Проектирование опор линий сброса скважинного противовыбросового оборудования с круглой подошвой фундамента

1.

Проектирование опор линий сброса
скважинного противовыбросового оборудования
с круглой подошвой фундамента
Абрамович М. В., Андрианов Н.И, СКФУ г. Ставрополь
Федорова Н.Г., д-р техн. наук.

2.

СВЕДЕНИЯ О НАУЧНОЙ
РАБОТЕ
Правила безопасности в нефтяной и газовой
промышленности [1] требуют закрепления линий сброса на
факелы от блоков глушения и дросселирования на
специальных опорах (п. 430), что при разработке схем
оборудования устьев скважин противовыбросовым
оборудованием порождает необходимость расчета
количества и конструкции вышеуказанных опор. В
специальной технической литературе [2] приводится
методика такого расчета, но только для двух конструкций
опор: с фундаментами с квадратной подошвой и блок-тумб.
Практика монтажа буровых установок выявляет
необходимость учета еще одной конструкции опоры – с
круглой подошвой фундамента (рисунок 1), легко
сооружаемой механизированным методом с помощью
ямобура. Отличие формы подошвы фундамента требует
доработки общепринятой методики расчета стоек.
Рисунок 1. Пример конструкция
опоры линии сброса
1 - стойка; 2,3,4 - элементы
крепления; 5 – фундамент
2

3.

МЕТОДИКА РАСЧЁТОВ
Сохраняя расчетную схему и принятые обозначения и размерности в [2], рассмотрим нагрузки, действующие на
опору.
Опрокидывающий момент, создающий дополнительное удельное давление на грунт
М оп
Q
(Н 0 Н1 ) ,
nст
(1)
Q – сила давления скважинной среды по продольной оси трубопровода высокого давления, Н;
Н0 – глубина заложения фундамента, см; Н1 – высота стойки над землей, см; nст – количество стоек, шт.
Момент устойчивости
,
b
М уст (Т Gф ) КМ оп ,
2
(2)
Т – нагрузка на верх стойки от трубопровода, кгс; Gф – вес фундамента, кгс;
b – диаметр подошвы фундамента, см;
К – коэффициент запаса устойчивости (К=1,25…1,5).
Напряжение сжатия в грунте от действия вертикальных сил Т и Gф
сж
4(Т Gф )
b 2
,
(3)
3

4.

МЕТОДИКА РАСЧЁТОВ
Совместное решение с уравнений (1) - (3) дает следующий результат для диаметра
фундамента
b3
8KQ( H 0 H 1 )
,
nст сж
(4)
Величина дополнительного удельного давления на грунт от опрокидывающего момента
М оп 32 М оп 32Q( Н 0 Н 1 )
сж .доп
,
W
b 3
b 3 nст
(5)
W – момент временного сопротивления сечения фундамента, см3.
Суммарное удельное давление на грунт:
сж сж.доп
4(T Gф )
b 3
32Q( Н 0 Н 1 )
сж
3
,
b nст
(6)
[σсж] – допускаемое напряжение для грунта, кгс/см2
4

5.

ПРИМЕР РАСЧЁТОВ
Проектировочный расчет с использованием полученных зависимостей (4) и (6) показал следующие
результаты.
При использовании НКТ 89×6,5 группы прочности Д в качестве линии сброса и давлении газа плотностью
129,14 кг/м3 в ней, равном 12,78 МПа сила давления струи по продольной оси трубопровода высокого давления
составит 7,7 кН.
При приведенном весе НКТ 15,5 кгс/м, пределе усталости 90…100 МПа и осевом моменте поперечного
сечения 143,6 см4 расчетный интервал расстояний между опорами составляет 8,7…9,1 м.
При глубине заложения фундамента 170 см, высоте стойки над землей 90 см, количестве стоек 6,
принятом расстоянии между стойками 9 м, коэффициенте запаса устойчивости 1,5, нагрузке на верх стойки
69,8 кгс диаметр подошвы фундамента составляет:
для
гравия
средней
плотности
с
допускаемым
напряжением
5,0 кгс/см2 – 29 см;
для
глинистого
грунта
с
допускаемым
напряжением
2,5
кгс/см2
–
37 см.
5

6.

ПРИМЕР РАСЧЁТОВ
По конструктивным соображениям принят диаметр 50 см. Тогда при удельном весе
бетона 0,0022 кгс/см3 вес фундамента (без трубы стойки) составляет 734 кгс, а суммарное
удельное давление на грунт будет равно 3,12 кгс/см2. То есть для гравия средней плотности
выполняется условие не превышения допускаемого напряжения.
Для глинистого грунта при диаметре подошвы 55 см вес фундамента составит 888 кгс,
а суммарное удельное давление на грунт 2,43 кг/см2. То есть для глинистого грунта при
диаметре подошвы 55 см выполняется условие не превышения допускаемого напряжения.
Так как разница диаметров подошвы не превышает 10 % оставляем принятый
диаметр 50 см.
На основании проведенного проектировочного расчета по уточненной методике был
сделан вывод:
Количества фундаментных стоек и размеры фундаментов с круглой подошвой достаточны для
крепления трубопровода высокого давления.
6

7.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Правила безопасности в нефтяной и газовой
промышленности: утв. Федеральной службой по экологическому,
технологическому и атомному надзору от 15.12.2020 : введ. в
действие 01.01.2021. – М.: Закрытое акционерное общество
«Научно-технический центр исследований проблем
промышленной безопасности», 2021. – 546 с. - Текст :
непосредственный.
2. Муравенко, В. А. Оборудование противовыбросовое:
обзор технических сведений / В. А. Муравенко, А. Д. Муравенко,
В. А. Муравенко. – Ижевск: изд-во ИжГТУ, 2005. - 168 с. – Текст :
непосредственный.
7

8.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Абрамович М. В., Андрианов Н.И, СКФУ г. Ставрополь
Федорова Н.Г., д-р техн. наук.