![](/user_photo/_userpic.png)
книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства
.pdfнавинченное на нем долото 9. Благодаря вращению турбобуров возникает реактивный момент, под действием' которого весь аг регат вращается в противоположную сторону от движения вала турбобуров. Если величина реактивного момента недостаточная, то вращение агрегата РТБ производится с помощью ротора 3, расположенного на поверхности. Скорость вращения регулиру ется с помощью коробки скоростей 4, соединенной с приводом 5.
В качестве рабочей жидкости чаще всего используют глини стый раствор, который перекачивается четырьмя — пятью порш невыми насосами У8-4 или У8-6М, смонтированным вместе с другим оборудованием в здании насосного комплекса. Суммар ная подача насосов 100— 130 л/с при давлении 8— 10 МПа. При бурении стволов и скважин небольшой глубины с использова нием в качестве рабочей жидкости технической воды могут при меняться центробежные насосы ЦНС-300/600.
При использовании глинистого раствора, обладающего тик сотропными свойствами; применяют механическую очистку его от шлама и выбуренной породы. Механическая система очист ки состоит из блоков грубой и тонкой очистки. Блок грубой очистки оборудован виброситами или тремя-четырьмя ситоконвейерами, чтобы обеспечить очистку всего потока перекачивае мой насосами жидкости. Блок тонкой очистки монтируют из гидроциклонов. Глинистый раствор в них подается шламовыми насосами ШН-270.
Установки типа РТБ комплектуют из серийно выпускаемого оборудования для бурения нефтяных скважин «Уралмаш 4Э-76», БУ-75БЭ и других (см. табл. 6.1).
На промплощадке при бурении ствола (рис. 6.11) размеща ют: здание буровой установки 1, приемные мостки 3, здание на сосной установки 11 с распределительным устройством РУ-бкВ, трансформаторный киоск 12, отстойный резервуар 15. При бу рении на глинистом растворе в схему вводят вибросито 17; при емную емкость 16 подкачивающей насосной 13 с насосами ШН270/40; гидроциклоны 14; блок приготовления глинистого рас твора 18 с краном КПБ-ЗМ, глиномешалкой и насосом 9МГр; кран КПБ-ЗМ (4); блок приготовления тампонажного раствора 2, включающий в себя глиномешалку МГ2-4, насос 9МГр, при емную емкость, силос для хранения цемента; склад сыпучих 5; здания лебедок аварийного 8. и основного 7 подъемов; склад горюче-смазочных материалов 10; желобную систему 19; нагне тательный трубопровод 9; административно-бытовое помеще ние 6.
Достоинства буров РТБ: большая забойная мощность, пере даваемая для разрушения породы; высокое контактное давле ние; возможность использования серийно выпускаемого обору
дования для бурения, нефтяных скважин; достаточно высокие скорости бурения.
Страна, фирма, |
Диа |
|
Мощ |
Диапазон |
|
метр |
Тип привода |
ность |
частоты |
||
марка |
установки |
ствола, |
привода |
вращения, |
|
|
|
м |
|
кВт |
мин-1 |
США, |
«Хыоз-Тул». |
|
|
|
|
Максимальный |
Грузо- |
Скорость |
Диаметр/ |
Макси |
|
ПОДЪ- |
подъема/ |
длина |
бу |
мальная |
|
крутящий мо |
ем- |
опускания |
рильной |
тру |
глубина |
мент, кН*м |
ность, |
става, |
бы, м |
бурения, |
|
|
т |
м/мин |
|
|
м |
— 820 |
4 ,6 |
Дизель-гид- |
224 |
0—2 0 /(0 — 80) |
190 |
при |
8 |
м ш г1 |
3,47 |
2 ,7 /5 ,3 |
0 ,3 4 /4 ,6 |
600 |
|
|
равлическии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— 300 |
6,1 |
Электрогид- |
783 |
0 — 18 |
678 |
при |
7 |
мин-1 |
9,191 |
4 ,9 /5 ,2 |
0 ,5 /9 ,2 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
равлическни |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«Роббинс» 121 ВР |
4 ,6 |
То ж е |
338 |
0— 74 /1 —25 |
496 |
при |
4 |
мин"1 |
5; 57 |
4 ,3 /2 ,1 |
0 ,4 0 6 /3 ,5 |
600 |
ФРГ, «Вирт», |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— 40/4 |
4„ |
—»— |
400 |
0— 17,5 |
|
420 |
при |
4,053 |
1 /5 ,2 |
0 ,3 3 /( 4 ,5 — 9) |
1000 |
|
|
|
|
|
|
7— 17 мин-1 |
|
|
|
|
|||
— 40/8 |
8 |
— »— |
400 |
0— 17,5 |
|
420 |
при |
4,053 1 0 ,8 5 /1 ,7 |
0 ,3 3 /( 4 ,5 —9) |
650 |
||
|
|
|
|
|
3 ,5 — 8 ,5 |
мин”1 |
|
|
|
|
||
Великобритания, |
2 ,4 |
Дизель-гид- |
560 |
0— 30 |
Нет данных |
3 ,650 |
Н .д. |
Н .д . |
600— 1000 |
|||
«Пиггот Фаун- |
|
равлический |
|
|
|
(Н.Д.) |
|
|
|
|
||
деншн»» |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«Титан» |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Скорость бурения зависит от горно-геологических условий, крепости пересекаемых пород, диаметра стволов, типа буровых долот, организации работ, обеспеченности материалами и обо рудованием и т. д. Технические скорости бурения установками реактивно-турбинного бурения изменяются от 40 до 130 м/мес, средняя производительность труда рабочего — от 0,6 до 0,9 м3/ /чел.-смену.
В зарубежной практике для бурения стволов наиболее ши роко применяют установки фирмы «Вирт» (ФРГ), «Хыоз-Тул» (США), «Титан» (Великобритания) и другие (табл. 6.2).
В указанных буровых установках усовершенствованы техно логические процессы и буровое оборудование. Для очистки за боя от разбуренной породы применяют гидравлические сопла, смонтированные в буровой головке. Струя жидкости, выходя щая из сопла, смывает с забоя буровой шлам,, предотвращая повторное дробление породы. При этом применяют новые со ставы промывочной жидкости, полностью механизированы ра боты по очистке промывочной жидкости от разбуренной породы и транспортированию породы в отвал. Буровое оборудование высокого качества изготовления разделяется на транспорта бельные блоки. Особое внимание уделяется конструкции и ка честву изготовления режущего инструмента — шарошкам (дис кам). Для повышения износостойкости их наплавляют твердым сплавом.
6.3.2. Буровые установки для бурения скважин большого диаметра*
Скважины большого диаметра широко применяют в уголь ной и горнорудной промышленности в качестве рудных скатов, для спуска закладочных материалов, прокладки труб и кабе лей, дегазациигорных пород и особенно для улучшения усло вий проветривания шахт, имеющих большую протяженность вентиляционных сетей. В отечественной практике для бурения скважин большого диаметра по породам с коэффициентом кре пости /< 1 2 в основном применяют установки реактивно-тур бинного бурения РТБ. При бурении используют стандартное нефтяное оборудование за исключением бурового инструмента, конструкция которого видоизменяется в зависимости от конеч ного диаметра скважины. Так, например, для бурения скважин диаметром 2,08 м установкой РТБ-2,08 применяют буровой ин струмент, который состоит из трех параллельно расположенных стандартных турбобуров 7, жестко соединенных между собой вверху траверсой 2, а внизу плитой 6 (рис. 6.12). В траверсе
Более подробно в книге Н. П. Жнленко, А. А. Краснощек «Справоч ное пособие по реактивно-турбинному бурению». М., Недра, 1987.
Рис. 6.12 Реактивно-турбинный бур
имеются каналы 3, по которым глинистый раствор из буровой колонны 1 через ниппель 4 поступает в турбобуры и приводит в действие шарошечные долота 5. Для увеличения осевого уси лия на долота буровой инструмент снабжается утяжелителями 5, имеющими отверстия для прохода через них турбобуров.
Вращение бура может осуществляться как благодаря силам реакции забоя и пульпы, вознйкающим при работе турбобуров, так и благодаря принудительному вращению его ротором бу ровой установки через колонну труб, на которой подвешен бур.
В современной технологии реактивно-турбинного бурения способ вращения бура ротором является основным. Вращение благодаря силам реакции из-за отсутствия специальных долот осуществляется очень редко. Переход на вращение бура рото ром способствовал значительному увеличению скорости буре ния выработок.
7. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ
7.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Всвязи с резким увеличением объема потребления нефти, газа и продуктов их переработки вызывается необходимость наращивания резервуарных парков для создания сезонных и оперативных запасов жидких и газообразных углеводородов. Одним из наиболее перспективных направлений в решении этой задачи является хранение указанных нефтепродуктов в подзем ных резервуарах, возводимых в практически непроницаемых горных породах. Подземные резервуары могут быть использо ваны для накопления запасов жидких топлив в условиях се зонной неравномерности их потребления, создания различных видов резервов, оберпечения экспортных поставок, а также для удовлетворения технологических потребностей. При этом до стигается значительное снижение капитальных вложений и экс плуатационных затрат, сокращение расходов стали и отчуждае мых земельных отводов, уменьшение потерь хранимых продук тов, повышение пожаро- и взрывобезопасности, а также умень
шение загрязнения окружающей среды.
Развитие техники подземного строительства, совершенство вание технологии работ и ускорение их скорости при снижении стоимости привели к значительному росту объемов строительст ва подземных хранилищ. Если к 1975 г. объем хранилищ для нефтепродуктов (НП) и сжиженных углеводородных газов (СУГ) в мировой практике составлял до 30 млн. м3, из которых около 25 млн. м3 приходилось на США, то в настоящее время общий объем подземных хранилищ резко* возрос (табл. 7.1). При этом следует отметить значительный рост объемов храни лищ в ФРГ, Канаде, Франции, скандинавских странах.
Крупнейшими подземными хранилищами за рубежом явля ются: западногерманское в Этцеле (33 резервуара суммарной вместимостью 12 млн, м3) и Рюстингене (41 резервуар суммар ной вместимостью 12,1 млн. м3), в Гальяно (штат Луизиана, США) суммарной вместимостью 9 млн. м3, во Франции имеет ся хранилище суммарной вместимостью 6,9 млн. м3.
|
Объем подземных хранилищ, млн. м3 |
|
Страна |
эксплуатируемых |
строящихся и проектируе |
|
мых |
|
Великобритания |
20 |
15000 |
Канада |
2240 |
14000 |
Норвегия |
1420 |
1100 |
США |
105300 |
80000 |
Франция |
1220Э |
5950 |
ФРГ |
26Г60 |
10200 |
Швеция |
9800 |
4000 |
Резколф увеличению объемов строительства подземных ем костей наряду с их высокой надежностью и безопасностью спо собствует экономическая эффективрость.
В отечественной практике разработана и осуществлена в производственных условиях технология строительства подзем ных хранилищ методом выщелачивания каменной соли, шахт ным способом в устойчивых породах, методом камуфлетных взрывов в пластичных породах и др. Подземные хранилища в СНГ в большинстве случаев представляют собой совокупность двух или более подземных резервуаров, объединенных общим технологическим комплексом, обеспечивающим прием, хранение и отбор хранимых продуктов. Опыт эксплуатации подземных хранилищ позволил обеспечить герметичность и безопасность длительного хранения в них жидких углеводородов для окру жающей среды.
Место заложения и способы строительства подземных хра нилищ в основном обусловливаются горно-геологическими ус ловиями и осуществляются: в отложениях каменной соли раз мывом через буровые скважины; в прочных и плотных горных породах шахтным способом; в отложениях вечномерзлых пород горным способом; в глинах камуфлетным взрывом. Возможно использование под хранилища естественных и искусственных вы работок, а также пористых структур выработанных газовых и нефтяных месторождений.
7.2. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ ЕМКОСТЕЙ МЕТОДОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ
Сущность способа (рис. 7.1) заключается в том, что с по верхности в толщу соляных пород 5 бурят скважину 4, которую оборудуют обсадной трубой 7 с цементацией затрубного прост ранства 3, а также водоподающей 2 и рассолоподъемной 1 тру бами. По ставу труб 2 непрерывно с поверхности подают воду,
Рис. 7.1. Технологическая схема раз мыва подземной емкости в отложениях каменной соли
которая, циркулируя в замкнутом пространстве, растворяет массив соляных пород. Насыщенный раствор поднимается по трубе 1 на поверхность. В результате непрерывной циркуляции воды в массиве постепенно создается емкость 9. Процесс рас творения (выщелачивания) осуществляется до тех пор, пока не будет создана емкость проектных размеров 6.
Создание подземной емкости заданной конфигурации воз можно только с применением управляемого процесса растворе ния при помощи регулируемой подачи жидкого или газообраз ного нерастворителя 8, предохраняющего подземную полость от произвольного размыва. В качестве нерастворителя обычно используют жидкие нефтепродукты или СУГ, а также воздух или азот. Нерастворитель подают в межтрубное пространство обсадной трубы'7 и внешней рабочей колонны 2.
Таким способом возводят емкости в отложениях каменных солей мощностью не менее 10 м. Наиболее целесообразно ем кости располагать в мощных пластах каменной соли (50— 250 м), имеющих значительную площадь распространения (бо лее 10 км2). Минимальная глубина заложения подземных ем костей зависит от свойств покрывающих пород и давления па ров сжиженных газов и принимается из расчета, что 0,1 МПа давления СУГ уравновешивается весом пород мощностью не менее 6 м.
Скважины для создания подземных емкостей бурят обыч ными методами согласно Единым техническим правилам веде ния работ при бурении скважин в нефтяных, газовых и газо конденсатных месторождениях. При подходе забоя к соляному пласту для предотвращения размыва стенок скважины глини стый раствор приготовляют на концентрированном растворе со ли. При бурении скважин особое внимание должно уделяться
из вертикальности и герметичности. Искривление скважин усложняет спуск и подъем рабочих колонн и может привести их к обрыву. Кривизну скважины изменяют инклинометром пе риодически через каждые 50 м. Отклонения скважины от за данного направления не должны выходить за пределы конуса, образующая которого составляет угол 2° с вертикалью, прохо дящей через устье скважины.
В процессе бурения скважины обсаживают трубами, затрубное пространство которых тампонируют цементным раство ром. После тампонажа затрубного пространства скважины про веряют на герметичность. Для этого в скважину нагнетают рас сол под давлением, максимальная величина которого
P max^S^.O1Д; (А3уп |
Yp), |
|
|
где LK— глубина |
спуска обсадной колонны, |
м; 6Э= 0 ,9 — коэф |
|
фициент запаса, |
учитывающий явление гидроразрыва; |
— |
|
удельный вес покрывающих пород, Н/м3; |
— удельный |
вес |
|
рассола, Н/м3. |
|
|
|
Колонна считается выдержавшей испытания, если в течение |
30 мин падение давления не превышает 2% испытательного. После окончания бурения и испытания скважину оборудуют
системой рабочих колонн труб и затем приступают к размыву соли и созданию емкости проектных размеров.
Размыв соляных залежей осуществляют по двум принципи ально различным методам: циркуляционным и водоструйным.
Циркуляционный метод размыва (см. рис. 7.1) заключается в непрерывной подаче по одной из рабочих колони труб воды, которая, размывая соляной пласт, насыщается солью и по дру гой колонне труб выдается на поверхность. Существует не сколько технологических схем циркуляционного метода созда ния подземных емкостей, однако все эти схемы сводятся к пря моточному или .противоточному режиму размыва солей.
При прямоточном режиме вода подается по центральной ко лонне труб, а рассол выдавливается через межтрубное прост ранство между внешней и центральной рабочими колоннами.
При противоточном режиме вода подается по межтрубному пространству между внешней и центральной рабочими колон нами, а рассол отбирается по центральной рабочей колонне.
Создание подземных резервуаров методом выщелачивания может производиться через одну или две скважины (одноили двухскважинный вариант).
При односкважинном варианте создания емкости работы ве дут заходками снизу вверх, сверху вниз и комбинированно. При выщелачивании по схеме снизу вверх (рис. 7.2, а) на стадии / создается гидровруб — вскрывающая выработка, предназначен ная для приема нерастворимых включений и создания необхо димой площади для дальнейшего раствореНия соляного масси-
Рис. 7.2. Технологические схемы выщелачивания каменной соли:
/ — обсадная труба; 2 — водоподающая труба; 3 — нерастворитель; 4 — труба для подъема рассола
Рис. 7.3. Технологическая схема выщелачивания каменной соли комбинирск ванным способом:
)—lV — стадии развития емкости; I, 2, 3 — соответственно обсадная водоподающая н рассолоподъемная колонны труб; 4 — нерастворитель
ва. Высоту гидровруба устанавливают в зависимости от кон- •кретных условий. Она колеблется в пределах 5—25 м. После создания гидровруба приступают к процессу выщелачивания в
направлении снизу вверх отдельными ступенями высотой 4— 20 м (II—III на рис. 7.2, а).
При переходе на каждую новую ступень поднимают внеш нюю колонну труб 2 на высоту ступени и на эту же высоту под нимают уровень нерастворителя в скважине посредством отбо ра необходимого его объема из скважины.
Недостатком схемы является трудность придания потолочи не емкости строго заданной формы, особенно при небольшой мощности соляной толщи.
При схеме выщелачивания сверху вниз вначале прямоточ
ным |
выщелачиванием |
размывается |
грушевидная камера |
|
(рис. |
7.2,6) на'всю |
глубину емкости объемом 3000—5000 м3 в |
||
зависимости от мощности пласта. |
емкости отдельными |
|||
Затем переходят |
к |
выщелачиванию |
ступенями в направлении сверху вниз. При этом по мере раз вития боковых стенок подкачкой соответствующего количества нерастворителя уровень его раздела с рассолом, находящимся в полости, снижается с заданной закономерностью, определяе мой формой его свода. По достижении заданного объема емко сти выщелачивание прекращается.
В этой схеме используют положительный момент начальной стадии прямотока, т. е. быстрого размыва (за 20—30 сут) гру шевидной камеры.
Преимущества схемы: возможность получения сферического очертания верха камеры; при использовании в качестве нерас творителя хранимого продукта можно одновременно с размы вом емкости вводить объект в эксплуатацию. Основным недо статком этой схемы является потребность в больших количе ствах нерастворителя.
При комбинированной схеме создание емкости производят в три этапа (рис. 7.3).
На первом этапе создают гидровруб (рис. 7.3, а). На втором этапе (рис. 7.3,6) осуществляют процесс выщелачивания ка менной соли ступенями в направлении снизу вверх, как прави ло, на противоточном режиме. После образования емкости про ектной высоты приступают к третьему этапу ее создания — фор мированию свода (рис. 7.3, в). Для этого уровень нераствори теля вначале устанавливают на отметке замка свода, и процесс
его формирования осуществляют путем подачи |
нерастворителя |
в емкость с заданной закономерностью. |
имеет большие |
Комбинированная схема создания емкости |
преимущества перед другими схемами, а именно: позволяет на дежно формировать емкости проектных форм и размеров; обес печивает устойчивость обнажения в условиях большого горного давления; не требует высокой точности бурения скважин в зо не заложения емкости; малочувствительна к наличию нераство римых примесей в слоях, что обеспечивает бесперебойность вы щелачивания; эффективна при создании подземных емкостей в соляных пластах как большой, так и средней мощности.