Способ прокладки коммуникаций

(56) RU-C1-2139465 БУЛАТОВ А.И. и др. Справочник инженера по бурению. Том 2. М.: "Недра", 1985, с. 52, 63-68 МИНАЕВ В.И. Машины для строительства магистральных трубопроводов. М.: "Недра", 1985,с. 269-272 Изобретение относится к области строительства коммуникаций под естественными и искусственными препятствиями, в частности к способам бестраншейной прокладки коммуникаций методом наклонно-направленного бурения (ННБ). Способ прокладки коммуникаций включает бурение скважины путем бурения пилотной скважины с ее последующим расширением с применением бурового раствора и прокладку коммуникаций в полученную скважину, при этом осуществляют бурение разгрузочного коллектора до глубины, обеспечивающей соединение с пилотной скважиной, а расширение скважины осуществляют с выводом бурового раствора через разгрузочный коллектор. Способ прокладки коммуникаций методом наклонно-направленного бурения позволяет снизить давление внутри скважины при бурении, позволяет обеспечить быстрый и эффективный вынос выбуренной породы на поверхность. При этом разработанный способ также позволяет минимизировать вероятность появления поглощений и грифонопроявлений, что позволяет повысить экологическую и технологическую безопасность строительства перехода в целом, а также позволяет повысить экономическую целесообразность применения способа для строительства переходов под естественными и искусственными препятствиями. Винда Андрей Анатольевич (RU) Носырева Е.Л. (RU) Изобретение относится к области строительства коммуникаций под естественными и искусственными препятствиями, в частности к способам бестраншейной прокладки коммуникаций методом наклонно-направленного бурения (ННБ). Постоянное расширение площади городов требует обеспечения максимально эффективного и быстрого прокладывания коммуникаций к новым строительным объектам, а также замены старых коммуникаций более технологичными новыми. При замене старых коммуникаций одними из основных требований являются быстрая замена коммуникаций, а также необходимость сохранения целостности уже существующих объектов. Для решения поставленных задач в настоящее время широко применяется метод наклоннонаправленного бурения, который позволяет произвести прокладку коммуникаций, не нарушая целостности объектов, расположенных на траектории прокладки коммуникаций. В данном методе вход и выход скважины располагаются на земной поверхности, а траектория скважины - с необходимой удаленностью от объекта под землей. Одними из основных показателей, определяющих технические риски при строительстве коммуникаций под естественными и искусственными препятствиями методом ННБ, являются поглощения и грифоны. Как правило, выходу раствора на поверхность предшествует поглощение бурового раствора, образующееся в результате превышения давлением бурового раствора внутри скважины напряженного состояния грунтов, определяемого давлением гидроразрыва и проницаемостью пласта, которые приводят к значительному увеличению расхода бурового раствора, к размыву и вымыванию грунтов низкой и очень низкой прочности, к снижению выноса выбуренной породы из скважины, и, соответственно, к повышению стоимости работ, а также к снижению экологической безопасности. Чаще всего, породы, слагающие геологические разрезы переходов под бестраншейную прокладку методом ННБ, включают грунты с низким давлением гидроразрыва, что приводит к значительному поглощению бурового раствора и выходу его на поверхность в необозначенных в конструкции перехода местах. В виду вышесказанного, для решения задач по минимизации поглощений и предупреждению грифонопроявлений при бурении пилотной скважины в проницаемых грунтах и грунтах низкой прочности требуется дальнейшее совершенствование техники и технологии бурения скважин, позволяющих снизить отрицательное влияние бурового раствора на проницаемый пласт. Известен способ проводки коммуникационной скважины, описанный в патенте РФ 2299967(опубл. 27.05.2007). Согласно описанию патента способ включает направленное бурение пилотной скважины и расширение пилотной скважины, а также закрепление тампонажным составом зоны расположения скважины, которое осуществляют посредством нагнетания тампонажного состава через по меньшей мере одно ответвление пилотной скважины. При этом проводку ответвления ствола пилотной скважины осуществляют в сторону азимутального направления пилотной скважины над зоной расположения ствола скважины в неустойчивых породах. Недостатком описанного решения является высокая вероятность возникновения гидроразрыва грунта на этапах бурения и расширения пилотной скважины, что приводит к повышению технических рисков при осуществлении работ на участке. Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ бестраншейной прокладки трубопровода, описанный в авторском свидетельстве 1276769 (опубл. 15.12.1986). Согласно авторскому свидетельству способ включает бурение пилотной скважины и ее расширение с применением бурового раствора, после чего в расширенную скважину протаскивают трубопровод, при этом буровой раствор перед трубопроводом вытесняют из скважины с одновременным уплотнением стенок скважины. К недостаткам описанного прототипа следует отнести высокую вероятность возникновения при бурении пилотной скважины таких явлений, как поглощение и грифонопроявление, которые обусловлены гидроразрывом грунта. Указанные явления приводят к значительному расходу бурового раствора, а также к размыву и вымыванию грунтов, что в свою очередь значительно повышает стоимость прокладки коммуникаций по данной технологии, а также снижает экологическую безопасность в области проведения работ. В основу изобретения поставлена задача разработать способ прокладки коммуникаций методом наклонно-направленного бурения, который позволит снизить давление внутри скважины при бурении, позволит обеспечить быстрый и эффективный вынос выбуренной породы на поверхность. При этом разработанный способ также позволит минимизировать вероятность появления поглощений и грифонопроявлений, что позволит повысить экологическую и технологическую безопасность строительства перехода в целом. Поставленная задача решается тем, что разработан способ прокладки коммуникаций, включающий бурение скважины путем бурения пилотной скважины с ее последующим расширением с применением бурового раствора и прокладку коммуникаций в полученную скважину, при этом осуществляют бурение разгрузочного коллектора до глубины, обеспечивающей соединение с пилотной скважиной, а расширение скважины осуществляют с выводом бурового раствора через разгрузочный коллектор. Разгрузочный коллектор разрабатывают на этапе бурения пилотной скважины. Использование разгрузочного коллектора для вывода бурового раствора из скважины на этапе расширения позволяет снизить давление внутри скважины, а также ускорить вывод выбуренной породы из скважины на поверхность. Таким образом, способ позволяет снизить вероятность гидроразрыва грунта,обусловленного высоким внутрискважинным давлением, что, в свою очередь, обеспечивает снижение вероятности появления поглощения бурового раствора, с последующим его неконтролируемым выбросом на поверхность. Разгрузочный коллектор представляет собой вертикальную цилиндрическую выработку, которая соединена с полостью наклонно-направленной скважины. Коллектор позволяет производить отбор бурового раствора из скважины в объемах, равных объемам, закачиваемым в скважину. Коллектор разрабатывают любой установкой для обустройства вертикальных шурфов и скважин диаметром до 1,5 м. После чего его обсаживают съемной металлической или пластиковой колонной на глубину до пересечения со стенкой скважины. В предпочтительном варианте при бурении пилотной скважины в качестве бурового раствора используют аэрированный раствор. Опыт бурения пилотной скважины по первоначальной траектории в трещиноватых грунтах и грунтах низкой прочности показал, что если в качестве промывочного агента применяется обычный глинистый раствор, то суммарное давление в скважине значительно превышает давление гидроразрыва грунтов. В результате происходит образование новых трещин с последующим поглощением бурового раствора, что приводит к осложнению процесса углубления скважины. Аэрированные буровые растворы представляют собой смеси пузырьков воздуха с промывочными жидкостями (водой, нефтеэмульсиями и др.) в соотношении до 30:1, при этом такой раствор при заполнении скважинного пространства может сжиматься и перемещаться в направлении больших пространств. В виду чего применение аэрированного раствора в качестве бурового на этапе бурения пилотной скважины позволяет снизить вероятность возникновения гидроразрыва грунта. Для повышения стабильности аэрированного раствора в его состав вводят полимерные реагенты для стабилизации раствора, пенообразователи и антивспениватели для гашения пены при выходе ее из скважины. Применяют аэрированный раствор с плотностью от 600 кг/м 3 и выше в зависимости от инженерно-геологических условий. В предпочтительном варианте способа расширение пилотной скважины осуществляют до достижения давления гидроразрыва с поэтапным выводом бурового раствора через разгрузочный коллектор. Поэтапный вывод бурового раствора на поверхность представляет собой, по сути, изменение режима циркуляции бурового раствора внутри скважины. В результате чего обеспечивается снижение внутрискважинного давления, а также ускоряется вынос частиц выбуренной породы на поверхности, что позволяет повысить качество очистки ствола скважины. Гидроразрыв пласта - это явление возникновения трещин в массивах пород под давлением бурового раствора, значение которого предварительно рассчитывают перед началом работ на участке. Очевидно,что давление гидроразрыва зависит от прочностных свойств грунтов и условий их залегания. Поэтому давление гидроразрыва - это давление внутри скважины, превышающее прочность грунтов на растяжение с учетом условий их залегания и применительно к данному участку траектории скважины. Предпочтительно в качестве бурового раствора используют аэрированный раствор или глинистый раствор. Одним из возможных вариантов регулирования внутрискважинного давления является изменение плотности бурового раствора. В виду чего при достижении внутрискважинным давлением давления гидроразрыва в предпочтительном варианте осуществления изобретения производят смену бурового раствора с глинистого на аэрированный раствор и наоборот, что позволяет достигнуть снижения необходимого давления внутри скважины. В заявляемом изобретении не аэрированный, глинистый раствор подаваемый в скважину имеет плотность 1030-1040 кг/м 3, выходящий из скважины не аэрированный раствор имеет плотность 1100-1200 кг/м 3. Глинистый буровой раствор позволяет глинизировать стенки скважины, образуя тонкую плотную корку, которая препятствует проникновению раствора в пласты породы. Плотность и вязкость глинистого раствора таковы, что раствор способствует удержанию частиц выбуренной породы во взвешенном состоянии, предотвращая его оседание на стенки скважины при перерывах в промывке. Буровой раствор из разгрузочного коллектора рециркулируют. С целью обеспечения максимально эффективной рециркуляции бурового раствора разгрузочный коллектор оснащают погружным насосом и системой очистки. Система очистки является трехступенчатой и включает в себя вибросито, пескоотделитель и дегазатор. Бурение пилотной скважины осуществляют с использованием гидромониторной компоновки или забойного двигателя. В предпочтительном варианте осуществления заявляемого способа при бурении пилотной скважины в качестве бурового раствора используют аэрированный раствор, использование которого не накладывает ограничение на тип применяемого для бурения оборудования. После расширения скважины осуществляют ее калибровку лопастным калибратором с диаметром на 100-200 мм меньше диаметра последнего этапа расширения. Калибровку выполняют в зависимости от геологических условий участка, на котором производятся работы. Прокладку коммуникаций осуществляют протаскиванием или прокладыванием коммуникаций в разработанную скважину. Для снижения технических рисков при осуществлении работ методом наклонно-направленного бурения необходимо также учитывать условия совместимости на гидроразрыв и устойчивости грунтового массива. Ниже представлен пример расчета. Устойчивость стенок скважины, представленную аргиллитом, с прочностью на одноосное сжатиеRC = 2 МПа и прочностью на растяжение RP = 0,17RC = 0,34 МПа определяется с использованием огибающей кругов Мора по ГОСТ 21153.4-75. Определяют значения безразмерных радиусов кругов Мора, а также сумму безразмерных координат и безразмерного радиуса Размерные параметры вычисляют по формулам Параметр выполаживания кривой определяют Максимальное сопротивление породы сдвигу Временное сопротивление породы всестороннему растяжению Уравнение огибающей кругов Мора Определяют величину нормальных напряжений (13) на площадке, параллельной направлению действия промежуточного напряжения (2) тогда значение предельного касательного напряжения составит а действующее касательное напряжение что соответствует (при условии 13) области упругих деформаций грунтов в стенке скважины и отсутствие их разрушения. Заявляемый способ прокладки коммуникаций поясняется при помощи фигуры, на которой представлено схематическое расположение скважины и разгрузочного коллектора, а также приведены кривые изменения давлений. На фигуре изображено схематическое расположение скважины 1 с точкой входа 2 и точкой выхода 3, расположенной под естественным препятствием 4, и разгрузочной коллектор 5. Также на фигуре приведена линия давлений гидроразрыва 6 и линии изменения внутрискважинного давления с участками 7,8, 9. Представленные на фигуре кривые давлений соответствуют следующим режимам: кривая 7 внутрискважинного давления соответствует режиму разработки скважины с применением в качестве промывочной жидкости аэрированного раствора; кривая 8 внутрискважинного давления соответствует режиму разработки скважины с применением в качестве промывочной жидкости глинистого раствора с выходом раствора через разгрузочный коллектор; кривая 9 внутрискважинного давления соответствует режиму расширения скважины с применением в качестве бурового раствора аэрированного раствора с поэтапным выходом бурового раствора через разгрузочный коллектор. Построение упомянутых кривых 7, 8, 9 производят по предварительным расчетам с учетом условия совместимости процесса бурения на гидроразрыв, по представленным ниже зависимостям. Условие совместимости процесса бурения на гидроразрыв пласта породы имеет вид где Рсум - суммарные потери гидродинамические (Ргдн) и гидростатические (Ргст) давления в кольцевом пространстве скважины Ргр - давление гидроразрыва пласта. Давление гидроразрыва пласта породы (по формуле Сельващука А.П.) определяют с учетом его прочности на растяжение согласно следующей зависимости:Rp - предел прочности грунтов на растяжение, МПа; Рпл - пластовое давление, МПа; 1 - максимальное главное сжимающее напряжение, МПа. Внутрискважинное давление определено как сумма гидростатического давления столба промывочной жидкости (Ргст) и потерь давления в кольцевом пространстве (Ркп) где 0 - динамическое напряжение сдвига бурового раствора, Па; кп - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от числа Сен-Венана;L - длина рассматриваемого участка скважины, м;d - наружный диаметр элемента бурильной колонны, м. Способ осуществляют следующим образом. Предварительно перед началом работ на участке производят геологическую разведку типов пород,которые встречаются на участке работ, в соответствии с которой осуществляют теоретическую проверку условий совместимости и устойчивости пласта породы, после чего производят построение кривых давлений и выбирают наиболее оптимальный режим выхода бурового раствора. Бурение скважины 1 начинают с бурения пилотной скважины. В средней части скважины перехода по навигационным данным указывают координату разгрузочного коллектора 5 над пилотной скважиной,предпочтительно для нижней точки траектории, по которой проходит пилотная скважина. Разработанный коллектор 5 обсаживают съемной колонной (на фигуре не показана) на глубину до пересечения со стенкой скважины. После завершения этапа бурения пилотной скважины коллектор 5 оснащают системой очистки (на фигуре не показана), погружным насосом (на фигуре не показан) и трубопроводом (на фигуре не показан). После чего начинают этап расширения пилотной скважины, который осуществляют до достижения давления гидроразрыва с поэтапным выводом бурового раствора через разгрузочный коллектор 5. При этом осуществляют предварительную очистку бурового раствора, выходящего из коллектора с последующей рециркуляцией раствора. Затем осуществляют калибровку скважины 1, после которой осуществляют прокладку коммуникаций. После прокладки коммуникаций коллектор 5 засыпают песком первоначально на глубину 2 м. В дальнейшем производят извлечение обсадной колонны (на фигуре не показана) с установкой цементного моста (на фигуре не показан) на высоту до 2 м. Последующую засыпку коллектора 5 осуществляют песчаным грунтом после застывания цементного моста. Таким образом, разработан способ прокладки коммуникаций методом наклонно-направленного бурения, который позволяет снизить давление внутри скважины при бурении, позволяет обеспечить быстрый и эффективный вынос выбуренной породы на поверхность. При этом разработанный способ также позволяет минимизировать вероятность появления поглощений и грифонопроявлений, что позволяет повысить экологическую и технологическую безопасность строительства перехода в целом, а также позволяет повысить экономическую целесообразность применения способа для строительства переходов под естественными и искусственными препятствиями. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ прокладки коммуникаций, включающий разработку скважины путем бурения пилотной скважины по криволинейной траектории с ее последующим расширением с применением аэрированного раствора и прокладку коммуникаций в полученную скважину, отличающийся тем, что осуществляют обустройство разгрузочного коллектора, обсаженного съемной колонной, до глубины, обеспечивающей соединение с пилотной скважиной, а расширение скважины осуществляют с поэтапным отбором аэрированного раствора через разгрузочный коллектор. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют аэрированный раствор с плотностью не менее чем 600 кг/м 3. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что расширение пилотной скважины осуществляют до достижения давления гидроразрыва с поэтапным отбором аэрированного раствора через разгрузочный коллектор. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что аэрированный раствор из разгрузочного коллектора рециркулируют. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что разгрузочный коллектор оснащают погружным насосом,системой очистки и трубопроводом. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что бурение пилотной скважины осуществляют с использованием гидромониторной компоновки или забойного двигателя. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что после расширения скважины осуществляют ее калибровку. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокладку коммуникаций осуществляют протаскиванием или прокладыванием.