Труба обсадная что это: для чего нужна, виды для скважин, назначение

alexxlab

Содержание

Обсадная труба — зачем нужны, основные виды и технология обсадки

После бурения необходимо выполнить обустройство скважины, чтобы она не засыпалась грунтом. Основным методом укрепления скважины является монтаж специальной обсадной трубы, которая может выполняться из пластика, металла и некоторых других материалов. Но как именно должна монтировать обсадная труба для скважины? Из каких материалов делают подобные детали? И в каких сферах используются чаще всего? Ниже мы узнаем ответы на эти вопросы.

Применение

Обсадная труба имеет цилиндрическую форму и монтируется в пробуренную скважину. Ее главной функцией является герметизация и защита скважины от осыпания грунта.

В основном изготавливается из пластика, а самым популярным материалом является ПВХ (поливинилхлорид). Этот материал обладает массой плюсов — малый вес, хорошие технико-эксплуатационные характеристики, высокое качество защиты от промерзания и деформации, простота доставки и монтажа. Для нефтегазовой промышленности обсадные трубы могут делать из металла, а также из композитных материалов.

Качественные трубы (как пластиковые, так и металлические или композитные) надежно предотвращают засорение грунтом, а также имеют большой срок годности (50 и более лет), не деформируются при механическом воздействии и способны выдерживать большие перепады температур.

Обсадная труба подходит для обустройства нефтяных и газовых скважин, а также для создания скважин с питьевой или технической водой. Их часто используют в строительстве для создания буронабивных опор. Качественные надежные трубы должны обладать хорошей степенью герметизации — особенно это критично в случае газовых или нефтяных скважин, а также в случае артезианских скважин с глубоким залеганием воды под землей.

Для нефтегазовой промышленности

Основной областью использования обсадных труб является нефтегазовая промышленность. Для нефтяных или газовых скважин обычно используются металлические обсадные трубы большого диаметра (в каче

описание, назначение и разновидности, особенности самостоятельного монтажа

Каждое водозаборное устройство (скважины, колодцы) требует обстоятельного укрепления. Если его стенки обрушиваются, вырытое углубление закрывают и обустраивают новое. Чтобы предотвратить неприятные последствия, специалисты фиксируют стенки скважин обсадочными трубами. Знания об изделии пригодятся не только профессиональным монтажникам, но и горожанам, желающим возводить дом на собственном участке.

Назначение обсадных труб

Они монтируются в специально подготовленные скважины, где представляют собой своеобразную укрепляющую колонну и удерживают стенки от обрушения. Далее, специалисты устанавливают внутрь трубы насосное оборудование, которое позволяет накапливаться воде. Свойства продукта — напор и качество жидкости, простота в установке, срок годности — определяются соответствием характеристик продукции к номинальным требованиям в документах. Любая обсадочная труба имеет два основных назначения:

  • Изделие предназначено для сохранения стенок пробурённого колодца. Каждая обсадная труба отличается высочайшей прочностью, позволяющей выдержать любые сдвиги грунтовой материи. Выбирая продукт, необходимо сразу обращать внимание на этот атрибут.
  • Второй важной особенностью изделия является полная герметичность. Это не позволяет проникать грязной и непригодной для питья жидкости в основной канал.

Важно! Для собственноручного монтажа специалисты рекомендуют выбирать продукт с резьбой. Такая труба успешно отталкивает от скважины «плохую» воду.

Разновидности изделий

Для защиты каналов используют различные типы обсадных изделий. К наиболее популярным относят: металлические, из пластика, а также из асбоцемента. Установка зависит от предлагаемых условий дальнейшей эксплуатации (объёмы водозабора и коэффициент подвижности грунта). Чтобы узнать, какой продукт подходит к тому или иному месту, следует ознакомиться с атрибутами каждого вида.

Металлические трубы

Трубы обсадные из металла подходят для бурения артезианских скважин и для сооружений на известняковых пластах.

Такие трубы отличаются достаточной прочностью к внешнему механическому воздействию. Обыкновенно, толщина изделия составляет 5 или 6 см, что увеличивает срок службы до 50 лет. Для металлических труб особое значение имеет качество сварки.

Важно! Каждая пробурённая скважина во время эксплуатации покрывается илом. Чтобы применить очистительные приспособления, материал трубы обязан быть металлическим.

Однако такие конструкции обладают существенными минусами.

  1. Обсадки подвержены коррозии, что провоцирует появление ржавчины в добываемой воде. Решение проблемы — в применении фильтров, сконструированных современным образом.
  2. Толстостенная обсадная труба из металла, служащая продолжительный срок, стоит очень дорого. Этот аргумент отпугивает простых граждан, которые выбирают продукцию дешевле.

Трубы из пластика

Пластик сегодня широко используется в монтаже. Такое изделие хорошо справляется с нагрузками равномерного обжатия. К тому же такая обсадка стоит намного дешевле, чем из металла. В состав пластика входят: полипропилен, поливинилхлорид и ПНД (полиэтилен низкого давления). Толщина изделия варьируется от 90 до 225 мм и соответствует технической составляющей. Пластик обладает следующими преимуществами:

  • Труба располагает удобной формой и весом не более 4 кг, что облегчает самостоятельный монтаж.
  • Герметичность резьбы в пластике находится на высочайшем уровне.
  • Срок эксплуатации — 50 лет.
  • Обсадка наделена хорошей пластичностью, поэтому даже замершая вода не разрывает конструкцию.
  • Материал не вступает в контакт с реагентами при дезинфекции скважины.
  • Пластик не подвергается коррозии и изменениям структуры.
  • Внутренняя поверхность не обрастает осадками даже при высокой жёсткости воды.

Асбестоцемент

Такие колонны успешно применялись уже в середине XX века. Их стойкость и безопасность не вызывают сомнений, а срок эксплуатации практически неограничен.

  • Изделие совершенно не подвержено коррозии и нейтрально к воздействию различного химического состава.
  • Асбестоцементная продукция — самый дешёвый вариант для укрепления скважин.

Важно! Предполагается, что материал является канцерогеном и провоцирует рак пищеварительного тракта. Однако научными экспериментами этот миф не доказали. Впрочем, качественный фильтр удаляет все волокна асбеста из добываемой воды.

Основным недостатком таких обсадок является хрупкость стенок трубы. Чтобы нивелировать этот «минус» приходится утолщать изделие и рыть более толстую скважину, что сказывается на повышенной себестоимости, в сравнении с альтернативными вариантами. Мягкость материала усложняет процесс монтажа, а работы очистительными приборами в будущем запрещены. Сегодня эта разновидность практически не используется.

Устройство колонны и монтаж своими руками

Обсадка монтируется в самом начале процесса бурения или спустя некоторый момент. Специалисты рассчитывают время исходя из особенностей грунта. Обсадка создаётся с учётом дальнейшего применения и цели.

  • В первом отделении трубы устанавливают фильтрующее приспособление, избавляющее жидкость от песка и глины. Очищающее устройство изготавливают из нержавеющей проволоки.
  • Нижний торец оснащается донным фильтром на основе гравия.
  • Оголовок делают герметичным, чтобы при откачке в самой колонне создавалось отрицательное давление, что позволяет повышать приток воды.

Перед самостоятельным бурением убедитесь, что водоносный слой находится на глубине не более 15 метров. В процессе работы понадобятся соответствующие инструменты и напарник.

  1. Вращайте бур в землю, периодически вытаскивая его и удаляя грунт из стакана. Проделайте двухметровое углубление и вставьте туда обсадочную трубу, которая защитит стенки от разрушения.
  2. По мере продвижения бурильного устройства вниз следует соединять укрепляющие изделия.
  3. Дойдя до уровня с достаточным количеством жидкости, необходимо закрепить обсадку и подсоединить к ней насос. Самостоятельная работа занимает два дня.

Сегодня на рынке представлен обширный ассортимент обсадочных колонн, которые призваны разрешить все необходимые задачи по установлению водозаборного оборудования. Отдавая предпочтение специализированной бригаде, вы экономите на ресурсах и снижаете риски, связанные с некорректной установкой.

Бурение с обсадной трубой: технология обсадки, виды труб

В загородных домах в качестве источника питьевой воды могут использоваться централизованный водопровод, колодец или подземная скважина. Если централизованное снабжение отсутствует, а это часто бывает в населенных пунктах, которые расположены далеко от города, то скважина является единственным способом обеспечить водой жильцов дома.

Основной метод оборудования скважины – бурение с обсадной трубой глубоко в земле.

Выбрать место, где проходит водоносный слой, помогут старожилы или профессионалы, которые с помощью геологических карт или современных приборов всегда окажут данную услугу. Если вода находится не очень глубоко, то можно самостоятельно пробурить скважину. В ином случае придется вызывать специалистов, которые найдут питьевую воду и с гарантией сделают подземный источник.

В любом случае рекомендуется производить бурение с обсадной трубой. Если ее не установить, то канал скважины со временем засыпется грунтом. После этого произвести ремонт или поменять фильтр будет невозможно.

Виды обсадных труб

В качестве обсадных труб можно использовать следующие изделия:

  • металлические трубы;
  • изделия из асбестоцемента;
  • трубы из пластика.

Данные варианты обсадных труб влияют на срок эксплуатации источника и качество питьевой воды.

Рассмотрим особенности каждого материала.

Стальные трубы в качестве обсадного канала используются довольно часто, особенно на крупных скважинах, где воды залегают глубоко. Данные изделия надежны, прочны и могут прослужить несколько десятков лет при правильном монтаже и эксплуатации. На стальные трубы подвижки пластов грунта оказывают небольшое влияние.

Однако эти изделия подвержены коррозии, что сокращает их долговечность и приводит к тому, что ржавчина попадает в источник и качество воды ухудшается.

Чтобы этого не происходило, следует ставить фильтры или применять для обсадки изделия из нержавеющей стали, что приведет к удорожанию стоимости скважины.

Лучший вариант использования стальных труб – обсадка источников с артезианской водой, в которых давление всегда повышено.

Также обсадка трубы может быть выполнена при помощи асбестоцементных труб, которые обладают отличными характеристиками по прочности и имеют большой срок эксплуатации.

Однако и они обладают рядом существенных недостатков:

  • на большой глубине размещения, где давление слоев грунта может быть велико, их прочность недостаточна;
  • из-за толщины стенок требуется бурить каналы большего диаметра, что приводит к удорожанию работ по устройству скважины;
  • асбест, хоть и находится в связанном состоянии с цементом, но со временем может оказывать негативное влияние на состав питьевой воды.

Исходя из данных характеристик, асбестоцементные изделия рекомендуется использовать в источниках небольшой глубины, обычно до 15 метров.

В последнее время стали популярными пластиковые изделия для образования обсадного канала. Трубы из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена низкого давления (ПНД) обладают прекрасными качествами, которые используются в различных коммуникациях, как в быту, так и на производстве:

  • Полное отсутствие процессов коррозии и образования известкового налета.
  • Надежность и прочность обеспечивают внушительный срок эксплуатации.
  • Удобство при выполнении монтажных работ из-за небольшого веса.
  • Использование современных способов соединения труб позволяет обеспечить надежный уровень герметичности канала.
  • Отсутствие негативного влияния на качество питьевой воды.
  • Стоимость изделий из полимеров намного меньше, чем труб из стали и асбестоцемента.

Однако их область применения в скважинах ограничена глубиной. Как правило, их используют на глубине до 50 метров. Их диаметр зависит от глубины скважины и расхода воды. В скважинах частных домов обычно используются пластиковые трубы размером 125 миллиметров.

Технология обсадки скважины

Бурение производится специальным оборудованием, где одним из основных элементов является бур. Его размер должен быть равным или немного большим диаметра обсадной трубы. По мере прохождения бура через слои грунта в канал поочередно вставляются трубы для обсадки. Их соединение происходит на поверхности земли, после чего труба продвигается постепенно вниз.

Бурение скважины буром

В зависимости от состояния почвы периодически или постоянно осуществляется процесс промывки с помощью мощного насоса. Вода подается через специальные каналы в буре и размягчает грунт, вымывая камни и твердые фракции, которыми насыщена земля.

После достижения необходимой глубины обсадной элемент закрепляется наверху и в него вставляется подающая труба для подъема питьевой воды, к которой затем подключается насос и вода может поступать к потребителю.

Внизу на подающем элементе должен быть оборудован фильтр, который не пропустит наверх песок и другие частицы грунта.

Сразу подавать воду в дома не рекомендуется, так как требуется некоторое время для того, чтобы вода стала чистой и прозрачной.

Как сделать скважину своими руками

Если вода находиться на небольшой глубине, порядка 15 метров, то сделать скважину можно самостоятельно.

Для выполнения этой работы потребуется один помощник и некоторые принадлежности с инструментами:

  • бур в виде желонки, который прикручивается резьбовым способом к трубе;
  • тренога для облегчения процесса бурения;
  • приспособление для поворачивания трубы в земле – ворот;
  • кувалда, молоток и ключи, которыми соединяется муфта к трубам.

Труба для обсадки скважин должна быть большего размера, чем конструкция бура. Это нужно для того чтобы желонка свободно перемещалась в канале.

Бурение происходит способом вращения бура с трубой в грунте. Периодически необходимо вытаскивать бур на поверхность и удалять из его стакана землю, песок и глину. После достижения глубины примерно в два метра и более необходимо в канал вставить обсадную трубу для того, чтобы грунт не обрушился и не завалил скважину. Так, постепенно продвигаясь вниз, следует присоединять трубы бурового станка и изделия для обсадки.

При достижении необходимого уровня, когда появится вода в достаточном количестве, необходимо закрепить на поверхности обсадную трубу. После этого можно вставить в канал полиэтиленовую трубу и подсоединить к ней насос.

Как видно, процесс создания скважины с питьевой водой несложен, требуется только кропотливая работа в течение нескольких дней. При желании можно за два дня пробурить скважину глубиной до 10 метров. Можно использовать трубы обсадные стальные для скважин, которые изготовлены из нержавейки, что сделает качественный источник на многие десятилетия.

Если нет возможности пробурить скважину самостоятельно, то в этом случае нужно пригласить профессиональную бригаду, которая за короткий срок сделает скважину с питьевой водой. При этом работа будет производиться до тех пор, пока не пойдет хорошая вода. Дополнительно они помогут установить обсадную трубу, насосное оборудование и дадут гарантию на определенный срок.

После того, как скважина будет готова, в течение нескольких дней необходимо выкачивать воду с целью ее расширения внизу. Чем больше будет объем скважины на самом дне, тем больше воды будет у потребителя.

Кроме этого, в результате процедуры бурения происходит проникновение в источник питьевой воды глины, песка и других веществ, которые делают воду непригодной для использования в течение определенного времени.

Специалисты рекомендуют проводить контрольную очистку источника после длительных перерывов в откачке воды. Особенно актуально данное мероприятие на даче, где в зимний период нет жильцов, и скважина временно законсервирована.

Если произведено бурение скважины – обсадка ее является обязательным условием долгого срока эксплуатации. Некоторые, особенно неопытные домовладельцы, не устанавливают обсадную трубу из-за упрощения и удешевления работ. Они с успехом пользуются источником определенное время, однако скоро могут появиться проблемы: нарушение герметичности соединений, засорение или обрыв фильтра, которые вызваны подвижками слоев грунта.

При возникновении подобных ситуаций без обсадки извлечь трубу и фильтр будет невозможно. И когда-то сэкономленные средства придется расходовать на бурение новой скважины.

Особенности обустройства подземной скважины

После того, как произведена обсадка скважины, многие специалисты рекомендуют на дно засыпать небольшое количество чистого речного песка и мраморную или гранитную крошку, которые будут являться дополнительным фильтром. Вода в этом случае будет весьма хорошего качества.

Почему нужно использовать речной песок и крошку из твердых пород камня?

Если на дно источника засыпать грунтовой песок или известковый гравий, то качество питьевой воды будет очень низким, так как в этих материалах содержатся примеси. Они будут долгое время выходить вместе с водой, которая станет мутной и непригодной для пищевых целей.

После завершения всех процедур, когда вода будет чистой, целесообразно ее образец представить на экспертизу для подтверждения ее качества и пригодности. Специалисты СЭС сделают анализ и представят акт об испытании питьевой воды.

Иногда возникает ситуация, при которой вода не поступает из источника или идет с перерывами и громкими  звуками. В некоторых случаях может появляться песок или помутнение воды.

Это говорит о разных причинах:

  • недостаточный уровень воды в источнике;
  • засорение или повреждение фильтра;
  • нарушение герметичности в подающей трубе;
  • выход из строя обратного клапана в насосной станции.

Если производилось бурение скважин с обсадной трубой, то можно без труда устранить повреждения или заменить фильтр. Не нужно сразу торопиться и извлекать трубу из источника – причина может быть на поверхности. Сначала необходимо проверить состояние обратного клапана, который расположен перед насосной станцией. В этом случае его можно просто заменить.

Если клапан в порядке, то только после этого следует извлекать из обсадного канала подающую трубу с фильтром. А подобные ситуации возникают нередко.

что это такое, как выбрать и что лучше пластиковая или стальная

Важным этапом обустройства автономной системы водоснабжения для дома и бани является выбор и монтаж обсадки. Чтобы обеспечить надежное укрепление стенок гидротехнического сооружения, увеличение эксплуатационного срока и повышение качества добываемой воды, применяется обсадная труба для скважины. Далее рассмотрим, как определить размер трубы для установки в частную скважину и какой выбрать материал, чтобы обеспечить долговечность обсадной колонны.

Не забудь поделиться с друзьями!

Содержание статьи

Определение и назначение обсадной трубы

Для начала необходимо определить, что такое обсадная труба и какие функции на нее возложены.

Обсадная труба представляет собой специальную трубу с армированным кожухом, предназначенная для укрепления внутренней конструкции скважины. Зачастую в глубинную скважину устанавливается несколько функциональных элементов, которые герметично соединяются между собой, образуя единую обсадку.

При этом толщина стенок обсадной колонны определяется материалом изготовления и типом гидротехнического сооружения, в которое она установлена.

Изделия из металла и бетона отличаются большим диаметром, длиной и толщиной стенок, чем у изделий из пластика. Конец одной трубы оснащается муфтой для создания герметичного соединения двух элементов. Вторая оснащается кольцом для надежной защиты резьбы от повреждения.

Обсадные элементы для скважины имеют следующие размеры:

  • Длина – от 3 до 13 метров, при этом стандартным значением является 8 метров.
  • Диаметр внутренний – от 6,5 до 42,5 см, наружный – от 8 до 45 см.
  • Толщина стенок – от 5 до 16 мм, стандартной является – 12 мм.
  • Класс прочности для металлических изделий.

Обсадные трубы для скважины предусмотрены для выполнения следующих функций:

  1. Обеспечить целостность конструкции водозаборной точки на протяжении всего эксплуатационного срока. Изделия обладают повышенной прочностью, инертностью к деформациям, повреждениям и грунтовым сдвигам.
  2. Обеспечить полную герметизацию обсадки для предотвращения просачивания грунтовых вод в гидросооружение и возможного загрязнения источника.
  3. Удерживать питьевую воду из чистых водоносных слоев в обсадке.
  4. Защитить гидросооружение от повышенного давления грунта.
  5. Защитить установленное насосное оборудование внутри колонны от возможных загрязнений.

Важно! Чтобы обеспечить надежную герметизацию обсадных труб между собой, рекомендуется выбирать резьбовой способ соединения.

Разновидности труб для обсадки скважин

Кажется, что при выборе труб для обсадки важны только эксплуатационные характеристики. На самом деле надежность и долговечность скважины зависит не только от диаметра и длины изделий, но и от материала, который используется для их изготовления.

Существуют следующие виды обсадных труб для установки в водные скважины:

  • пластиковые;
  • металлические;
  • асбестоцементные;
  • деревянные.

Сложно дать однозначный ответ на вопрос о том, какие же трубы лучше подойдут для обустройства обсадки в скважинах. Правильный выбор элемента определяется эксплуатационными и климатическими условиями, производительностью и диаметром водозаборной точки, техническими показателями насосного оборудования.

Обсадные трубы из металла

Изделия для обсадной колонны бывают:

  • чугунными;
  • стальными;
  • эмалированными;
  • из нержавейки;
  • оцинкованными.

Стальные изделия – самый востребованный и практичный вариант для обустройства обсадной колонны. Они соответствуют всем техническим и эксплуатационным требованиям, которые предъявляются к подобным элементам. Изделия из стали применяются для организации артезианских скважин, когда бурение выполняется в известняковом или песчаном грунте.

К основным достоинствам изделий относится:

  • Высокая прочность и износостойкость к повреждениям и деформациям.
  • Наличие резьбового соединения для создания герметичной конструкции.
  • Срок службы изделий, толщина стенок которых составляет 6 мм, достигает 50 лет.
  • Возможность прочистки скважины буровым инструментом при заиливании дна.
  • Бесперебойная подача питьевой воды на протяжении всего срока эксплуатации сооружения.

К недостаткам стальных элементов можно отнести следующее:

  • Восприимчивость к появлению коррозии и ржавого осадка в воде.
  • Сложность проведения самостоятельного монтажа из-за существенного веса толстостенных изделий.
  • Высокая стоимость расходного материала.

Помимо стальных труб используются эмалированные, оцинкованные и нержавеющие модели.

Изделия для обсадки с эмалированной поверхностью восприимчивы к коррозии, которая появляется при деформации или повреждении эмали.

Оцинкованные конструкции отличаются длительным сроком службы, но склонны к загрязнению водного источника оксидом цинка.

Обсадные трубы из асбестоцемента

Благодаря своей дешевизне и устойчивости к агрессивному воздействию солей и химических элементов, изделия из асбестоцемента давно используются для обустройства различных гидросооружений.

К основным достоинствам материала относится:

  • Устойчивость к появлению коррозии.
  • Доступная стоимость.
  • Безопасность и практичность использования.
  • Длительный срок службы – до 65 лет.

Несмотря на ряд преимуществ, асбестоцементная обсадка обладает существенными недостатками:

  • Сложность проведения монтажных работ – необходимость использования дорогостоящего подъемного оборудования.
  • Повышенная хрупкость материала.
  • Отсутствие резьбового соединения. Фиксация отдельных элементов выполняется встык, что не гарантирует полную герметизацию конструкции.
  • Сложность в обслуживании и чистке. Высокая пористость бетонного основания приводит к быстрому скоплению загрязнений в стенках колонны. Регулярная чистка поверхности требует полного осушения скважины.

Важно! Асбестоцемент не применяется для обустройства артезианской скважины в известняковом грунте.

Обсадные трубы из пластика

Пластиковые трубы для скважины составили серьезную конкуренцию традиционным стальным и бетонным конструкциям. Они изготавливаются из ПВХ, полипропилена и полиэтилена НД.

Пластиковая труба обладает следующими преимуществами:

  • Длительный срок службы материала.
  • Стойкость к негативному воздействию солей и химических элементов.
  • Стойкость к появлению коррозии.
  • Простой и доступный монтаж, который можно выполнить своими руками.
  • Высокая герметичность конструкции благодаря наличию соединения резьбой.
  • Небольшой вес элементов.
  • Доступная цена материала.

В пластиковых изделиях питьевая вода не меняет свой химический состав; кроме того, в ней не развиваются патогенные микроорганизмы.

Важно! Обсадка применяется при обустройстве скважин в песчаных грунтах, глубина которых не превышает 55 метров. Кроме того, подобные конструкции подходят для возведения фильтрующих колонн.

Среди недостатков можно выделить восприимчивость к повреждениям, деформациям и низким температурным режимам.

Расчет диаметра трубы для обсадки

От правильно выбранного диаметра трубы зависит производительность скважины. Чем больше размер обсадки, тем выше дебит водного источника. Для этого определяется расход воды при пиковых нагрузках. Согласно нормативам расход воды за 1 час составляет 0,7 куб. м., при этом она может использоваться для бытовых и хозяйственных нужд.

При определении подходящего диаметра обсадного элемента учитывается тип, размер и производительность насосного оборудования.

Например, пиковый расход составляет 4 кубических метров в единицу времени. При подобном значении рекомендуется использовать оборудование диаметром до 8 см.

К диаметру насосного оборудования добавляется 5 мм (расстояние от насоса до стенок обсадки) и 5 мм (толщина стенок обсадки). Для определения внутреннего диаметра труб применяется следующая формула:

Д (внутр.) = д (нас.) + 10 мм, где

Д (внутр.) – значение внутреннего диаметра обсадного элемента;

Д (нас.) – значение диаметра насосного оборудования.

Например: для насоса размером 90 мм, значение внутреннего диаметра равен 90 + 10 = 100 мм. Учитывая толщину стенок (5 мм), расчетное значение диаметра трубы составляет: 100 + 5×2 = 110 мм.

Обсадные элементы соответствуют следующим стандартным размерам (мм): 89, 108, 114, 127, 133.

Таким образом, рекомендуется выбирать изделие диаметром 114 мм.

Устройство обсадки для скважины

Обсадная колонна для гидросооружения имеет специальное строение, состоящее из следующих элементов:

  1. Начальный фильтр для очистки питьевой воды от глинистых и песчаных элементов. Для изготовления используется нержавеющая сетка или проволока.
  2. Донный фильтр из гравия для защиты водозаборной точки от грунтовых вод и загрязнений, попадающих из нижних слоев.
  3. Герметичный оголовок для защиты скважины от неблагоприятного воздействия внешних факторов.

Огромный ассортимент трубопроката, представленный на строительном рынке, позволяет выбрать качественный, надежный и долговечный материал, который обеспечит длительный срок службы гидротехнического сооружения.

Обсадные трубы для скважины: сталь или ПНД. Плюсы-минусы!

Загрузка…

Открыв сайт буровой организации, в разделе «Цена», мы сразу видим перечень диаметров труб, с которыми работает эта фирма. Далеко не каждому человеку понятно что значат конкретные диаметры, на что они влияют, какой стоит выбрать и поэтому, в вопросе выбора труб, приходится полностью положится на менеджера буровой организации.
Давайте разберемся, что такое обсадная труба, нужна ли она вообще, какая обсадная труба для скважины лучше и какой диаметр выбрать именно вам.

Защита стенок скважины от обвалов выполняется с помощью обсадных труб, которые призваны сдерживать напор грунта. Вместе с тем, обсадная труба нужна для изоляции водоносного горизонта от вышележащих слоев и предотвращения его загрязнения. Именно поэтому невозможно пробурить скважину без обсадной трубы.

Стальная обсадная труба для скважин

В разделе «Цены на бурение» чаще всего встречается металлическая труба с резьбой, диаметр которой равен 133 мм или 159 мм, реже 127 мм.
Самая известная — 133 мм. Это бесшовная обсадная труба, с толщиной стенки 5-6 мм, которая изготавливается из стали 20 и стоит довольно дорого. Именно поэтому от нее полностью отказались в пользу шовной (электросварной) трубы 133 мм из низкокачественной стали с низким содержанием углерода — Ст3, с тонкой стенкой — 4 мм и длинной 3.8 м. Честные компании сообщают об этом, но большинство нет, доверчивый заказчик все равно отличить не сможет.
К тому же цена бурения в Московской области бесшовной трубой никого не устроит.

Аналогичная ситуация и с другой популярной стальной обсадной трубой 159 мм. Это такая же электросварная труба из стали 3, с толщиной стенки 4-4.5 мм, а ее длина 3.8 м.

Соединяются металлические трубы с помощью резьбы либо посредством сварки. Стоит учитывать, что дешевые трубы со стенкой 4.5 мм представляют собой, по сути, жестянку и резьба на них выглядит жалко. К тому же легко может разойтись сварной шов в области резьбы, а это приведет к протечке, поступлению верховодки в скважину и т.д. Начиная с 2016-2017 годов, буровые фирмы перешли на трубы с толщиной стенки 4 мм, и резьба стала еще хуже, чем была.
Сварочное соединение используется намного реже, по причине нежелания платить еще и сварщику за работу.

Плюсы тонкостенных обсадных труб:

Минусы сварных тонкостенных обсадных труб:

  • Срок службы.
  • Надежность.

Пластиковая обсадная труба для скважины (ПНД, ПВХ)

Следующий тип популярных обсадных труб это пластиковые, из ПНД, нПВХ или из полипропилена. Пластик не ржавеет, стоит не дорого, довольно надежен и долговечен, безвреден, но имеет невысокую прочность, поэтому его лучше поместить в стальную обсадную трубу. Использовать пластиковую трубу как обсадную можно на небольшие глубины, в сложных грунтах нужно применять только стальную трубу.

Наиболее распространены пластиковые трубы диаметром 117 мм и с толщиной стенки 7 мм. Эти трубы устанавливаются в стальную обсадную трубу 133 мм. Пластиковые трубы 125 мм (стенка 7.5. мм), устанавливают в металлическую трубу 159 мм или в 152 мм.

Соединяются пластиковые трубы с помощью резьбы.

Плюсы пластиковых труб для скважин:

  • Цена.
  • Надежность.
  • Герметичность.
  • Долговечность.
  • Вес.

Минусы пластиковых труб для скважин:

Также существуют менее популярные нержавеющие трубы и прочие экзотические варианты. В большинстве случаев их никто не использует, по причине дороговизны. 

Оцинкованная труба

Менее известный, но используемый на рынке материал, это оцинкованная обсадная труба ПМТ 150 (152 мм). Данный тип труб был разработан для нужд военных и используется ими для подачи горюче-смазочных материалов и воды на дальние расстояния. Трубы 152 оцинкованные для скважины на воду изготавливаются из стали 10, толщина стенки 3.2 мм, с двух сторон раструбы, толщиной 10 мм. Длина такой трубы 6 м. Соединяются такие трубы с помощью сварки.

Об оцинковке ходит немало слухов, касаемо выноса цинка, блуждающих токов, превращения трубы в решето и прочее.
Работать с трубой ПМТ-150 довольно сложно для буровой компании: нужно иметь площади для ее хранения, нужен хороший сварщик, должно быть достаточно денег для систематических покупок новых партий труб и прочее. Большинство компаний не имеют ничего из перечисленного, поэтому и создают материалы о ее вредности. Касаемо вредности: до 80-х годов 20-го века, в США, водопроводные сети устраивались из оцинкованных труб и только после появления более дешевого и практичного пластика, стали использовать его.

Какой диаметр трубы выбрать для скважины

Выбор диаметра обсадной трубы основывается главным образом на скважинном насосе, который будет установлен в нее. Чем больше диаметр, тем шире выбор насосов. Бытовые скважинные насосы имеют максимальный диаметр 4 дюйма или 100 мм.
В стальную обсадную трубу 133 мм войдет любой тип глубинного насоса, но если внутри установлена пластиковая колонна, то выбор сужается до 3-дюймовых версий или до 3.5-дюймов. Выбор таких устройств меньше и их производительность ниже. Конечно же, всегда есть мощный 3-х дюймовый Grundfos, но его цена в разы выше.
Ставить пластиковую трубу внутрь стальной 133 мм или не ставить зависит от геологии местности. Например, на западе Московской области есть места где можно пробурить без пластика, а на юге региона это невозможно.
Если же у вас пробурена скважина 152 мм или 159 мм, а внутри пластиковая труба 125 мм, то вы сможете купить любой скважинный насос, будь то 3 дюйма или более дешевый 4-дюймовый.

Расчет цены бурения в Московской области

Посчитайте цену бурения в своем районе с разными обсадными трубами:

Так какие трубы для скважины лучше

Подытожим, какую трубу опустить в вашу скважину решать вам: хотите дешевле — полно предложений с шовной тонкостенной трубой 133 мм и с убогой резьбой. Цены на скважины с такими трубами самые низкие на рынке.
Хотите высокое качество? Тогда нужно заказывать скважину с полноценными толстостенными трубами и пластиковую колонну внутрь. Затраты будут выше, возможно даже в 2 раза, но и служить будет дольше.

Вас заинтересует:

Поделитесь статьей с друзьями:



Пластиковая обсадная труба для скважины. Плюсы и минусы!

Загрузка…

Обсадные трубы из пластика набрали бешеную популярность и предлагаются любой буровой компанией, мы не являемся исключением и также опускаем их в скважины. Зачастую пластик ставят внутрь стальной обсадной колонны, но некоторые могут обсадить скважину только пластиковыми трубами. Сейчас мы оставим детальный отзыв о пластиковых трубах, в котором выясним, какая скважина лучше из пластика или металла, поделимся своим опытом, развеем некоторые мифы, поговорим об основных отличиях между трубами.
Также расскажем, почему вообще стали использовать ПНД трубу в скважине и не развод ли это.

Для начала определимся, что лучше для скважины ПНД или ПВХ. Как известно ПВХ ядовит и выделяет винилхлорид, некоторые страны давно отказались от его использования. Материал ПНД нейтральный и широко применяется не только для водоснабжения частного дома, но и в городских сетях.

С этим разобрались, далее рассмотрим основные размеры пластиковых труб для скважин и узнаем, какие из них лучше.

Обсадная труба 125 мм

Основной диаметр трубы ПНД для скважин, которая, как правило, устанавливается внутрь стальной 159 мм или 152 мм трубы, но иногда их применяют без металлической обсадной колонны.
В Московской области очень популярна труба ПНД 125 мм со стенкой толщиной 7.1 мм. Если эта 125 мм пищевая синяя труба ставится без стали, то используют версию со стенкой 9 мм.
Вот тут мы расписали все о конструкции металл 159 + пластик 125 мм и зачем это нужно.
На концах 125-й трубы нарезана резьба, посредством которой одна труба соединяется с другой.

Плюсы и минусы обсадной 125 пластиковой трубы:

  • Дешево. Позволяет существенно снизить стоимость скважины, по сравнению с металлической трубой.
  • Подойдет любой насос для скважины 125 мм в диаметре. Внутренний диаметр этой трубы 111 мм, а значит любой недорогой 4-х дюймовый скважинный насос войдет в нее без проблем.
  • Нельзя обсаживать скважины без стали на большую глубину.  

Обсадная труба 117 мм

Вследствие того, что бурить стали с тонкой 133 мм трубой, толщина стенки которой равна 4.5 мм (и меньше), а внутренний диаметр 124 мм, появилась возможность установить в нее обсадную ПНД 117 мм трубу, где она работает как эксплуатационная колонна.
Узнать зачем нужна скважина 133 мм + ПНД 117 мм можно вот тут.
Это полный аналог описанной выше 125 мм трубы, но чуть меньше. Ее внутренний диаметр 102 мм (на практике 100-101 мм), что дает возможность поставить впритык 4-х дюймовый насос и получить проблемы пытаясь достать его оттуда, когда сломается. Именно поэтому в ПНД 117 мм лучше устанавливать насос диаметром 3 дюйма или 3.5 дюйма.

Достоинства и недостатки 117 мм ПНД трубы:

  • Предельно дешево.
  • Можно установить 4-х дюймовый насос.
  • Практически невозможно достать 4-х дюймовый насос из скважины. Снаружи эта труба красивая и круглая, но внутри присутствуют наплывы и неровности. Плюс к этому, в процессе работы насос может подтянуть микро-частицы шлама, которые встанут между насосом и трубой. Места соединения труб друг с другом также не идеально ровные и даже сверхмалые выступы уже будут проблемой, если ставить насос настолько плотно.
    Помните: большинству из бурильщиков лишь бы сделать и уехать, а вам придется доставать этот насос, когда он сломается. Цена ремонта скважины может очень неприятно удивить.

Труба для скважины 110 мм

Данный размер пластиковых труб применяется в бесшовных 133 мм трубах или в усиленных шовных. За счет большей толщины стенки, внутренний диаметр этих 133 мм труб равен 123 мм и в силу технических особенностей, в них невозможно пробурить под пластиковую 117 мм ПНД. Таким образом, мы пришли к трубе еще меньшего диаметра — 110 мм. Толщина стенки этой трубы 6.3 мм, но за счет маленького диаметра, это компенсируется повышенной жесткостью.

Достоинства и недостатки обсадной 110 мм ПНД трубы:

  • Внутренний диаметр пластиковой 110 мм трубы для скважины составляет около 97 мм, а значит, придется ставить дорогой 3-х дюймовый насос, вроде Grundfos SQ. Но если скважина мелкая, то можно обойтись более демократичными Speroni или китайскими насосами.

Скважина без пластиковой трубы

Бурить артезианскую скважину без использования пластика можно, если имеются напорные горизонты. Например, в случае, если пробурив скважину, вода поднялась в стальные трубы, и насос будет стоять тоже в стальной обсадной трубе. Но даже в таком случае желательно обсадить известняк потому, что это своеобразная порода: может раскиснуть, начнет заваливать ствол…
Это не такая уж большая неприятность, но мы же хотим беспроблемную конструкцию.

В местах, где известняк с прослойками глины, обсаживать известняк нужно всегда, ибо глина будет подкрашивать воду, а затем вовсе затянет скважину. В таких случаях участок с глиной перекрывают сплошной трубой, а в области водоносов делают перфорацию.

В общем и целом, конструкций водозаборной скважины может быть множество и все они зависят от геологии местности, где то это нужно, а где то нет. Поэтому вы не можете выбрать, как делать с пластиком или без него. Пластик — это не роскошь, ПНД труба — это необходимость. Если в вашем случае нужно поставить ПНД, а вы отказываетесь, тогда придется опускать более дорогую стальную трубу.

  • Некоторые буровые фирмы занижают цену метра бурения, называя стоимость без ПНД трубы. Вы заказываете скважину, а в процессе работ выясняется, что без обсадной трубы из пластика не обойтись и нужно доплатить. Вы либо доплачиваете и остаетесь без сэкономленных 10000 руб, либо буровики берут деньги за разведочное бурение и уезжают, а вы остаетесь без денег и без скважины.
    Уважающие себя компании заранее предупреждают о возможной сложности геологии и необходимости использования двойной обсадной трубы.
    Вот здесь мы написали больше о возможных обманах со стороны бурильщиков.

Обсадка скважины пластиковыми трубами

Итак, скважина пробурена и обсажена стальной трубой до известняка, вода стоит в известняке и не поднимается в стальные трубы. Вы не можете опустить глубинный насос в голый известняк (потому, что застрянет), поэтому его предварительно обсаживают ПНД трубой и потом в эту трубу ставят насос.
Раньше для обсадки известняка использовали металлические трубы, но они стоят дорого, сегодня конкуренция набрала угрожающие масштабы и в погоне за лучшей ценой все перешли на пластиковые трубы.

При обсадке известняка, пластиковую трубу принято выводить на несколько метров выше воды, чтобы не всплыла.

В народе распространено выводить пластиковую трубу под верх скважины. Это не имеет никакого смысла, достаточно вывести трубу на 3-5 метров выше воды и она уже не всплывет, остальное пустая трата денег.

Распространен миф, что если вывести пластиковую трубу под верх, то это дает дополнительную защиту от грунтовых вод в случае сквозной коррозии стальной трубы. Вынуждены вас огорчить: это не сработает в большинстве случаев. Если проржавеет стальная труба, то вода попадет в межтрубье, оттуда в известняк, а потом к вам в дом. Если же сталь проржавеет очень сильно, то пластик сдавит глинами.
Но иногда реализуют такую конструкцию скважины, когда пластиковую трубу не опускают до дна, а делают своеобразный карман в известняке, где пластик затянет глинами. Это защитит скважину от верховодки даже в случае сквозной коррозии стали.
Часть буровых организаций предлагают поставить пакер в скважину, который выглядит как намотка на пластиковую трубу, он призван закрыть пространство между пластиком и сталью и обеспечить герметичность. Но пока спускают трубу с намоткой в скважину, эта намотка разболтается, порвется и толку от нее не будет. Но главное, что никто никогда не поймет, вышел пакер из строя или нет, вода ведь все равно будет чистая и прозрачная.
Встречаются более сложные варианты пакеров, но это дополнительные деньги, дополнительное время на их установку, а сейчас все компании идут по пути предельного сокращения затрат и никто не будет заниматься этим бесплатно.

А теперь самое популярное: многие буровые организации говорят, что установив пластиковую трубу, вы будете пить воду только из нее. Они просто бросают эту трубу в скважину, и она там болтается. В ней стоит вода, но также вода стоит и между пластиковой и стальной трубой. Об этом говорить не положено, вы ведь все равно это не узнаете. Так работает большинство буровиков без должного опыта.
Естественно, если проржавеет сталь, то верховодка будет у вас в кране.

Как сделать скважину только из пластиковой трубы

Некоторые конторы практикуют обсадку скважины пластиковыми трубами без стальной колонны, дескать, пластик вечный, не корродирует и экологически чистый. Давайте выясним насколько оправдано использовать только пластик в скважине.

Итак, прочность пластика ниже стали, поэтому нужно брать трубу со стенкой не менее 9 мм. При использовании стандартной стенки 7.1 мм, вас ждет смятие обсадной трубы ПНД в скважине.
Это опытом проверенная информация.

Особенно неприятно если такую скважину сделают шабашники. Обычно схема такая: делают скважину, берут деньги и уезжают, затем труба схлопывается, а дозвониться до них уже невозможно. Мы периодически встречаем такие случаи.
Вот один из них:

Далее, сложности с тем, как обсадить скважину пластиковой трубой. Например, стальную трубу можно затереть в известняк и тем самым изолировать затрубное пространство, сталь можно крутить, стучать и с ней все будет нормально. С пластиком же так не выйдет.
Пластиковая обсадная труба просто встает на известняк и дальше как повезет. Поверхность известняка не идеально ровная и между известняком и трубой будут зазоры. Даже если повезло и все работает нормально, то нет никаких гарантий, что, через время, под башмаком обсадной колонны не размоет глинистую пробку и не пойдет грязная вода.

Второй момент в обсадке: пластик в воде всплывает, а скважину обсаживают тогда, когда она стоит заполненная буровым раствором, плотность которого еще выше воды. Вместо того чтобы плотней встать на известняк, пластиковая труба все время стремится наружу с огромной силой. Поэтому ее стараются придавить грузом и ждут, пока трубу обтянет глиной.

Если нужно обсадиться и продолжить бурение в пластиковой трубе, то нужно очень постараться чтобы не разбить эту трубу. Иногда за пластиком может попасться валун, который вдавит ПНД трубу внутрь и при бурении там протрется дырка.
Как вы успели заметить, технология обсадки с ПНД без стали несколько сложней, чем с обычной металлической трубой, а бурят без стали, в основном, новички.

Бурение скважины с пластиковыми обсадными трубами продвигается исключительно с целью экономии средств, ибо цена ПНД трубы ниже стальной.

Какая скважина лучше из пластика или металла

В конце подведем итог, специально для тех, кому лень читать весь материал, мы сразу решим вопрос, какая обсадная труба лучше ПНД или стальная.
Пластик хорош и позволяет снизить цену на бурение, он отлично работает, но если защищен железной трубой. Стальная труба также хороша, но она устанавливается до известняка, а сам известняк нужно обсадить уже пластиком. В наших краях (на юге Московской области) нельзя оставить известняк без обсадки. Поэтому, идеальное сочетание это железо и пластик.
Если нет доверия ПНД, можно переплатить и сделать металл и металл.

Вас заинтересует:

Поделитесь статьей с друзьями:



Что такое трубы из ХПВХ? (с иллюстрациями)

Труба из хлорированного поливинилхлорида, более известная как «труба из ХПВХ», представляет собой водопроводный материал из высокопрочного термопласта. Это наиболее часто используемые трубопроводы в строительстве в большинстве стран мира, по сравнению с обычным поливинилом, альтернативами из металла и меди. Строители часто предпочитают его, потому что он очень прочный, устойчивый к коррозии и имеет очень высокие температурные пороги. Это делает его безопасным для подачи воды, газа и нефти, а также может означать экономию энергии для домовладельцев и предприятий.Самые большие недостатки обычно связаны с растрескиванием, и некоторые люди также жалуются, что питьевая вода, протекающая по этим трубам, имеет несколько пластиковый привкус, особенно если трубы новые.

Трубопроводы из CPVC бывают разных форм для выполнения различных функций.
Как они сделаны

Такие трубы часто выглядят так, как будто они сделаны из обычного пластика, но в большинстве случаев их изготовление несколько сложно. Химики обычно начинают с полимеризации мономера винилхлорида, молекулы которой составляют основу многих пластиков.Затем в ходе ряда реакций они используют тепловую энергию или ультрафиолетовые лучи для разложения ионов хлора, которые могут вытеснять молекулы водорода.

Сантехника из ХПВХ применяется в большинстве современных зданий.

Конечный результат — прочный и прочный материал. Снаружи она очень похожа на обычную трубу из поливинилхлорида или трубу из ПВХ, и она разделяет многие черты этого предшественника, когда дело доходит до пластичности и общей полезности. Однако он прочнее и устойчивее к утечкам и потерям энергии. ПВХ был промышленным стандартом в большинстве мест до середины 1980-х, когда альтернатива ХПВХ стала более широко производиться и приниматься. Установка выполняется быстрее и безопаснее, для этого требуется только специальный цементный раствор, в отличие от горелки и припоя, которые обычно требуются для металлических трубопроводов.Варианты из ХПВХ также обычно служат дольше и, как правило, менее подвержены ошибкам.

Некоторые люди с трубами из ХПВХ говорят, что их вода имеет вкус пластика.
Термостойкость

Одним из самых больших преимуществ трубопроводов из ХПВХ является их способность переносить тепло.Как правило, он способен выдерживать коррозионную температуру воды от 70 ° F до 90 ° F на выше, чем , чем его аналоги из ПВХ, что делает его хорошим выбором для транспортировки горячей воды и промышленных жидкостей. Для систем с горячей и холодной водой он обычно рассчитан на 100 фунтов на квадратный дюйм (psi) при 180 ° F и 400 psi при комнатной температуре. Он также является огнестойким и не горит без источника пламени, что делает его пригодным для систем пожаротушения в легкой опасности и в жилых помещениях.

Трубы из ХПВХ по популярности среди современных строителей превосходят медную арматуру.
Устойчивость к химической коррозии

CPVC также обычно нетоксичен, что означает, что он не выщелачивает химикаты или коррозионные вещества, даже если они некоторое время находятся в трубе.Он невосприимчив к гальванической коррозии и противостоит образованию накипи, что важно для чистоты воды. Он также устойчив к химическим веществам и устойчив к их остаткам. Будучи пластичным, он не подвергается электролизу — процессу разложения воды на кислород и водород.

Экономия энергии

Домовладельцам и предприятиям часто нравятся такие трубопроводы, потому что они иногда могут сэкономить деньги на отоплении и охлаждении, по крайней мере, в том, что касается температуры жидкости.У него довольно хорошая изоляция, а это значит, что горячая вода в нем остается горячей, а холодная, наоборот, холодной. Бензин и масло также часто хорошо протекают по этим типам труб, что может способствовать большей эффективности, а в некоторых случаях означает, что владельцы зданий будут использовать меньше.

Общие недостатки

Однако есть опасения по поводу использования этого трубопровода.Некоторые люди, получающие питьевую воду через трубы из ХПВХ, жалуются на привкус пластика в воде. Трубы и фитинги также подвержены растрескиванию при падении, а иногда они могут деформироваться или сломаться, если фундамент дома резко смещается или, что чаще бывает в некоторых местах, во время землетрясений. Несмотря на их большую устойчивость к перепадам температуры внутри , они иногда могут расширяться при изменении температуры снаружи . Условия замерзания могут иногда означать, например, что эти трубы лопнут, что может создать серьезную проблему.Были зарегистрированы несколько задокументированных случаев роста бактерий внутри трубы, часто в тех случаях, когда трубы используются редко.

Для герметизации стыков труб из ХПВХ требуется специальный цемент.

Чугунные трубы: чего ожидать от старых домов

Вскоре после того, как я купил свой первый дом здесь, в Беверли-Грин, я был довольно наивен в том, что может означать владение старым домом и чего ожидать.Я планировал и составлял бюджет, ох как тщательно, на предметы, которые мой инспектор пометил красным флажком, и на все небольшие косметические изменения, которые я планировал сделать. Спустя всего две недели после ремонта мне позвонил нанятый мною электрик. «Вы знали, что у вас под домом растут грибы?» он сказал. Оказалось, что у меня была утечка в основной канализационной сети, которая загрязнила грязь под домом в подвесном пространстве. Просмотрев свои документы о проверке с помощью зубчатой ​​расчески, я убедился, что никаких упоминаний о каких-либо тревожных сигналах в области сантехники не было, и что сантехника обычно не рассматривается при проверке дома, за исключением использования кранов и смыва туалетов.Оглядываясь назад, я должен был сделать домашнюю работу над тем, чего ожидать от старых трубок, которые можно найти в этих красивых старинных домах. Как энтузиасты сохранения, несомненно, что некоторые из нас живут в старых кварталах в центре Лас-Вегаса и, вероятно, владеют или арендуют дом, построенный до 1970 года. Несмотря на все свое очарование, эти дома не защищены от старения и износа, который неизбежно произойдет через 40 с лишним лет.

Одной из наиболее распространенных проблем является стареющая чугунная труба, которая использовалась в строительстве примерно до 1980 года, когда ПВХ был введен в жилые дома.Согласно информационному бюллетеню «Водная инфраструктура и устойчивость» Агентства по охране окружающей среды (EPA) за 2012 год, средний возраст вышедшей из строя водопроводной магистрали в США составляет 47 лет. К сожалению для нас, это означает, что продолжительность жизни большинства домашних трубок исчерпывается. Это особенно влияет на магистраль канализации и трубы, идущие из ваших ванных комнат и кухонь. Эти трубы подвергаются гораздо более быстрому коррозионному процессу, чем трубы, по которым идет только питьевая вода, которая используется для наполнения ванн и раковин.По данным сайта oldhouseweb.com:

«Выход из строя чугунных сточных труб обычно происходит из-за внутренней коррозии.

В результате того, что проходит через трубопроводы для отходов, может образовываться сероводород. Это может окислить и произвести серную кислоту, которая разъедает чугун. Некоторые очистители канализации также содержат серную кислоту и при постоянном использовании могут ускорить коррозионное действие и сократить срок службы чугунной системы трубопроводов. «

Чтобы добавить травму к оскорблению, эти трубы часто закапывают в фундаментную плиту или внутри стен, что затрудняет визуальное определение того, когда наши трубы начинают выходить из строя.Ниже приведены шесть вопросов, на которые веб-сайт American Water Resources рекомендует домовладельцам обратить внимание, чтобы помочь определить, может ли быть утечка или другие невидимые недостатки в вашей домашней сантехнике:

«1. Сколько лет твоим трубкам? »

Посмотрим правде в глаза, наши трубы старые. Скорее всего, у вас оригинальные трубы, а значит, их возраст соответствует году постройки вашего дома. Если вы не уверены, узнайте, когда был построен ваш дом, и проводилась ли замена или ремонт сантехники с момента вашего переезда.«Знание возраста ваших труб поможет вам оценить их потребность в ремонте».

«2. У вас есть взрослые деревья возле ваших линий водоснабжения? »
Одна из многих привлекательных сторон старого района Вегаса — это зрелые деревья и благоустроенный ландшафт, обеспечивающий тень от палящего солнца. Однако эти корневые системы могли проникнуть в водопровод под нашими домами. Если у вас есть взрослые деревья и растения, расположенные рядом с вашим домом, быстро исследуйте их корневую систему и определите, находятся ли ваши трубы под угрозой.

«3. У вас есть глинистая почва? »
Наиболее распространенные типы почвы в Лас-Вегасе — глина, песок и твердые породы. «По данным NACE International, ведущей мировой профессиональной организации в области борьбы с коррозией, песчаные почвы относятся к наименее коррозионным, а глинистые — к наиболее коррозионным». Мы ничего не можем с этим поделать, ребята. Ищите предупреждающие знаки, упомянутые ниже, и планируйте заранее.

«4. Вы игнорировали предупреждающие знаки? »
Ответ компании American Water Resources: «Часто обманчиво мелочи, которые не замечают домовладельцы, могут указывать на проблему с водой.Простое сливание жира и остатков пищи в канализацию может привести к тому, что со временем в канализационной и дренажной линиях продолжится накопление жира и остатков пищи. Заикание крана может указывать на то, что водопровод протекает, а забитый туалет или медленный слив могут сигнализировать домовладельцу о засорении канализационной линии. Все эти признаки могут указывать на внезапный и потенциально дорогостоящий ремонт. Согласно EPA, обнаружение этих простых решений и уход за ними может спасти вас от потенциальных проблем — и сэкономить более 10% на счетах за воду.”

«5. Вы живете там, где времена года внезапно меняются? »
Мы знаем, что погода в пустыне может быть суровой и резко меняться от одного дня к другому. «Санитарная комиссия пригородов Вашингтона и Американское общество инженеров-строителей сообщают, что изменение температуры на 10 градусов может увеличить нагрузку на водопровод и линии обслуживания и повысить риск их повреждения. Хорошая идея — следить за водой сразу после резкого изменения температуры. Если давление воды кажется другим или унитазы не смываются в обычном режиме, возможно, сезонные изменения наконец довели ваши трубы до предела.

«6. Вы знаете, из чего сделаны ваши трубки? »
Для большинства из нас наши трубы сделаны из чугуна. «Стивен Фолкман, профессор машиностроения и аэрокосмической техники УрГУ, завершил всестороннее исследование материалов труб и обнаружил, что« почти 75 процентов всех коммунальных предприятий имеют коррозионные почвенные условия, и в сочетании с высокой долей старых труб из чугуна и высокопрочного чугуна коррозия считается самой серьезной проблемой. вторая по значимости причина выхода из строя магистрального водопровода в Соединенных Штатах ».

Если у вас есть доступ к вашим трубам, есть видимые признаки коррозии и потенциальные проблемы.Oldhouseweb.com дает нам больше информации о том, на какие знаки следует обращать внимание:

«При осмотре чугунных трубопроводов вы обычно обнаруживаете два разных признака неисправности. Одна из них — описываемая вами трещина, обычно образующаяся наверху трубы или в шве, создаваемая формой, используемой в процессе литья. Вероятно, это происходит из-за скопления газообразного сероводорода и возникающего в результате кислотного воздействия, ослабляющего стенку трубы.

Другим внешним признаком выхода из строя чугунных труб являются пятна ржавчины, обычно обнаруживаемые на нижней стороне горизонтальных участков.Размер этих капель может быть любым, от маленьких прыщиков до размером примерно с половину скорлупы грецкого ореха. Они не так очевидны, как трещины, и их можно не заметить, потому что они не протекают постоянно. По мере того как утюг вокруг небольшого отверстия ржавеет, утюг расширяется и закрывает утечку. Хотя при обнаружении они могут и не протекать, это определенно признак того, что внутренняя коррозия пробила стенку трубы ».

Так что все это значит? Нужно ли сразу менять всю сантехнику? Нет, но если вы еще этого не сделали, вам следует начать формировать план атаки на случай, если и когда старые трубы в вашем старинном доме начнут выходить из строя.Одна хорошая рекомендация — учесть это в своем бюджете для любых крупных проектов по ремонту кухни, ванной или других ремонтных работ, которые вы, возможно, планируете. Если вы планируете заменять старую сантехнику, когда вы уже открыли стену или сняли напольный материал, в долгосрочной перспективе вы часто сэкономите деньги. Если какой-либо из вышеперечисленных предупреждающих знаков кажется вам знакомым, запланируйте, что ваш надежный сантехник проведет полную проверку. Чугунные трубы часто можно ремонтировать и заменять сегментами, поэтому, если вы обнаружите проблемные места до того, как они распространятся или нанесут серьезный ущерб инфраструктуре, вы, вероятно, сможете двигаться более экономичным темпом.А для тех, кто занимается своими руками, посетите сайт realtor.com, чтобы получить полное объяснение замены чугунных труб на ПВХ.

И, на случай, если вам все еще интересно, что случилось с моей канализационной линией, мне повезло, что я был в самом начале процесса ремонта, когда случилась катастрофа, и поэтому я смог изменить бюджет и переместить некоторые вещи обратно в список желаний. Это был довольно обширный проект: выкапывать грязь (среди прочего) из-под дома, засыпать новую грязь и заменить всю 40-футовую канализационную магистраль и соединительные трубы ванной комнаты, а также вертикальный трубопровод в одной из ванные комнаты.Излишне говорить, что дело сделано, и я готовлюсь к большему и лучшему.

Прочность обсадных труб и насосно-компрессорных труб

Наиболее важными механическими свойствами обсадных труб и насосно-компрессорных труб являются прочность на разрыв, сопротивление разрушению и прочность на разрыв. Эти свойства необходимы для определения прочности трубы и проектирования обсадной колонны.

Минимальное внутреннее давление текучести (MIYP)

Если обсадная колонна подвергается внутреннему давлению выше, чем внешнее, считается, что обсадная колонна подвергается нагрузке разрывным давлением.Условия нагружения разрывным давлением возникают во время операций по управлению скважиной, испытаний на целостность обсадных колонн, насосных и производственных операций. MIYP тела трубы определяется по формуле внутреннего давления текучести, приведенной в API Bull. 5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб . [1]

……………….. (1)

где

P B = минимальное давление разрыва, psi,

Y p = минимальный предел текучести, psi,

t = номинальная толщина стенки, дюйм.,

и

D = номинальный внешний диаметр трубы, дюйм.

Это уравнение, широко известное как уравнение Барлоу, вычисляет внутреннее давление, при котором тангенциальное (или кольцевое) напряжение на внутренней стенке трубы достигает предела текучести (YS) материала. Выражение может быть получено из уравнения Ламе для касательного напряжения, сделав предположение о тонких стенках, что D / t >> 1. Большинство обсадных труб, используемых на месторождении, имеют отношение D / т от 10 до 35.Коэффициент 0,875, фигурирующий в уравнении, представляет собой допустимый производственный допуск –12,5% на толщину стенки, указанный в API Bull. 5C2, Эксплуатационные характеристики обсадных труб, насосно-компрессорных труб и бурильных труб . [2] Давление в MIYP не означает, что труба будет иметь разрыв или разрыв, который происходит только тогда, когда касательное напряжение превышает предел прочности на разрыв (UTS). Таким образом, использование критерия предела текучести в качестве меры сопротивления трубы внутреннему давлению по своей природе консервативно.Это особенно верно для материалов более низкого качества, таких как H-40, K-55 и N-80, отношение UTS / YS которых значительно выше, чем у материалов более высокого качества, таких как P-110 и Q-125. Влияние осевой нагрузки на сопротивление внутреннему давлению обсуждается позже.

Прочность на обрушение

Если внешнее давление превышает внутреннее давление, обсадная колонна разрушается. Такие условия могут существовать во время операций по цементированию, расширения захваченной жидкости или вакуумирования скважины. Прочность на сжатие в первую очередь зависит от предела текучести материала и его коэффициента гибкости: D / t .Критерии прочности на обрушение, указанные в API Bull. 5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб , [1] состоят из четырех режимов обрушения, определяемых пределом текучести и D / t . Далее обсуждается каждый критерий в порядке увеличения D / t .

Снижение предела текучести

Снижение предела текучести основано на текучести на внутренней стенке с использованием эластичного раствора для толстых стенок Ламе.Этот критерий вовсе не представляет собой давление «коллапса». Для толстостенных труб ( D / т < 15 ±), касательное напряжение превышает предел текучести материала до того, как произойдет разрушение из-за коллапс-неустойчивости. .................... (2) Номинальные размеры используются в уравнениях коллапса. Применимые соотношения D / т для разрушения предела текучести показаны в таблице .

  • Таблица 1 — Диапазон формулы давления обрушения текучести

Коллапс пластик

Пластическое разрушение основано на эмпирических данных 2488 испытаний бесшовных обсадных труб К-55, Н-80 и П-110.Не было получено аналитического выражения, которое точно моделирует поведение коллапса в этом режиме. Регрессионный анализ дает 95% доверительный уровень уверенности в том, что 99,5% всех труб, изготовленных в соответствии со спецификациями Американского института нефти (API), выйдут из строя при давлении схлопывания, превышающем давление пластического схлопывания. Минимальное давление схлопывания для пластического диапазона схлопывания рассчитывается по формуле Eq. 3 .

……………….. (3)

Коэффициенты A, B и C и применимый диапазон D / t для формулы пластического разрушения показаны в , Таблица 2 .

  • Таблица 2 — Формульные коэффициенты и диапазоны D / t для пластического обрушения

Переходный коллапс

Переходный коллапс получается путем численного подбора кривой между пластическим и упругим режимами. Минимальное давление схлопывания для переходной зоны от пластика к упругости, P T , рассчитывается с помощью Eq. 4 .

……………….. (4)

Коэффициенты F и G и применимый диапазон D / t для формулы переходного давления схлопывания показаны в таблице .

  • Таблица 3 — Формульные коэффициенты и диапазон D / t для переходного коллапса

Упругое разрушение

Elastic Collapse основан на теоретическом разрушении из-за упругой неустойчивости; этот критерий не зависит от предела текучести и применим к тонкостенным трубам ( D / т >

25 ±). Минимальное давление схлопывания для упругого диапазона схлопывания рассчитывается с помощью Eq. 5 . ……………….. (5) Применимый диапазон D / t для упругого сжатия показан в таблице 4 .

  • Таблица 4 — Диапазон D / t для упругого обрушения

Большинство нефтепромысловых труб испытывают обрушение в «пластическом» и «переходном» режимах. Многие производители продают обсадные трубы с «сильным разрушением», которые, по их утверждению, обладают характеристиками, превышающими номинальные характеристики, рассчитанные по формулам API Bull.5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб . [1] Эти улучшенные характеристики достигаются, главным образом, за счет использования передовых производственных технологий и более строгих программ обеспечения качества для уменьшения овальности, остаточного напряжения и эксцентриситета. Изначально обсадная колонна с высоким обрушением была разработана для использования на более глубоких участках скважин высокого давления. Использование обсадных труб с высокой степенью сжатия получило широкое распространение в отрасли, но их использование остается спорным среди некоторых операторов.К сожалению, все производители ’ претензии не были подтверждены соответствующим уровнем квалификационного тестирования. Если при проектировании считается необходимым обсадная колонна с высокой степенью сжатия, необходимо получить соответствующую консультацию специалиста для оценки производителя. s данные квалификационных испытаний, такие как отношение длины к диаметру, условия испытаний (конечные ограничения) и количество выполненных испытаний.

Эквивалентное внутреннее давление

Если труба подвергается как внешнему, так и внутреннему давлению, эквивалентное внешнее давление рассчитывается как

……………….. (6)

где

p e = эквивалентное внешнее давление,

p o = внешнее давление,

p i = внутреннее давление,

и

Δ p = p o — p i .

Чтобы обеспечить более интуитивное понимание смысла этой связи, Eq.6 можно переписать как

……………….. (7)

где

D = номинальный наружный диаметр,

и

d = номинальный внутренний диаметр.

В Ур. 7 , мы можем видеть внутреннее давление, приложенное к внутреннему диаметру, и внешнее давление, приложенное к внешнему диаметру. «Эквивалентное» давление, приложенное к внешнему диаметру, является разностью этих двух терминов.

Осевая прочность

Осевая прочность тела трубы определяется по формуле предела текучести тела трубы, приведенной в API Bull.5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных, насосно-компрессорных, бурильных и линейных труб . [1]

……………….. (8)

где

F y = осевая прочность тела трубы (единицы силы),

Y p = минимальный предел текучести,

D = номинальный наружный диаметр,

и

d = номинальный внутренний диаметр.

Осевая прочность — это произведение площади поперечного сечения (исходя из номинальных размеров) и предела текучести.

Комбинированные стрессовые воздействия

Все приведенные ранее уравнения прочности трубы основаны на одноосном напряженном состоянии (т.е. состоянии, в котором только одно из трех главных напряжений не равно нулю). Эта идеализированная ситуация никогда не встречается в нефтяных месторождениях, потому что труба в стволе скважины всегда подвергается комбинированным условиям нагрузки. Фундаментальная основа конструкции обсадных труб заключается в том, что если напряжения в стенке трубы превышают предел текучести материала, возникает условие разрушения.Следовательно, предел текучести является мерой максимально допустимого напряжения. Чтобы оценить прочность трубы в условиях комбинированного нагружения, предел одноосной текучести сравнивают с условием текучести. Возможно, наиболее широко принятый критерий текучести основан на теории максимальной энергии искажения, которая известна как условие текучести Хубера-Хенки-Мизеса или просто напряжение фон Мизеса, трехосное напряжение или эквивалентное напряжение. [3] Трехосное напряжение (эквивалентное напряжение) не является истинным напряжением.Это теоретическое значение, которое позволяет сравнить обобщенное трехмерное (3D) напряженное состояние с критерием одноосного разрушения (предел текучести). Другими словами, если трехосное напряжение превышает предел текучести, указывается нарушение текучести. Трехосный коэффициент безопасности — это отношение предела текучести материала к трехосному напряжению. Критерий текучести определяется как ……………….. (9) где

Y p = минимальный предел текучести, psi,

σ VME = трехосное напряжение, psi,

σ z = осевое напряжение, psi,

σ ϴ = касательное или кольцевое напряжение, psi,

и

σ r = радиальное напряжение, psi.

Расчетное осевое напряжение σ z в любой точке по площади поперечного сечения должно включать в себя эффекты:

  • Собственный вес
  • Плавучесть
  • Нагрузки от давления
  • Гибка
  • Ударные нагрузки
  • Сопротивление трения
  • Точечные нагрузки
  • Температурные нагрузки
  • Изгибающие нагрузки

За исключением изгибающих / изгибающих нагрузок, осевые нагрузки обычно считаются постоянными по всей площади поперечного сечения.

Касательные и радиальные напряжения рассчитываются с помощью уравнений Ламе для толстостенных цилиндров.

……………….. (10)

и

……………….. (11)

где

p i = внутреннее давление,

p o = внешнее давление,

r i = внутренний радиус стенки,

r o = радиус внешней стенки,

и

r = радиус, на котором возникает напряжение.

Абсолютное значение σ ϴ всегда наибольшее на внутренней стенке трубы и для нагрузок на разрыв и обрушение, где | p i — p o | >> 0, то | σ ϴ | >> | σ r | . Для любой комбинации p i и p o сумма касательных и радиальных напряжений постоянна во всех точках стенки обсадной колонны.Подставляя уравнение. 10 и Ур. 11 в Ур. 9, после перестановок дает ……………….. (12) в котором а также

где

D = наружный диаметр трубы,

и

т = толщина стенки.

Ур. 12 вычисляет эквивалентное напряжение в любой точке тела трубы для любой заданной геометрии трубы и условий нагрузки. Чтобы проиллюстрировать эти концепции, давайте рассмотрим несколько частных случаев.

Комбинированное разрушение и растяжение

Предполагая, что σ z > 0 и σ ϴ >> σ r и установка трехосного напряжения равным пределу текучести приводит к следующему уравнению эллипса. ……………….. (13) Это двухосный критерий, используемый в API Bull. 5C3, Формулы и расчеты для свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных и линейных труб , [1] , чтобы учесть влияние напряжения на обрушение………………… (14) где

S a = осевое напряжение, зависящее от плавучего веса трубы,

и

Y p = предел текучести.

Отчетливо видно, что по мере увеличения осевого напряжения S a сопротивление разрушению трубы уменьшается. Построение этого эллипса, Рис. 1 позволяет напрямую сравнить трехосный критерий с рейтингами API. Нагрузки, попадающие в расчетный диапазон, соответствуют проектным критериям.Изогнутый нижний правый угол вызван комбинированными эффектами напряжения, как описано в Eq. 14 .

  • Рис. 1 — Критерии отказа обсадной колонны.

Комбинированная нагрузка на разрыв и сжатие

Комбинированная пакетная и компрессионная нагрузка соответствует верхнему левому квадранту проектной оболочки. Это область, где трехосный анализ наиболее важен, потому что использование одного только одноосного критерия не может предсказать несколько возможных отказов.Для высоких разрывных нагрузок (т. Е. Высокого касательного напряжения и умеренного сжатия) разрывное разрушение может произойти при перепаде давления, меньшем, чем разрывное давление по API. При высоком сжатии и умеренных разрывных нагрузках режимом разрушения является постоянное навинчивание (т. Е. Пластическая деформация из-за винтового выпучивания). Эта комбинированная нагрузка обычно возникает, когда возникает высокое внутреннее давление (из-за утечки в насосно-компрессорных трубах или повышения давления в кольцевом пространстве) после повышения температуры обсадной колонны из-за добычи.Повышение температуры в несцементированной части обсадной колонны вызывает тепловое расширение, что может привести к значительному увеличению сжатия и коробления. Увеличение внутреннего давления также приводит к увеличению потери устойчивости.

Комбинированное нагружение разрывом и растяжением

Комбинированная нагрузка на разрыв и растяжение соответствует верхнему правому квадранту проектной оболочки. Это область, в которой использование одного только критерия одноосности может привести к созданию более консервативного, чем необходимо, дизайна.При высоких нагрузках на разрыв и умеренном растяжении нарушение текучести при разрыве не произойдет до тех пор, пока не будет превышено давление разрыва по API. Когда напряжение приближается к осевому пределу, разрывное разрушение может произойти при перепаде давления меньше значения API. При высоком растяжении и умеренных разрывных нагрузках текучесть тела трубы не будет происходить до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение, превышающее одноосное номинальное значение.

Использование преимущества увеличения сопротивления разрыву при наличии напряжения представляет собой хорошую возможность для инженера-проектировщика сэкономить деньги при сохранении целостности ствола скважины.Точно так же проектировщик может пожелать разрешить нагрузки между номинальными значениями одноосного и трехосного растяжения. Однако в последнем случае следует проявлять особую осторожность из-за неопределенности того, какое давление разрыва может наблюдаться в сочетании с высокой растягивающей нагрузкой (исключением является случай испытательной нагрузки давления сырого цемента). Кроме того, рейтинги подключения могут ограничивать ваши возможности проектирования в этом регионе.

Использование трехосного критерия для обрушения

Для многих труб, используемых в нефтяном месторождении, обрушение — это нарушение неупругой устойчивости или нарушение упругой устойчивости, не зависящее от предела текучести.Трехосный критерий основан на упругих свойствах и пределе текучести материала и, следовательно, не должен использоваться с нагрузками на обрушение. Единственным исключением являются толстостенные трубы с низким соотношением D / т , которые имеют рейтинг API в области разрушения предела текучести. Этот критерий обрушения вместе с эффектами растяжения и внутреннего давления (которые являются трехосными эффектами) приводят к тому, что критерий API практически идентичен трехосному методу в нижнем правом квадранте трехосного эллипса для толстостенных труб.

Для сильного сжатия и умеренных нагрузок на сжатие, испытываемых в нижнем левом квадранте расчетной оболочки, режимом отказа может быть постоянное закручивание из-за винтовой потери устойчивости. В этом случае целесообразно использовать трехосный критерий. Такое сочетание нагрузок обычно может происходить только в скважинах, температура которых сильно повышается из-за добычи. Комбинация разрушающей нагрузки, которая вызывает обратное раздувание, и повышение температуры приводит к увеличению сжатия в несцементированной части колонны.

Большинство инженеров-проектировщиков используют минимальную стену для расчетов на разрыв и номинальные размеры для расчетов на обрушение и осевые расчеты. Можно привести аргументы в пользу использования любого допущения в случае трехосного дизайна. Важнее, чем выбор допущений о размерах, является то, что результаты трехосного анализа должны соответствовать одноосным рейтингам, с которыми их можно сравнивать.

Трехосный анализ, пожалуй, наиболее ценен при оценке импульсных нагрузок.Следовательно, имеет смысл откалибровать трехосный анализ, чтобы он был совместим с одноосным анализом разрыва. Это можно сделать путем соответствующего выбора проектного фактора. Поскольку трехосный результат номинально сводится к результату одноосного разрыва при отсутствии осевой нагрузки, результаты обоих этих анализов должны быть эквивалентными. Поскольку рейтинг прочности на разрыв основан на 87,5% номинальной толщины стенки, при трехосном анализе на основе номинальных размеров следует использовать расчетный коэффициент, равный расчетному коэффициенту разрыва, умноженному на 8/7.Это отражает философию, согласно которой следует использовать менее консервативное допущение с более высоким расчетным фактором. Следовательно, для расчетного коэффициента разрыва 1,1 следует использовать расчетный коэффициент для трехосного тракта 1,25.

Заключительное рассмотрение трехосного напряжения

Рис. 2 графически суммирует трехосные, одноосные и двухосные пределы, которые следует использовать при проектировании обсадной колонны, а также набор согласованных проектных факторов.

  • Рис. 2 — Расчетные коэффициенты для критериев разрушения обсадной колонны.

Из-за потенциальных преимуществ (как экономии затрат, так и лучшей механической целостности), которые могут быть реализованы, трехосный анализ рекомендуется для всех конструкций скважин. Конкретные приложения включают:

  • Экономия денег на разрывной конструкции за счет использования преимущества повышенной прочности на разрыв при растяжении
  • Учет большого температурного воздействия на профиль осевой нагрузки в скважинах с высоким давлением и высокой температурой (это особенно важно при комбинированном нагружении разрывом и сжатием)
  • Точное определение напряжений при использовании толстостенных труб ( D / t <12) (традиционные одноосные и двухосные методы предполагают наличие тонких стенок) предел текучести материала)

Хотя признано, что критерий фон Мизеса является наиболее точным методом представления характеристик упругой текучести, использование этого критерия в трубчатой ​​конструкции должно сопровождаться некоторыми мерами предосторожности.

Во-первых, для большинства труб, используемых в нефтепромыслах, обрушение часто является неустойчивым разрушением, которое происходит до того, как вычисленное максимальное трехосное напряжение достигает предела текучести. Следовательно, трехосное напряжение не должно использоваться в качестве критерия обрушения. Только в толстостенных трубах перед обрушением происходит деформация.

Во-вторых, точность трехосного анализа зависит от точного представления условий, которые существуют как для трубы, установленной в скважине, так и для последующих представляющих интерес нагрузок.Часто при анализе напряжений наиболее важным является изменение условий нагрузки. Следовательно, точное знание всех температур и давлений, которые возникают в течение срока службы скважины, может иметь решающее значение для точного трехосного анализа.

Пример расчета конструкции

В примерах, которые обсуждаются ниже, исследуются критерии взрыва и коллапса. Трехосные напряжения рассчитываются для различных ситуаций нагружения, чтобы продемонстрировать, как на самом деле используются формулы прочности обсадной колонны и формулы нагрузки.

Пример расчета пакетов с трехосным сравнением

Предположим, что у нас есть промежуточная обсадная колонна N-80 диаметром 13 3 / 8 дюймов, 72 фунта / фут, установленная на высоте 9000 футов и закрепленная на поверхности. Разрывное дифференциальное давление для этой обсадной колонны определяется формулой Eq. 1 .

Вариант нагружения, который мы будем проверять, — это случай выброса вытеснения в газ с пластовым давлением 6000 фунтов на квадратный дюйм, глубиной пласта на высоте 12000 футов и градиентом газа, равным 0,1 фунтов на квадратный дюйм / фут.

Согласно этому расчету, корпус достаточно прочен, чтобы противостоять этому разрывному давлению. В качестве дополнительной проверки рассчитаем напряжение фон Мизеса, связанное с этим случаем. Поверхностное осевое напряжение — это вес обсадной колонны, деленный на площадь поперечного сечения (20,77 дюйма 2 ) за вычетом нагрузок от давления при цементировании (предположим, 15 фунтов / галлон цемента).

Радиальные напряжения для внутреннего и внешнего радиусов — это внутреннее и внешнее давление.

Кольцевые напряжения рассчитываются по формуле Ламе ( Eq.10 ).

Эквивалентное напряжение по Мизесу или трехосное напряжение задается как Eq. 9 . Оценивая уравнение. 9 на внутреннем радиусе и на внешнем радиусе имеем

и

Максимальное напряжение по Мизесу находится внутри 13 3 / 8 дюймов. обсадная колонна со значением 66% предела текучести. При расчете разрыва приложенное давление составляло 89% от расчетного давления разрыва. Таким образом, расчет пакета является консервативным по сравнению с расчетом фон Мизеса для этого случая.

Пример расчета обрушения

Для расчета обрушения образца мы проверим сопротивление обрушению хвостовика P-110 размером 7 дюймов, 23 фунта / фут, зацементированного на глубине от 8000 до 12000 футов. Сравнение 7 дюймов. свойства лайнера против различных режимов обрушения, было обнаружено, что переходное схлопывание было предсказано для этого лайнера. Давление обрушения для этого лайнера рассчитывается по формуле Eq. 4 со следующими значениями для F и G , взятыми из , Таблица 3 .

Тогда давление схлопывания определяется выражением

Чтобы оценить обрушение этого лайнера, нам необходимо внутреннее и внешнее давление. Внутреннее давление определяется при полной откачке над пакером.

Внешнее давление основано на полностью зацементированном участке за 7-дюймовым. лайнер. Профиль внешнего давления задается профилем внешнего давления смеси раствор / цемент-вода, где предполагается, что хвостовик зацементирован в буровом растворе 10 фунтов / галлон с внутренним градиентом давления смеси-воды 0.45.

Эквивалентное давление рассчитывается из p i и p o для сравнения с давлением схлопывания, p c , с использованием Eq. 6 .

Поскольку p e превышает p c (4440 фунтов на квадратный дюйм), ожидается, что футеровка разрушится. В этом случае нецелесообразно рассчитывать напряжение фон Мизеса для схлопывания, поскольку схлопывание в переходной области не является строго условием пластической текучести.

Номенклатура

А = постоянная в уравнении пластического коллапса, безразмерная
B = постоянная в уравнении пластического схлопывания, безразмерная
С = константа в уравнении пластического схлопывания, фунт / кв. Дюйм
г = номинальный внутренний диаметр трубы, дюйм.
D = номинальный внешний диаметр трубы, дюйм.
Д / т = коэффициент гибкости, безразмерный
f 1 , f 2 , f 3 = термины в комбинированном воздействии напряжения на обрушение, фунт / кв. Дюйм
Ф = константа в уравнении коллапса перехода, безразмерная
F y = осевая прочность корпуса трубы, фунт-сила
G = константа в уравнении коллапса перехода, безразмерная
G = модуль сдвига, psi
p e = эквивалентное внешнее давление, psi
p i = внутреннее давление, psi
p o = внешнее давление, psi
P B = минимальное давление разрыва, psi
P E = давление упругого схлопывания, фунт / кв. Дюйм
P P = давление схлопывания пластика, фунт / кв. Дюйм
P Yp = давление разрушения предела текучести, psi
P T = давление схлопывания перехода, psi
r = радиальный кольцевой зазор, дюйм.
r i = внутренний радиус трубы, дюймы
r o = внешний радиус трубы, дюйм.
S a = осевое напряжение в зависимости от плавучего веса трубы, фунт / кв. Дюйм
т = номинальная толщина стенки, дюйм.
Y p = минимальный предел текучести трубы, фунт / кв. Дюйм
Δ p = po — pi, psi
σ r = радиальное напряжение, psi
σ VME = трехосное напряжение, psi
σ z = осевое напряжение, фунт / кв. Дюйм
σ ϴ = касательное или кольцевое напряжение, фунт / кв. Дюйм

Список литературы

  1. ↑ 1.0 1,1 1,2 1,3 1,4 API Bull. 5C3, Бюллетень формул и расчетов для свойств обсадных труб, насосно-компрессорных труб, бурильных и линейных труб, четвертое издание. 1985. Даллас: API.
  2. ↑ API Bull. 5C2, Бюллетень эксплуатационных характеристик обсадных труб, насосно-компрессорных труб и бурильных труб, восемнадцатое издание. 1982. Даллас: API.
  3. ↑ Crandall, S.H. и Даль, Н.С. 1959. Введение в механику твердого тела. Нью-Йорк: Книжная компания Макгроу-Хилл.

См. Также

Конструкция корпуса

Изгиб обсадных труб и НКТ

PEH: Конструкция кожуха

Интересные статьи в OnePetro

Внешние линии

Общие ссылки

Адамс, А.Дж. и Ходжсон Т. 1999. Калибровка критериев проектирования обсадных труб / насосно-компрессорных труб с использованием методов обеспечения надежности конструкции. SPE Drill и Compl 14 (1): 21-27. SPE-55041-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55041-PA.

Бренд, П.Р., Уитни, У.С., Льюис, Д. 1995. Истории случаев расчета факторов нагрузки и сопротивления. Представлено на конференции оффшорных технологий, Хьюстон, 1-4 мая. OTC-7937-MS. http://dx.doi.org/10.4043/7937-MS.

Чен, Ю.-К., Лин, Ю.-Х. и Читэм, Дж. Б. 1990. Устойчивость насосно-компрессорных труб и обсадных труб в горизонтальных скважинах (включая сопутствующие документы 21257 и 21308). SPE J. 42 (2): 140-141, 191. SPE-19176-PA. http://dx.doi.org/10.2118/19176-PA.

Доусон Р. 1984.Изгиб бурильной трубы в наклонных скважинах. SPE J. 36 (10): 1734-1738. SPE-11167-PA. http://dx.doi.org/10.2118/11167-PA.

Клементич П.Е., Эрих Ф. 1995. Рациональная характеристика запатентованных марок обсадных труб с высокой степенью обрушения. Представлено на Ежегодной технической конференции и выставке SPE, Даллас, 22-25 октября. SPE-30526-MS. http://dx.doi.org/10.2118/30526-MS.

Руководство для стальных конструкций, расчета факторов нагрузки и сопротивления . 1986 г.Чикаго: Американский институт стальных конструкций.

Miska, S. и Cunha, J.C. 1995. Анализ продольного изгиба труб, подверженных осевым и крутильным нагрузкам в наклонных стволах скважин. Представлено на симпозиуме SPE по производственным операциям, Оклахома-Сити, Оклахома, США, 2–4 апреля. SPE-29460-MS. http://dx.doi.org/10.2118/29460-MS.

Митчелл, Р.Ф. 1999. Анализ потери устойчивости в наклонно-направленных скважинах: практический метод. SPE Drill и Compl 14 (1): 11-20.SPE-55039-PA. http://dx.doi.org/10.2118/55039-PA.

Митчелл, Р.Ф. 1988. Новые концепции потери устойчивости по спирали. SPE Drill Eng 3 (3): 303–310. SPE-15470-PA. http://dx.doi.org/10.2118/15470-PA.

Митчелл, Р.Ф .: «Проектирование обсадных труб», в инженерии бурения, под ред. Р. Ф. Митчелл, т. 2 Справочника по нефтяной инженерии, изд. L. W. Lake. (США: Общество инженеров-нефтяников, 2006 г.). 287-342.

Prentice, C.M. 1970. Конструкция обсадной колонны «максимальная нагрузка». Дж.Pet Tech 22 (7): 805-811. SPE-2560-PA. http://dx.doi.org/10.2118/2560-PA.

Раквиц, Р. и Фисслер, Б. 1978. Структурная надежность при комбинированных процессах случайной нагрузки. Компьютеры и конструкции 9: 489.

Тимошенко, С.П., Гудье, Дж. 1961. Теория упругости , третье издание. Нью-Йорк: McGraw-Hill Book Co.

Категория

Pipes General — Труба представляет собой полую трубу с круглым поперечным сечением для транспортировки продуктов

Что такое труба?

Труба — полая труба круглого сечения для транспортировки продуктов.Продукция включает жидкости, газ, гранулы, порошки и многое другое. Слово «труба» используется в отличие от «труба» и применяется к трубчатым изделиям с размерами, обычно используемыми для трубопроводов и трубопроводных систем. На этом веб-сайте будут обсуждаться трубы, соответствующие требованиям к размерам: ASME B36.10 Сварные и бесшовные трубы из кованой стали и ASME B36.19 трубы из нержавеющей стали.

Труба или трубка?

В мире трубопроводов будут использоваться термины труба и труба.Труба обычно обозначается «номинальным размером трубы» (NPS), а толщина стенки определяется «номером спецификации» (SCH).

Труба обычно определяется ее наружным диаметром (O.D.) и толщиной стенки (WT), которые выражаются либо в бирмингемском калибре проволоки (BWG), либо в тысячных долях дюйма.

Труба: NPS 1/2-SCH 40 имеет ровный внешний диаметр 21,3 мм при толщине стенки 2,77 мм.
Трубка: 1/2 «x 1,5, ровный внешний диаметр 12,7 мм при толщине стенки 1,5 мм.

В основном трубы используются в теплообменниках, приборных линиях и небольших межсоединениях в оборудовании, таком как компрессоры, котлы и т. Д..

Материалы для трубы

В инжиниринговых компаниях есть инженеры по материалам, которые определяют материалы, которые будут использоваться в системах трубопроводов. Большинство труб из углеродистой стали (в зависимости от условий эксплуатации) изготавливаются по различным стандартам ASTM.

Труба из углеродистой стали — прочная, пластичная, свариваемая, обрабатываемая, достаточно прочная, долговечная и почти всегда дешевле, чем трубы из других материалов. Если труба из углеродистой стали может соответствовать требованиям давления, температуры, коррозионной стойкости и гигиены, это естественный выбор.

Труба железная изготавливается из чугуна с шаровидным графитом. Основное использование — водопровод, газ и канализация.

Пластиковая труба может использоваться для транспортировки агрессивных жидкостей и особенно полезна для работы с агрессивными или опасными газами и разбавленными минеральными кислотами.

Другие металлы и сплавы Можно легко получить трубы из меди, свинца, никеля, латуни, алюминия и различных нержавеющих сталей. Эти материалы относительно дороги и обычно выбираются либо из-за их особой коррозионной стойкости к химическим веществам процесса, их хорошей теплопередачи, либо из-за их прочности на разрыв при высоких температурах.Медь и медные сплавы являются традиционными для приборных линий, пищевой промышленности и теплообменного оборудования. Для них все чаще используются нержавеющие стали.

Труба с футеровкой

Некоторые материалы, описанные выше, были объединены для образования систем труб с футеровкой.
Например, труба из углеродистой стали может иметь внутреннюю футеровку из материала, способного противостоять химическому воздействию, что позволяет использовать ее для транспортировки агрессивных жидкостей. Облицовки (например, Teflon®) можно наносить после изготовления труб, поэтому можно изготавливать целые бобины труб перед облицовкой.

Другими внутренними слоями могут быть: стекло, различные пластмассы, бетон и т. Д., А также покрытия, такие как эпоксидная смола, битумный асфальт, цинк и т. Д., Могут помочь защитить внутреннюю трубу.

При выборе правильного материала важно многое. Наиболее важными из них являются давление, температура, тип продукта, размеры, стоимость и т. Д.

Часто задаваемые вопросы — Американская ассоциация бетонных труб


Дизайн

+ Бетонная труба

Вопрос:

Как рассчитать требуемый класс трубы, необходимый для моего проекта?
А: Вы можете использовать Таблицы высоты заполнения ACPA, чтобы найти требуемый класс трубы, или загрузить главу 4 Руководства по проектированию бетонных труб для подробного объяснения того, как рассчитать требуемый класс трубы.
Вопрос: Что представляют собой классы труб?

А:

Сделать бетонные трубы более доступными; Вместо того, чтобы производить трубу с определенной D-нагрузкой, необходимой для каждой работы, сборные бетонные трубы часто задаются в терминах обобщенной системы классов. Классы труб представляют собой минимальную D-нагрузочную способность, которую должна иметь труба, произведенная для этого класса. Классы обозначены в ASTM C 76 или AASHTO M 170.Требуемая грузоподъемность D на трубу следующая.
Класс 0,01 дюйма Трещина D-нагрузка (фунт / фут / фут) Максимальная D-нагрузка (фунт / фут / фут)
I
II
III
IV
V		 800
1000
1350
2000
3000		 1200
1500
2000
3000
3750

Вопрос:

Что такое D-Load?

А:

Прочность на опору трубы, нагруженной в условиях испытания на опору с тремя краями, выраженная в фунтах на погонный фут внутреннего диаметра или горизонтального пролета.
Вопрос: Что такое стандартные установки и какой тип я бы использовал для своего проекта?

А:

Четыре стандартные установки обеспечивают оптимальный диапазон характеристик взаимодействия грунта с трубой. В качестве проектировщика вы можете выбрать установку типа 1, которая требует высокого качества засыпочного материала и уровней уплотнения в сочетании с трубой с более низкой прочностью, или установку типа 4, использующую трубу более низкой прочности, поскольку она была разработана для условий с незначительным контролем засыпки или без него. материалы или уплотнение.Установка типа 1 требует большей жесткости грунта от окружающих грунтов, чем установки типов 2, 3 и 4, и поэтому ее труднее достичь. Поэтому следует проводить полевую проверку свойств грунта и уровней уплотнения.

Грунт и минимальное уплотнение показаны ниже:

Тип установки, который вы выберете, будет основан на комбинации факторов, таких как доступные материалы для засыпки, глубина засыпки и требуемый класс трубы. У Американской ассоциации бетонных труб есть программное обеспечение PipePac, которое можно бесплатно загрузить, заполнив регистрационную форму внизу страницы.Это программное обеспечение поможет вам проанализировать различные типы установки, чтобы выбрать наиболее экономичный вариант.

Вопрос: В чем разница между прямым и косвенным дизайном для RCP?

А:

Непрямой Дизайн является сравнение структурной прочности трубы, найденной в тесте подшипника Три края к прочности заглубленной трубы поля поддерживая. Дополнительную информацию о косвенном проектировании можно найти в брошюре «Стандартная установка».

Direct Design — это конструкция трубы в установленном состоянии. Определяются величина и распределение нагрузок, и рассчитываются физические свойства, необходимые для поддержки этих нагрузок.

Вопрос: В каких случаях следует использовать прямое или косвенное проектирование для бетонных труб?

А:

Непрямое проектирование — это стандартный метод проектирования железобетонных труб.Это упрощенный метод, который соответствует трубам, произведенным в соответствии с техническими характеристиками, при котором они испытываются на заводе для проверки ее прочности. Если бетонная труба не может быть испытана для проверки ее прочности на заводе, то конструкция трубы должна быть спроектирована так же, как и любая другая бетонная конструкция, с использованием метода прямого проектирования, который включает в проект факторы нагрузки и технологические факторы. Если инженер сталкивается с D-нагрузкой трубы, которая не может быть протестирована в испытании на трехкромочную опору, либо потому, что производитель не может приложить достаточную нагрузку, либо труба слишком велика для того, чтобы поместиться в аппарате для испытания трехреберной опоры, тогда инженер может захотеть использовать метод прямого проектирования для проектирования трубы.Трубы малого диаметра не следует проектировать с использованием метода прямого проектирования из-за того, что уравнения для прямого проектирования изначально были сформулированы для больших диаметров и поэтому являются слишком консервативными для проектирования бетонных труб малого диаметра.

Вопрос:

На какой минимальной высоте можно засыпать бетонную трубу?

А:

Минимальная высота заполнения зависит как от нагрузки, прикладываемой к поверхности над трубой, так и от прочности предусмотренного класса трубы.Поскольку бетонная труба представляет собой композит из бетона и стали, вы можете уменьшить высоту засыпки на сколько угодно, при условии, что труба будет выдерживать приложенные нагрузки. В некоторых случаях, когда по трубе будет перемещаться чрезвычайно тяжелая техника, вам, возможно, придется использовать бетонную трубу с прочностью выше трубы класса V, самого высокого класса трубы, обозначенного в ASTM C 76.AASHTO M 170. Это может быть достигнуто с помощью работа с вашим местным производителем. Однако в большинстве случаев, когда применяется дорожная нагрузка AASHTO HL-93, а высота заполнения равна или больше 1 фута покрытия, будет достаточно стандартной трубы класса III или выше.Для стандартных нагрузок на шоссе HL-93, требуемую D-нагрузку при приращении высоты заполнения в 1 фут можно найти в таблицах высоты заполнения ACPA. В отношении других расчетных нагрузок для получения помощи при проектировании можно обратиться к Проектным данным № 1 ACPA «Динамические нагрузки на бетонную трубу» или «Руководству по проектированию бетонных труб» ACPA.
Вопрос: Чем отличается устройство траншеи от насыпи?

А:

может быть установлена ​​как в траншее, так и в насыпи.Тип установки существенно влияет на нагрузку на жесткую трубу.
  • Траншея: Когда бетонная труба устанавливается в относительно узкой траншее, осадка между материалом обратной засыпки и ненарушенной почвой, в которой вырывается траншея, создает восходящие силы трения, которые влияют на передачу нагрузки. Эта передача нагрузки помогает поддерживать засыпной материал внутри траншеи и приводит к меньшей нагрузке на трубу, чем вес призмы засыпного материала над трубой.
  • Насыпь: в этом состоянии грунт вдоль стенки трубы оседает больше, чем грунт непосредственно над трубой. Эта дополнительная нагрузка учитывается с помощью коэффициента вертикального изгиба для метода косвенного проектирования.
Вопрос: Какую максимальную скорость потока я могу спроектировать без кавитации?
А: Скорость сама по себе не создает проблем для бетонных труб в пределах обычно встречающихся диапазонов.При скоростях до 40 футов в секунду серьезность эффектов абразивного истирания зависит от характеристик нагрузки на слой.

Вопрос:

Предоставляет ли Американская ассоциация бетонных труб какие-либо рекомендации по проектированию сборных коробчатых водопропускных труб?

А:

Да. Американская ассоциация бетонных труб разработала примечания к проектированию коробчатых сборных железобетонных труб в соответствии с AASHTO.Эти проектные примечания можно найти на нашем веб-сайте: www.concretepipe.com или запросить у сотрудников по электронной почте.

Вопрос:

Как определить размер водопропускной трубы, необходимой для моего проекта?

А:

Выбор правильного значения коэффициента шероховатости трубы ( «n» Мэннинга). имеет важное значение при оценке потока через водопропускные трубы и коллекторы. Выбор завышенного значения n приводит к неэкономичной конструкции из-за слишком большого размера трубы, в то время как недостаточное значение приводит к гидравлически неадекватной канализационной системе.Более подробную информацию о расчете гидравлики в трубопроводе можно найти в проектных данных №11.

Вопрос:

Соответствует ли бетонная труба критериям LEED?

А:

Бетонная труба подходит для проектов LEED и соответствует устойчивому развитию. В отличие от труб из термопласта, бетон изготавливается из экологически чистых природных материалов. Производство бетона потребляет меньше энергии, чем производство пластика.Он также пригоден для вторичной переработки и практически не оказывает воздействия на окружающую среду. А при использовании местных ресурсов бетон также может обеспечить более низкую стоимость топлива для доставки.

Вопрос:

Почему важно проектировать бетонную трубу с трещиной 0,01 дюйма?

А:

Труба железобетонная, как и другие железобетонные конструкции, предназначена для растрескивания. Хорошо известно, что, хотя бетон очень прочен на сжатие, его предел прочности на растяжение настолько низок, что он считается незначительным при проектировании.Следовательно, конструкция RCP учитывает высокую прочность бетона на сжатие и высокую прочность на растяжение стали. По мере увеличения нагрузки на трубу и превышения прочности бетона на растяжение будут образовываться трещины, поскольку растягивающая нагрузка передается на сталь. Обычно трещины образуют V-образную форму, при этом большая часть трещины находится на поверхности. Наличие трещины в 0,01 дюйма не означает разрушение, а скорее указывает на то, что бетон и арматура работают вместе, как и предполагалось.

Вопрос:

В чем разница между сроком службы и расчетным сроком службы?

А:

Национальная совместная программа исследований в области автомобильных дорог Обобщение практики строительства автомобильных дорог под названием «Долговечность дренажных труб». определяет срок службы количеством лет, в течение которых они не требуют технического обслуживания. В онлайн-словаре Вебстера срок службы конструкции определяется как ожидаемый срок службы элемента, работающего в рамках заданных параметров.

Вопрос:

Каков срок службы бетонной трубы?

А:

Инженерный корпус армии рекомендует для сборных железобетонных труб расчетный срок службы 70–100 лет, и существует бесчисленное множество примеров установок, которые превосходят эти цифры. Это означает, что ожидаемый срок службы сборного железобетона как минимум в два раза больше, чем у альтернативных материалов. Причины этого выходят далеко за рамки внутренней прочности бетона.Бетон также не горит, не ржавеет, не рвется, не изгибается, не деформируется, и он невосприимчив к атакам большинства элементов, вне зависимости от того, находится ли труба в земле или нет. Плотность качественных бетонных труб обычно колеблется от 145 до 155 фунтов на кубический фут. Обычно чем выше плотность, тем больше долговечность бетонной трубы.
Вернуться к началу

Производство

Вопрос: Как я могу быть уверен, что покупаю качественную бетонную трубу?
А: В нашей программе QCast изложены рекомендации по качественному производству и испытаниям бетонных труб.
Вернуться к началу

Установка

Вопрос: Какой зазор между суставами разрешен?
А: Соединения изготавливаются с различной геометрией и допусками, поэтому лучший способ определить допустимый зазор в соединении — это связаться с производителем.
Вопрос:

Какой наименьший радиус я могу сделать с помощью RCP?

А:

Соединения изготавливаются с различной геометрией и допусками, поэтому лучший способ определить радиус поворота — это связаться с производителем.

Вопрос: Почему нельзя установить бетонную трубу, трубу из термопласта и гофрированную стальную трубу одинаково?
А: Бетонная труба — это жесткая конструкция, а гибкая труба (трубы из термопласта и гофрированной стали) — не более чем трубопровод, который требует, чтобы конструкция была построена в полевых условиях из импортного материала, чтобы удерживать трубопровод на месте и выдерживать нагрузки. Для жестких труб и гибких трубопроводов, рассчитанных на срок службы проекта, основание и засыпка разрабатываются по-разному для обоих типов инфраструктуры.
Вопрос: Что нужно учитывать при транспортировке и разгрузке бетонной трубы?
А: Каждая партия труб загружается, блокируется и перевязывается на заводе, чтобы избежать повреждений во время транспортировки. Однако получатель должен убедиться, что при доставке с завода на строительную площадку не произошло никаких повреждений. ACPA опубликовала руководство по установке бетонных труб и коробов, чтобы помочь подрядчикам в обращении и установке бетонных труб на месте.
Вернуться к началу

Спецификация

Вопрос: Где я могу найти стандарты, относящиеся к производству, установке и испытаниям бетонных труб и коробчатых водопропускных труб?
А: В большинстве случаев производство бетонных труб и коробчатых водопропускных труб, а также их установка и требования к испытаниям регулируются либо стандартами ASTM, либо относительно эквивалентными стандартами AASHTO.Чтобы упростить определение бетонных труб, Американская ассоциация бетонных труб объединила все соответствующие стандарты ASTM в одно руководство, «Ежегодную книгу избранных стандартов ASTM ACPA», которую можно найти на нашей веб-странице ресурсов.
Вопрос: Что такое стандарт ASTM и AASHTO для железобетонных труб?
А:
  • Стандарт ASTM для косвенного проектирования: ASTM C76 — 11 Стандартные технические условия для железобетонных водопропускных труб, ливневых водостоков и канализационных труб.
  • Стандарт ASTM для прямого проектирования: ASTM C1417-08. Стандартные технические условия для производства железобетонных канализационных, ливневых и дренажных труб для прямого проектирования.
  • Стандарт AASHTO для косвенного проектирования: AASHTO M 170-09 Стандартные технические условия для железобетонных водопропускных труб, ливневых водостоков и канализационных труб.
  • Стандарт AASHTO для прямого проектирования: Раздел 12 AASHTO Кодекса LRFD предоставляет положения для выполнения прямого проектирования бетонных труб.
Вопрос: Что такое стандарт ASTM и AASHTO для секций сборных железобетонных коробов?
А:
  • Стандарт ASTM для стандартных кодов проектирования: ASTM C 1433 Сборные железобетонные монолитные коробчатые секции для водопропускных труб, ливневых водостоков и канализаций
  • Стандарт ASTM для кодов проектирования LRFD: ASTM C 1577 Сборные железобетонные монолитные коробчатые секции для водопропускных труб, ливневых стоков и канализаций в соответствии с AASHTO LRFD
  • Стандарты AASHTO: Сборные железобетонные коробчатые секции AASHTO M 259 для водопропускных труб, ливневых водостоков и канализаций и сборные железобетонные коробчатые секции AASHTO M 273 для водопропускных труб, ливневых водостоков и канализаций с покрытием менее 2 футов, подверженным нагрузкам на шоссе.Кодекса проектирования AASHTO LRFD не существует. В упомянутых двух стандартах вы найдете примечание, в котором говорится: «Если требуется расчет с коэффициентом нагрузки и сопротивления, используйте ASTM C 1577».
Вернуться к началу

Инспекция

Вопрос: Какова допустимая ширина трещины в бетонной трубе?
А: Полное описание осмотра см. В документе ACPA «Оценка и ремонт смонтированных железобетонных труб после монтажа».Продольные трещины — бетон прочен на сжатие, но слаб при растяжении. Армированная сталь предназначена для выдерживания растягивающих напряжений. Волосная продольная трещина в коронке или перевернутом направлении указывает на то, что сталь приняла на себя часть нагрузки. Трещины шириной менее 0,01 дюйма незначительны и должны быть отмечены только в акте проверки. Трещины крупнее микротрещин или шириной более 0,01 дюйма, но менее 0,1 дюйма должны быть описаны в отчете о проверке и отмечены как возможные кандидаты на техническое обслуживание.Продольные трещины шириной более 0,1 дюйма могут указывать на перегрузку или плохую подстилку. Более подробную информацию о ширине трещин можно найти в этой CP Info.
Вопрос: Что такое Autogenous Healing и его связь с конструкцией труб?
А: Явление, известное как аутогенное заживление, часто происходит между двумя поверхностями трещин в заглубленной трубе. Аутогенное заживление — это способность бетона самовосстанавливаться в присутствии влаги и воздуха.Это объясняет, почему заживление происходит в бетонной трубе, где влажность выше, чем в других бетонных конструкциях. Во время этого процесса образуется карбонат кальция (твердое белое вещество), когда влага вступает в реакцию с негидратированным цементным порошком и восстанавливает процесс отверждения. Этот процесс самовосстановления создает монолитную структуру. В Огайо Департамент транспорта разработал стандарт инспекции после строительства для установленной трубы, который не требует никаких действий с трубой с шириной трещины до 0.06 дюймов из-за ожидаемого аутогенного заживления.

Вернуться к началу

Бетонная труба и альтернативные материалы

Вопрос: В чем разница между бетонной трубой и гибкой трубой?
А:
  • Бетонная труба — это жесткая труба, которая обеспечивает как конструкцию, так и канал, когда она прибывает на место.Бетонная труба — это жесткая система труб, которая более чем на 85% зависит от прочности трубы и только на 15% зависит от прочности, полученной из грунтовой оболочки. Собственная прочность бетонной трубы компенсирует недостатки конструкции и большую высоту насыпи и глубину траншеи.
  • Гибкая труба, по крайней мере, на 95% зависит от поддержки грунта и опыта монтажа подрядчика. Засыпка должна быть правильно спроектирована и применена, чтобы обеспечить структуру. Импортный наполнитель обычно требуется для гибких трубопроводных систем.
Вопрос: Как гидравлика бетонной трубы по сравнению с гидравликой гибкой трубы?
А: Американская ассоциация бетонных труб рекомендовала значения « n » Мэннинга:
  • 0,012 для бетонной трубы
  • от 0,012 до 0,024 для гофрированного полиэтилена высокой плотности. Рекомендуется использовать более высокое значение диапазона для учета роста гофр. Дополнительную информацию о росте гофр можно найти в исследовании технических характеристик HDPE, проведенном Техасским университетом в Арлингтоне: http: // www.uta.edu/ce/aareports2.php
  • от 0,011 до 0,013 для сплошной стены из ПВХ
  • 0,029 — 0,034 гофрированная стальная труба
  • от 0,016 до 0,018 для стальных труб со спиральными ребрами
Вопрос: Эквивалентны ли соединения из альтернативных материалов по своим характеристикам соединениям бетонных труб?
А: Использование резиновой прокладки само по себе не гарантирует, что разные типы соединений будут одинаковыми.Разработчики могут использовать стандарты ASTM для определения желаемых характеристик, но в случае использования альтернативных материалов могут потребоваться дополнительные указания. В соответствии с национальными стандартами соединения бетонных труб регулируются более совершенными и детализированными конструкциями с более жесткими допусками и более высокими испытательными давлениями. Кроме того, владелец проекта извлекает выгоду из собственной прочности соединений бетонных труб и жесткой конструкции трубы для улучшения линии и уклона, а также защиты от прогиба и продольного изгиба.

Вернуться к началу

Связь с производителем бетонных труб

Вопрос: Как найти производителя бетонных труб?
А: Перейти на www.cretepipe.com — вкладка «Ассоциация» — свяжитесь с производителем, чтобы узнать местонахождение завода по производству бетонных труб. Списки участников-производителей сопровождаются географическими указателями.
Вопрос: Как я могу узнать больше о бетонных трубах, коробах и альтернативных продуктах?
А: Американская ассоциация бетонных труб имеет сеть региональных инженеров, которые связаны с представителями государственных ассоциаций по бетонным трубам и инженерами технических ресурсов.Эти представители доступны для представления группам информации по широкому кругу вопросов дизайна и контроля качества.

В течение года также проводятся образовательные мероприятия для обмена знаниями с людьми, работающими в сфере подземной инфраструктуры. Вы найдете их на нашем веб-сайте и на вкладке «Образование».

Вопрос: Как организовать экскурсию по заводу?
А: Экскурсии по заводу доступны круглый год для небольших групп или больших делегаций.Свяжитесь с Американской ассоциацией бетонных труб
или местным производителем бетонных труб, чтобы организовать экскурсию и информационные сессии.

Вернуться к началу

Пример строительства нефтяных скважин

Обсадные трубы в сооружениях нефтяных скважин могут внезапно прогнуться внутрь, поскольку их внутренняя и внешняя разность гидростатических давлений увеличивается. Для безопасности строителей и устойчивого развития нефтяной промышленности критически важно измерять напряженное состояние обсадной трубы.В этом исследовании разрабатывается надежная система мониторинга и предупреждения в реальном времени, сочетающая распределенную рефлектометрию во временной области рассеяния Бриллюэна (BOTDR) и измерение с помощью дискретной волоконной брэгговской решетки (FBG). Волоконно-оптические датчики BOTDR были встроены без сращивания оптических волокон в арматуру из армированного волокном полимера (FRP), а датчики FBG были обернуты эпоксидной смолой и стеклянной тканью, которые были установлены во время сегментного строительства обсадных труб. Испытания на месте показывают, что предлагаемая сенсорная система и метод установки могут выдержать процесс забивки обсадных труб в скважине, выдержать суровые условия эксплуатации и не повредить обсадные трубы для совместимых измерений деформации.Относительная погрешность измерения деформаций между распределенным и дискретным датчиками составляет менее 12%. Датчики FBG успешно измерили максимальное горизонтальное главное напряжение с относительной погрешностью 6,7% по сравнению с акустическим прибором с кросс-многополюсной решеткой.

1. Введение

Многие нефтяные и газовые скважины в Китае пробурены с помощью закачки воды под высоким давлением и укреплены обсадными трубами, скрепленными или сваренными вместе из многих секций. Повреждение обсадной колонны часто происходит в результате коррозии труб, смещения стыков и длительной разработки закачки воды.Это самый важный фактор для непродуктивных нефтяных и газовых скважин. К 2003 году в общей сложности было повреждено 5400 обсадных труб, что составляет почти 20% всех нефтяных скважин на месторождении Шэнли в Китае. К 2005 г. обрушилось более 11 188 обсадных труб нефтяных скважин или 18,54% всех нефтяных скважин на месторождении Дацин. Повреждение корпуса привело к потере десятков миллиардов китайских юаней [1, 2]. Проблемы, связанные с повреждением обсадных труб, продолжают расти на нефтяных месторождениях Китая. После повреждения наиболее глубоко заглубленные обсадные трубы на практике трудно отремонтировать.Следовательно, наиболее эффективным способом поддержания работы нефтяных скважин является предотвращение обрушения обсадных труб, что требует наличия системы мониторинга и предупреждения в реальном времени для обсадных труб.

На сегодняшний день не существует рентабельных и надежных сенсорных технологий и методов установки для долгосрочного мониторинга и оценки обсадных труб. Традиционные методы обследования обсадных труб не подходят для мониторинга повреждений обсадных труб в реальном времени. Другие методы обнаружения повреждений, такие как оптоволоконный прибор для видеосъемки в скважине, комбинированный инструмент для получения изображений с помощью нескольких пальцев и магнитной толщины, акустическая технология с перекрестно-многополюсной решеткой и ультразвуковая визуализация скважины, работают на уровне обнаружения или контроля и контролируют только макромеханическую деформацию или поломку [3 –6].С 1990-х годов методы оптоволоконного зондирования, как локальные высокоточные датчики ВБР, так и распределенные датчики рефлектометрии во временной области Бриллюэна (BOTDR), считались наиболее перспективными для долгосрочного мониторинга состояния конструкций. Они демонстрируют значительные преимущества перед традиционными технологиями зондирования с точки зрения точности, долговечности и расстояния зондирования [7–12]. Нефтяные скважины — это подземные сооружения, повреждения которых могут быть значительными, глубоко скрытыми и случайными. Ни FBG, ни BOTDR не могут удовлетворить требования для эффективного мониторинга обсадной трубы.Технология датчиков FBG может предоставлять только локальную информацию, а технология датчиков BOTDR предлагает низкое пространственное разрешение, низкую точность испытаний, низкую частоту дискретизации и дорогостоящую систему для измерения деформации и температуры. Однако комбинация систем FBG и BOTDR является многообещающей альтернативой для мониторинга обсадных труб в реальном времени.

В этом документе предлагается система мониторинга и раннего предупреждения в реальном времени для обсадных труб при эксплуатации нефтяных скважин. В этом случае состояние деформации / напряжения и безопасность обсадных труб контролируются и оцениваются комбинированной системой FBG и BOTDR.Для повышения надежности системы одно или два оптических волокна (OF) встроены в стержень из армированного волокном полимера (FRP) без стыковых соединений оптических волокон, называемый стержнем FRP-OF, для измерения распределения деформации в обсадной трубе. . Для обсадных труб также были исследованы методы установки стержней FBG и FRP-OF. Эффективность метода была подтверждена натурными испытаниями на месторождении Дацин.

2. Принцип оптоволоконного зондирования

Как два типичных типа оптических сенсорных технологий, датчики FBG и BOTDR недавно были применены во многих полевых проектах для мониторинга состояния конструкций.И длина волны Брэгга, и частота Бриллюэна могут быть связаны с деформацией и температурой с помощью калибровочных коэффициентов [7, 8, 13, 14]. Было показано, что без учета эффекта перекрестной связи деформации и температуры длина волны Брэгга () и сдвиг частоты Бриллюэна () линейно зависят от деформации () и температуры () согласно (1) и (2), соответственно,

где и — коэффициенты деформационной и температурной чувствительности датчиков ВБР соответственно; и — коэффициенты деформационной и температурной чувствительности датчиков BOTDR соответственно.В этом исследовании использованные ВБР имеют pm / ε и pm /. В измерениях BOTDR использовались световоды SMF-28, которые имеют МГц / , ε, и МГц /.

3. Изготовление длинного стержня из стеклопластика

Скважинная среда и условия, в которых эксплуатируются эксплуатационные обсадные трубы нефтяных и газовых скважин, чрезвычайно суровы и сложны. Каждая обсадная труба может быть длиной в несколько километров и должна быть изготовлена ​​на месте путем болтового соединения или сварки одной модульной секции за раз. Следовательно, поверхностная установка обычных датчиков либо будет повреждена во время установки, либо будет иметь низкое отношение сигнал / шум из-за потери сигнала на большом расстоянии.В этом исследовании был изготовлен стержень из стеклопластика километровой длины путем встраивания одного или двух оптических волокон в центр стержня из стеклопластика без сращивания оптических волокон. Несколько стекловолокон были вытянуты из системы шкивов, погружены в резервуар из эпоксидной смолы, вместе с одним или двумя OF в центре загружены в нагревательную печь и, наконец, подвергнуты пултрузии через вращающуюся машину, чтобы сформировать стержень из стеклопластика со встроенными OF, как показано на рисунке 1.


На рисунке 2 представлены чувствительные свойства стержня из FRP-OF, использованного в этом исследовании.Сдвиг частоты Бриллюэна (BFS) измерительной планки имеет хорошую линейную зависимость от приложенной деформации и температуры. Линейная аппроксимация на рисунках 2 (a) и 2 (b) имеет коэффициенты корреляции 0,999, а наклон линейной регрессии представляет коэффициенты чувствительности 0,050 МГц / , и 1,263 МГц / соответственно. По сравнению с коэффициентами чувствительности соответствующего оптического волокна без покрытия, коэффициент температурной чувствительности выше на 25%, а коэффициент чувствительности к деформации остается постоянным.


(a) Коэффициент чувствительности к деформации
(b) Коэффициент температурной чувствительности
(a) Коэффициент чувствительности к деформации
(b) Коэффициент температурной чувствительности

Изготовленный стержень из FRP-OF с двумя оптическими волокнами подходит как для измерений BOTDA (анализ во временной области рассеяния Бриллюэна), так и для измерений BOTDR. Функция чувствительного волокна та же, что и передающая среда и датчик одновременно. Разница в том, что для BOTDA это конфигурация петли с использованием двух концов волокна; для BOTDR нужен только один конец.

4. Установка оптоволоконных датчиков в нефтяных месторождениях
4.1. Повреждения обсадных труб и система мониторинга

Насосные скважины на месторождении Дацин, Китай, были пробурены с закачкой воды под высоким давлением. За последние 20 лет многие обсадные трубы были серьезно повреждены при повреждении месторождения. На рисунке 3 представлена ​​статистика повреждений обсадных труб на месторождении Дацин. Это указывает на то, что большая часть поврежденных обсадных труб произошла в индексных пластах N2, S1 и S2 с ненефтяными коллекторами.Эти статистические данные могут быть использованы при проектировании оптоволоконной сенсорной системы. Например, высокоточные измерения деформации ВБР должны проводиться в N2, а также в индексном слое S2-3 в соответствии с рисунком 3. Остальные слои можно контролировать с помощью системы датчиков BOTDR для определения общего распределения деформации.


Для предупреждения и предотвращения повреждений обсадной колонны, датчики FBG и BOTDR были установлены на обсадной трубе на заводе по извлечению нефти № 5, Daqing Oilfield Corporation Ltd.На рисунке 4 показан эскиз системы мониторинга обсадных труб. Датчики BOTDR или стержни FRP-OF были установлены на поверхности обсадной трубы над НИИ или на ненефтяных коллекторах, а датчики FBG были установлены в горячей точке N2, где часто происходят повреждения обсадной колонны.


4.2. Методика установки FRP-OF Bar

Для успешной установки в практических приложениях датчики OF должны соответствовать трем требованиям: (а) выдерживать суровые подземные условия и условия эксплуатации, (б) надежно соединяться с обсадной трубой, чтобы обеспечить точный контроль измерения деформации и (c) упрощают интеграцию с другими датчиками и сенсорными системами.

Панель FRP-OF на основе технологии измерения Бриллюэна может обеспечивать непрерывную информацию о деформации / температуре вдоль оптического волокна. Как показано на Рисунке 5 (а), он таким образом был установлен на поверхности обсадной трубы по всей ее длине. Чтобы гарантировать, что стержень из FRP-OF деформируется вместе с обсадной трубой, для фиксации стержня из FRP-OF на обсадной трубе с интервалом 2 м использовалось несколько обручей из нержавеющей стали. После установки в скважину обсадная труба и датчик FRP-OF были обернуты цементным раствором для повышения их совместимости с деформацией.Кроме того, два оптических волокна были соединены последовательно, чтобы сформировать измерительную петлю в случае системы BOTDA. Нижний конец стержня FRP-OF или место стыка оптического волокна должны быть хорошо защищены, чтобы предотвратить повреждение во время скважинного процесса. С этой целью кожух из нержавеющей стали был использован для закрытия стыка оптического волокна, а зазор в кожухе был заделан смесью эпоксидного железа, как показано на Рисунке 5 (b).


(a) Схема установки стержня FRP-OF
(b) Защитная стальная оболочка на стыке оптического волокна
(a) Схема установки стержня FRP-OF
(b) Защитная стальная оболочка на стыке оптического волокна

На рисунке 6 показана установка стержня из стеклопластика и обсадной трубы на месторождении Дацин.Он состоит из трех этапов: опускание обсадной колонны в скважину, заполнение ее внешнего зазора буровым раствором и установка круга для заливки раствора. Процесс цементирования нефтяных скважин включает закачку изолирующей жидкости, цементирование, закачку воды, прессование, декомпрессию и противоположную скважину.


(a) Эскиз стержня FRP-OF
(b) Эскиз установки стержня FRP-OF
(a) Эскиз стержня FRP-OF
(b) Эскиз FRP -OF установка стержня
4.3. Установка датчика деформации ВБР

Четыре тензодатчика ВБР были установлены в зонах концентрации напряжений обсадной трубы. На Рисунке 7 показано их расположение и установка на обсадной трубе на месторождении Дацин. Они были распределены по окружности трубы с интервалом 90 °. Для идеального сцепления с обсадной трубой поверхность установки каждого тензодатчика FBG должна быть отполирована и очищена. Затем тензодатчики FBG были покрыты куском стеклоткани из эпоксидной смолы для защиты от коррозии и долговечности.Для долговременных измерений деформации / напряжения рядом с тензодатчиками ВБР был установлен один дополнительный датчик температуры ВБР для температурной компенсации. Чтобы отделить эффект деформации, датчик температуры ВБР был вставлен в небольшую стальную трубку, заполненную силиконовой жидкостью для повышения теплопроводности.

Начальные центральные длины волн пяти датчиков ВБР должны находиться на расстоянии не менее 3 нм для надежных измерений. Специальный волоконно-оптический кабель диаметром 8 мм, защищенный стальной жгутом, передавал распределение температуры для компенсации измерений деформации стержнем из FRP-OF.

5. Мониторинг повреждений обсадных труб на нефтяном месторождении Дацин

Для проверки методов установки и эффективности измерений волоконно-оптических датчиков FBG и BOTDR в качестве испытательных стендов были выбраны три нефтяные скважины на месторождении Дацин, в том числе Xing10-5Bing3112, Xing10- 5Bing3022 и Xing13-4-PB335. Каждая нефтяная скважина была оснащена предложенными оптическими датчиками для измерения деформации и температуры в обсадной трубе на месте.

5.1. Измерения деформации в Xing10-5Bing3112 и Xing10-5Bing 3022

Две стержни из FRP-OF, установленные на обсадных трубах двух нефтяных скважин, имеют длину 818 м в Xing10-5Bing3112 и 838 м в Xing10-5Bing3022 соответственно.Четыре тензодатчика ВБР и датчик температуры ВБР были установлены в области индексного слоя N2 Xing10-5Bing3022 для высокоточного измерения.

Из-за ограничений метода обсадной колонны в скважине и времени измерения, необходимого для BOTDR, только области концентрации напряжений обсадной трубы контролировались датчиками FBG во время процесса цементирования обсадной колонны в скважине и нефтяной скважины. Деформации, измеренные датчиками ВБР, регистрировались запросчиком MOI si720 с частотой дискретизации 5 Гц и точностью измерения 1.На рисунках 8 (a) и 9 (a) представлены необработанные данные о деформациях с температурной компенсацией, измеренных датчиками FBG во время процессов обсадной колонны нефтяных скважин и цементирования. Необработанные данные были загрязнены шумом и, таким образом, были очищены с помощью метода обработки вейвлет-сигнала db5 [12]. Отфильтрованные сигналы, представленные на рисунках 8 (b) и 9 (b), показывают значительно уменьшенные компоненты «заусенцев». Это исчезновение может отражать напряженное состояние обсадных труб во время процесса цементирования обсадной колонны и нефтяной скважины, а максимальная деформация составляет около 500.

No related posts.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *