---

(34)

где i - номер системы "шлейф-скважина";

lci - длина скважины, м; lшi - длина шлейфа, м;

aci - постоянная распространения тока вдоль скважины, 1/м;

aшi - постоянная распространения тока вдоль шлейфа, 1/м;

Zci - характеристическое сопротивление скважины, Ом;

Zшi - характеристическое сопротивление шлейфа, Ом.

Определяем защитную силу тока системы "шлейф- скважина":

(35)

46. Смещение разности потенциалов на забое скважины определяется из выражения:

(36)

47. Если Uмеi>Uмеi для среднего шлейфа, то расчет ведется по следующим формулам:

Uдi=Uос-Uшнi,(37)

(38)

где Uдi - необходимое смещение потенциала на устье скважины от дополнительного источника, В;

Jдi - сила тока дополнительного источника питания, А.

Если условие не выполняется, то расчет ведется в следующей последовательности.

48. Определяем силу тока групповой (кустовой) катодной установки.

49. Если условие Иос³Имш не выполняется, то приравниваем Иос=Имп и определяем

(39)

50. Если Иос³Имп, то расчет ведут далее и определяют силу тока, необходимую для защиты обсадной колонны скважины (на устье):

(40)

где Zc - характеристическое сопротивление скважины, Ом.

51. Разность потенциалов в конце шлейфа (для средних) составит:

,(41)

где lм - длина шлейфа, м;

aш - постоянная распространения тока вдоль шлейфа, 1/м;

Zш - характеристическое сопротивление шлейфа. Ом.

Сила тока, необходимая для защиты системы "шлейф-скважина" (для среднего шлейфа):

(42)

(43)

,(44)

где Sгр - площадь подземных коммуникаций группового пункта, м2;

Rпер.гр - переходное сопротивление подземных коммуникаций группового пункта, Ом.м2.

52. Напряжение на выходе катодной станции определяем из выражения:

U=Jобщ·(Rаз+Rпр),(45)

где Rаз - сопротивление анодного заземления, Ом:

Rпр - сопротивление проводов:

, Ом(46)

здесь Sп - сечение дренажного провода, мм2;

rм - удельное электросопротивление материалов проводов, Ом.мм2/м;

Jп - длина дренажного провода, м;

Jп=rКпр,(47)

Кпр - коэффициент пропорциональности (Кпр=7), 1/Ом;

r - удельное электрическое сопротивление грунта, Ом.м.

53. Мощность катодной станции равна:

W=JобщU, Вт(48)

54. Для уменьшения времени, затрачиваемого на расчет параметров катодной защиты обсадных колонн скважин шлейфов и коммуникаций группового пункта, ЮжНИИгипрогазом разработана специальная программа расчета параметров защиты.

Расположение группового пункта крестообразное

55. Минимальную наложенную разность потенциалов на забое скважины определяют из выражения (15), с учетом выражения (13).

56. Разность потенциалов в точке дренажа на объединенных шлейфах, имеющих перемычку в точке дренажа, будет:

(49)

где x - расстояние между точкой дренажа и групповым пунктом;

i - количество объединенных (в точке дренажа), шлейфов.

Расчет производится отдельно для каждого из объединенных шлейфов. В дальнейшем в расчет принимается максимальное (Иоmax) значение Иоi.

57. Сила тока, необходимая для защиты систем "шлейф-скважина" (объединенных), составит:

(50)

Суммарная сила тока, необходимая для защиты системы "шлейф-скважина", равна:

(51)

58. Разность потенциалов на групповом пункте с учетом необъединенных "шлейфов-скважин" одного из направлений (см. рис. 3):

(52)

где j - число необъединенных шлейфов-скважин.

59. Сила тока, необходимая для защиты системы "шлейф-скважина" (необъединенных), составит:

(53)

60. Сила тока, необходимая для защиты группового пункта:

,(54)

,(55)

где R'п.гр - удельное переходное сопротивление коммуникаций группового пункта, Ом.м2;

Sгр - поверхность подземных сооружений группового пункта, м.

61. Суммарная защитная сила тока, необъединенных скважин и группового пункта:

Jнс=SJшсj+Jгр.(56)

62. Разность потенциалов "труба-земля" в точке дренажа:

и'о=игр maxch(aшэx)+Jнс·Rшэ,(57)

где aшэ - постоянная распространения тока вдоль эквивалентного сооружения (шлейфа);

Rшэ - продольное сопротивление эквивалентного сооружения, Ом/м.

63. При И0 max³И01-x выбрано правильно, при И0 max<И01-x необходимо изменить.

64. Сила тока установки катодной защиты будет:

Jукз=Jоб+Jнс(58)

65. Выбор величины x производится на основе технико-экономических показателей различных вариантов.

Методически выбор x производится путем определения минимальной стоимости варианта.

66. Общая годовая стоимость катодной защиты:

Сукс=Скс+Са+Сп+Соб+Сэ,(59)

где Скс - приведенные затраты на сооружение катодной станции и питающей линии, руб.:

Скс=С0·Е,(60)

здесь Скс - единовременные затраты на сооружение катодной станции и питающей линии, руб.;

Е - нормативный коэффициент эффективности, 1/год:

С0 - приведенные затраты на сооружение анодного заземления, руб.:

С0=Са·NзЕ,(61)

здесь Са - стоимость сооружения анодного заземления, включая стоимость соединительного провода, руб.;

Nз - число заземлителей в анодном заземлении, шт.;

Сп - приведенные единовременные затраты на сооружение дренажной линии постоянного тока, руб.;

Сп=(Сп1уа+Сп2x)Е,(62)

где Сп1 - стоимость дренажной анодной линии (от катодной станции до анодного заземления), руб./м;

Сп2 - стоимость дренажной линии (от точки дренажа до катодной станция), руб.м;

уа - длина дренажной линии, м;

Сз - стоимость электроэнергии, руб.;

x - длина дренажной катодной линии;

,(63)

где Сз - стоимость 1 кВт.ч. электроэнергии, руб./кВт.ч.;

Rп - сопротивление цепи катодной защиты, Ом;

Rц=Rпр+Rз(64)

здесь Rпр - сопротивление дренажной линии, Ом;

(65)

где и - удельное электрическое сопротивление материала проводов соответственно для анодной и катодной линии, Ом.мм2/м;

S1 и S2 - сечение проводов соответственно анодной и катодной линии, мм2;

Rз - переходное сопротивление анодного заземления

(66)

где Rэ1 - переходное сопротивление единичного анодного заземления. Ом;

iэ - коэффициент экранирования, кг/м3;

Nэ - количество заземлителей в анодном заземлении, шт.;

Соб - стоимость годового обслуживания, руб/год.

67. Напряжение на выходе катодной станции:

U=Jукс(Rз+Rпр)(67)

68. Мощность катодной станции:

W=U Jукс(68)

69. Ввиду сложности вычислений рекомендуется использовать специальную программу расчета параметров катодной защиты сооружений при крестообразном расположении скважины в кусте, разработанную институтами "ЮжНИИгипрогаз" и "ВНИИСТ".

70. При крестообразном расположении скважин целесообразно каждое направление защищать одной катодной установкой, при этом сила тока должна быть 20+30 A (в предположении, что в каждом направлении имеется 3+6 скважин).

Выбор типа анодного заземления

71. Типы анодного заземления для защиты промысловых трубопроводов выбираются в соответствии с грунтовыми условиями, наличием свободных площадок и величиной защитного тока и могут быть глубинными и неповерхностными.

72. Глубинные анодные заземления позволяют осуществлять совместную защиту большого комплекса сооружений; анодное влияние глубинного заземлителя в сравнении с подпочвенными во много раз меньше; глубинные анодные заземления обеспечивают более равномерное распределение тока по поверхности защищаемых сооружений и занимают незначительную площадь.

73. Подповерхностные заземления для защиты промысловых трубопроводов рекомендуется выполнять горизонтальными или вертикальными из обрезков стальных труб, соединительных в группы.

74. Для горизонтального электрода, установленного в грунт, сопротивление растеканию может быть определено по формуле:

(69)

где: rз - удельное сопротивление грунта, Ом.м.;

lэ - длина электрода, м;

dэ - диаметр электрода, м;

hэ - расстояние от поверхности до середины заземления, м;

75. Для вертикального электрода или сваи установленной в грунт, определение растеканию определяется из выражения:

76. Количество электродов в заземлении определяется:

где R1 - сопротивление растеканию одного электрода, Ом.

Rаз - сопротивление растеканию анодного заземления, Ом.

Сопротивление растеканию анодного заземления принимается равным 1 Ом, в тех случаях, когда ток защитного устройства велик (как правило, для подземных коммуникаций площадок насосных и компрессорных станций). Сопротивление анодного заземления должно быть ниже, порядка 0,2 Ом. Сопротивление анодного заземления ниже 1 Ом может быть обеспечено с помощью свайного или скважинного типа заземления.

77. Срок службы анодного заземления определяется по формуле

(70)

где G - вес заземления, кг;

g - потери веса заземления, кг/А-год;

Jз - сила тока, стекающего с заземления, А;

К - коэффициент запаса, равный 1,2.

Параметры катодной защиты для ориентировочных расчетов

78. Максимальная защитная плотность тока для трубопроводов определяется по таблице

79. Защитная сила тока для обсадных колонн скважин определяется по таблице

80. При расчетах электрохимической защиты промысловых сооружений в северных условиях необходимо ввести коэффициент запаса по напряжению, равный 1,5.

РЕКОМЕНДУЕМОЕ

приложение 5

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРФЯНЫХ ОСНОВАНИЙ БОЛОТ

1. Классификация торфяных оснований болот с точки зрения прокладки трубопроводов представлена в таблице 1.

2. Тип торфяного основания А, Б, В определяет возможность использования торфа в качестве основания для прокладки трубопроводов.

3. При проектировании, на основании получаемого в процессе изысканий продольного профиля, на котором наносится геологический разрез болота с характеристикой предельного сопротивления сдвигу по крыльчатке i встречающихся слоев тора (рис. 5), определяется тип торфяного основания.

4. Исходя из геологического разреза болота, мощности слоев торфа с различными механическими характеристиками выбирается глубина заложения трубопровода.

Торф с характеристиками предельного сопротивления сдвигу, соответствующими типу В, не обладает достаточной несущей способностью и поэтому трубопровод укладывается на более плотные нижележащие слои или в технологической насыпи, или на поплавках, свайных опорах.

5. При расчете трубопровода на прочность необходимо учитывать дополнительные напряжения изгиба вследствии осадка торфяного основания. В общем случае трубопровод следует рассматривать как балку с начальной кривизной на упругом основании. Торфяное основание может быть представлено как основание винклеровского типа переменной жесткости, изменяющейся по длине или упругим полупространством.

Рис. 5.

6. Граничные значения предельного сопротивления торфа сдвигу i, модуля общей деформации Е0 позволяют производить расчет напряженного состояния трубопровода на торфяном основании.

7. Коэффициент жесткости торфяного основания винклеровского типа определяется по формуле:

,

где Е0 - модуль общей деформации торфяного основания, МПа.

Dн - наружный диаметр трубы, м;

m0 - коэффициент относительной поперечной деформации торфяного основания (для верховых торфов m0=0,35 для низинных m0=0,29).

d=0,01 м

8. При определении модуля общей деформации Е0 берется его средневзвешенное значение по глубине активной зоны под трубопроводом, равной 2Dн, при подземной прокладке:

где Е0i - модуль общей деформации i-го слоя;

hi - толщина i-го слоя

9. Модуль общей деформации торфяного основания i-го слоя определяется по величине сопротивления торфа па сдвиг по крыльчатке i-го слоя:

E0i=kii

где k - коэффициент пропорциональности определяется опытным путем статистической обработкой данных изысканий. Для верховых торфов Западной Сибири может быть принято значение k=2,57.

10. При прокладке трубопроводов в технологических насыпях или в откосной части автомобильных дорог осадка торфяного основания под насыпью и необходимый объем грунта для отсыпки насыпи определяется с использованием вышеуказанной классификации торфяных оснований и значений предельных сопротивлений торфа сдвигу по таблице 1, согласно "Инструкции по проектированию автомобильных дорог нефтяных промыслов Западной Сибири" ВСН 26-80 Миннефтепром.

Таблица 1