铺设螺旋钢管需要克服的地理阻力

来源网络发布时间:2019-12-02 17:14:40

水平定向穿越螺旋钢管回拖是一个复杂的力学过程,管道在回拖作业中受多种因素的影响。其中穿越轨迹参数。地质条件以及管道材料是影响回拖载荷的主要因素。回拖载荷是指钻机克服钢管回拖阻力所需要的拉力,主要包括管道与地面和孔壁之间的摩擦力、克服管道弯曲刚度的作用拉力、钢管运动方向改变引起的绞盘力。摩擦力主要受管道材料、地质条件、管道重力以及穿越轨迹的影响。对于大口径钢质管道,弯曲刚度对管道在穿越弯曲段过程中与孔壁之间的接触压力影响较大,而且接触压力与岩土硬度、管道刚度以及孔/管比有关。除此之外,管道在回拖作业中还受泥浆拖拽阻力作用。拖拽阻力主要受管道回拖速度和泥浆性能的影响。这些影响因素国内外专家都进行了较详细的研究,发表了一系列文章,本书主要从管道进入钻孔外的猫背吊装对回拖力的影响人手进行研究。不论是在钢管理论研究还是在有限元分析上也都还没有太多地开展工作。虽然在钢管回拖穿越的过程中。螺旋钢管的吊装过程不是整个工程的关键瓶颈问题,但是吊装位置,吊点高度。穿越轨迹的入土角度等相关参数的控制都会对回拖过程产生很大的影响,直接影响回拖力的大小管道的安全性能以及孔壁稳定性等关键问题。因此,对管道人土前的猫背吊装过程。以及对管道回拖入土时钢管与井眼夹角的相关关系分析是非常有必要的。

        基于作业现场的实际情况,对管道吊装作业前的结构形式进行抽取。在图示状态下,将管道往井眼口拖动,待管道即将进入井眼时,对吊篮1.2进行起吊,实现管道的吊装作业。待吊装完成后。随即开始进行管道的回拖入土作业。在管道即将进入套管时,此时管道及现场的作业情况。本分析主要考察在管道即将进人套管时人土夹角与吊点位置起吊高度、出土点位置和出土角的关系。在水平定向钻钢管回拖施工前,需要将和钻杆、扩孔器已连接好的钢管从地面向上起吊一定的高度,然后回拖管道进人孔内。在此过程中需使管道在进人井眼时,管道前端的轴线与回拖人土井眼的轴线形成的夹角越小越好,以避免螺旋钢管在回拖人土时与套管孔眼呈现大角度强行拖人的情况,减小管道在回拖入土过程中回拖阻力、弯矩、支点集中应力以及碰撞强度,进而降低管道划痕以及管道变形破坏的风险。其工作过程为:管道最开始的状态是平铺支撑滑轮组上,然后管道右端与回拖钻杆进行万向铰链连接。位置进行升吊,在此过程中管道受到右边钻杆的拉力作用,管道在支撑装置和吊装滚轮上滑动。待吊装到位后,钻杆开始回拖,带动管道往钻孔内拖动,到达出土点后。随着钻杆的拉动,管道在扩孔器的导向作用下,进人固定在出土端的钢套管内。以水平定向钻钢管铺设人土猫背吊装工况为研究对象,采用计算机仿真精细分析与实际工况实验相结合的方法,探讨吊装管道入土夹角及所受复杂应力变化情况,并开发出一套可实现自动建模和计算的软件。具体的研究内容为:水平定向钻钢管铺设人土猫背吊装工况计算机仿真分析,螺旋钢管有限元分析的基本理论以及分析模型的建立。

        结合施工现场实际,对作业过程进行结构分析,抽离出对应的结构模型,并结合相关理论和假设对分析模型进行简化。并对模型的载荷和边界的处理方法进行研究。吊点位置和起吊高度对人土夹角和管道应变之间对应关系的研究。对吊点位置和起吊高度进行多方案仿真分析,通过对分析结果的处理,得出吊点位置和起吊高度对入土夹角的影响关系,并考察其对管道形变之间的对应关系。平直放置在地面上的管道,在钢管端部的拖拽和起吊吊篮的提升作用下,被脱离地面形成一定的挠曲形态。在实际工程中,钢管的提吊高度相对于整段被提起的管道长度来说是非常小的,其转角的变化幅度也较小,因此,可以利用小挠曲线性理论进行计算。穿越管道的提吊是一个动边界问题,这里将利用多项式插值兩数建立海底管道多点提升的力学模型。采用考虑载荷集度修正和水平间距修正的位移差值方法,将钢管大变形转动影响的几何非线性问题转化为分段线性问题,用迭代计算确定管道离地点的动边界位置,求解给定提升高度下的管道应力和变形。该模块的物理模型中主要包括送管台架、管道,吊篮、扩孔器套管。连接管柱和万向节,经过简化后,将送管台架。吊篮和套管均设置为离散刚体。将万向节设置为管道与连接管柱间的Ujoin铰链连接,将管柱设置为梁连接。各连接部件之间设置为分布耦合连接。此外,将管道与送管台架、吊篮间的接触设置为摩擦系数一定的滑动接触。经过简化后。得到有限元分析模型。

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