Способ возведения земляного полотна кустовой площадки с геотекстильными обоймами Российский патент 2024 года по МПК E02D17/18 

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при возведении кустовых площадок (инженерной подготовки) для буровых установок при разработке нефтегазовых месторождений в сложных инженерно-геологических условиях.

Разработка нефтегазовых месторождений имеет ряд характерных особенностей, одной из которых является использование буровых установок, имеющих значительно больший по сравнению с рядовой специализированной техникой вес (1000 т и более). Другой особенностью является то, что месторождения, а именно кустовые площадки, располагаются на территориях, представляющих собой слабые грунты в основании (глины и суглинки текучепластичные, болота и т.д.). Одним из критериев безопасной (безаварийной) и эффективной эксплуатации буровой установки является минимальное значение ее крена в процессе разработки скважины, т.е. наименьшее значение неравномерных осадок в поперечном направлении.

Из уровня техники известен способ эксплуатации буровой установки, включающий в себя способ возведения земляного полотна кустовой площадки, при котором разравнивают площадку, отсыпают щебень и устанавливают два железобетонных блока с рельсами сверху, а буровую установку размещают в центре пары блоков (RU2548270, опубл. 20.04.2015, МПК: E21B 15/00). При перемещении установки от скважины к скважине попеременно переставляют блоки один за другим и передвигают буровую установку колесами по рельсам с одного блока на другой. Общим признаком указанного технического решения с заявляемым является применение дополнительного слоя материала, уложенного поверх естественного грунта для снижения степени осадок в процессе эксплуатации.

Однако такой способ не обеспечивает получение кустовой площадки с высокой несущей способностью на слабых грунтах, поскольку давление от каждого железобетонного блока передается в слой щебня точечно, нагрузка не перераспределяется; не имеющий под собой армирующей основы и связности между частицами слой щебня рассыпается и железобетонные блоки оседают ниже проектного уровня. При этом осадка блоков неодинакова, что приводит к значительному крену буровой установки и невозможности ее безопасной эксплуатации.

Известен способ строительства основания для кустового бурения и эксплуатации скважин нефтегазовых месторождений в затопляемых зонах, при котором на расчетную глубину устанавливают заглубленные сваи-опоры с оголовками, которые располагают, как минимум, двумя парными симметричными рядами; на упомянутые сваи-опоры на заданную высоту устанавливают опорные стойки, на которые производят монтаж ростверков в виде коробчатых блоков с разделением плит верхних оснований; ростверки транспортируют к месту монтажа, где устанавливают на подготовленный свайный куст коробчатые блоки; на коробчатые блоки на месте монтажа укладывают консольно нависающими с двух сторон над коробчатыми блоками плиты верхних оснований, которые состыковывают боковыми и торцевыми гранями; после этого производят заделку стыков и замоноличивание швов, при этом в запланированном месте площадки ростверки устанавливают с образованием технологического проема, а к образованной ростверками площадке, которую составляют, по меньшей мере, из двух состыкованных между собой ростверков, подводят эстакадные дороги (RU2215089, опубл. 27.10.2003, МПК: E02B 17/00). Общим признаком с заявляемым техническим решением является применение метода локального усиления оснований.

Недостатком способа является его трудоемкость, а также низкая несущая способность получаемой кустовой площадки, поскольку сваи выполнены металлическими и в сложных грунтовых условиях (например, в заболоченной местности) значительно корродируют, что приводит к перекосу ростверков, на которых располагается буровая установка, и, соответственно, к крену установки и невозможности ее безопасной эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности является способ возведения земляного полотна кустовой площадки (Методические рекомендации по проектированию и строительству грунтовых насыпей на торфяном основании, армированных георешетками «Прудон-494» в условиях Западной Сибири - М.: ЦНИИС, 2000, стр. 8, рис. 1), при котором на слабом основании послойно формируют четыре армирующих слоя в виде обойм из геосинтетических материалов (сплошным настилом). Каждую обойму устраивают путем укладывания полотнища геосинтетического материала, заполнения песком и его уплотнения с последующим заворачиванием свободных концов полотна наверх. В качестве материала обойм использовано нетканое полотно. На готовую площадку устанавливают железобетонные блоки с рельсами, по которым движется буровая установка в процессе бурения.

Общими признаками с предложенным техническим решением являются:

- осуществляют устройство первого (нижнего) слоя, для чего используют геосинтетический материал, уплотняют грунт и формируют обойму;

- повторяют операции необходимое количество раз в зависимости от проектных решений.

В процессе эксплуатации, возведенной по известному способу, выбранному в качестве прототипа, кустовой площадки осуществляют пробуривание армирующих слоев по линии расположения оси скважины, что нарушает их целостность и снижает армирующие свойства. Большое давление буровой установки выдавливает грунт обойм в участки разрыва, при этом такое выдавливание происходит неравномерно для каждого слоя. Кроме того, нетканое полотно даже высокой поверхностной плотности под большим давлением буровой установки растягивается выдавливаемым в стороны от оси скважины грунтом. Все это приводит к неравномерным в поперечном направлении осадкам земляного полотна и, следовательно, к крену буровой установки и невозможности ее безопасной эксплуатации. Техническое решение, описанное не обеспечит сохранение целостности конструкции в период неконтролируемого выброса жидкости, возникающего при бурении скважин.

Технической проблемой является создание способа возведения земляного полотна кустовой площадки, характеризующейся высокой несущей способностью.

Технический результат заключается в снижении величины неравномерных осадок в поперечном направлении, что обеспечивает получение земляного полотна с высокой эксплуатационной устойчивостью.

Технический результат достигается тем, что в способе возведения земляного полотна кустовой площадки, при котором послойно формируют армирующие слои в виде обойм из геосинтетических материалов, для чего укладывают полотнище геосинтетического материала каждого слоя, отсыпают на него грунт и уплотняют его, после чего свободные края материала заводят поверх грунта и фиксируют, согласно изобретению каждый армирующий слой устраивают двумя пакетами обойм, расположенными с обеих сторон от линии направления движения буровой установки и на расстоянии, определяемом в соответствии с конструктивными особенностями буровой установки, в качестве материала обойм используют материал с разрывной прочностью 100-1000 кН/м.

Авторами изобретения экспериментально установлено, что заявленные особенности выполнения этапов способа являются оптимальными для возведения кустовых площадок, обеспечивающих минимальные значения неравномерных осадок в поперечном направлении в сложных инженерно-геологических условиях и при высоких эксплуатационных нагрузках. Отбор наилучших параметров способа произведен по результатам натурных испытаний, где были реализованы технические решения с применением обойм из геосинтетических материалов с различной степенью уплотнения грунта, и устраиваемых в виде сплошных настилов (как в прототипе) и на определенном расстоянии друг от друга, определяемом в соответствии с конструктивными особенностями буровой установки. Оценка величины осадки проводилась на основании анализа планового и высотного положения в пространстве сформированных геосинтетических обойм с учетом степени уплотненности грунта, с помощью высокоточного геодезического оборудования и георадиолокационного обследования. Для этого в процессе строительства в каждую обойму устанавливали стальную пластину-маркер, пространственное положение которой после окончания строительства и через 1 месяц эксплуатации определялось с помощью GNSS-приемника. Измерение степени уплотнения проводилось установкой ПДУ-МГ 4 «Удар» в процессе строительства (на каждом слое). Установлено, что наименьшую степень осадки через 1 месяц показывают конструкции, в которых каждый армирующий слой выполнен в виде двух пакетов обойм, установленных под рельсами буровой установки (на расстоянии); конструкции со сплошным настилом дают самую большую неравномерность осадок. При этом среди конструкций с двумя пакетами обойм в ряду (слое) неравномерность осадок каждого пакета обойм (под каждым рельсом) была наименьшей в случаях, когда обоймы были выполнены из более прочных геосинтетических материалов, т.е. чем выше прочность, тем большее сохранение формы (снижение их объемной деформации под нагрузкой). Такая стабильная конфигурация обойм наблюдалась при выполнении их из материалов с разрывной прочностью в продольном и поперченном направлениях 100-1000 кН/м.

При реализации способа возведения земляного полотна кустовой площадки уплотнение осуществляют до получения толщины обоймы 0,4-0,7 м.

При реализации способа возведения земляного полотна кустовой площадки уплотнение осуществляют до получения величины модуля упругости не менее 50 МПа.

При реализации способа возведения земляного полотна кустовой площадки дополнительно перед формированием армирующих слоев укладывают слой геотекстильного материала.

При реализации способа возведения земляного полотна кустовой площадки первый слой уплотняют вибродинамическим воздействием катка.

При реализации способа возведения земляного полотна кустовой площадки обоймы формируют замкнутыми или незамкнутыми, при этом последний слой, формирует замкнутую обойму.

При реализации способа возведения земляного полотна кустовой площадки в качестве геосинтетического материала используют геокомпозитный материал.

При реализации способа возведения земляного полотна кустовой площадки в качестве геосинтетического материала используют геотекстильный материал.

Заявленное изобретение иллюстрируется на фиг., где представлен поперечный профиль земляного полотна кустовой площадки, возведенной заявленным способом.

Способ осуществляется следующим образом.

В зависимости от типа грунта до проведения основных работ на естественное основание 1 может быть уложен слой 2 геотекстильного материала, выполняющий функцию разделения конструктивных слоев от естественного грунта. После чего послойно формируют два пакета обойм 3 по обе стороны от линии 4 движения буровой установки (линии направления движения станка (НДС)):

• укладывают два полотнища геосинтетического материала первого слоя по обеим сторонам от линии 4 НДС, непосредственно под тумбами 5 буровой установки (в соответствии с проектом);

• отсыпают на полотнища грунт путем его надвижки бульдозером с предварительным подвозом грунта по отсыпанному слою автосамосвалами, с целью сокращения плеча перемещения грунта бульдозером, что обеспечивает безопасную эксплуатацию строительной техники в период производства работ, с целью сохранения последней от погружения (застревания) в слабое основание;

• уплотняют первый слой грунта обойм 3 вибродинамическим воздействием катка (4-5 проходов катка весом 3-5 т), последующие слои в соответствии с требованиями действующих норм РФ (например, «СП 34.13330.2021: Автомобильные дороги», 08.04.2021);

• свободные края геосинтетического материала заводят поверх уплотненного грунта с некоторым натяжением и фиксируют (анкерами), формируя замкнутую или незамкнутую обойму;

• последующие армирующие слои выполняют аналогично в указанной последовательно, за исключением последнего армирующего слоя, где обоймы всегда выполняют замкнутыми, чтобы она максимально включилась в восприятие и передачу нагрузки на нижележащие слои;

• пазухи между обоймами каждого слоя засыпают грунтом, который также уплотняют при необходимости.

Количество слоев, размер обойм и их расположение относительно друг друга определяется проектом, с учетом конструктивных особенностей буровой установки.

В качестве материала обойм используют материал с разрывной прочностью 100-1000 кН/м, например, полотно высокопрочного геокомпозитного или геотекстильного материала.

Пример 1

В результате инженерно-геологических изысканий при строительстве кустовой площадки нефтяного месторождения установлено наличие слабого грунта (тугопластичной глины). Исходя из этого разработано техническое решение, включающее использование четырех армирующих слов, где обоймы выполнены из геокомпозитного материала с разрывной прочностью 200/200 кН/м, толщиной 0,4 м и величины модуля упругости каждой обоймы 53 МПа. Заполнение геокомпозитных обойм производилось привозным песком фракции 2-2,5 мм. Проектная величина осадки – 0,16 м. Фактическая величина осадки после 2 месяцев эксплуатации в среднем 0,15 м, при этом неравномерность в осадках составила до 5 см.

Пример 2

В результате инженерно-геологических изысканий при строительстве кустовой площадки нефтяного месторождения установлено наличие слабого грунта (текучепластичного суглинка). Исходя из этого разработано техническое решение, включающее использование трех армирующих слов, где обоймы выполнены из геокомпозитного материала с разрывной прочностью 500/500 кН/м, толщиной 0,6 м и величины модуля упругости каждой обоймы 65 МПа. Заполнение геокомпозитных обойм производилось привозным песком фракции 2-2,5 мм. Проектная величина осадки – 0,35 м. Фактическая величина посадки после 2 месяца эксплуатации в среднем 0,30 м, при этом неравномерность в осадках составила до 5 см.

Пример 3

В результате инженерно-геологических изысканий при строительстве кустовой площадки нефтяного месторождения установлено наличие слабого грунта (мягкопластичной глины). Исходя из этого разработано техническое решение, включающее использование четырех армирующих слов, где обоймы выполнены из высокопрочного геотекстильного материала с разрывной прочностью 800/800 кН/м, толщиной 0,7 м и величины модуля упругости каждой обоймы 58 МПа. Заполнение геотекстильных обойм производилось привозным песком фракции 2-2,5 мм. Проектная величина осадки – 0,22 м. Фактическая величина осадки после 4 месяцев эксплуатации в среднем 0,20 м, при этом неравномерность в осадках составила до 5 см.

Таким образом, образом заявленный способ возведения насыпей кустовых площадок позволяет снизить величину осадки и ее неравномерность в процессе эксплуатации буровой установки, обеспечивает получение насыпи с высокой эксплуатационной устойчивостью.

Изобретение относится к области строительства и может найти применение при возведении кустовых площадок (инженерной подготовки) для буровых установок при разработке нефтегазовых месторождений в сложных инженерно-геологических условиях. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки, в котором послойно формируют армирующие слои в виде обойм из геосинтетических материалов, для чего укладывают полотнище геосинтетического материала каждого слоя, отсыпают на него грунт и уплотняют его, после чего свободные края материала заводят поверх грунта и фиксируют. Каждый армирующий слой устраивают двумя пакетами обойм, расположенными с обеих сторон от линии направления движения буровой установки и на расстоянии, определяемом в соответствии с конструктивными особенностями буровой установки. В качестве материала обойм используют материал с разрывной прочностью 100-1000 кН/м. Технический результат состоит в снижении величины неравномерных осадок в поперечном направлении, обеспечении получения земляного полотна с высокой эксплуатационной устойчивостью. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки, при котором послойно формируют армирующие слои в виде обойм из геосинтетических материалов, для чего укладывают полотнище геосинтетического материала каждого слоя, отсыпают на него грунт и уплотняют его, после чего свободные края материала заводят поверх грунта и фиксируют, при этом каждый армирующий слой устраивают двумя пакетами обойм, расположенными с обеих сторон от линии направления движения буровой установки и на расстоянии, определяемом в соответствии с конструктивными особенностями буровой установки, в качестве материала обойм используют материал с разрывной прочностью 100-1000 кН/м.

2. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки по п.1, отличающийся тем, что уплотнение осуществляют до получения толщины обоймы 0,4-0,7 м.

3. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки по п.1, отличающийся тем, что уплотнение осуществляют до получения величины модуля упругости не менее 50 МПа.

4. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки по п.1, отличающийся тем, что дополнительно перед формированием армирующих слоев укладывают слой геотекстильного материала.

5. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки по п.1, отличающийся тем, что первый слой уплотняют вибродинамическим воздействием катка.

6. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки по п. 1, отличающийся тем, что обоймы формируют замкнутыми или незамкнутыми, при этом последний слой формирует замкнутую обойму.

7. Способ возведения земляного полотна кустовой площадки для буровой установки по п.1, отличающийся тем, что в качестве геосинтетического материала используют геокомпозитный или геотекстильный материал.