Размещено на http://www.allbest.ru/

ВЫПУСКНАЯ БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Сооружение магистральных трубопроводов способом горизонтально-направленного бурения

Работа выполнена студ. гр. ЗННТБ Велигодской Н.А.

Руководитель проекта ст. преподаватель Выборнова Т.С.

Астрахань 2018

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Астраханский государственный технический университет»

Система менеджмента качества в области образования, воспитания, науки и инноваций сертифицирована DQS по международному стандарту ISO 9001:2015

СОГЛАСОВАНО Стратегический партнер (работодатель) ____________________________________ ______________________________ (предприятие, должность, ФИО) _______________________________ (подпись) «__»__________2018 г.	УТВЕРЖДАЮ Заведующий кафедрой___________________ Профессор, д.т.н. Саушин А.З. __________________________________ __________________________________ (ученая степень, звание, фамилия, подпись) «____»__________2018 г.



З А Д А Н И Е

на дипломную работу

Студенту учебной группы ________________________________________

(факультета, института)

________________________________________________________________

(фамилия, имя, отчество)

ТЕМА ДИПЛОМНОЙ РАБОТЫ

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Тема ВКР сформулирована в соответствии с запросом ______________________________

(стратегический партнер, работодатель, подразделение (службы) АГТУ и т.д.)

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

Утверждено приказом (приказ от «___» ____________ 2018 г. № _____)

Представление выпускной

квалификационной работы на кафедру «___» ______________ 2018 г.

Дата защиты «___» _______________2018 г.



Целевая установка и исходные данные:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

№ п/п	Перечень чертежей, подлежащих разработке	Формат, количество
		Microsoft PowerPoint

Руководитель выпускной квалификационной работы _____________________________________________________________________

(ученая степень, звание, фамилия, подпись)

________________________________________________________________

№ п/п часть	Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень вопросов, подлежащих разработке)	Руководитель дипломной работы
1	Общие сведения о районе работ
2	Технологическая часть
3	Техническая часть
4	Безопасность технологических процессов



Основная рекомендуемая литература

1. Норманн Хайн «Геология, разведка, бурение и добыча нефти», М., Олимп, 2004

2. Иванов С.И. «Интенсификация притока нефти и газа к скважинам», М. Недра 2006

3. Токунов В.А., Саушин А.З. «Технологические жидкости и составы для повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин», М. Недра., 2004

4. Мстиславская Л.Н. «Основы нефтегазопромыслового производства», М.., Недра, 2005

5. Балаба В.И. «Управление качеством в бурении», М., ООО «Недра-Бизнесцентр», 2008

6. Коршак К.А., Шаммазов А.М. «Основы нефтегазового дела», Уфа, Полиграф Сервис, 2002

7. Дроздов А.Н. «Технология и техника добычи нефти погружными насосами в осложненных условиях», М., «МЕКС Пресс», 2008

8. Дейк Л.М. «Основы разработки нефтяных и газовых месторождений», М. «Премиум Инжинирин», 2009

9. Электронная библиотека АГТУ



Руководитель выпускной квалификационной работы _____________________________________________________________________

(ученая степень, звание, фамилия, подпись)

________________________________________________________________

Задание принял к исполнению «____» _______________ 2018 г.

Студент ____________________________________________ (подпись)

(ФИО)

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой К заданию на дипломный проект

_______________________________

(ученая степень, звание, фамилия, подпись)

_______________________________

«_____»__________2018 г.



К А Л Е Н Д А Р Н Ы Й Г Р А Ф И К

работы над дипломным проектом

№ п/п	Разделы, темы и их содержание, презентация	По плану	Фактически	Отметка руководителя о выполнении
		Дата	Объем в %	Дата	Объем в %

Руководитель дипломного проекта __________________________________________

(ученая степень, звание, фамилия, подпись)

________________________________________________________________

Студент ___________________________________________________

(фамилия, инициалы, подпись)

«____»_______________ 2018 г.



СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ

КАЛЕНДАРНЫЙ ГРАФИК

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Перечень применяемых сокращений

1 ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общая характеристика района работы

1.2 Географическая характеристика

1.3 Гидрогеология

1.4 Геологическое строение

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Анализ существующих методов строительства подводных трубопроводов

2.2 Технология прокладки трубопровода горизонтально-направленным бурением

2.3 Этапы сооружения подводных трубопроводов методом горизонтально-направленного бурения

2.3.1 Бурение пилотной скважины

2.3.2 Расширение скважины

2.3.3 Протягивание трубопровода

2.3.4 Цементирование

2.3.5 Заключительный этап

2.4 Преимущества и недостатки технологии горизонтально-направленного бурения

3.ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Установка горизонтального бурения

3.2 Установка для вибропрокола

3.3 Пневматический пробойник для проходки скважин

3.4 Машины для раскатки скважин

3.5 Грунтопроходная установка

3.6 Установка для прокладки трубопроводов продавливанием с механизированной разработкой грунта

3.7 Механизированные проходческие грунты

4 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

4.1 Промышленная безопасность

4.2 Электрическая безопасность

4.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

4.4 Экологическая безопасность

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

трубопровод подводный бурение горизонтальный



ВВЕДЕНИЕ

Трубопроводный транспорт газа, нефти и нефтепродуктов в настоящее время является основным средством доставки углеводородного сырья от мест добычи, переработки или получения к местам потребления.

Горизонтальное бурение скважин применяется для увеличения нефте- и газоотдачи продуктивных горизонтов при первичном освоении месторождений с плохими коллекторами и при восстановлении малодебитного и бездействующего фонда скважин.

Если при бурении наклонной скважины главным является достижение заданной области продуктивного пласта и его поперечное пересечение под углом, величина которого, как правило, жестко не устанавливается, то основная цель бурения горизонтальной скважины - пересечение продуктивного пласта в продольном направлении. При этом протяженность завершающего участка скважины, расположенного в продуктивном пласте (горизонтального участка), может превышать нескольких сотен метров.

При бурении горизонтальных скважин неточности ориентирования отклоняющих компоновок и учёта угла закручивания бурильной колонны от действия реактивного момента забойного двигателя вызывает изменения азимута скважины, пространственное искривление траектории ствола скважины и увеличение работ с отклонителем. При работе с отклонителем ограничивают проходку на долото из-за необходимости замера угла и азимута пройденного интервала инклинометром. Пространственный характер искривления траектории ствола горизонтальной скважины часто является причиной возникновения различных осложнений. Все эти нежелательные явления существенно снижают эффективность проходки горизонтальных скважин.



ПЕРЕЧЕНЬ ПРИМЕНЯЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ГНБ - горизонтально-направленное бурение;

ИТР - инженерно - технические работники;

ПУЭ - правила устройства электроустановок;

БШ - буровая штанга;

СИЗ - средства индивидуальной защиты;

ЧС - чрезвычайная ситуация;

БУ - буровая установка.



1 ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общая характеристика района работы

Лена -- река в России, крупнейшая река Средней Сибири, впадает в море Лаптевых Северного Ледовитого океана. Длина вместе с дельтой -- 4400 км. В некоторых случаях указывается длина 4294 км без учёта Быковской протоки (106 км) в дельте Лены. Площадь бассейна -- 2490 тыс. кмІ

Протекает по территории Иркутской области и Якутии, некоторые из её притоков относятся к Забайкальскому, Красноярскому, Хабаровскому краям, Бурятии и Амурской области. Лена -- самая крупная из российских рек, чей бассейн целиком лежит в пределах страны. Также это крупнейшая река в мире, полностью протекающая в районе вечной мерзлоты. [1]

1.2 Географическая характеристика

Протяжённость реки -- 4294 км, площадь бассейна -- 2490 тыс. кмІ. 
По характеру течения различают три участка:

· от истока до устья Витима;

· от устья Витима до устья Алдана;

· от устья Алдана до впадения Лены в море Лаптевых. [1]

Рисунок 1.1 - Дельта реки Лена на снимке из космоса.

Верхнее течение

Истоком Лены считается небольшое болото в 15 км от перевала Солнцепадь и в 10 км к западу от Байкала, расположенное на высоте 1470 м у подножия безымянной вершины высотой 2023 м, входящей в Байкальский хребет. 19 августа 1997 года у истока реки была установлена часовня с памятной табличкой. Всё верхнее течение Лены до впадения Витима, то есть почти третья часть её длины, приходится на горное Прибайкалье. Расход воды в районе Киренска -- 1100 мі/сек. [1]

Среднее течение

К среднему течению относят её отрезок между устьями рек Витима и Алдана, длиной 1415 км. Близ впадения Витима Лена вступает в пределы Якутии и протекает по ней до самого устья. Приняв Витим, Лена превращается в очень большую многоводную реку. Глубины возрастают до 10--12 м, русло расширяется, и в нём появляются многочисленные острова, долина расширяется до 20--30 км. Долина асимметрична: левый склон положе; правый, представленный северным краем Патомского нагорья, круче и выше. По обоим склонам растут густые хвойные леса, лишь иногда сменяемые лугами.

От Олёкмы до Алдана Лена не имеет ни одного значительного притока. Прорезая Приленское плато, более 500 км река течёт в глубокой и узкой долине, врезанной в известняки. Ниже города Покровска Лена выходит на равнину. Как следствие, происходит резкое расширение долины, сильно замедляется скорость течения -- она нигде не превышает 1,3 м/с, а большей частью падает до 0,5--0,7 м/с. Только пойма имеет ширину 5--7, а местами и 15 км, а вся долина имеет ширину 20 и более километров. [1]

Нижнее течение

Ниже Якутска Лена принимает два главных притока -- Алдан и Вилюй. Теперь это гигантский водный поток; даже там, где она идёт одним руслом, её ширина доходит до 3 км, а глубина превышает 16--20 м. Там же, где много островов, Лена разливается на 20--30 км. Берега реки суровы и безлюдны. Населённые пункты очень редки.

В нижнем течении Лены её бассейн очень узок: с востока подступают отроги Верхоянского хребта -- водораздела рек Лены и Яны, с запада незначительные возвышенности Среднесибирского плоскогорья разделяют бассейны Лены и реки Оленёк. Ниже села Булун реку сжимают подходящие к ней совсем близко Хараулахский хребет с востока и кряж Чекановского -- с запада. Примерно в 150 км от моря начинается обширная дельта Лены. [1]



1.3 Гидрогеология

Гидрологические данные по расходу воды в устье Лены в разных источниках противоречат друг другу и зачастую содержат ошибки. Дополнительным источником неопределённости является тот факт, что река обладает обширной дельтой с множеством проток, на которую приходится часть бассейна площадью 60 000 кмІ.

По разным оценкам, годовой сток реки составляет от 489 до 542 кмі, что соответствует среднегодовому расходу в устье от 15 500 до 17 175 мі/сек. Основное питание, так же как и почти всех притоков, составляют талые снеговые и дождевые воды. Повсеместное распространение вечной мерзлоты в пределах водосбора мешает питанию рек грунтовыми водами, исключением являются только геотермальные источники. [3]

В связи с общим режимом осадков для Лены характерны весеннее половодье, несколько довольно высоких паводков летом и низкая осенне-зимняя межень до 366 мі/сек в устье. На время весеннего паводка в июне приходится 40 % стока, на период с июня по октябрь -- 91 %. Наибольший среднемесячный расход воды в устье наблюдался в июне 1989 года и составлял 104 000 мі/сек, максимальный расход воды в устье во время паводка может превышать 200 000 мі/сек.

Рисунок 1.2 - Среднемесячные расходы воды в мі/сек

За зимний период на реке образуется 10-20 кмі льда или 3 % от её годового стока. Летом его поступление вместе с большими объёмами паводковой воды в мелкую южную часть моря Лаптевых приводит -- как и в случае с другими крупными сибирскими реками -- к явлению инверсии, то есть к локальному опреснению моря и к более позднему освобождению от льда его близлежащей акватории. [1]

Изменения годового стока

Минимальный годовой сток, зафиксированный в 1986 году, составлял 402 кмі, изменения в течение 65 лет составляли 326 кмі или среднее значение, равное 516 кмі, изменялось на 63 %. Как и для большинства крупных рек мира с большой площадью бассейна, для Лены характерны периодические изменения годового стока, которые следуют одиннадцатилетним циклам солнечной активности. Первый тип максимума имеет место примерно на следующий год после начала нового солнечного цикла и может быть объяснен интенсивным таянием наледей и мерзлоты, образовавшейся за прошедшие 2-3 года, а также развитием Арктической осцилляции и увеличением количества осадков в пределах бассейна в зимний период. В данном случае происходит наиболее заметное увеличение стока -- например, в 1989 году среднегодовой расход воды составил 23 054 мі/сек, что соответствует 728 кмі/год. Второй вид максимума менее выражен и имеет место в середине одиннадцатилетнего цикла, характеризуется мемньшим весенним паводком и достигается за счет бомльшего количества осадков в летне-осенний период. [3]

Весеннее вскрытие реки

Лена отличается от других рек России своим ледовым режимом и мощными заторами льда. Прочный и толстый лёд на реке образуется в условиях чрезвычайно холодной, продолжительной и малоснежной зимы. Весенний ледоход обладает большой мощью, часто сопровождается заторами льда и затоплением значительных территорий. Раньше всего, в конце апреля, начинается весенний разлив в районе Киренска -- на верхней Лене -- и, постепенно сдвигаясь на север, наступая на ещё скованную льдом реку, доходит в низовья в середине июня. Вода поднимается во время разлива на 6-8 м над меженным уровнем. В низовьях подъём воды достигает 18 м.

Притоки

Основные притоки Лены: Большой Патом, Чая, Витим, Алдан, Кута, Олёкма, Вилюй, Киренга, Чуя, Молодо, Бирюк, Лунгха, Долгая. Наиболее крупным из них является река Алдан со средним расходом воды в устье 5060 мі/с и площадью бассейна 729 000 кмІ.

Четыре главных притока Лены (в порядке вниз по течению мест их впадений) -- Витим, Олёкма, Алдан и Вилюй -- резко выделяются среди остальных своими размерами. [1]

1.4 Геологическое строение

Дочетвертичные отложения

Дочетвертичные образования вскрываются в дельте р. Лены главным образом в берегах проток: Быковской, Оленёкской и частично Булкурской. Выходы дочетвертичных пород известны в виде эрозионных останцов - о-вов Столб, Америка-Хая и Сардах в центральной части дельты. Геологический разрез дочетвертичной толщи в районе дельты по данным Государственной геологической карты выглядит следующим образом. [4]

Архейские образования предположительно залегают в пределах высоко приподнятого блока дельты р. Лены. Такие выводы сделаны на основе интерпретации данных о строении гравитационного поля в дельте, а также находок в районе о. Сардах крупных неокатанных глыб и мелких обломков гранатовых и гранат-силлиманитовых гнейсов, плагиогнейсов и гранито-гнейсов. Эти породы сопоставляются с образованиями архейского комплекса Анабарского массива. Есть свидетельства о выходе таких пород в виде порогов в протоках, окружающих о. Сардах, что может свидетельствовать о выходе кристаллического фундамента на дневную поверхность. По крайней мере, правомочно говорить о неглубоком (порядка 100 м) его залегании. Возраст этих образований составляет 922-1380 млн лет, что несколько меньше возраста таковых пород в Оленёкском массиве. Данных о предполагаемой мощности образований архея нет.

В пределах дельты р. Лены предполагается широкое распространение ордовикских-нижне-каменноугольных терригенно-карбонатных отложений, которые фиксируются на сейсмических профилях. Возраст и состав ордовикских пород определены условно по аналогии с такими же отложениями близлежащих территорий. Велика вероятность, что толща сложена

преимущественно карбонатными породами. Общая мощность отложений ордовикской системы достигает 2000 м.

Выше архея в пределах дельты и ее обрамления залегают породы среднего и верхнего девона, которые обнажены довольно плохо. Среднедевонские породы вскрываются на окраине Хараулахских гор, на правом берегу Быковской протоки (основание г. Ысы-Туойдах-Хая). Они представлены плотными доломитизированными серыми известняками, реже плитчатыми мелкокристаллическими известняками. Мощность толщи этих осадков составляет 200 м. Верхний отдел девона предположительно согласно залегает на породах среднего отдела и представлен отложениями франского и фаменского ярусов. Первые вскрываются в береговых обрывах Быковской протоки, а также слагают о. Америка-Хая в центральной части дельты. Породы фаменского яруса также согласно залегают на франских. Они вскрываются в верхней части о. Столб, где представлены толщей известковистых алевролитов и алевролитовых известняков серого, темно-серого, желтовато-серого и коричнево-серого цвета, иногда с включениями галек фосфоритов и кремней. Общая мощность отложений девона в дельте р. Лены составляет порядка 500-600 м. [4]

Породы каменноугольной системы в пределах района исследований известны на правобережье р. Лены и в Хараулахских горах. Нижний отдел системы представлен карбонатными отложениями атырдахской свиты, вскрываемыми в обнажениях Быковской протоки. Видимая мощность свиты составляет 375 м, а предполагаемая полная - 700-800 м. Тиксинская свита широко распространена на междуречье Быковской протоки и главного русла Лены. Она согласно залегает на атырдахской свите и представлена типичной для Хараулахских гор толщей известковистых алевролитов и аргиллитов темно-серого цвета. Общая мощность Тиксинской свиты 850-900 м. Помимо свит в пределах дельты р. Лены встречаются нерасчлененные каменноугольные отложения общей мощностью до 2000 м, объединяющие отложения свит.

Пермские породы распространены в северном Хараулахе, на левобережье Оленёкской и правобережье Быковской проток. Они согласно залегают на толще каменноугольных отложений. Общая мощность нижнепермских отложений в северной части Хараулахских гор меняется от 700 до 1000 м, породы представлены аргиллитами с прослоями песчаника. Верхнепермские отложения распространены западнее дельты Лены, в районе кряжа Прончищева. Исключение составляет выход пород коры выветривания верхнепермского-нижнетриасового возраста в левом берегу Оленёкской протоки. Мощность отложений составляет 1,2 м, и они представлены пестроцветными глинами и песками.[2]

Породы триаса представлены толщей нерасчлененных нижне-среднетриасовых отложений оленёкского, анизайского и ладинского ярусов, распространенных на левобережье Оленёкской протоки. Породы плохо обнажены и осложнены пликативными и дизъюнктивными нарушениями, в связи с чем затруднено их расчленение. Мощность отложений составляет 370-460 м. Оленёкские слои вскрываются фрагментарно на левом берегу Оленёкской протоки. Залегают несогласно на пермской коре выветривания и представлены темно-серыми аргиллитами с прослоями алевролитов и известняков. Анизийские слои вскрываются в протоке Ангардам-Уэся ниже по течению Оленёкской протоки. Отложения представлены темно-серыми и зеленовато-серыми алевролитами с редкими прослоями известковистых песчаников. Ландинские слои согласно залегают на анизийских. Они представлены известковистыми породами с большим количеством включений. Верхний триас представлен отложениями осипайской свиты, вскрытыми в рассматриваемом районе на побережье Оленёкского залива и Оленёкской протоки дельты. Породы трансгрессивно залегают на различных горизонтах ландинского яруса.[1]

Отложения меловой системы представлены породами нижнего и верхнего отделов. К первым относится угленосная толща укинской свиты, вскрываемая на левом берегу Оленёкской протоки в районе пос. Чай-Тумус. Выше с размывом залегают отложения менрюгяхской свиты верхнего отдела мела, представленные песчаниками. Они вскрываются на левом берегу Оленёкской протоки. На побережье Булкурской протоки отмечены выходы туфов и туффитов, переходных по составу от средних к кислым и кислых, где они залегают в основании менрюгяхской свиты.

Породы палеогеновой системы представлены эоценовыми отложениями, обнажающимися вдоль Быковской протоки. Подошва не вскрыта. Это песчаники с прослоями алевролитов и пластами бурого угля мощностью от 0,3 до 2,4 м. По данным геофизического сейсмопрофилирования, верхнепалеоцен-эоценовые угленосные отложения должны выполнять все крупные понижения в акватории.

Неогеновые осадки вскрываются фрагментарно в обнажении островов дельты р. Лены. Основной разрез миоценовой толщи представлен в береговом уступе размыва о. Сардах в восточной части дельты. Куполообразная возвышенность урочища Сардах-Хая на о. Сардах-Сисё в центре дельты р. Лены имеет изометричный в плане характер (почти округлый с диаметром 2,5 км) и возвышается над окружающими позднеголоценовыми островными массивами на 35 м (абсолютная высота 42 м). С запада и северо-запада возвышенность размывается водами Сардахской протоки, вскрывающими разрез дочетвертичных отложений в крутом уступе размыва. С севера, востока и юга края возвышенности пологими (3-5°) склонами сливаются с первой террасой о. Сардах-Сисё. На юге и северо-востоке к куполовидной возвышенности прислонена аккумулятивная терраса высотой 15-18 м, сложенная четвертичными песками бассейнового происхождения. [3]

В уступе размыва западного берега о. Сардах вскрываются дочетвертичные породы, представленные миоценовыми конгломератами и перекрывающими их песками с большим количеством древесины.

Вскрываемая в разрезе толща представлена тремя пачками: нижними конгломератами, сцементированными железистым цементом; залегающими на них с размывом алевритовыми песками в верхней части с гальками, валунами и глыбами; перекрываемыми сверху серыми кварцевыми песками с глинистыми прослойками, с хорошо окатанной галькой и линзами лигнитизированного растительного детрита. В нижней пачке конгломератов погребены и окаменели стволы лиственницы, кедра, ели, сосны, длиной до 7 м и диаметром до 0,5 м. На неровной размытой поверхности конгломератов залегают алевритовые пески, в нижней части содержащие также остатки деревьев следующих видов: Picea Wollossowiczi Suk; Picea obovata Ldb. (fossilis); Larix sibirica Ldb. (fossilis); Pinus monticola D.Don; реже плоды серого ореха Juglans cinerea L. (fossilis); гальки богхеда во вторичном залегании. Здесь обнаружен вертикально стоящий пень лиственницы Larix sp., диаметром до 2,5 м и возрастом дерева более 240 лет (по подсчету годичных колец визуально и в шлифах). Также в алевритовых песках определены 62 вида четвертичных диатомовых водорослей, 50 видов из которых пресноводные, по 2 вида пресноводно-солоноватоводных и солоноватоводных.[2]

Видимая мощность толщи до 17 м и она быстро меняется по разрезу из-за заметного падения пород на юго-восток и на юго-запад (рис. 1.3). Эти рыжие и бурые конгломераты, пески и песчаники с литифицированной и углефицированной древесиной перекрываются галечниками и валунниками с песчаным заполнителем, также содержащим обломки плавниковой древесины. Мощность галечников составляет первые метры, и они описаны В.В.Куницким как ледниковые отложения. По нашему мнению, эти отложения или бассейновые, или аллювиальные. Несмотря на плохую сортированность осадка, слоистость в нем все же угадывается, но раскопать сыпучие отложения для более точного определения структуры невозможно. Галечники перекрываются незначительными по мощности горизонтально- и волнистослоистыми серыми кварцевыми песками мощностью до 2 м. На контакте песков и галечников отобран и датирован образец плавниковой древесины, показавший запредельный радиоуглеродный возраст - ?50 700 лет (ЛУ-4895). Сомнения насчет ледникового происхождения толщи «валунных песков» подтверждаются их сыпучестью и отсутствием основных признаков ледниковых отложений за исключением плохой степени сортированности. Отложения формировались постепенно, с сезонным протаиванием и морозобойным растрескиванием песчано-галечно-валунных отложений. Значит, отложения, формировавшиеся постепенно и с сезонным оттаиванием грунтов, не могли быть ледниковыми.[4]

1- пески; 2-галечники песчаные; 3-галечники; 4-валуны; 5-пласты песчаников-гравийников коричневого цвета; 6-рыжие конгломератыс большим количеством окаменелой древесины; 7-стволы и обломки деревьев; 8-древесный детрит; 9-косая слоистость; 10-разломы между блоками; 11-осыпи.

Рисунок 1.3 - Разрез миоценовых и четвертичных отложений острова Сардах (дельта р. Лены) вдоль Сардахской протоки по северо-западному краю уступа размыва.

Вероятно, представление о ледниковом происхождении галечников и песков с валунами определяется прежде всего наличием в самой толще и на бечевнике под уступом размыва большого количества самых разнообразных по петрографическому составу крупных обломков: от гнейсов до зелено-каменных пород основного состава. Состав валунов в нижних конгломератах и кроющих их песках с валунно-галечным материалом: диабазы, песчаники, алевролиты, доломиты, граниты, глинистый сидерит в виде фигурных конкреций.[7]

Уникальность острова в том, что здесь на поверхность выходят столь своеобразные дочетвертичные отложения и что поверхность фундамента, по геофизическим данным , находится здесь на глубине нескольких десятков - сотен метров. В радиусе нескольких километров вокруг урочища Сардах-Хая в протоках обнаружены выходы на поверхность кристаллических пород в виде галечных перекатов или в виде отдельных глыб размером до нескольких метров в поперечнике. В 300 м от точки наблюдения на противоположном берегу протоки обнаружен развал глыб и валунов породы того же состава, на дне протоки выходит порог из грубообломочного материала.

Эти выходы и порог в реке составляют единую гряду, ориентированную в северо-западном направлении.[5]

Отсюда и обилие валунов и глыб на пляжах и бенчах острова, на столообразной поверхности острова (урочище Сардах-Хая), возвышающегося над первой террасой на 35 м и продолжающего воздыматься над островным массивом дельты. Исходя из полученных данных, для объяснения большого количества крупнообломочного материала в районе о. Сардах не обязательно обращаться к ледниковым языкам, спускавшимся в дельту р. Лены с Верхоянского хребта.

Рисунок 1.4 - Схема бурения скважин о.Сардах

В 2009 г. на о. Сардах геологической экспедицией ОАО «Нижне-Ленское» пройдены 2 скважины (рис.1.4). Скважина 1 глубиной 65 м, устье которой расположено на высоте 2-2,5 м над меженным уровнем воды в Трофимовской протоке с западной стороны острова, вскрыла следующую толщу пород:

0-15 м - сардахская свита (миоцена-плиоцена?), сложенная слаболитифицированными валунно-галечно-песчаными конгломератами;

15-38,7 м - пески серые с валунами и галькой;

38,7-45 м - пески;

45-47,7 м - валунно-галечные отложения;

47,7-65 м - известняки с аргиллитом (девон-карбон?).

Скважина 2 глубиной 101 м заложена в центральной части острова на высоте 41 м над рекой. Ею вскрыты следующие породы:

0-0,5 м - моховая дернина алеврито-песчаная;

0,5-6,5 м - алеврито-песчаные отложения с повторно-жильными льдами (ПЖЛ);

6,5-9 м - очень льдистый песок;

9-13,5 м - песок с галькой и валунами;

13,5-18,3 м - валунный галечник;

18,3-22,3 м - алеврит-алевролит слаболитифицированный;

22,3-26 м - валунный галечник;

26-29,7 м - алеврит-алевролит слаболитифицированный;

29,7-50 м - сардахская свита (миоцена-плиоцена?), сложенная слабо-литифицированными валунно-галечно-песчаными конгломератами с песком и ожелезненной древесиной;

50-77,7 м - пески с прослоями валунно-галечного материала;

77,7-82,6 м - кора выветривания, карбонатизированная;

82,6-95,5 м - известняки (девон-карбон?);

95,5-101 м - слоистые известняки, очень трудно проходимые, с малым выходом керна, трудно бурятся (проходка нескольких метров за несколько дней).

Скважины глубиной до 100 м не вскрыли пород фундамента, но, возможно, вплотную подошли к ним. Трудности проходки последних метров скважины 2, возможно, объясняются этим фактором.[6]

I -- современное состояние; II -- состояние по навигационным картам 1912 г.; а -- устьевой участок р. Тутуры (1912 г.); б -- устьевой участок р. Тутуры (современное состояние); 1 -- террасы; 2 -- пойма; 3 -- русло; 4 -- наиболее глубокие участки русла; 5 -- галечно-валунные прирусловые отмели; 6 --направление течения.

Рисунок 1.5 - Плановые деформации на широкопойменном участке р. Лены (Жигаловский участок).



2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Анализ существующих методов строительства подводных переходов

Существует множество методов прокладки трубопроводов через естественные и искусственные препятствия и конструкций таких переходов.

Выбор конкретного метода (или конструкции) в каждом конкретном случае должен основываться на рассмотрении совокупности условий прохождения и требований к переходу - технических, экономических, экологических и др. В результате работы были проанализированы и рассмотрены основные методы прокладки переходов, области и технические ограничения на их применение (таблица 2.1)

Таблица 2.1 - Область применения методов прокладки трубопроводов через естественные препятствия

Бестраншейная прокладка трубопровода	Область применения и достоинства метода	Ограничения применения и недостатки метода
Траншейные методы: Протягивание по дну, погружение с поверхности воды, укладка с плавучих средств и опор (Диаметр трубы 159-1420 мм.)	Переходы через водоемы, нет геологических ограничений.	В ходе строительства нарушается плодородный слой почвы. Необходимость разрытия дорог, большой объем земельных работ, нарушение дна водоемов и др.
Наклонно-направленное бурение (Диаметр трубы 325 -1720 мм.)	Переходы под водоемами, дорогами, зданиями и др. сооружениями, природными объектами, прибрежными участками моря. Метод применяются при необходимости избегания нарушения поверхности в ходе строительства.	Невозможность проведения ремонтно-восстановительных работ при возникновении аварийных ситуаций
Метод «Кривых» (Диаметр трубы 530 -1420 мм.)		Ограниченная длина перехода, Невозможность проведения ремонтно-восстановительных работ при возникновении аварийных ситуаций
Геоход (Разработка ТПУ) Диаметр прокладки не менее 3,2 метров, Скорость проходки - от 4 до 6 м/ч		В стадии разработки в Томском политехническом университете
Геовинчестерная технология		В стадии разработки в Томском политехническом университете
Микротоннелирование (Herrenknecht tunneling system) Диаметр прокладки до 4 метров, Длина прокладки до 1500 м		Ограничения, связанные с геологическими условиями. Занимает большое пространство под монтажную площадку.
Метод тоннелирования с использованием щитовой проходки		Высокая стоимость строительства. Не используются диаметры меньше 2 м.
Метод тоннельного дюкера (труба в трубе)	Применение при многоканальном трубопроводе. Простота проведения ремонтно-восстановительных работ. Уменьшение тягового усилия при прокладке.	Недостаточная надежность конструкции опорно-направляющих устройств для трубопровода

2.2 Технология прокладки трубопровода горизонтально-направленным бурением

Метод горизонтально направленного бурения (ГНБ) (на сегодняшний день являющийся наиболее эффективным способом прокладки коммуникаций различного назначения) появился в начале 70-х гг. XX в. и успешно используется в строительстве, имеет геотехническое применение, а также является самым экологичным методом антропологического вторжения в недра земли. Трудно переоценить и экономическое преимущество метода ГНБ.В любом из аспектов своего применения ГНБ подразумевает закрытый способ производства работ: впуск скважины в одной точке и выход в другой. Диаметр и длина скважины зависят от цели и задач проекта. Основным преимуществом данного метода является возможность обхода водных объектов без вскрытия грунта.

Технология ГНБ (его еще называют бестраншейным бурением) получила широкое распространение во всем мире. Горизонтальное бурение используется для экономически выгодного и быстрого прокладывания трубопроводов и различных инженерных коммуникаций без нарушения природного ландшафта, минуя любые наземные преграды.

Горизонтально направленное бурение уникально возможностью управления процессом, изменением при необходимости направления прокладки трубопроводов, огибанием действующих или покинутых коммуникаций и прочих препятствий. Очевидными преимуществами ГНБ является скорость выполнения работ, возможность прокладывания труб при сохранении ландшафта, преодоления сложных гидрогеологических условий, а также высокая степень точности.

Точность метода ГНБ обеспечивается работой локационной системы установки ГНБ. Приемно-передающая локационная система предназначена для определения координат местонахождения буровой лопатки и состоит из первичного преобразователя-передатчика, расположенного в ложементе крепления буровой лопатки, переносного локатора с дисплеем и дублирующего информационного пульта на рабочем месте оператора машины для прокладки ГНБ.

В процессе ГНБ оператор постоянно отслеживает положение буровой лопатки по трем координатам -- пройденному расстоянию, глубине нахождения инструмента и углу атаки. Все данные оперативно передаются на информационный пульт оператора направленного бурения.

Машина для направленного горизонтального бурения устанавливается на небольшом расстоянии от прокола ГНБ. Это расстояние определяется размером самой установки, углом входа бурового инструмента и составляет обычно от 1 до 6 м. Агрегат фиксируетсяна поверхности при помощи анкерного соединения.

2.3 Этапы сооружения подводных трубопроводов методом горизонтально-направленного бурения

Перед началом работ тщательно изучаются свойства и состав грунта, дислокация существующих подземных коммуникаций, оформляются соответствующие разрешения и согласования на производство подземных работ. Осуществляется выборочное зондирование грунтов и, при необходимости, шурфление особо сложных пересечений трассы бурения с существующими коммуникациями. Результаты этих работ имеют определяющее значение для выбора траектории и тактики строительства скважины. Особое внимание уделяется оптимальному расположению бурового оборудования на строительной площадке и обеспечению безопасных условий труда буровой бригады и окружающих людей.

Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтального направленного бурения осуществляется в четыре этапа:

бурение пилотной скважины,

последовательное расширение скважины,

протягивание трубопровода,

заключительный этап.

Этапы строительства подземных коммуникаций

Бурение пилотной скважины



2.3.1 Бурение пилотной скважины

Бурение пилотной скважины -- особо ответственный этап работы, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента -- буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем.

Буровая головка соединена посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом строительства пилотной скважины и обходить выявленные на этапе подготовки к бурению подземные препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой рабочей нити. Буровая головка имеет отверстия для подачи специального бурового раствора, который закачивается в скважину и образует суспензию с размельченной породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от её обломков, вынося их на поверхность.

Рисунок 2.1 - Пилотная скважина

Контроль за местоположением буровой головки осуществляется с помощью приёмного устройства локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика. На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне и азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой установки. Эти данные являются определяющими для контроля соответствия траектории строящегося трубопровода проектной и минимизируют риски излома рабочей нити. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки в нужном положении. Затем осуществляется задавливание буровых штанг без вращения с целью коррекции траектории бурения.

Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.

Буровая штанга (БШ) представляет собой трубу диаметром 50-80 мм и длиной 2-6 метра. На концах БШ нарезаны КОНИЧЕСКИЕ резьбовые соединения с наружной, и на противоположном конце -- с внутренней резьбами. БШ имеет один очень важный элемент без которого изменение направления пилотной скважины было бы невозможным, это -- сильфонная вставка (соединение). На каждой БШ есть два таких соединения. В общем-то, технологически, это больше напоминает накатку на трубе, нежели какую-то вваренную в БШ вставку.

В буровой машине БШ вкручиваются, последовательно, одна в другую, по мере продвижения буровой головки. Таким образом, соединённые между собой БШ, похожи на гибкий трос, которым прочищают канализационные трубы.

Принцип изменения направления движения буровой головки в горизонтальной и вертикальной плоскостях происходит по принципу гибкого троса: если его свободный конец не закреплён (если закреплён, то это уже «гибкий ВАЛ»), то есть он всегда будет немного изогнут.

Оператор на дисплее переносного приёмника «видит» угол поворота буровой головки (то есть «свободного конца троса») и её направление, и, если необходимо «повернуть» направление скважины, выдаёт команду оператору бурильной машины «стоп», а затем «Повернуть на N../градусов» (но только в одном направлении -- по направлению закручивания резьб БШ!) так, чтобы буровая головка легла в нужном направлении. Далее, по команде оператора выносного пульта, происходит «вдавливание» буровой головки в грунт на угол нужной траектории, затем оператор бурильной машины включает подачу промывочной жидкости -- обычно воды -- и продольную подачу с вращением. Подача промывочной жидкости производится под регулируемым давлением через шпиндель бурильной машины в БШ и далее к буровой головке. Буровая головка забуривается в грунт на необходимую траекторию.

2.3.2 Расширение скважины

Расширение скважины осуществляется после завершения пилотного бурения. Буровая головка отсоединяется от буровых штанг и вместо неё присоединяется риммер -- расширитель обратного действия. Приложением тягового усилия с одновременным вращением риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода через расширенную скважину её диаметр на 50-100 % превышает диаметр трубопровода.

Рисунок 2.2 - Предварительное расширение

2.3.3 Протягивание трубопровода

На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая к протягиванию плеть трубопровода. К переднему концу плети крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммеру, и в то же время не передаёт вращательное движение на трубопровод. Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

Рисунок 2.3 - Протягивание трубопровода



2.3.4 Цементирование

При прокладке трубопровода в сложных геологических условиях затрубное пространство цементируется путем закачки туда под давлением цементирующего раствора специальной машиной.

2.3.5 Заключительный этап

После окончания основных технологических этапов, инженерно-технический персонал сдаёт заказчику исполнительную документацию, на которой указано фактическое положение уложенного трубопровода в различных плоскостях, с обязательным указанием «привязок» к ориентирам на местности.

2.4 Преимущества и недостатки технологии горизонтально - направленного бурения

Первым преимуществом ГНБ является меньший объём работ по сравнению с траншейной прокладкой. Дело в том, что при этой технологии не требуется использование большого количества рабочей силы и землеройной техники. Для решения задачи обычно достаточно двух бригад и одной буровой установки. Стоимость ГНБ обходится в среднем на 20 процентов дешевле прокладки траншейным способом при небольшой глубине закладки коммуникаций.

Ещё один важный плюс заключается в том, что на бурение методом ГНБ затрачивается до 20 раз меньше времени, чем при других способах. После окончания работ в данном случае нет необходимости в реконструкционных и восстановительных мероприятиях. Другие преимущества заключаются в местах проведения работ (к примеру, зоны газо- и нефтепроводов), возможности выполнения в любое время, экологичности и в том, что выполнять работы можно в любое время года.

Что касается минусов, то в первую очередь это стоимость, которая в конечном итоге может быть выше, чем при использовании траншейного метода. Факторы, которые влияют на неё заключаются в длине прокола и диаметре трубопровода. Кроме того, при неправильной консистенции и бентонитной смеси, трубопровод может оказаться зажатым.



3 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Установка горизонтального бурения

Установка горизонтального бурения состоит из двигателя внутреннего сгорания, механической или гидромеханической трансмиссии, тяговой лебедки, трубы-кожуха и шнека с буровой фрезерной головкой для разработки горизонтальной скважины. Труба-кожух опирается на направляющие тележки, размещенные на дне траншеи, из которой ведется проходка.

Рис 2.1 Установка горизонтального бурения типа УГБ: 1 - буровая фрезерная головка;2 - якорь;3 - обойма тягового полиспаста;4 - канатный полиспаст;5 - неподвижная рама;6 - общая рама;7 - тяговая лебедка;8 - двигатель внутреннего сгорания;9 -кран-трубоукладчик;10 - механическая или гидромеханическая трансмиссия;11 - сменные стяжные хомуты;12 -трубы-кожуха;13 - шнек;14 - направляющие тележки.

Установка удерживается от опрокидывания и поворота сопровождающим краном-трубоукладчиком, который передвигается вдоль траншеи со скоростью, равной скорости подачи машины в забой. Двигатель с механизмами привода тяговой лебедки и винтового конвейера монтируется на общей раме, установленной на заднем конце прокладываемой трубы-кожуха с помощью сменных стяжных хомутов. Подача установки при бурении скважины обеспечивается тяговой лебедкой с тяговым усилием до 80 кН через канатный полиспаст переменной кратности (2… 10). Подвижная обойма тягового полиспаста вмонтирована в переднюю часть рамы, а неподвижная, ориентируемая по оси траншеи, шарнирно крепится к якорю, заделанному в грунт насыпи.

Нагрузка на тяговый полиспаст (усилие подачи) определяется диаметром и длиной прокладываемой трубы-кожуха, ее прямолинейностью, а также физико-механическими свойствами разрабатываемого грунта. Наибольшие сопротивления подаче установки в забой возникают при строительстве переходов в легко поддающихся обрушению песчаных грунтах, при ликвидации зазора между трубой-кожухом и скважиной. В приводе тяговой лебедки имеется коробка передач, обеспечивающая несколько (до 6) скоростей вращения барабана и его реверс. Скорость подачи выбирается в соответствии с конкретными условиями проходки и составляет среднем 2…5,5 м/ч при строительстве переходов в средних грунтах и 1,8…3,5 м/ч -- в тяжелых.

Сухая транспортировка разработанного грунта из забоя в траншею осуществляется винтовым конвейером, состоящим из трубы-кожуха, внутри которой помещен шнек, не имеющий промежуточных опор. Длина конвейера соответствует протяженности перехода. К головной секции шнека крепится сменная фрезерная буровая головка, снабженная резцами с твердосплавными пластинками. Буровая головка обеспечивает бурение скважины несколько большего (на 30…50 мм) диаметра по сравнению с наружным диаметром прокладываемой трубы-кожуха, что позволяет значительно уменьшить лобовое сопротивление подаче установки в забой.

Оптимальная частота вращения шнека 0,18…0,3 с-1 при разработке средних грунтов и 0,1…0,15 cr1 -- тяжелых. В установках с гидромеханической трансмиссией скорости подачи в забой и вращения буровой головки со шнеком регулируются бесступенчато в зависимости от конкретных условий проходки, что позволяет автоматизировать работу установок и повысить их производительность в 1,5…2 раза. В соответствии с размерами прокладываемой трубы-кожуха каждая установка комплектуется набором винтового конвейера и фрезерными головками.

3.2 Установка для вибропрокола

При прокладке труб способом прокола образование скважины осуществляется за счет радикального вытеснения и уплотнения грунта (без его разработки) прокладываемой трубой, пневмопро-бойником или раскатчиком грунта. Различают прокол механический (статический) и вибропрокол. При механическом проколе вдавливаемой в грунт трубе сообщается поступательное движение от продавливающего устройства или же она протаскивается через готовую скважину, полученную с помощью пневмопробойника или раскатчика грунта.

При вибропроколе применено вибрирование наконечника прокладываемой трубы (реже самой трубы) при одновременном вдавливании их в грунт.

Механический прокол применяют для прокладки трубопроводов различного назначения диаметром до 426 мм в глинистых и суглинистых грунтах, при максимальной протяженности проходок до 40…60 м.

1 - конусный инвентарный наконечник;2 - тяговая реверсивная лебедка;3 - анкерная рама;4 - секционные направляющие;5 - пригрузочный полиспаст;6 - вибромолот;7 - приводной электродвигатель;8 - прокладываемая труба;9 - пригрузочный полиспаст;10 - наголовник вибромолота;11 - ударник; 12 - дебелансы;13 - наковальня;14 - пружинная подвеска

Рисунок 2.2 - Установка для вибропрокола

В качестве продавливающих устройств при механическом проколе обычно используют насосно-домкратные установки. Нажимные усилия от насосно-домкратной установки передаются прокладываемой трубе через ее торец. Для уменьшения лобового сопротивления на конце ведущего звена трубопровода устанавливают конический наконечник, диаметр основания которого превышает диаметр трубопровода на 20…30 мм. Продвигаясь в грунте, наконечник раздвигает и уплотняет его, образуя скважину. Вибропрокол применяют при прокладке трубопроводов в песчаных, супесчаных и водонасыщенных грунтах, в которых нельзя получить устойчивую скважину и поэтому механический прокол сильно затруднен, или практически невозможен из-за больших сопротивлений движению трубы, зажатой грунтом. Сущность вибропрокола заключается в том, что прокладываемой трубе (или ее наконечнику) одновременно с усилием подачи сообщаются продольно направленные вдоль ее оси колебания, резко уменьшающие (в 8… 10 раз) трение между грунтом и внедряемой в него трубой. В качестве возбудителей продольно направленных колебаний используются вибраторы направленного действия и вибромолоты, которые кроме вибрации сообщают прокладываемой трубе ударные импульсы. Вибровозбудитель (рис. 2.2) имеет четное число дебалансов, при вращении которых в разные стороны возникают вынуждающие силы. Вертикальные составляющие FB этих сил взаимно уничтожаются, а горизонтальные Fr, направленные вдоль оси трубы, складываются. Суммарная вынуждающая сила вибратора определяется числом дебалансов, их массой и частотой вращения, равной частоте колебаний вибратора. Основной частью вибромолота является вибратор направленного действия, снабженный ударником и соединенный с наковальней пружинной подвеской. Ударные импульсы возникают при соударении ударника с наковальней, причем сила удара в несколько раз превышает вынуждающую силу вибратора.

На рис. 2.2 показана виброударная вдавливающая установка для прокладки труб (кожухов) диаметром 273…426 мм. В комплект установки входят вибромолот с приводным электродвигателем, анкерная рама с секционными направляющими для перемещения вибромолота, тяговая реверсивная лебедка с пригрузочным полиспастом, развивающим вдавливающее усилие до 300 кН. Прокладываемая труба с конусным инвентарным наконечником устанавливается свободным концом в наголовнике вибромолота. Секции труб длиной до м последовательно внедряются в грунт под действием виброударных импульсов и вдавливающего усилия пригрузочного полиспаста. Проложенная труба соединяется с очередной электросваркой. В процессе работы установки можно с помощью пригрузочного полиспаста регулировать натяжение пружинной подвески вибромолота в зависимости от сопротивления грунта внедрению прокладываемой трубы для обеспечения оптимального сочетания усилия вдавливания с наиболее эффективным ударным режимом.

...