Саянск: что требует норматив и какое усилие было при протягивании
В 2023 году наша установка Vermeer D80x100 протянула в Саянске (Иркутская область) пять переходов из полиэтиленовых труб ПНД диаметром 560 мм длиной по 350-400 м. В грунте, по нашей оценке, 10-15% гравия. Скважину расширили до 750 мм, на треть шире трубы, и тянула трубу одна установка, без доталкивателя.
По нынешней редакции СП 341 (Изменение № 2, 2024 год) табличное усилие для такого перехода - 500 кН. Группа грунта по изысканиям нам неизвестна, поэтому взят наименьший запас 1,5, как для групп I-III, и выходит не меньше 750 кН. Тяга D80x100 по карточке - 36,3 тонны-силы (36 288 кгс), около 356 кН. Наибольшее усилие при протягивании, по нашим данным, было 24 тонны-силы, около 235 кН, - в 3,2 раза меньше требования норматива; на проблемных участках с гравием усилие держали не выше 22 тонн-силы.
Как держали усилие во время протягивания
- Треть тяги машины оставляли в запасе: из её 36 тонн-силы использовали не больше 24, на проблемных участках - не больше 22.
- Готовность скважины на разных участках оценивали по калибровке расширителем 750 мм и отмечали участки с гравелистым грунтом.
- На этих участках уменьшали скорость протягивания и промывали скважину сверх обычного.
Чем мы объясняем такой результат
Результат в Саянске мы объясняем пятью вещами:
- правильно построенная траектория скважины;
- правильно подобранные расширители;
- грамотно подобранный состав бурового раствора;
- грамотно подобранные этапы и режимы расширения и калибровки скважины;
- профессионально организованный ввод трубопровода в скважину и его балластировка.
Таблица норматива учитывает только длину перехода и диаметр канала. На усилие при протягивании влияют ещё траектория, раствор и подготовка скважины.
Что требует СП 341 при подборе машины
Норматив - СП 341.1325800.2017 с Изм. 1-3 (дальше - СП 341). Он задаёт условие подбора: тяга установки не меньше табличного усилия протягивания, умноженного на коэффициент запаса по грунту. В нынешнем виде условие изложено Изменением № 2 2024 года. Для проверки нужны наружный диаметр трубы, длина перехода и грунт по изысканиям.
Диаметр бурового канала
Буровой канал - расширенная скважина, через которую протягивают трубу. Таблица норматива рекомендует для трубы 201-599 мм канал не меньше 1,3 диаметра трубы на переходе 50-99 м, 1,4 - на 100-299 м и 1,5 - на переходе свыше 300 м. Для трубы больше 600 мм на переходе длиннее 100 м канал не меньше диаметра трубы плюс 300 мм. При этом канал шире трубы с покрытием на 20-50%, в твёрдых связных грунтах - не меньше чем на 30%, а зазор между трубой и стенкой скважины не больше 150 мм.
Табличное усилие протягивания
Его дают по длине перехода и диаметру канала: от 50 кН для короткого перехода с узким каналом до 3000 кН для перехода длиннее 1400 м с каналом больше 800 мм.
Коэффициент запаса по грунту
Грунт относят к группе по буримости, от группы зависит коэффициент запаса тяги k1 (таблица ниже). Даже самый малый из них, 1,5, означает запас в полтора раза к табличному усилию.
Сравнение с машиной
Тяга установки должна быть не меньше табличного усилия, умноженного на k1. Мощность доталкивателя, если он есть, норматив разрешает учитывать.
| Коэффициент запаса тяги k1 | Группы грунта | Примеры грунтов из норматива |
|---|---|---|
| 1,5 | I-III | рыхлые пески, супеси без гальки, пески плотные, суглинок плотный, глины средней плотности, плывун |
| 2 | IV-VI | галечник из мелких галек осадочных пород, мёрзлые водоносные пески, неплотные известняки и доломиты |
| 2,5 | VII и выше | галечник изверженных и метаморфических пород («речник»), щебень мелкий, кварцевые песчаники, граниты, базальты |
Классы установок и наши машины
По силе тяги норматив делит установки на четыре класса. Наши три машины попадают в миди, макси и мега.
| Класс | Тяга, кН | Момент, кН·м | Масса, т | Длина бурения до, м | Расширение до, мм | Где применяют, по нормативу |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Мини | до 100 | 1-10 | до 7 | 250 | 300 | кабели и ПЭ трубы до 250 мм в городе |
| Миди | 100-400 | 10-30 | 7-25 | 750 | 1000 | трубы до 800 мм, пересечения транспортных магистралей и небольших водных путей |
| Макси | 400-2500 | 30-100 | 25-60 | 1000 | 1800 | трубопроводы длиной более 700 м и диаметром до 1250 мм |
| Мега | более 2500 | более 100 | более 60 | 2000 | 2000 | магистральные трубопроводы длиной более 1000 м и диаметром до 1800 мм |
Длина и расширение в таблице - пределы каждое по отдельности, так оговорено в самом нормативе. Установка класса мега по нему не обязана пробурить 2000 м и одновременно расширить канал до 2000 мм. То же с характеристиками конкретной машины: «длина до 2200 м» и «диаметр скважины до 1800 мм» не означают, что машина расширит скважину до 1800 мм на переходе 2200 м: такое сочетание проверяют расчётом.
Одного класса для выбора мало: в макси попадают машины и на 400, и на 2500 кН. Сравнивают тягу в килоньютонах.
Тонны-силы и килоньютоны
В характеристиках машин тягу нередко указывают в тоннах-силы или килограммах-силы, норматив считает в килоньютонах. По ГОСТ 8.417-2002 1 тонна-сила = 9806,65 Н, около 9,81 кН.
Цифры наших машин взяты из их карточек на сайте, то есть из коммерческих материалов компании, не из паспорта завода-изготовителя. У Vermeer D80x100 36 288 кг (килограммов-силы), около 356 кН. У Prime Drilling PD 75/50 - 940 кН. У Vermeer D750x900 - 337 500 кг, около 3310 кН. Все три машины с комплектами - в каталоге техники. Если сравнить «36 тонн» с «400 кН» из таблицы без перевода, ошибка будет почти в десять раз.
Примеры по таблицам норматива
Переходы придуманы для примера и посчитаны по условию подбора СП 341.
| Переход | Канал, мм | Табличное усилие, кН | k1 | Нужно по нормативу, кН | Класс по нужной тяге |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. Дорога: ПЭ 225 мм, 80 м, плотный суглинок | 292 (1,3 × 225) | 100 | 1,5 | 150 | миди |
| 2. Река: ПЭ 400 мм, 350 м, плотный песок | 600 (1,5 × 400) | 400 | 1,5 | 600 | макси |
| 3. Река: сталь 530 мм, 700 м, галечник из мелких галек осадочных пород | 795 (1,5 × 530) | 700 | 2 | 1400 | макси |
| 4. Магистраль: сталь 1020 мм, 1100 м, глина средней плотности | 1320 (1020 + 300) | 2000 | 1,5 | 3000 | мега |
Во втором и третьем примерах класс один, макси, а требование различается больше чем вдвое: 600 и 1400 кН. В третьем примере грунт надо назвать точно: если галечник состоит из изверженных и метаморфических пород («речник»), это уже группа VII, k1 = 2,5, и по нормативу нужно 1750 кН.
Как считают усилие для конкретной трассы
Норматив рекомендует свои таблицы для выбора типа установки. Сами усилия для проекта считают по методикам, на которые ссылается СП 341, и по результату расчёта выбирают машину. Одна из методик - приложение Л к СП 42-101-2003. Общее усилие протягивания по ней считают дважды. Первый раз - для благоприятного состояния: раствор качественный, не уходит в грунт, канал устойчив. Второй - для неблагоприятного: грунт обрушается по длине канала, раствор уходит в грунт.
В сложных геологических условиях, при большой длине и диаметре трубопровода норматив называет дополнительное оборудование для протягивания:
- доталкиватель стоит на выходе скважины, где лежит сваренная и подготовленная к протягиванию плеть трубопровода, и проталкивает плеть к установке в дополнение к тяге самой установки;
- усилитель тяги - навесное оборудование, которое работает вместе с установкой и увеличивает тяговое усилие на буровых штангах; его применяют при прокладке труб большого диаметра лёгкими установками и в стеснённых условиях.
Предел по прочности трубы
Усилие протягивания ограничено прочностью трубы: проект задаёт предельно допустимое значение, и превышать его нельзя, сколько бы тяги ни было у машины. Для полиэтиленовых труб диаметром до 1200 мм допустимые усилия норматив приводит таблицей. По СП 42-101 напряжение в стенке трубы при протягивании не должно превышать 70% предела текучести для стали и 50% - для полиэтилена.
Во время протягивания усилие контролируют по приборам установки или динамометром в составе колонны и записывают в журнал производства работ. Если покупаете или берёте машину в аренду, попросите показать протягивание и посмотрите давление по манометрам - подробнее в статье о проверке б/у установки.
Крутящий момент
Крутящий момент нужен на всех трёх этапах: при бурении пилотной скважины, при расширении канала и при протягивании. Пилотная скважина - направляющая, её бурят первой. Для пилота и расширения норматив даёт своё условие: момент установки не меньше наибольшего расчётного, умноженного на коэффициент k2 - 1,2 для групп грунта I-III, 1,35 для IV-VI, 1,5 для VII и выше. У наших машин момент укладывается в диапазоны их классов: около 13,5 кН·м у D80x100, 50 кН·м у PD 75/50, около 125 кН·м у D750x900.
Где это в нормативе
| Тема | Где искать |
|---|---|
| Классы установок, их характеристики | СП 341, п. А.2.2 и таблица А.1 |
| Условие подбора по тяге, коэффициенты запаса | СП 341, п. А.2.5, формула А.1, таблицы А.2 и А.3 |
| Мощность доталкивателя в условии подбора | СП 341, примечание к п. А.2.5 |
| Таблицы для выбора типа установки | СП 341, п. А.2.7 |
| Диаметр бурового канала и зазор | СП 341, пп. 8.6.5, 8.6.6 и таблица 8.3 |
| Группы грунтов по буримости | СП 341, приложение И, таблица И.1 |
| Методики расчёта усилий и момента | СП 341, п. 7.3.1.10; СП 42-101-2003, приложение Л |
| Два состояния скважины, выбор установки по расчёту | СП 42-101-2003, пп. Л.4.1 и Л.1.7 |
| Доталкиватель и усилитель тяги | СП 341, пп. А.6.1-А.6.3 |
| Предел усилия по прочности трубы | СП 341, пп. 7.5.4, 7.5.5 и таблица Ж.1; СП 42-101-2003, п. Л.1.4 |
| Контроль и запись усилия | СП 341, п. 8.8.5 |
| Крутящий момент | СП 341, п. А.2.6, формула А.2 |
| Перевод тонн-силы в ньютоны | ГОСТ 8.417-2002 |
Вопросы
Частые вопросы
Нет. Условие записано в действующей редакции СП 341. Табличное требование и фактическое усилие на трассе - разные числа, и второе зависит от подготовки скважины и трубы: в Саянске это 750 и, по нашим данным, 235 кН.
Группу грунта определяют изыскания. Пока их нет, можно посчитать условие для каждого k1, который возможен на участке, и увидеть, при каком грунте требование превысит тягу машины; окончательный ответ даст расчёт по методике.