Строительство скважин для подводных переходов магистральных трубопроводов: оценки возможности и выбор технологий

Анализ горногеологических условий

В практической деятельности нередко возникают вопросы, связанные с возможностью и эффективностью строительства переходов магистральных трубопроводов, правомочностью потери строящегося перехода и др. Для оценки возможности и успешности строительства переходов магистральных трубопроводов через различные препятствия необходимо рассматривать следующие вопросы.

Изучение и анализ горно-геологических условий строительства подводных переходов и прогноз осложнений в процессе бурения. В данный вопрос входит изучение и толого-геологического строения по профилю подводного перехода и физико-механические свойства грунтов, слагающих разрез. Эти исходные данные являются результатом инженерно-геологических иследований. На основании изучения исходных условий залегания грунтов, их физико-механических свойств, отдельных физико-химических характеристик грунтов электрического сопротивления грунта, содержания воды, удаляемой при 333 К и 378 К, содержания коллоидной составляющей в составе глинистых отложений) для каждого подводного перехода осуществляется предварительный выбор типа используемого бурового раствора, прогнозируются возможные осложнения в процессе бурения.

Исследуется активность выбранного типа бурового раствора по отношению к грунтам, слагающим разрез. Оценка активности осуществляется путем выдерживания грунта в буровом растворе и последующего изучения их физического состояния и отдельных физико-химических свойств. Опыт изучения взаимодействия буровых растворов и грунтов, слагающих разрез, показывает, что в ряде случаев выбор типа бурового раствора превращается в сложную инженернотехническую задачу. Это обусловлено особенностями взаимодействия между собой компонентов бурового раствора и кинетики взаимодействия составляющих раствора с грунтом. Наиболее неустойчивыми типами грунтов являются те, состав которых представлен легко диспергируемыми, осыпающимися глинами, и обломочные грунты.

Были проведены работы по изучению взаимодействия различных буровых растворов, водных растворов его компонентов с различными типами искусственных глинистых грунтов (глины, суглинков, супесей). Проведенная работа позволила установить, что отдельные соединения и буровые растворы, ихсодержащие, способствуют объемному разрушению образцов грунта и их последующему осыпанию (рис. 1). Данное явление наиболее характерно для водных растворов реагентов, способствующих созданию растворов внедрения в структуре глины.

7_1.jpg

Рис. 1:

а) образец суглинка, сформированного на основе монтмориллонитовой глины, после 24 ч. выдержки в водном растворе детергента ИКД;

б) образец суглинка на основе гидрослюдистой глины после 24 ч выдержки в водном растворе детергента ИКД;

в) образец супеси на основе гидрослюдистой глины после 176 ч. выдержки в буровом растворе на основе карбоксиметилцеллюлозы и гидролизованного полиакриламида;

г) образец супеси на основе гидрослюдистой глины после 246 ч. выдержки в буровом растворе на основе высокомолекулярной полианионной целлюлозы;

д) образец супеси на основе гидрослюдистой глины, выдержанный 172 ч. в растворе низкомолекулярной полианионной целлюлозы;

е) образец супеси на основе монтмориллонитовой глины после 272 ч. выдержки в буровом растворе на основе карбоксиметилцеллюлозы и гидролизованного полиакриламида;

ж) образец суглинка на основе гидрослюдистойглины после 142 ч. выдержки в 0,15 % водном растворе полиакрилата натрия;

з) образец супеси на основе гидрослюдистой глины после 72 ч. выдержки в полимергликолевом буровом растворе;

и) образец супеси на основе монтмориллонитовой глины после 272 ч. выдержки в буровом растворе на основе карбоксиметилцеллюлозы и многоатомного спирта;

к) образец супеси на основе монтмориллонитовой глины после 272 ч. выдержки в буровомрастворе на основе карбоксиметилцеллюлозы и полиакрилата натрия.

Перед разрушением образцов наблюдается резкое увеличение электрического сопротивления в образце грунта. Наиболее эффективными для стабилизации подобных грунтов оказались буровые растворы, содержащие в своем составе компоненты, уменьшающие термодинамическую активность воды в растворе, т.е. должен реализовываться случай, когда кинетические условия процесса взаимодействия грунта и бурового раствора позволяют глине из состава грунта реагировать не с мономерами воды, а с гидратированными компонентами раствора.

Одним из необходимых условий строительства скважин является обеспечение устойчивости ствола скважины и предупреждение поглощений и гидроразрыва горных пород и грунтов в процессе бурения. Для этого осуществляют прочностные расчеты состояния ствола скважины. Они имеют целью определить допустимые давления в процессе бурения и прогнозировать возможные осложнения, связанные с изменением давления. Исходя из этого, уделяется чрезвычайно большое внимание расчетам состояния ствола скважины для предупреждения осыпей, обвалов, пластического деформирования ствола скважины, а также определению давления раскрытия поглощения.

На основании изучения физического состояния грунтов, их физико-механических свойств осуществляется расчет напряженного состояния грунтов в стволе скважины. Методической основой проведения расчетов служат работы А.Н. Попова. Схема расчета приведена на рис. 2.

7_2.jpg

В качестве оценочного критерия устойчивости грунтов по стволу скважины выступает величина критического давления для свода скважины (точка А) и боковой части ствола скважины (точка В). Критическое давление представляет собой:

form_1_ct_7.jpg

где C – удельное сцепление грунта, Па;

m – открытая пористость грунта, д.е.;

form_1_ct_7_dop.jpg– соответственно тангенциальные напряжения для свода и боковой стенки скважины;

Кt – коэффициент потери прочности грунта вовремя контакта бурового раствора с грунтом, определяемый экспериментально;

G – напряжение сдвига грунта, Па.

Основной моделью, рассматривающей прочностное состояние горной породы, является модель, в которой рассматривается некоторое твердое тело с зернистой или дырочной структурой [1, 4, 5]. Зернистая модель характерна для обломочных, несцементированных горных пород с точечным контактом обломков. Согласно модели дырчатой структуры неструктурные элементы породы являются флюидом, насыщающим породу.

Данные представления зачастую распространяют и на описание поведения различных видов глин, глинистых отложений, дополнительно привлекая к ним также и представления о поровом давлении, действующем в глинах с увеличением глубины их залегания.

Однако такой теоретический подход, основанный на классических положениях, требует уточнения ряда положений. На наш взгляд, данные уточнения будут касаться поведения воды в составе глины, глиносодержащих грунтов, пород. Это обусловлено следующим. Глина и ее частицы являются чрезвычайно гидрофильными веществами. Глина всегда насыщена водой, но количество воды и ее состояние зависят от термодинамических условий нахождения воды в составе глины. Частицы глины не создают отдельных кристаллизационных контактов между собою, как, например, кристаллы карбоната кальция в известняках, а свою взаимосвязь осуществляют через воду. Поэтому в расчетах сделаны отдельные допущения и уточнения. Глинистые отложения (глины, суглинки супеси) являются монолитной непроницаемой средой. Дискретность состава глинистых отложений нивелируется прочностными свойствами воды в их составе. Прочность водородных связей, характер их поведения определяется термодинамическими условиями нахождения глины и отложений на ее основе.

В связи с этим в прочностных расчетах для глинистых отложений m = 0, а с = 1. Для обломочных отложений в виде песков, гравия, гальки при расчете возможности гидроразрыва принимается, что вследствие ее большой внутренней поверхности, отсутствия прочности у контактов между частицами грунта превалирует процесс фильтрации бурового раствора над процессом гидроразрыва. Гидроразрыв грунта становится возможным лишь после насыщения грунта буровым раствором.

Экспериментальные исследования фильтрации бурового раствора через различные виды песков показывают, что глубина насыщения грунта буровым раствором является функцией концентрации твердой фазы бурового раствора и прочности связей в растворе. При малой прочности связей в растворе, т.е. когда буровой раствор дискретен, наблюдается разделение бурового раствора на исходные его составляющие и накопление твердой фазы в узкой части приствольной зоны. С увеличением прочности связей в составе бурового раствора, т.е. когда он приобретает свойства сплошной среды, наблюдается его фильтрация на значительную глубину и упрочнение грунта по всему объему проникновения раствора (рис. 3).

7_3.jpg

Рис. 3:

а, б) образец песка после фильтрации, соответственно 5 и 8% раствора гидрослюдистой глины;

в, г) образец песка после фильтрации соответственно 5 и 8% раствора монтмориллонитовой глины;

д, е) образец песка после фильтрации соответственно 5 и 8% раствора на основе смеси монтмориллонитовой и гидрослюдистой глины;

ж, з, и) образец песка после фильтрации полимерного бурового раствора соответственно на основе 5, 6 и 8% аттапульгита;

к, л) образец песка после фильтрации полимербентонитового раствора соответственно на основе 5 и 8% монтмориллонитовой глины.

Таким образом, проникновение бурового раствора в проницаемый пласт происходит до тех пор, пока потери давления при его движении не сравняются с перепадом давления между скважиной и пластом. Поэтому, исходя из результатов предварительных исследований, их сопоставления с известными теоретическими представлениями прогноз глубины проникновения можно осуществить из классического выражения:

form_2_ct_7.jpg

где D – диаметр проницаемого канала, м; ΔPс – перепад давления между скважиной и пластом, Па; τ – напряжение сдвига бурового раствора при его течении в призабойной зоне, Па.

Диаметр проницаемого канала рассчитывается из величины размера частиц, слагающих грунт. В дальнейшем исходя из полученных значений глубины проникновения и площади фильтрации рассчитывается вероятный объем поглощенного раствора. После прогнозирования зон осложнений, методов их предотвращения и ликвидации осуществляется разработка следующих вопросов – таких, как выбор буровой установки, технологии строительства пилотной скважины и количества этапов ее расширения, а также породоразрушающего инструмента.

Выбор техники и технологии строительства подводного перехода

Выбор вида буровой установки и ее дополнительного технического оснащения для протаскивания определяется весом дюкера, а также величиной крутящего момента, который необходимо приложить для разрушения породы или её уплотнения в процессе строительства скважины. Из условия реализации затрат мощности на холостое вращение инструмента, а также приложения 5–20 КНм. на разрушение породы при диаметре скважины 1400–1600 мм. существующие мощные установки не могут обеспечить возможность бурения более чем на 2000 м. При необходимости увеличения длины перехода, пластичности, а также прочности пород необходимо менять технологию строительства. Это может быть встречное бурение, применение двух установок и др.

Необходимость выбора технологии строительства пилотной скважины обусловлена также и следующим. Грунты, слагающие ствол скважины, как правило, отличаются малой прочностью, глубина бурения не превышает 6–20 м. Поэтому в данном случае всегда возможен гидроразрыв грунта и выход бурового раствора на дневную поверхность (грифоны). Имеется опыт локализации выхода бурового раствора с помощью боновых заграждений и устанавливаемого на дно реки кессона. Технические расчеты по возможности предотвращения гидроразрыва горных пород в процессе бурения показывают, что вероятность их проявления способны существенно снижать буровые растворы, обладающие свойствами псевдопластичных жидкостей с показателем нелинейности в пределах 0,1–0,2. Как покзывает опыт практической деятельности, предотвращение гидроразрыва традиционными методами, т.е. управлением величиной расхода бурового раствора, снижения его реологических параметров, является сложной и трудно реализуемой технической задачей.

Для решения подобных сложных задач, а также и ряда других используется технология бурения с помощью бурильного инструмента малого диаметра через бурильные трубы с большим диаметром. Труба с большим диаметром вооружена бурильной головкой, она идёт по пилоту, ранее разбуренному бурильным инструментом с малым диаметром. Труба большого диаметра в дальнейшем используется в составе компоновки бурильного инструмента для расширения ствола скважины до требуемого размера. В процессе бурения пилотной скважины она является надёжным и высокопрочным каналом связи с дневной поверхностью. Это позволяет повысить реологические параметры буровых растворов до необходимых величин, снизить потери на поглощение бурового раствора и соответственно вероятность образования грифонов. Однако при этом необходимо строго контролировать величину выхода пилотной трубы из рабочей.

Другим элементом строительства ствола скважины является его расширение до требуемого диаметра. Так, например, оборудование «Черрингтон» предусматривает использование следующей технологической последовательности: бурение пилотной скважины и её последующее расширение до конечного диаметра за один этап.

Такой подход к строительству требует повышенной прочности бурового инструмента, а для обеспечения очистки ствола перехода от выбуренной породы – высоких структурно-механических свойств и больших объёмов прокачиваемого бурового раствора. В зависимости от длины и диаметра перехода объём используемого бурового раствора может изменяться от 7000 до 24000 м3.

Исходя из опыта практической деятельности можно выделить следующее наблюдение. Одноступенчатое расширение в достаточной мере эффективно для строительства подводных переходов длиною 300 – 500 м. и диаметром протаскиваемого трубопровода до 720 – 820 мм. в горно-геологических условиях, характеризующихся относительно устойчивыми грунтами. Однако с увеличением прочности разбуриваемых горных пород, наличием наполнителя, а также длины перехода и диаметра прокладываемого трубопровода резко возрастает техническая сложность строительства.

Одним из резервов снижения затрат материалов на строительство переходов, успешности их строительства в сложных горно-геологических условиях является переход на многоступенчатое расширение ствола перехода, особенно при строительстве переходов диаметром более 1000 мм. Многоступенчатое расширение, широко используемое большинством буровых подрядчиков, позволяет увеличить скорость бурения, несколько снизить требования к свойствам буровых растворов, осуществлять их регенерацию и создать замкнутую систему циркуляции.

Многоступенчатое расширение наиболее эффективно в сложных горно-геологических условиях, когда высокая скорость бурения обеспечивает успешность строительства подводного перехода. Поэтому выбор количества этапов расширения и размерного ряда расширителей превращается в чрезвычайно важную и сложную инженерно-техническую задачу.

Опыт применения одноступенчатого и многоступенчатого расширения показывает, что в неустойчивых грунтах наиболее оптимально применение одноступенчатого расширения, но это требует применения буровых установок с высоким крутящим моментом (буровые установки «Черрингтон»). В устойчивых породах наиболее предпочтителен многоступенчатый способ расширения. Однако существует техническая возможность сочетания этих двух способов расширения.

На наш взгляд, выбор количества этапов расширения следует осуществлять исходя из условия обеспечения скоростей бурения, необходимых для успешного строительства подводного перехода. Механическая скорость бурения определяется следующими факторами [1, 2]:

form_3_ct_7.jpg

где NZ – мощность, передаваемая на забой;

NR –мощность привода ротора,

NXX – мощность холостого хода;

NTR – мощность, затрачиваемая на вращение бурильной колонны;

AV – объёмная работа разрушения горной породы (грунта);

FZ – площадь забоя;

A0 – работа породоразрушающего инструмента за один оборот;

δ0 – проходка за один оборот долота;

G – нагрузка на породоразрушающий инструмент;

MYD – удельный момент на породоразрушающем инструменте.

Из анализа этих известных уравнений следует, что наиболее управляемым элементом в факторах, определяющих скорость бурения, является управление величиной площади забоя за счет увеличения количества этапов расширения в процессе строительства подводного перехода.

В проектных решениях режимные параметры бурения назначаются исходя из результатов бурения в процессе строительства подводных переходов. Фактором, определяющим эффективность процесса бурения, является величина механической и коммерческой скорости бурения. Скорость бурения сильно зависит от горно-геологических условий бурения, технологии расширения, вида породоразрушающего инструмента. Поэтому скорость бурения в процессе строительства различных переходов изменяется в очень широких пределах.

Оптимизацию режимных факторов бурения ограничивает широкое варьирование горно-геологических условий. Основным параметром, по отношению к которому ведется регулирование силовых величин при бурении, является вращающий момент на установке и тяговое усилие. Изменение момента на буровой установке фиксируется при технологии расширения «на себя», т.е. при движении расширителя от точки выхода бура в сторону точки его входа (бурового станка).

Породоразрушающий инструмент. Для строительства пилотной скважины используют, как стандартные типы шарошечных долот, так испециальные гидромониторные долота.

В качестве породоразрушающего инструмента для расширения скважины до требуемого диаметра используют лопастные расширители – FLYCUTTER, бочкообразные расширители, шарошечные расширители – HOLE OPENER. Шарошечные расширители производят в различных модификациях в зависимости от свойств разбуриваемых пород и диаметра трубопровода.

Расширитель типа FLYCUTTER используется для бурения в породах низкой группы прочности. Его недостатком является то, что в процессе бурения режущая кромка инструмента образует большой размер частиц шлама. Поэтому, например, при бурении в пластичных и высокопластичных глинах, суглинках если имеет место малейшее несоблюдение условий по объёму промывки скважины, то происходит формирование сальников.

Расширитель типа FLYCUTTER не способен работать в глинистых отложениях, содержащих в своем составе абразивный наполнитель в виде гальки, гравия, дресвы, щебня. В этом случае используют шарошечный расширитель типа HOLE OPENER. В практической деятельности компания Pipeline Services ltd использовала расширитель HOLE OPENER щитовой конструкции. Однако, как показывает практика, при использовании такого типа расширителя имеет место «замыливание» шарошек, резкое снижение скорости бурения. При бурении в твёрдых породах скорость бурения сильно зависит от диаметра данного расширителя. Используемая щитовая конструкция HOLE OPENER способна осуществлять бурение до диаметра, имеющего величину 838 мм. Увеличение диаметра расширителя сверх этого значения уже начинает способствовать снижению скорости бурения, а также износу и слому бурильных труб.

Поэтому можно констатировать, что в строительстве подводных переходов не решена проблема создания эффективных расширителей с диаметром более 1000 мм. для работы в условиях залегания пород средней и высокой группы прочности, а также пород малой прочности, но характеризующихся присутствием высокоабразивных включений.

Промывка скважины в процессе строительства. Основным элементом, определяющим эффективность промывки скважины в процессе бурения, является буровой раствор и соответствие расхода и свойств бурового раствора геолого- техническим условиям бурения.

Проектирование процесса промывки скважин мало чем отличается от традиционных методов проектирования, используемых в бурении глубоких скважин. Однако имеет и некоторые существенные отличия. Данные отличия в основном касаются ограничений по мощности насосного блока и его производительности – до 32 л/с., а также допустимым содержанием шлама выбуренной породы в объеме раствора – не более 10 %. При больших концентрациях шлама в прцессе бурения резко возрастает число и тяжесть технологических осложнений. Одноступенчатое расширение диктует и некоторые особенности всоставе и свойствах раствора.

В связи, с преимущественно используемым методом одноступенчатого расширения пилотной скважины до требуемого диаметра, буровой раствор в процессе расширения преимущественно обладает следующими параметрами: ПФ = 5 – 14 см3/30 мин., УВ = 200 – 350 с, пластическая вязкость 22 – 46 сПз, динамическое напряжение сдвига 400 – 700 дПа., статическое напряжение сдвига 1/10 мин. = 90 – 140/120 – 200 дПа. В строительстве скважин подводных переходов магистральных нефтепроводов преимущественно используют буровые растворы, разработанные ОАО «ИКФ». Данные буровые растворы являются бентонитовыми суспензиями, обработанными сочетанием карбоксиметилцеллюлозы или полиакрилата натрия с гидролизованным полиакриламидом.

Имеются отдельные особенности проектирования реологических параметров бурового раствора. Они обусловлены следующим. Характеристикой структурных свойств буровых растворов является их реограмма – зависимость величины напряжения сдвига (τ) от градиента скорости сдвига. В процессе строительства подводных переходов в системе циркуляции γ изменяется в пределах от 0,04 до 100000 с-1. В бурильной колонне γ = 100– 200 с-1, в затрубном пространстве нижний предел может доходить до 0,04 с-1, а при прохождении раствора через насадки долота и под долотом величины γ возрастают до 10000 – 100000 с-1.

Исходя из того, что основной функцией бурового раствора является вынос выбуренной породы, следует знать его минимально допустимую эффективную вязкость при градиентах скорости сдвига, характерных для затрубного пространства скважины, т.е. 0,04 – 200 с-1. Реограмма реального бурового раствора при γ = 200–1000 с-1 линейна, а с уменьшением γ искривляется. Поэтому встает вопрос о применимости для гидравлических расчётов стандартных реологических параметров бурового раствора, измеряемых при градиенте сдвига равном 511 с-1 и 1022 с-1.

Для производства гидравлических расчетов реологическую кривую (или её часть) достаточно аппроксимировать двупараметрическим уравнением, так как погрешности в определении геометрических параметров циркуляционной системы не позволяют реализовать преимущества более сложного, чем двупараметрическое уравнение. Двупараметрическими моделями, пригодными для производства гидравлических расчетов являются степенная модель Пауэра или линейная модель Бингама-Шведова. Степенная модель более точно аппроксимирует реограмму бурового раствора при γ = 0,04–200 с-1., но даёт заниженные значения сопротивления сдвигу (или эффективной вязкости) при γ = 600 с-1. График степенной зависимости проходит через начало координат, что, в отличие от модели Бингама, затрудняет прогнозирование прочности структуры в статических условиях. Модель Бингама Шведова дает завышенные значения напряжения сдвига γ = 0,04 – 150 с-1 и γ > 600 с-1.

Если параметры степенной модели не имеют физического смысла и не характеризуют в отдельности вязкостную и пластическую составляющие напряжения сдвига, то параметры модели Бингама-Шведова при отсутствии изменений структуры раствора с изменением γ имеют физический смысл и выражают динамическое сопротивление сдвигу и пластическую вязкость. В модели Бингама-Шведова с увеличением γ величина эффективной вязкости стремится к значению пластической вязкости , что дает представление о вязкости системы при γ > 10000 с-1 и об условиях истечения бурового раствора из отверстий в долоте. В степенной модели с ростом γ величина эффективной вязкости стремится к бесконечности, что противоречит реальным условиям. Из сказанного следует, что, несмотря на завышение расчётных показателей раствора, модель Бингама-Шведова предпочтительнее степенной модели при бурении пилотной скважины, а степенная модель предпочтительнее для остальных этапов строительства подводного перехода.

Исходя из этого гидравлические расчеты ведут в соответствии с обобщением Метцнера-Рида. Расчётная формула для нахождения потерь давления на каком-либо интервале выглядит следующим образом:

form_4_ct_7.jpg

где L – длина интервала, м;

d – внутренний диаметр труб, м. (для кольцевого пространства d определяется как разность диаметра скважины, с учетом кавернозности породы, и внешнего диаметра бурильных труб).

Уточнение составляющих реологических моделей осуществляется применительно к конкретному градиенту сдвига по формулам:

– для бурения пилотной скважины возможно уточнение по модели Шведова-Бингама:

form_5_ct_7.jpg

где – динамическое напряжение сдвига, Па;

ηпл – пластическая вязкость, Па•с;

– для этапа расширения целесообразно осуществлять уточнение параметров по модели Оствальда:

form_6_ct_7.jpg

где k – показатель консистенции;

n – показатель нелинейности.

Или значение принимается равным по показаниям реометра при скорости вращения вала реометра 3 об/мин.

Градиент скорости сдвига находят из соотношения:

form_7_ct_7.jpg

где Q – подача бурового раствора, м3/с; d – внутренний диаметр труб, м (для кольцевого пространства d определяется как разность диаметра скважины с учётом кавернозности породы и внешнего диаметра бурильных труб).

В процессе строительства подводного перехода отсутствует заранее приготовленный буровой раствор. Его готовят дискретно, в ходе процесса бурения. Поэтому расчёт объёмов приготавливаемого бурового раствора ведут исходя из того, что на всех этапах строительства подводного перехода необходимо обеспечить постоянство промывки скважины. Необходимый объем бурового раствора находится из соотношения:

form_8_ct_7.jpg

где Vб.р. – технологически необходимый объём промывочной жидкости;

d – диаметр скважины;

L – длина скважины;

kкав – коэффициент кавернозности по диаметру скважины (kкав=1,1 – 1,3, в зависимости от свойств породы);

kтехн – технологический коэффициент промывки (kтехн = 7 – 15, в зависимости от подачи насосов, механической скорости бурения; фракционного состава шлама и т. д. );

kпогл – коэффициент поглощения (kпогл=1,2 – 1,8, в зависимости от свойств породы, этапа строительства подводного перехода и геолого-технических условий бурения, конструкционных особенностей породоразрушающего инструмента и т.д.).

Однако такой подход приводит к значительному завышению объёмов потребляемого бурового раствора, что ведёт с снижению экономической эффективности строительства перехода магистрального трубопровода.

Расчёт объёма потребляемого раствора следует осуществлять исходя из условия дискретности приготовления и применения бурового раствора в каждом интервале бурения. Справедливым будет подход расчета объема бурового раствора по следующему пути:

form_9_ct_7.jpg

где Q1, Qбур, Qбл_бр, Qвозврат, Qпогл – соответственно подача бурового раствора, необходимая для поддержания проектной величины механической скорости бурения;

производительность блока по приготовлению бурового раствора;

интенсивность поглощения бурового раствора в процессе бурения, (м3/ч);

υ – количество блоков по приготовлению или регенерации бурового раствора;

Tбур, Tосл, Т – затраты времени на механическое бурение, ликвидацию осложнений, время производтельного использования бурового раствора, ч.

В случае многоэтапного бурения конечный расчёт ведется исходя из суммирования объемов бурового раствора, необходимого для каждого этапа. Отличие заключается лишь в том, что при расчете величины Q1 расчёт ведется по площади забоя, создаваемой на каждом этапе расширения.

Для расчёта объема потребляемого бурового раствора выражение 11 можно записать следующим образом:

form_10_ct_7.jpg

де Кпогл=Vпогл/Vбр – коэффициент потери циркуляции. Общепринятыми практическими резуль-
татами являются следующие величины коэффициента потери циркуляции:

ил, песок, глина – 0,5;
гравий – 0,8;
мягкая скальная порода – 0,2;
твердая скальная порода – 0,2.

Исходя из производительностиблока приготовления бурового раствора и прогнозируемого объёма поглощения раствора становится возможным оценить допустимую величину механической скорости бурения для того или иного интервала бурения:

form_11_ct_7.jpg

Наиболее сложным при предлагаемом подходе является оценка времени производительной работы буровой бригады. Для этого необходимо пользоваться практическими данными по затратам времени бурового персонала на процессы бурения пилотной скважины, расширения, калибровки и протаскивания.

Таким образом, на расход бурового раствора определяющими являются горно-геологические условия бурения, производительность бурового оборудования, возможность возврата бурового раствора в циркуляцию. Возврат бурового раствора за счёт его регенерации при малых величинах структурно-механических параметров бурового раствора (τ0=10 – 25Па) определяется производительностью установки по его регенерации. При высоких структурно-механических свойствах бурового раствора (τ0>40 Па) за счёт необходимости разбавления бурового раствора водой для снижения реологических параметров будет перерабатываться не более 30–40 % бурового раствора, выходящего из скважины.

Таким образом, основываясь на положениях о допустимом содержании выбуренной породы в буровом растворе, о допустимой или реализуемой механической скорости бурения, о производительных затратах времени в бурении становится возможна инженерно-техническая и экономическая оценка затрат на процесс сооружения перехода на этапе проектирования.

Другой технической проблемой, возникающей при строительстве переходов методом наклонно-направленного бурения, является утилизация отработанного бурового раствора. При использовании одноступенчатого расширения в процессе строительства переходов становится весьма актуальной проблема размещения отходов в виде отработанного бурового раствора. Для этого требуется применение специального оборудования и реагентов. Однако в связи с большими
объёмами (до 10 – 16 тыс. м3) и свойствами отработанного бурового раствора, данные методы не являются достаточно эффективными и рентабельными. На сегодняшний день проводится работа по изысканию технологических мероприятий, позволяющих решить данную проблему, и внесению в состав проектной документации новых разделов, освещающих решение проблем строительства подводных переходов методом наклонно направленного бурения.

Опыт проектирования и строительства скважин подводных переходов показывает, что основным, доминирующим, фактором, влияющим на технический процесс строительства скважин и одновременно ограничивающим его являются горно-геологические условия. На сегодняшний день можно отметить, что учёт геологической специфики каждого перехода требует усовершенствования и расширения основных типоразмеров породоразрушающего инструмента, используемого для строительства переходов, уточнения состава и свойств бурового раствора. Наиболее сложными условиями являются наличие в составе геологического разреза по профилю перехода гравийно-галечниковых отложений и валунов. Однако наиболее существенным геологическим фактором является наличие валунов по профилю перехода. Проработка интервалов скопления валунов в процессе бурения или расширения приводит к повышенным нагрузкам на буровой инструмент, что в ряде случаев приводило к его разрушению. Однако за счет скорректированных технических решений при наличии валунных отложений обеспечивалось успешное строительство подводных переходов.

Примером является строительство подводного перехода через р. Молога при сооружении Балтийской трубопроводной системы.

На сегодняшний день успешно освоено строительство переходов с длиною 300–1000 м. Следующим шагом для дальнейшего развития строительства переходов методом наклонно направленного бурения является разработка технико-технологических мероприятий, позволяющих обеспечить успешность строительства подводных переходов длиною 1000–2000 м. Это позволит осуществлять прокладку трубопроводов через протяжённые водные преграды с использованием данного метода.

Использованы материалы:
www.npngs.ru
Автор:
ШАРАФУТДИНОВ Зариф Закиевич, вице-президент ОАО ВНИИСТ, д-р техн. наук

Print This Page Print This Page

Обучение

copr.jpg

Новый выпуск

NO-DIG обозрение

obl2014_1.jpg

Архив новостей

АСБТ в:


Одесский завод строительно-отделочных машин

Fatal error: Call to undefined function feed_subscribers() in /home/novtec12/no-dig.odessa.ua/www/wp-content/themes/fervens-a/ferevens-a/sidebar-2.php on line 72