед рукавным уплотнителем, если его установить в межтрубном пространстве. При повреждении (нарушении герметичности) внутреннего трубопровода системы «труба в трубе» загрязняющая жидкость может просочиться по спиральным зазорам между плотно навитыми недеформируемыми под давлением круглыми в поперечном сечении рукавами с несжимаемым наполнителем и попасть в окружающую среду. Такая герметизация полости трубопровода имеет ограниченную область применения и может быть использована только при давлении перед рукавным уплотнителем близком к атмосферному, т.е. только при проведении ремонтных работ по устранению (вырезке) поврежденных участков обычных (не «труба в трубе») трубопроводов.

Цель изобретения - надежная защита окружающей среды от разливов жидких углеводородов при нарушении герметичности внутреннего трубопровода системы «труба в трубе» и обеспечение компенсации температурных напряжений во внутреннем трубопроводе в рабочем состоянии (без нарушения его герметичности) за счет свободного осевого перемещения внутреннего трубопровода относительно наружного в исправном состоянии системы «труба в трубе».

Надежная защита окружающей среды достигается за счет того, что герметизацию межтрубного пространства выполняют путем установки в межтрубное пространство плотно навитых в виде спирали рукавов из эластичного непроницаемого для воздуха материала, которые заполняют сжимаемым наполнителем (воздухом). При нарушении герметичности внутреннего трубопровода избыточное давление в межтрубном пространстве повышается, сдавливает и плотно прижимает спирально навитые рукава с воздухом к стенкам наружного и внутреннего трубопроводов, обеспечивая, таким образом, полную герметичность межтрубного пространства.

Обеспечение компенсации температурных напряжений внутреннего трубопровода в рабочем состоянии (при отсутствии избыточного давления в межтрубном пространстве) достигается за счет того, что воздух в спирально навитые рукава подают под низким давлением, близким к атмосферному, при котором практически отсутствуют силы трения между рукавами и стенками внутреннего трубопровода, препятствующие относительному продольному перемещению наружного и внутреннего трубопроводов в исправном состоянии.

Способ реализуется следующим образом. Рукава выполняют из эластичного непроницаемого для воздуха материала, наматывают их с небольшим зазором по концам трубопровода «труба в трубе» на внутренний трубопровод в виде двух спиралей каждая длиной не менее внутреннего диаметра трубопровода, заводят спирали в межтрубное пространство, заполняют рукава воздухом, концы межтрубного пространства закрывают кольцевыми жестко связанными с наружным трубопроводом заглушкам, обеспечивающими свободное перемещение наружного и внутреннего трубопроводов друг относительно друга при отсутствии избыточного давления в межтрубном пространстве. Для исключения температурных напряжений в трубопроводе типа «труба в трубе» непроницаемые рукава, намотанные в виде плотной спирали на внутренний трубопровод, заполняют воздухом при давлении, обеспечивающем свободное перемещение трубопроводов друг относительно друга при отсутствии избыточного давления в межтрубном пространстве.

Для исключения самопроизвольного разматывания спиралей при заведении их в межтрубное пространство концы спиралей соединяют гибкой связью или ограничивают их концы кольцевыми втулками.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ герметизации межтрубного пространства трубопроводов типа «труба в трубе», включающий размещение в трубопроводах уплотнительных узлов, выполненных в виде плотно навитых друг к другу спиральных рукавов с наполнителями, отличающийся тем, что рукава выполняют из эластичного непроницаемого для воздуха материала, наматывают их с небольшим зазором по концам трубопровода типа «труба в трубе» на внутренний трубопровод в виде двух спиралей каждая длиной не менее внутреннего диаметра трубопровода, заводят спирали в межтрубное пространство, заполняют рукава воздухом, концы межтрубного пространства закрывают кольцевыми жестко связанными с наружным трубопроводом заглушками, обеспечивающими свободное перемещение наружного и внутреннего трубопроводов относительно друг друга при отсутствии избыточного давления в межтрубном пространстве.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для исключения температурных напряжений в трубопроводе типа «труба в трубе» непроницаемые рукава, намотанные в виде плотных спиралей на внутренний трубопровод, заполняют воздухом при давлении, обеспечивающем свободное перемещение трубопроводов относительно друг друга при отсутствии избыточного давления в межтрубном пространстве.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для исключения самопроизвольного разматывания спиралей при заведении их в межтрубное пространство концы спиралей соединяют гибкой связью или ограничивают их концы кольцевыми втулками.

Транспортное средство для доставки навивочной машины и принадлежностей

Навивочная машина (транспортировка грузовым автомобилем)

Гидравлический агрегат для навивочной машины (транспортировка грузовым автомобилем)

Генератор (транспортировка грузовым автомобилем)

Колесный вилочный погрузчик

Инструмент:

Болгарка

Стамеска, долото, зубило

Забутовочный материал (фирменный продукт Blitzd?mmer®)

Разжижитель (элюент) и порообразующая добавка

2. Подготовка стройплощадки

Подготовка строительной площадки подразумевает под собой меры по обеспечению безопасности дорожного движения, обеспечение площадок для станков и склада для оборудования и материалов, а также подвод водоснабжения и электроэнергии.

Регулировка потока

В ходе процесса навивки в зависимости от конкретной ситуации можно отказаться от принятия мер безопасности в случае заполнения санируемого коллектора водой до 40%.

Небольшой поток может быть использован в последующем для лучшего движения трубы в процессе навивки и для фиксации трубы во время забутовки.

Очистка коллектора

Очистка коллектора при использовании метода навивки осуществляется, как правило, посредством промывки под высоким давлением.

К подготовительным работам для релайнинга относится также устранение препятствий, таких как отвердевших отложений, врезок других коммуникаций, песка и т.д. Их устранение осуществляется при необходимости вручную при помощи фрезы, кувалды и зубила.

Врезки других коммуникаций

Ветки каналов, впадающие в коллектор, подлежащий санации, необходимо заглушить перед началом работ по восстановлению.

Контроль качества и количества материалов и оборудования

При доставке на стройплощадку необходимых материалов и оборудования осуществляется проверка их комплектности и качества. При этом, например, профиль проверяется на соответствие данным согласно сертификату качества для своей маркировки, достаточную длину, а также возможные повреждения, возникшие в результате транспортировки; фирменный забутовочный материал Blitzd?mmer® в свою очередь проверяется на достаточное количество и надлежащие условия хранения.

Перед монтажом навивочной машины может потребоваться частичное или полное удаление основания камеры, чтобы обеспечить соосность между машиной и санируемым коллектором. Удаление осуществляется, как правило, вскрытием основания камеры при помощи перфоратора или вручную с помощью кувалды и зубила.

Навивка трубы может осуществляться как по течению потока, так и против течения в зависимости от размеров камеры колодца и возможностей доступа к ней.

В нашем случае навивка трубы осуществляется против течения, так как камера колодца в низшей точке имеет большие размеры, что значительно облегчает процесс монтажа навивочной машины.

3. Монтаж навивочной машины

Доставка навивочной машины

Использованная в нашем примере навивочная машина с гидроприводом предназначена для футеровки трубопроводов с диаметром от 500 DN до 1500. В зависимости от диаметра трубопровода, в который навивается новая труба, используются навивочные коробы различного диаметра.

Вначале навивочная машина, разобранная на составные компоненты, доставляется к стартовому колодцу. Она состоит из лентопротяжного механизма и навивочного короба.

Опускание частей машины в шахту и монтаж навивочной машины

Составные части навивочного короба опускаются вручную в стартовую шахту и там монтируются.

Для диаметров до 400 DN машина может опускаться в шахту в собранном виде.

Перед опусканием лентопротяжного механизма с гидроприводом в стартовую шахту необходимо снять транспортировочные лапы лентопротяжного механизма.

Лентопротяжный механизм с гидроприводом монтируется на навивочный короб непосредственно в стартовой шахте. При этом приемная часть навивочной машины должна находиться ниже уровня горловины колодца для обеспечения беспрепятственной подачи профиля в лентопротяжный механизм.

Монтажные работы завершаются подключением гидропривода навивочной машины к гидравлическому агрегату, расположенному возле стартовой шахты.

Затем необходимо проверить соосность навивочной машины и санируемого коллектора, в противном случае в процессе навивки навиваемая труба может застопориться о стенки коллектора или испытывать сильное сопротивление с их стороны, что может негативно сказаться на длине санируемого участка.

4. Подготовка профиля

Разматывание и нарезка профиля

Для того чтобы первый виток навиваемой трубы находился под правильным углом к оси трубы, необходимо нарезать профиль при помощи «болгарки» в соответствии с диаметром трубы. Для этого необходимо размотать часть профиля с катушки, расположенной на станине.

Подача профиля

Нарезанный профиль подается при помощи направляющего ролика, закрепленного на стреле манипулятора или другом приспособлении, в стартовую шахту.

Первый виток

Профиль подается в лентопротяжный механизм, проходит по внутренней стороне навивочного короба (следить за тем, чтобы профиль попадал в пазы на роликах; при необходимости поправить профиль вручную) и затем соединяется между собой при помощи так называемого замка-защелки (потери в диаметре за счет толщины профиля около 1-2 см).

Профиль в наличии

Диапазон диаметров от DN 200 до DN 1500.

5. Процесс навивки

Небольшой поток приподымает навиваемую трубу и уменьшает трение о нижнюю часть санируемого коллектора.

Профиль, образующий трубу, поступательно подается из навивочного короба вращательными движениями в направлении санируемого коллектора. При этом необходимо следить за тем, чтобы навиваемая труба не подвергалась сильному трению о стенки старого канала и не цеплялась за стыки, врезки и т.д.

Подача клея.

Долгосрочная водонепроницаемость навиваемой трубы достигается за счет подачи специального ПВХ-клея в замки-защелки отдельных витков профиля.

Технологии защелкивания замков.

Клей подается в паз на одной стороне профиля, после чего сразу же происходит защелкивание замка с другой стороны профиля и таким образом возникает надежное сцепление обеих частей замка-защелки. Данный вид соединения получил также название метода «холодной сварки».

6. Забутовка/Перекрытие межтрубного пространства раствором

Демонтаж машины и подгонка трубы.

Согласно метражу, нанесенному на обратной стороне профиля, можно рассчитать длину навитой трубы. После навивки трубы необходимой длины следует проверить, совпадает ли расстояние от конца трубы до приемного колодца с длиной трубы, выступающей из стартового колодца.

Если они совпадают, то навитая труба обрезается в стартовом колодце при помощи «болгарки».

Навитая труба, поддерживаемая потоком в коллекторе, легко задвигается двумя рабочими из стартового колодца в сторону приемного колодца, так что края трубы точно совпадают с краями обоих колодцев.

Данные действия позволяют сэкономить материал, так длина навитой трубы точно соответствует длине санируемого коллектора с учетом части трубы, выступающей в стартовый колодец и задвигаемой позже в коллектор.

Затем навивочная машина вновь демонтируется на отдельные части и извлекается из стартового колодца.

Перекрытие межтрубного пространства

Перекрытие межтрубного пространства между старой трубой и навитой трубой достигается при помощи внутренней цементировки сульфатсодержащим цементным раствором пространства около 20 см от края колодца. В зависимости от уровня подземных вод и диаметра трубы может возникнуть необходимость в б?льшем количестве патрубков для залива раствора и выпуска воздуха.

Перекрытие межтрубного пространства в высшей точке.

Вначале производится перекрытие межтрубного пространства в высшей точке (в данном случае – это приемный колодец). После заглушки межтрубного пространства и вставки патрубков для выпуска воздуха в основание и вершину цементного перекрытия сточный поток временно блокируется (регулировка потока), таким образом, работы в камере колодца могут проводиться без влияния со стороны сточных вод. Сточная вода, которая еще находится в межтрубном пространстве, стекает в направлении низшей точки, таким образом, межтрубное пространство опорожняется и готово к заливке цементным раствором. После завершения работ по перекрытию межтрубного пространства сточная вода пускается по навитой трубе санируемого коллектора.

Поднятие уровня воды в навитой трубе.

В ходе данного процесса также осуществляется регулировка сточного потока, в ходе которого навитая труба закрывается посредством, так называемого пузыря со сквозной профилированной трубой и трубой для регулировки уровня воды в навитой трубе. Таким образом, осуществляется поднятие уровня воды в навитой трубе и фиксация трубы на подошве старого канала в ходе процесса двухфазного заполнения межтрубного пространства. Тем самым гарантируется сохранение угла наклона и исключается возможность перегиба.

Перекрытие межтрубного пространства в низшей точке

Затем осуществляется перекрытие межтрубного пространства в низшей точке (в нашем случае это стартовый колодец).

По необходимости в свод перекрытия монтируются трубы для залива раствора, а патрубки для отвода воздуха в свод и подошву перекрытия. Труба, интегрированная в пузырь, имеет профильное наружное покрытие и не обеспечивает полную герметичность, что позволяет вытекать определенному количеству сточной воды. При помощи трубы для определения уровня воды всегда можно контролировать уровень сточных вод в навитой трубе.
Первый этап забутовки.

В нашем случае забутовка межтрубного пространства осуществляется из низшей точки в два этапа. Для этого у края колодца устанавливается резервуар для замеса забутовочного материала, к которому подсоединяется шланг для подачи раствора. Замешивание фирменного забутовочного материала марки Blitzd?mmer осуществляется согласно рекомендациям производителя в специальных резервуарах различных объемов.

Далее открывается вентиль резервуара-миксера, и раствор Blitzd?mmer без оказания внешнего давления свободно вливается в межтрубное пространство между старым каналом и новой навитой трубой. Сточная вода, заполнившая навитую трубу, препятствует ее всплытию.

Процесс замешивания и подачи раствора продолжается до тех пор, пока раствор не начнет вытекать из патрубка для отвода воздуха, вмонтированного в подошву перекрытия в низшей точке.

Сравнивая количество использованного забутовочного раствора с расчетным количеством, можно проверить, остается ли раствор в межтрубном пространстве или же уходит в грунт через свищи в старом канале. Если израсходованное количество раствора совпадает с расчетным, процесс забутовки продолжается, пока раствор не начнет вытекать из патрубка для отвода воздуха, вмонтированного в свод перекрытия в низшей точке. Первый этап забутовки считается завершенным.

Второй этап забутовки.

Затвердевание забутовочного материала длится 4 часа, при этом происходит незначительная осадка раствора в межтрубном пространстве. После затвердевания раствора начинается замешивание забутовочного материала Blitzd?mmer для второй фазы забутовки. Процесс заполнения межтрубного пространства можно считать завершенным, когда раствор начинает вытекать из патрубка отвода воздуха, вмонтированного в свод перекрытия в высшей точке.

Для контроля качества берется проба забутовочного раствора, вытекающего из патрубка для отвода воздуха в приемном колодце.

Затем осуществляется демонтаж патрубков для залива раствора и отводящих воздух патрубков в стартовом и приемном колодцах. Сквозные отверстия в перекрытиях цементируются.

7. Заключительные работы

Восстановление подошвы.

Частично взломанная подошва камеры колодца восстанавливается.

Работы по интеграции врезок в новый канал осуществляются роботом.

Контроль качества

Для контроля качества работ по восстановлению трубопровода проводится инспекция самого трубопровода, а также испытание на герметичность согласно DIN EN 1610.

480 руб. | 150 грн. | 7,5 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

240 руб. | 75 грн. | 3,75 долл. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Борцов Александр Константинович. Технология строительства и методы расчета напряженного состояния подводных трубопроводов "труба в трубе" : ил РГБ ОД 61:85-5/1785

Введение

1. Конструкция подводного трубопровода "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным це ментным камнем 7

1.1. Двухтрубные конструкции трубопроводов 7

1.2. Технико-экономическая оценка подводного перехода трубопровода "труба в труба" 17

1.3. Анализ выполненных работ и постановка задач исследований 22

2. Технология цементирования межтрубного простран ства трубопроводов "труба в трубе" 25

2.1. Материалы для цементирования межтрубного пространства 25

2.2. Выбор рецептуры цементного раствора 26

2.3. Оборудование для цементирования 29

2.4. Заполнение межтрубного пространства 30

2.5. Расчет цементирования 32

2.6. Экспериментальная проверка технологии цементирования 36

2.6.1. монтаж и испытание двухтрубной коне трущий 36

2.6.2. Цементирование межтрубного пространства 40

2.6.3. Испытания трубопровода на прочность 45

3. Напряженно-деформированное состояние трехслойных труб при действии внутреннего давления 50

3.1. Прочностные и деформационные свойства цементного камня 50

3.2. Напряжения в трехслойных трубах при восприятии цементным камнем тангенциальных растягивающих усилий 51

4. Экспериментальные исследования напряясенно-дефор-мированного состояния трехслойных труб 66

4.1. Методика проведения экспериментальных исследований 66

4.2. Технология изготовления моделей 68

4.3. Стенд для проведения испытаний 71

4.4. Методика измерения деформаций и проведения испытаний 75

4.5. Влияние избыточного давления цементирования мек-трубного пространства на перераспределение напряжений 79

4.6. Проверка адекватности теоретических зависимостей 85

4.6.1. Методика планирования эксперимента 85

4.6.2. Статистическая обработка результатов испытаний! . 87

4.7. Испытание натурных трехслойных труб 93

5. Теоретические и экспериментальные исследования изгибной жесткости трубопроводов "труба в трубе" 100

5.1. Расчет изгибной жесткости трубопроводов 100

5.2. Экспериментальные исследования изгибной жесткости 108

Выводы 113

Общие выводы 114

Литература 116

Приложения 126

Введение к работе

В соответствии с решениями ХХУІ съезда КПСС в текущей пятилетке повышенными темпами развиваются нефтедобывающая и газовая отрасли промышленности, особенно в районах Западной Сибири, в Казахской ССР и на севере европейской части страны.

К концу пятилетки добыча нефти и газа составит соответственно 620-645 млн.тонн и 600-640 млрд.куб. метров.

Для их транспортирования необходимо осуществить сооружение мощных магистральных трубопроводов с высокой степенью автоматизации и эксплуатационной надежности.

Одной из главных задач в ХП пятилетке будет являться дальнейшее ускоренное обустройство нефтяных и газовых месторождений, сооружение новых и наращивание мощностей действующих газонефте-транспортных систем, идущих из районов Западной Сибири к основным местам потребления нефти и газа - в Центральные и Западные районы страны. Трубопроводы значительной протяженности на своем пути будут пересекать большое число различных водных преград. Переходы через водные преграды являются наиболее сложными и ответственными участками линейной части магистральных трубопроводов, от которых зависит надежность их работы. При отказе подводных переходов наносится огромный материальный ущерб, который определяется как сумма ущерба потребителя, транспортного предприятия и от загрязнения окружающей среды.

Ремонт и восстановление подводных переходов являются сложной задачей, требующей значительных сил и средств. Иногда затраты на ремонт перехода превышают затраты на его строительство.

Поэтому обеспечению высокой надежности переходов уделяется большое внимание. Они должны работать без отказов и ремонтов в течение всего расчетного срока работы трубопроводов.

Б настоящее время для повышения надежности переходы магистральных трубопроводов через водные преграды сооружают в двухни-точном исполнении, т.е. параллельно основной нитке на расстоянии до 50 м от нее прокладывают дополнительную - резервную. Такое резервирование требует удвоенных капиталовложенші, но как показывает опыт эксплуатации, не всегда обеспечивает необходимую эксплуатационную надежность.

В последнее время разработаны новые конструктивные схемы, обеспечивающие повышенную надежность и прочность одно-ниточных переходов.

Одним из таких решений является конструкция подводного перехода трубопровода "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем. В СССР уже сооружен ряд переходов по конструктивной схеме "труба в трубе". Успешный опыт проектирования и строительства таких переходов свидетельствует о том, что тлеющиеся теоретические и конструктивные решения по технологии монтажа и укладки, контролю качества сварных соединений, испытанию двухтрубных трубопроводов являются достаточно разработанными. Но, так как межтрубное пространство построенных переходов было заполнено жидкостью или газом, то вопросы, связанные с особенностями строительства подводных переходов трубопроводов "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем, по существу являются новыми и малоизученными.

Поэтому целью данной работы является научное обоснование и разработка технологии строительства подводных трубопроводов "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем.

Для осуществленияэтой цели была выполнена большая программа

теоретических и экспериментальных исследований. Показана возможность использования для заполнения межтрубного пространства под-

водных трубопроводов "труба в трубе" материалов, оборудования и технологических приемов, применяемых при цементировании скважин. Построен экспериментальный участок трубопровода такого типа. Выведены формулы для расчета напряжений в трехслойных трубах при действии внутреннего давления. Проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния трехслойных труб для магистральных трубопроводов. Выведена формула для расчета изгибной жесткости трехслойных труб. Экспериментально определена изгибная жесткость трубопровода "труба в трубе".

На основании выполненных исследований разработаны "Временная инструкция по проектированию и технологии строительства опытно-промышленных подводных переходов газопроводов на давление 10 и более МПа типа "труба в трубе" с цементированием межтрубного пространства" и "Инструкция по проектированию и строительству морских подводных трубопроводов по конструктивной схеме "труба в трубе" с цементированием межтрубного пространства", утвержденные Мингазпромом в 1982 г. и 1984 г.

Результаты диссертации практически использованы при проектировании подводного перехода газопровода Уренгой - Ужгород через р«Правая Хетта, проектировании и строительстве участков нефте-продуктопроводов Драгобыч - Стрый и Кременчуг - Лубны - Киев, участков морских трубопроводов Стрелка 5 - Берег и Голицыно -Берег.

Автор благодарит начальника Московской станции подземного хранения газа производственного объединения "Мострансгаз" О.М, Корабельникова, заведующего лабораторией прочности газопроводных труб ВНИИГАЗа, канд. техн. наук Н.И. Аненкова, начальника отряда крепления скважин Подмосковной экспедиции глубокого бурения О.Г. Дрогалина за помощь в организации и проведении экспериментальных исследований.

Технико-экономическая оценка подводного перехода трубопровода "труба в труба"

Перехода трубопровода "труба в трубе"Переходы магистральных трубопроводов через водные преграды относятся к наиболее ответственным и сложным участкам трассы. Отказы таких переходов могут вызвать резкое снижение производительности или полную остановку перекачки транспортируемого продукта. Ремонт и восстановление подводных трубопроводов являются сложными и дорогостоящими. Часто затраты на ремонт перехода соизмеримы с затратами на строительство нового перехода.

Подводные переходы магистральных трубопроводов согласно требованиям СНиП 11-45-75 [ 70 ] прокладывают в две нитки на расстоянии не менее 50 м одна от другой. При таком резервировании увеличивается вероятность безотказной работы перехода как транспортной системы в целом. Затраты на строительство резервной нитки, как правило, соответствуют затратам на строительство основной или даже превышают их. Поэтому можно считать, что повышение надежности за счет резервирования требует удвоения капиталовложений. Между тем, опыт эксплуатации показывает, что такой способ увеличения эксплуатационной надежности не всегда дает положительные результаты.

Результаты изучения деформаций русловых процессов показали, что зоны деформаций русел значительно превышают расстояния между прокладываемыми нитками переходов. Поэтому размыв основной и резервной ниток происходит практически одновременно. Следовательно, повышение надежности подводных переходов должно вестись в направлении тщательного учета гидрологии водоема и разработки конструкций переходов, обладающих повышенной надежностью , в которой за.отказ подводного перехода принимали событие, приводящее к нарушению герметичности трубопровода. При анализе рассматривали следующие конструктивные решения: двухниточная однотрубная конструкция -нитки трубопроводов проложены параллельно на расстоянии 20-50 м одна от другой; подводный трубопровод со сплошным бетонным покрытием; конструкция трубопровода "труба в трубе" без заполнения межтрубного пространства и с заполнением цементным камнем; переход, сооружаемый методом наклонного бурения.

Из графиков, приведенных на рис. 1.10, следует, что наибольшая ожидаемая вероятность безотказной работы у подводного перехода трубопровода "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем, за исключением перехода, построенного методом наклонного бурения.

В настоящее время проводятся экспериментальные исследования этого метода и разработка его основных технологических решений. В связи со сложностью создания буровых установок для наклонного бурения трудно ожидать в ближайшее время широкого внедрения в практику трубопроводного строительства этого способа. Кроме того, данный метод может применяться при строительстве переходов лишь небольшой протяженности.

Для сооружения переходов по конструктивной схеме "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем, не требуется разработки новых машин и механизмов. При монтаже и укладке двухтрубных трубопроводов применяются такие же машины и механизмы, как и при строительстве однотрубных, а для приготов ления цементного раствора и заполнения шл межтрубного пространства используется цементировочное оборудование» применяемое для крепления нефтяных и газовых скважин, В настоящее время в системе Шнгазпрома и Миннефтепрома эксплуатируются несколько тысяч цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.

Основные технико-экономические показатели подводных переходов трубопроводов различных конструкции приведены в табл, 1,1, Расчеты выполнены для подводного перехода опытного участка газопровода на давление 10 МПа без учета стоимости запорной арматуры. Длина перехода 370 м, расстояние между параллельными нитками 50 м. Трубы изготовлены из стали Х70 с пределом текучести (эт - 470 МПа и пределом прочности Є6р = 600 МПа. Толщина стенок труб и необходимая дополнительная балластировка для вариантов I, П и Ш рассчитаны по СНиП 11-45-75 [ 70 ] . Толщина стенки кожуха в варианте Ш определена для трубопровода третьей категории. Кольцевые напряжения в стенках труб от рабочего давления для указанных вариантов рассчитаны по формуле для тонкостенных труб.

В конструкции трубопровода "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем, толщина стенки внутренней трубы определена по методике, приведенной в работе [э] , толщина наружной стенки принята 0,75 толщины внутренней. Кольцевые напряжения в трубах рассчитаны по формулам 3.21 данной работы, физико-механические характеристики цементного камня и металла труб приняты такими же, как при расчете табл. 3.1.За эталон сравнения (100$) принята наиболее распространенная двухниточная однотрубная конструкция перехода с балластировкой чугунными грузами. Как видно из табл. І.І, металлоемкость конструкции трубопровода "труба в трубе" с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем, по стали и чугуну более чем в 4 ра

Оборудование для цементирования

Специфические особенности производства работ по цементированию межтрубного пространства трубопроводов "труба в трубе" обусловливают требования к цементировочному оборудованию. Строительство переходов магистральных трубопроводов через водные преграды осуществляется в различных районах страны, в том числе отдаленных и труднодоступных. Расстояния между участками строительства достигают сотен километров, часто при отсутствии надежных транспортных коммуникаций. Поэтому оборудование для цементирования должно обладать большой мобильностью и быть удобным для транспортирования на большие расстояния в условиях бездорожья.

Количество цементного раствора, необходимого для заполнения межтрубного пространства,может достигать сотен кубических метров, а давление при закачке раствора - нескольких мегапаскалей. Следовательно, цементировочное оборудование должно обладать высокой производительностью и мощностью, чтобы обеспечить приготовление и закачку в межтрубное пространство требуемого количества раствора за время, не превышающее времени его загустевания. При этом оборудование должно быть надежным в эксплуатации и обладать достаточно высокой экономичностью.

Наиболее полно указанным условиям удовлетворяет комплекс оборудования, предназначенный для цементирования скважин [ 72 ] . В состав комплекса входят: цементировочные агрегаты, цементосме-сительные машины, автоцементовозы и автоцистерны, станция контроля и управления процессом цементирования, а также вспомогательное оборудование и склады.

Для приготовления раствора используют смесительные машины. Основными узлами такой машины являются бункер, два горизонтальных разгрузочных шнека и один наклонный погрузочный шнек и сме сительное устройство вакуушо-гидравлического типа. Бункер, как правило, устанавливают на шасси автомобиля повышенной проходимости. Шнеки приводятся в действие от тягового двигателя автомобиля.

Закачку раствора в межтрубное пространство осуществляют цементировочным агрегатом, монтируемым на. шасси мощного грузового автомобиля. Агрегат состоит из цементировочного насоса высокого давления для закачки раствора, насоса для подачи воды и двигателя к нему, мерных баков, манифольда насоса и разборного металлического трзгбопровода.

Контроль процесса цементирования осуществляется при помощи станции СКЦ-2м, которая позволяет контролировать давление, расход, объем и плотность закачиваемого раствора.

При небольших объемах межтрубного пространства (до нескольких десятков кубических метров) для цементирования также можно использовать растворонасосы и растворосмесители, применяемые для приготовления и перекачки строительных растворов.

Цементирование межтрубного пространства подводных трубопроводов "труба в трубе" может проводиться как после их укладки в подводную траншею, так и до укладки - на берегу. Выбор места проведения цементирования зависит от конкретных топографических условий строительства, длины и диаметра перехода, а также наличия специальной техники для цементирования и укладки трубопровода. Но предпочтительно цементирование трубопроводов, уложенных в подводную траншею.

Цементирование межтрубного пространства трубопроводов, проходящих в пойменной части (на берегу), проводят после укладки их в траншею, но до засыпки грунтом» При необходимости обеспечения дополнительной балластировки межтрубное пространство перед цементированием может быть заполнено водой. Подачу раствора в меж-трубное пространство начинают с нижней точки участка трубопровода. Выход воздуха или воды осуществляется по специальным патрубкам с задвижками, установленными на наружном трубопроводе в его верхних точках.

После полного заполнения межтрубного пространства и начала выхода раствора снижают скорость его подачи и продолжают закачку до тех пор, пока из выходных патрубков начнет выходить раствор с плотностью, равной плотности закачиваемого» Затем перекрывают задвижки на выходных патрубках и в межтрубном пространстве создают избыточное давление. Предварительно во внутреннем трубопроводе создают противодавление, предотвращающее потерю устойчивости его стенок. По достижении в межтрубном пространстве необходимого избыточного давления закрывают задвижку на входном патрубке. Герметичность межтрубного пространства и давление во внутреннем трубопроводе сохраняют в течение времени, необходимого для затвердевания цементного раствора.

При заполнении могут применяться следующие способы цементирования межтрубного пространства трубопроводов "труба в трубе":прямое;с помощью специальных цементировочных трубопроводов;секционное.заключается в том, что в межтрубное пространство трубопровода подают цементный раствор, который вытесняет находящийся в нем воздух или воду. Подача раствора и выход воздуха или воды осуществляются по патрубкам с задвижками, монтируемыми на наруж ном трубопроводе. Заполнение всего участка трубопровода производится за один прием.

Цементирование с помощью специальных цементировочных трубопроводов При этом способе в межтрубное пространство устанавливают трубопроводы малого диаметра, через которые в него подают цементный раствор. Цементирование проводится после укладки двухтрубного трубопровода в подводную траншею. Цементный раствор подают по цементировочным трубопроводам в нижнюю точку уложенного трубопровода. Такой способ цементирования позволяет обеспечить наиболее качественное заполнение межтрубного пространства уложенного в подводную траншею трубопровода.

Секционное цементирование может быть применено в случае недостатка цементировочной техники или больших гидравлических сопротивлений при закачке раствора, не позволяющих провести цементирование всего участка трубопровода за один прием. При этом цементирование межтрубного пространства осуществляют отдельными секциями. Длина секций цементирования зависит от технических характеристик цементировочного оборудования. Для каждой секции трубопровода устанавливают отдельные группы патрубков для закачки цементного раствора и выхода воздуха или воды.

Для заполнения межтрубного пространства трубопроводов "труба в трубе" цементным раствором необходимо знать количество материалов и оборудования, требуемых для цементирования, а также время его проведения.Объем цементного раствора, требуемого для заполнения меж

Напряжения в трехслойных трубах при восприятии цементным камнем тангенциальных растягивающих усилий

Напряженное состояние трехслойной трубы с межтрубным пространством, заполненным цементным камнем (бетоном), при действии внутреннего давления рассматривали в своих работах П.П.Бородав-кин[ 9 ] , А.И.Алексеев [ 5 ] , Р.А.Абдуллин при выводе формул авторы принимали гипотезу о том, что кольцо из цементного камня воспринимает растягивающие тангенциальные усилия и его растрескивания при нагру-жении не происходит. Цементный камень рассматривали как изотропный материал, имеющий одинаковые модули упругости при растяжешш и сжатии, и, соответственно, напряжения в кольце из цементного камня определяли по формулам Ламе.

Анализ прочностных и деформационных свойств цементного камня показал, что его модули на растяжение и сжатие не равны, а предел прочности на растяжение значительно меньше предела прочности на сжатие.

Поэтому в диссертационной работе дана математическая постановка задачи для трехслойной трубы с межтрубным пространством, заполненным разномодульным материалом, и проведен анализ напряженного состояния в трехслойных трубах магистральных трубопроводов при действии внутреннего давления.

При определении напряжений в трехслойной трубе от действия внутреннего давления рассматриваем кольцо единичной длины, выре занное из трехслойной трубы. Напряженное состояние в нем соответствует напряженному состоянию в трубе, когда (Эн = 0. Касательные напряжения между поверхностями цементного камня и труб принимаем равным нулю, т.к. силы сцепления между ними незначительны. Внутреннюю и наружную трубы рассматриваем как тонкостенные. Кольцо из цементного камня в межтрубном пространстве считаем толстостенным, изготовленным из разномодульного материала.

Пусть трехслойная труба находится под действием внутреннего давления PQ (рис. 3.1), тогда на внутреннюю трубу действуют внутреннее давление Р и наружное Р-г, вызванное реащиями наружной трубы и цементного камня на перемещение внутренней.

На наружную трубу действует внутреннее давление Pg, вызванное деформацией цементного камня. Кольцо из цементного камня находится под действием внутреннего Р-г и наружного 2 Давлений.

Тангенциальные напряжения во внутренней и наружной трубах при действии давлений PQ, Pj и Pg определяем:где Ri, &і, л 2 , 6Z - радиусы и толщины стенок внутренней и наружной труб. Тангенциальные и радиальные напряжения в кольце из цементного камня определяем по формулам, полученным для решения осесим-метричной задачи полого цилиндра, изготовленного из разномодульного материала, находящегося под действием внутреннего и наружного давлений [" 6 ] : цементного камня при растяжении и сжатии. В приведенных формулах (3.1) и (3.2) неизвестны величины давлении Pj и Р2. Находим их из условий равенства радиальных перемещений поверхностей сопряжений цементного камня с поверхностями внутренней и наружной труб.Зависимость относительных тангенциальных деформаций от радиальных перемещений (и) имеет вид [ 53 ]Зависимость относительных деформаций от напряжений для труб Г 53 ] определяем по формуле

Стенд для проведения испытаний

Центровку труб (рис. 4.2) внутренней I и наружной 2 и герметизацию межтрубного пространства выполняли при помощи двух центровочных колец 3, вваренных между трубами. В наружную трубу вва-. ривали два штуцера 9 - один для закачки цементного раствора в межтрубное пространство, другой - для выхода воздуха.

Межтрубное пространство моделей объемом 2Г= 18,7 л. заполняли раствором,приготовленным из тампонажного портландцемента для "холодных" скважин Здолбуновского завода, с водоцементным отношением В/Ц = 0,40, плотностью р = 1,93 т/м3, растекаемостью по конусу АзНИИ at = 16,5 см, началом схватывания t = 6 ч. 10 глин, концом схватывания t „_ = 8 ч. 50 мин», пределом прочности двух-суточных образцов цементного камня на изгиб & шт = 3,1 Ша. Данные характеристики определяли по методике стандартных испытаний тампонажного портландцемента для "холодных" скважин (_31j .

Пределы прочности образцов цементного камня на сжатие и растяжение к началу испытаний (через 30 суток после заполнения меж-трубного пространства цементным раствором) б =38,5 МПа, б ц = 2,85 Ша, модуль упругости при сжатии ЕН = 0,137 ТО5 Ша, коэффициент Пуассона ft = 0,28. Испытание цементного камня на сжатие проводили на образцах кубической формы с ребрами 2 см; на растяжения - на образцах в виде восьмерок, площадью поперечного сечения в сужении 5 см [ 31 ] . Для каждого испытания изготовляли по 5 образцов. Образцы твердели в камере со 100%-ной относительной влажностью воздуха. Для определения модуля упругости цементного камня и коэффициента Пуассона использовали методику, предложенную просо. К.В.Руппенейтом [_ 59 J . Испытания проводили на цилиндрических образцах диаметром 90 мм и длиной 135 мм.

Раствор в межтрубное пространство моделей подавали с помощью специально сконструированной и изготовленной установки, схема которой приведена на рис. 4.3.

В емкость 8 при снятой крышке 7 заливали цементный раствор, затем крышку устанавливали на место и раствор сжатым воздухом вытесняли в межтрубное пространство модели II.

После полного заполнения межтрубного пространства вентиль 13 на выходном патрубке образца перекрывали и в межтрубном пространстве создавали избыточное давление цементирования, контроль за которым осуществляли манометром 12. По достижении расчетного давления перекрывали вентиль 10 на входном патрубке, затем сбрасывали избыточное давление и модель отсоединяли от установки. Во время твердения раствора модель находилась в вертикальном положении.

Гидравлические испытания моделей трехслойных труб проводили на стенде, сконструированном и изготовленном на кафедре технологии металлов МИНХ и ГП им. И.М.іубкина. Схема стенда приведена на рис. 4,4, общий вид - на рис. 4.5.

Модель трубы II помещали в испытательную камеру 7 через боковую крышку 10. Установленную с небольшим наклоном модель заполняли маслом из емкости 13 центробежным насосом 12, при этом вентили 5 и 6 были открыты. По заполнении модели маслом эти вентили закрывали, открывали вентиль 4 и включали насос высокого давления I. Избыточное давление сбрасывали, открывая вентиль 6. Контроль давления осуществляли двумя образцовыми манометрами 2, рассчитанными на 39, 24 Mia (400 кгс/слг). Для вывода информации от датчиков, установленных на модели, использовали многожильные кабели 9.

Стенд позволял проводить эксперименты при давлении до 38 МПа. Насос высокого давления ВД-400/0,5 Э имел небольшую подачу - 0,5 л/ч, что позволяло проводить плавное нагружение образцов.

Герметизация полости внутренней трубы модели осуществлялась специальным герметизирующим устройством, исключающим влияние осевых растягивающих усилий на модель (рис. 4.2).

Растягивающие осевые усилия, возникающие при действии давления на поршни 6, почти полностью восприншлаютоя штоком 10. Как показали тензорезисторы, небольшая передача растягивающих усилий (примерно 10%) происходит за счет трения между резиновыми уплот-нительными кольцами 4 и внутренней трубой 2.

При испытаниях моделей с различными внутренними диаметрами внутренней трубы использовали и поршни разных диаметров.Для измерения деформированного состояния тел используют различные методы и средства }