автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Технические средства горизонтально-направленного бурения скважин при сооружении подземных переходов

г

На правах рукописи

РГо ОД

- / ШР 2000

ИГОШИН Валентин Андреевич

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ СКВАЖИН ПРИ СООРУЖЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ ПЕРЕХОДОВ

Специальность: 05.05.04 — дорожные и строительные

малины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1999

1 1

Научный руководитель - доктор технических наук, професс«

Рябинин Георгий Александрович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки

техники РФ, доктор техничесга наук, профессор Гаврил! Геннадий Николаевич;

доктор технических нау: профессор Чистяков Валер] Константинович

I

Защита диссертации состоится » .^0&&3

в /с? часов на заседании диссертационного Сове

Д.099.016.ИЭПС.0142 по адресу: 193167, Санкт-Петербур Невский проспект, 174-Б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиоте Института экологии полярных стран (ИЭПС).

"7 7 г)

Автореферат разослан «.(>' » л? 1999г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Л

Б.Э.Годес

О^-оа.^о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Направленное бурение скважин имеет большое народнохозяйственное значение. В последнее время как у нас в стране, так и за рубежом резко увеличились объёмы строительных работ, связанных с созданием подземных переходов через наземные и водные преграды. Наиболее капиталообъёмным и технологически сложным является сейчас сооружение подземных переходов трубопроводов под естественными и искусственными преградами. Так, только в России для обеспечения нужд нефтегазовой промышленности осуществляется строительство более 100 подводных переходов в год. Причём число уже эксплуатируемых подводных переходов у нас превышает 5000, а их общая протяжённость достигает 3000 км. Большое количество таких переходов осуществлялось также и в транспортном, гражданском и промышленном строительстве. Причём наметились тенденции к резкому увеличению объемов данного вида строительных работ .

В связи с этим уже сейчас возникла острая необходимость в разработке принципиально новых методов сооружения подземных переходов (в первую очередь для трубопроводов различного назначения) и технических средств для их реализации .

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию современных методов строительства подземных переходов и технических средств для их реализации уже широко развёрнуты как в России, так и за рубежом.

У нас приоритет по созданию технических средств и технологии бестраншейного способа строительства подземных (подводных) переходов трубопроводов принадлежит Всесоюзному научно-исследовательскому институту по строительству трубопроводов (ВНИИСТ), Отраслевой научно-

исследовательской лаборатории по строительству трубопроводов при ГАНГ им. И.. И. Губкина (ОНИЛСТ ГАНГ им. И.М.Губкина), АОЗТ «СКМ-Гейзер» НПП «Бестраншейные технологии» (НПП ВТ), АООТ «Промбурвод», Институту экологии полярных стран, Институту строительства и промышленной экологии и др. организациям.

В связи с тем, что традиционные методы и технические средства строительства подводных (подземных) переходов обладают целым рядом существенных недостатков, а внедряемая сейчас бестраншейная технология строительства устраняет большинство из них, назрела необходимость систематизировать наиболее перспективные технические средства для выполнения этих работ (горизонтально-направленного бурения) ,. учитывая естественно и передовой зарубежный опыт, а также разработать новые конструктивные решения подводных (подземных) переходов для обеспечения высокого уровня эксплуатационной надёжности и защиты окружающей среды от загрязнения. В частности перед автором стояла задача сконструировать унифицированную подвижную силову& установку, способную -вести процесс бурения по любому грунту (породе) в соответствии с проектным заданием, а также выбрать комплект соответствующего различным режимам бурения забойного оборудования, т.к. эти вопросы сейчас наиболее актуальны, для практической реализации в практике строительства подводных (подземных) переходов методом горизонтально-направленного бурения.

Работа выполнена в соответствии с НИР по теме «Разработка новых прогрессивных методов строительства магистральных трубопроводов и автоматизированных комплексов для их реализации» (Гос. регистр. №01860101749).

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - создание унифицированной подвижной силовой установки, способной вести процесс горизонтально-направленного бурения по любому грунту (породе) в соответствии с проектным заданием.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

- проведение' анализа отечественных и зарубежных технических средств направленного бурения скважин, систематизация наиболее перспективных технических решений и определение на базе этого основных перспектив развития как самого метода горизонтально-направленного бурения, так и технических средств его реализации;

- проведение теоретико-экспериментальных исследований по выбору породоразрушающих инструментов для горизонтально-направленного бурения, как -основного узла любого проходческого комплекса;

- разработка и конструирование на базе установок КПГ-426 и Д-450 (Д-450А) унифицированной подвижной силовой установки (комплекса), способной вести процесс горизонтально-направленного бурения по любому грунту (породе) в соответствии с проектным заданием;

- проведение технико-экономического обоснования выбора средств направленного бурения скважин с расчётом экономической эффективности, сооружения подводных (подземных) переходов разработанными новыми техническими средствами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ: Определены перспективы развития в области рационального внедрения в практике строительства метода горизонтально-направленного бурения скважин и технических средств его реализации; исследованы возможности специального отечественного и зарубежного технологического бурового инструмента, применяемого при направленном бурении скважин; проведены теоретико-экспериментальные исследования рациональной отработки долот; обобщены сведения по разрушению пород и грунтов с помощью гидравлической энергии и исследован вопрос возможности применения в практике горизонтально-направленного бурения гидродинамических породоразрушающих инструментов.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ определяется разработкой и внедрением в практику проходческих комплексов горизонтально-направленного бурения скважин для строительства подземных переходов, а также проведением технико-экономического обоснования по выбору средств направленного бурения скважин.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- заседании Учёного совета Института экологии полярных стран (1998 г.);

- заседании Учёного совета Института строительства и промышленной экологии (1999 г.);

- заседании Президиума Международной академии «Информация, связь, управление в технике, природе, обществе» (1999г.)

б

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов по работе, списка литературы. Содержание изложено на 156 страницах машинописного текста, 59 рис., 27 табл. Библиография содержит 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ показаны современное состояние и актуальность разработки принципиально новых методов и технических средств сооружения подземных (подводных) переходов. Отмечен вклад отечественных учёных в этой области.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ «Анализ отечественных и зарубежных технических средств направленного бурения скважин» рассматривается мировой опыт и описываются перспективы развития метода горизонтально-направленного бурения скважин и технических средств его реализации.

В ходе исследований было выявлено, что традиционные методы и технические средства строительства подземных переходов обладают рядом недостатков, основными из которых являются: низкая эксплуатационная надёжность всей конструкции; достаточно высокая сметная стоимость производства работ и их трудоёмкость; большие сроки строительства. При этом, сооружение подводных (подземных) переходов методом направленного бурения устраняет большинство недостатков традиционной технологии, причём разработанные для его реализации технические средства позволяют: повысить надёжность и долговечность переходов; резко сократить объём1 земляных работ и сроки строительства; существенно уменьшить себестоимость работ и сооружения подводного (подземного) перехода в целом. Для создания новой технологии сооружения подводных (подземных) переходов методом горизонтально-направленного бурения необходимо сконструировать унифицированную подвижную силовую установку, способную вести процесс бурения по любому грунту (породе) в соответствии с проектным заданием, что и было сделано автором данной работы. Кроме этого был разработан комплект соответствующего различным режимам бурения забойного оборудо-

вания. Всё это определило цель и задачи диссертационного исследования.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ «Теоретические и экспериментальные исследования породоразрушающих инструментов» даётся описание специального отечественного технологического бурового инструмента, применяемого при направленном бурении скважин.

Представлена методика расчета оптимальных скоростей проходки и проходки на долото. Определены мощности и моменты на долоте при горизонтально-направленном бурении. Проведена оценка энергоемкости разрушения прочных пород и грунтов при бурении. Исследована зависимость механической скорости проходки от осевой нагрузки на долото и скорости вращения долота (а также их взаимного влияния). Проведена оценка влияния свойств и условий залегания-пород и грунтов на процесс механического бурения. Проанализированы различные новые способы разрушения грунтов, в частности, с помощью гидравлической энергии (т.е. с помощью потока жидкости или водяных струй высокого давления). Наибольший практический интерес здесь представляют, по мнению автора, импульсные водомёты (гидропушки) с различными по физической сущности аккумуляторами энергии. Всё это легло в основу систематизации сведений по породоразрушакхцему инструменту, причём собранной, обобщённой и дополненной собственными теоретико-экспериментальными данными. Материал позволяет утверждать, что используемый в настоящее время в строительстве отечественный буровой инструмент является вполне конкурентноспособным с зарубежными аналогами, причем по таким позициям как конструктивная надежность, ремонтопригодность и универсальность в использовании даже превосходит их. Исследования проведённые автором по новым породоразрушающим инструментам, действующим на использовании энергии жидкости показали их несомненную перспективность, хотя и находятся сейчас в стадии опытно-промышленных образцов.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ «Проходческие комплексы горизонтально-направленного бурения скважин для строительства подземных переходов» описываются два проходческих комплекса, первый из которых был создан на базе установки КПГ-4 26

(рис.1,2). Разработанная с участием автора конструкция комплекса, силовая установка и экспериментальная проверка всех узлов позволила внедрить данную машину в практику строительства и отработать отечественную технологию сооружения подводных (подземных) переходов методом направленного бурения, существенно отличающуюся от зарубежных аналогов (простотой, надёжностью, эффективностью и массо-габаритными показателями самой машины, реализующей данную

Рис.1 Схема расположения наземного оборудования проходческого комплекса:

I-насос ПГН-120; 2-обсадная труба; 3-шламопровод; 4-буровая установка; 5-станция управления; 6-лебедка;

7-отстойник; 8-технологические трубопроводы; 9-электростанция АДЭС-200; 10-бурильная колонна;

II-емкость для воды; 12-насосный агрегат 4АН-700; 13-опоры; 14-стенд для сборки электробура; 15-блок приготовления и подачи бурового раствора; 16-долото;

17-электробур; 18-телеметрич. система; 19-рукава высокого давления; 20-автокран КС-2561 грузоподъемн. 60 кН.

Рис.2 Внешний вид установки КПГ-426

технологию). Основные технические .характеристики проходческой установки КПГ-426 представлены в табл.1.

Таблица 1

_Технические характеристики установки -КПГ-426_

№п/п Наименование характеристики Значение характерист.

1 Максимальное усилие на долото 600 кН

2 Техническая скорость бурения 1 м/мин

3 Технологическая скорость бурения 0,5 м/мин

4 Габаритные размеры установки: - длина установки; - ширина установки; - высота установки при максимальном угле заОуривания (32°) 16,4 м 3,2 м 10,0 м

с Масса 12 т

Состав, компоновка и оборудование комплекса КПГ-426

Проходческий комплекс КПГ-426, включает в себя проходческую установку с лебедками, два насосных агрегата 4АН-"?00, насос ПГН-1'.'О, блок приготовления и подачи буро-гюго раствора, передвижную электростанцию 200 кВт, автокран (6 тс) -л э.пектробуровое оборудование : ¡о-мппентугши-мп устройствами.

Используемые наносные агрегаты 4 АН-'/СО нредчаз-нач^нь--для г.одачи 5 оды на забой, создания давления р5ц»руш-ьни = грунта в насад к а: долота и обеспечении ••(Ьчгулцми пу.ьиг

по затрубному пространству. Для обеспечения необходимого расхода воды и соответственно перепада давления в долоте насосы подключались к напорной линии параллельно. Для создания устойчивого режима их работы предусмотрена емкость, наполняемая с помощью погружного насоса ПГН-120, имеющего следующие параметры: производительность - 33 л/с; давление 0,6 МПа.

В качестве блока приготовления и подачи бурового раствора используется переоборудованная установка для подачи товарного раствора УППТР-1.

Буровой раствор использовался при протаскивании в пробуренную скважину рабочего трубопровода для снижения коэффициента трения. 1

Состав бурового раствора, выбранного согласно рекомендациям' специалистов ВНИИБТ, а также данным, используемым в нефтяной промышленности, включает в себя следующие составляющие: вода - 93%, бентонит «Аскангель» Б - 5%, 17%-й раствор полимерной добавки ГИПАН - 2%.

Общая потребность в буровом растворе была определена и составляла 4 м3.

Энергообеспечение проходческой установки, насоса ПГН-120, электробура и комплектующих устройств осуществлялось передвижной электростанцией ЭДА-200 мощностью 200 кВт. Разводка всех кабелей и линий была сделана через автомат АВТ-125.

Электробуровое оборудование компоновалось следующим образом: долото, калибратор, переводник, шпиндель, механизм искривления на 1°, редуктор с 1=10, электродвигатель, телеметрическая система, переходник, колонна электробуровых труб, ведущая бурильная труба.

По данным нефтяной промышленности при бурении пород Ш-й категории чаще всего используются долота типа МС или С, поэтому в данной работе было выбрано трехшарошеч-ное долото Ш215,9-МСЗ с гидромониторными насадками. Расчет диаметра насадок приводится ниже.

Для формирования свода скважины во избежание его разрушения в компоновку электробура был включен калибратор КЛС-214. Выбор калибратора под данное долото был продиктован опытом бурения нефтяных скважин.

Сооружение переходов трубопроводов под естественными препятствиями методом направленного бурения с применением электробурового инструмента может осуществляться по технологии, предусматривающей последовательное наращивание инструмента бурильными трубами в процессе проходки или по технологии, когда применяемый буровой инструмент представляет собой собранную колонну труб, длина которой равна длине сооружаемого перехода. Такой инструмент перед началом бурения укладывается частично на наклонную буровую установку, где обеспечивается совмещение оси инструмента с прямолинейной осью установки, а другая его часть размещается на опорах эстакады с равномерным изгибом. Хвостовая часть колонны, составляющая большую часть инструмента, укладывается на грунт.

Такая технология сооружения переходов значительно облегчает процесс сборки инструмента и исключает многократные операции по отключению и подключению шлангов промывочной жидкости и электропитанию, тем самым, позволяя значительно сократить срок строительства перехода. Кроме того, соединительные контакты электробуровых труб имеют конечную вероятность срабатывания (для электробуровых труб, применяемых в данной работе, эта вероятность равна 0,96) . В связи с этим понятно, что если не контролировать электрическую цепь, то вероятность отказа определится соотношением ра1К =1-р* , где ротк ~ вероятность отказа; р -вероятность срабатывания стыка; N - число стыков.

Решая равновероятную задачу, т.е. придавая р0тк эначе-

1п 2

ние 0,5, получаем значение N=-- или, в нашем случае,

1п р

при р=0,96 имеем N«17, т.е. при 17 стыках (15 электробуровых труб) с вероятностью 0,5 произойдет отказ, представляющий собой разрыв электрической цепи.

Однако контроль электрической цепи можно вести только в случае предварительно собранной буровой колонны, фиксируя электрическую цепь после сборки каждого стыка.

Все вышесказанное показывает ряд очевидны:-: преимуществ работы с заранее собранной колонной буровых труб. К недостаткам этой схемы работы следует отнести некоторое

увеличение металлоемкости комплекса, а также размеров строительной площадки.

Гидравлические и силовые параметры процеса проходки скважин установкой КПГ-426.

а) Гидравлические параметры. Важным условием бесперебойного протекания процесса проходки является ' вопрос эвакуации пульпы из скважины с соответственно правильным выбором насосной группы и гидравлических параметров процесса.

Проведенные ранее исследования в натурных условиях показали, что рекомендуемые скорости восходящего потока пульпы 0,6...0,7 м/с не обеспечивали стабильную эвакуацию пульпы в затрубном пространстве, при слагающих скважину грунтах в виде песков и суглинков. При проходке наблюдались пробки в затрубном пространстве, и, как следствие, наличие грейфонов.

Поэтому, исходя из реальных грунтовых условий в створе подводного перехода под рекой Нара, было принято решение увеличить скорость восходящего потока пульпы в 1,5...2 раза.

Гидравлическая привязка насосных агрегатов 4АН-700 для разработки породы и промывки забоя была выполнена из условий скорости восходящего потока пульпы в затрубном пространстве, равной 1...1,2 м/с и давления 4,0...5,0 МПа,

Таблица 2 Разрушающего суг-Рабочая характеристика насоса 4АН-700

№ передачи Расход, л/ с бТз Давление максимальное, МПа

1 9 70

В, 5 Н -17

3 12,0 23

4 15,0 1 16

линки и

известняк.

Рабочая характеристика насосного агрегата

4АН-700 метре 100 мм нальной

при диа-плунжера и номи-скорости

вращения вала двигателя 1800 об/мин приведена в табл.2.

Регулирование расхода в пределах одной передачи осуществлялось изменением числа оборотов двигателя

привода насоса и рассчитывалось по формуле 02 =—, где

~ /и

щ, п2 - скорости вращения пала двигателя; Qi - расход соответствующей скорости вращения вала двигателя (i=l;2).

Расход насосного агрегата 4АН-700 определялся исходя из условий достижения скорости восходящего потока пульпы 1 м/с и определялся по формуле 0 = S-V, где S - площадь затрубного пространства скважин; V - скорость восходящего потока пульпы.

Расчеты показали, что при скорости восходящего потока пульпы, равной 1 м/с, долоте диаметром 215,9 мм и буровой колонне диаметром 140 мм, производительность насосной группы должна быть 0=21 л/с, т.е. она обеспечивается параллельной работой двух насосных агрегатов 4АН-700 на 3-й скорости при V=1300 об/мин с расходом 0=10,6 л/с каждый.

Исходя из этих предпосылок, был выбран подпитывающий центральный насос ПГН-120 производительностью 0=33 л/с и давлением Р=0,6 МПа. Разрушение трещиноватых известняков происходит под действием водяных струй, давление которых составляет 4 МПа. Как указывалось выше, при бурении пород III категории следует применять долота типа MC или С, поэтому в данной работе было выбрано трехшарошечное долото Ш215,9-МСЗ с гидромониторными насадками.

При правильно выбранных гидравлических параметрах процесса бурения гидромониторные струи выполняют две основные Функции:

1. Производят разрушение забоя совместно с шарошками.

2. Очищают шарошки от грунта.

Расчет гидромониторных насадок ведется следующим образом :

1 ) По породоразрушающему давлению АР и составу промывочной жидкости определяется скорость истечения жидкости из

где АР - перепад давления в долоте; р - плотность промывочной жидкости; V - скорость истечения жидкости из насадок; с - коэффициент гидравлических потерь в насадка:-:.

насадок

(1!

2) Определяется суммарная площадь посадок S=

(2)

где 0 - расход промывочной жидкости; Я - суммарная площадь насадок.

3) Определяется площадь одной насадки где Э0 -

площадь насадки.

V * '

где до - диа-

4) Определяется диаметр насадки <10 = метр насадки.

Для АР= 4 МПа по формуле (1) имеем: Г =. —= 89,44 м/с

V Ю3

Как указывалось выше, расход промывочной жидкости должен составлять 21 л/с, поэтому по формуле (2) имеем: 2]. ¡о-3

5 =-= 2,34-Ю-4 л/2 = 234.ш/2 . Площадь одной насадки будет

89,44

234 /4 78

равна: 50 =-= 78лш2, а ее диаметр - с/0 =,(-=9,98= 10.Ш1.

3 \ п

Насадки указанного диаметра были изготовлены и установлены на долото.

б) Силовые параметры проходки. Как указывалось выше, в настоящее время отсутствует строгая система расчета силовых параметров проходки применительно к выбранной технологической схеме прокладки трубопроводов методом направленного бурения. Практическое подтверждение теорети- • ческих посылок было сделано при сооружении подводного перехода под рекой Нара.

Данные расчета усилий прокладки сведены в табл.3. Используя данные табл.3, получим выражение для определения проходки в данном конкретном случае

, ч 0.4 огслш ' I 0.4 игс.ми

1'шш (*) = 7319 + с 1511 \с

3,'8Г г — 6,56

л/1 502 -г2

(¡г (3)

-51)

Расчетные данные, связанные с формулой (3), сведены в табл.4.

Как и следовало ожидать в устойчивых грунтах при незначительных дистанциях бурения (менее 200 м) основной вклад в совокупное усилие проходки вносит лобовое сопротивление .

Таблица 3

Данные расчета усилий прокладки_

№№ п/п Наименование параметра Значение параметра

1 Коэффициент сцепления породы С 2-Ю5 кг/м

2 Коэффициент трения металла о трещиноватый известняк К 0,4

3 Площадь забойной части долота Эд; 3,66-Ю'2 м2

4 Радиус проходки Я 150 м

5 Угол забуривания а 15°

6 Погонный вес трубопровода 31,8 кг/м

7 Выталкивающая сила на единицу 15, 4

Система контроля процесса бурения

Одной из главных проблем при разработке технических средств для бурения наклонно-направленных скважин является проблема контроля за стволом криволинейной .траектории.

В системе электробурения, имеющей электрический канал связи с забойным двигателем, измерительную аппаратуру можно разместить внутри забойного двигателя и передавать на поверхность данные об угле наклона, азимуте и положении отклонителя в процессе вращения долота.

Применение телеметрических систем в электробурении позволяет в процессе вращения долота по указывающим или регистрирующим приборам контролировать угол наклона- и азимут скважин, определять и устанавливать положение отклонителя .

Таким образом, использование силового электрического канала питания забойного двигателя для измерения положения отклонителя и траектории скважины в процессе вращения долота является одним из преимуществ электробурения.

Используемая в настоящей работе телесистема для контроля ствола буровой скважины имела глубинное устройство, смонтированное в корпусе диаметром 185 мм, поэтому телесистема имеет обозначение СТЭ185.

Таблица 4 Расчет усилий проходки

№п/п Длина про- Усилие про-

ходки, м ходки, кг

1 0 7319

2 20 7655

3 40 7886

4 60 8042

5 80 8119

6 100 8129

Комплект системы контроля состоит из следующих составных частей: глубинный блок телеметрической системы, подземный пульт телеметрической системы, присоединительный фильтр, глубинное измерительное устройство, наземное измерительное устройство.

Телесистема СТЭ185 рассчитана на гидростатическое

и температуру окружающей среды 100°С. Телесистему можно применять при отсутст-' вии - магнитных

давление до 800 кгс/см

Таблица 5

Пределы измерения параметров бурения

№№ р/п Наименование показателя Значение показателя

1 Угол наклона 0-55°

2 Азимут 0-360°

• 3 Угол положения отклонителя 0-360°

4 Погрешность измерения 2,5 %

аномалий. ^Пределы измерения параметров приведены в табл.5.

В начале 90-х

у годов на основа-

нии обобщения первых опытов сооружения подводных переходов (в частности, трубопроводов) методом направленного электробурения, научно-исследовательские и опытно. конструкторские работы были направлены на дальнейшее совершенствование технических средств и технологии этого прогрессивного метода, при непосредственном участии автора диссертации.

АОЗТ «СКМ-Гейзер» был разработан и реализован на практике проходческий комплекс для сооружения подземных (подводных) переходов, включающий инструмент и наземное оборудование. Прототип указанного комплекса был испытан при сооружении четырех подводных переходов трубопроводов под дном Волго-Донского судоходного канала.

Результаты проведенных работ подтвердили работоспособность разработанных новых технических средств и технологии бестраншейного сооружения подземных переходов диаметром до 630 мм и длиной до 160 м. Замеры показали, что отклонения трубопроводов от оси перехода у точки выхода на поверхность не превышали 3% длины перехода, что находится в пределах допустимой точности.

Приобретенный опыт позволил автору перейти к разработке устройств для сооружения более длинных подземных

Рис.3 Схема устройства усовершенствованной буровой установки Д-450А:

(а-вид спереди, б-вид сверху, в-вид сбоку) 1-рама направляющая, 2-стойка, 3-кабина с пультом управления, 4-гидравлические цилиндры для создания

осевой нагрузки, 5-траверса нажимания, 6-якорь, 7-кЪлонна бурильных труб, 8-электробур, 9-труба направляющая, 10-долото.

переходов, в частности для трубопроводов. Так в мае 1995 года при помощи новой конструкции проходческого комплекса на базе установки Д-450 в районе 4-го шлюза ВолгоДонского судоходного канала был сооружен подводный переход протяженностью 304 м, в котором были размещены . две трубы диаметром 194 мм каждая.

В настоящее время АОЗТ «СКМ-Гейзер» проводит комплексные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по строительству подземных инженерно-технических сооружений, в том числе бестраншейной прокладке трубопроводов под естественными и искусственными препятствиями методом направленного бурения при, помощи электробуров. АОЗТ «СКМ-Гейзер» разработан и изготовлен опытный образец проходческого комплекса, включающий усовершенствованную буровую установку Д-450А. Данная установка позволяет сооружать подземные переходы для трубопроводов диаметром до 720 мм и длиной до 500 м. Общий вид буровой установки Д-450А приведен на рис.3. Краткая техническая характеристика приведена в табл.6.

Таблица б

Технические характеристики буровой установки Д-450А

№№ п/п Наименование характеристики Значение характеристик

1 Максимальное осевое усилие, создаваемое установкой 450 кН

2 Максимальная длина прокладываемой секции трубопровода До 500 м

3 Максимальный диаметр сооружаемого трубопровода До 720 мм

4 Габаритные размеры установки: Длина Ширина Высота 15 м 2,2 м 2,7 м

5 Масса установки 21 т

6 Размеры рабочей строительной гтощадки 20x50 м

Как и у предшествующих буровых установок указанной серии, в качестве бурильного забойного двигателя в установке Д-450А использован электробур.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ «Технико-экономическое обоснование выбора средств направленного бурения скважин и методика расчета экономической эффективности сооружения подводных

(подземных) переходов» определены основные экономические показатели, характеризующие эффективность работы средств направленного бурения скважин, проведено экономическое обоснование применения в отечественном строительстве данного метода, представлен полный типовой расчет экономической эффективности сооружения подводного перехода (трубопровода) методом горизонтально-направленного бурения с применением новых проходческих способов.

Расчеты, проведённые автором диссертации, показали, что ожидаемый экономический эффект только на один построенный переход составит не менее 42,5 тыс.руб., а на специализированную организацию - около 255 тыс.руб. в год (по ценам 1991 г.)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Направленное бурение скважин имеет большое народнохозяйственной значение, так как позволяет с меньшими затратами средств и времени решать многие инженерные проблемы.

Приведенный автором анализ показал, что используемый в настоящее время в строительстве отечественный буровой инструмент является вполне конкурентоспособным с зарубежными аналогами, причем по таким позициям как конструктивная надежность, ремонтопригодность и универсальность в использовании даже превосходит их.

Разработанная с участием автора диссертации новая технология сооружения подводных (подземных) переходов методом направленного бурения с применением электробурового оборудования позволила впервые в отечественной практике создать вполне конкурентно-способные проходческие комплексы горизонтально-направленного бурения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1.Автором был. проведен достаточно полный анализ методик по выбору рабочего инструмента (долот) и режима бурения применительно к разбуриваемым породам (грунтам), дополнив материал собственными исследованиями. Кроме этого, представлена уточненная методика расчета: -оптимальных скоростей проходки и проходки на долото; -величины мощности и момента на долоте; —энергоемкости разрушения прочных пород и грунтов;

-зависимости механической скорости проходки от осевой

нагрузки на долото; —зависимости механической скорости проходки от скорости вращения долота; -зависимости совместного влияния осевой нагрузки на долото и скорости вращения долота на механическую скорость проходки; —влияния мощности на долоте и условий ее реализации

на механическую скорость проходки; -влияния свойств и условий залегания пород и грунтов

на процесс механического бурения; —зависимости влияния свойств бурового раствора на эффективность работы долота —влияния гидравлических факторов промывки на механическую скорость проходки.

2. ПредставМен анализ и технические возможности новых гидродинамических породоразрушающих инструментов, действующих на использовании энергии жидкости. Показано, что способы разрушения и бурения грунтов с помощью гидравлической энергии находятся еще в стадии исследования и опробования. Однако целый ряд положительных качеству выявленных в результате исследований автора, дает основание считать эти способы достаточно перспективными, особенно для горизонтально-направленного бурения .

3. Для ведения процесса по сооружению подземных переходов методом направленного бурения при участии автора разработан и внедрен в производство проходческий комплекс на базе установки КПГ-426. Разработаны пути его модернизации. Для оснастки силовой установки КПГ-426 разработан и создан породоразрушаюший буровой инструмент с телеметрической системой слежения. Комплекс КПГ-426 с комплектом электробурового оборудования доказал свою работоспособность' на практике и возможность 'его дальнейшего широкомасштабного применения как в России, так и в странах СНГ, при сооружении подводных (подземных) переходов длиной до 170 м.при диаметре 630 мм методом направленного бурения.

4. Впервые в отечественной практике спроектирован и создан комплекс на базе буровой установки Д-450 (Д-450А) для сооружения методом направленного бурения подводных (подземных) переходов повышенной протяженности (длиной до 500 м при диаметре до 720 мм).

5. Представлена методика проведения экономического обоснования применения горизонтально-направленного бурения, а также расчет экономической эффективности сооружения подводного перехода газонефтепровода методом горизонтально-направленного бурения с применением разработанного с участием автора нового электробурового оборудования.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Годес Б.Э., Дроздов М.А., Игошин В.А. К вопросу механизации трудоемких процессов в стесненных условиях строительства при использовании многоцелевых электроразрядных машин.// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии. - СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез»,. 1999, №5

2.Годес В.Э., Дроздов М.А., Игошин В.А. Оценка гранулометрического состава породы при импульсном разрушении.// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии. - СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез», 1999, №5

3.Годес Б.Э., Дроздов М.А., Игошин В.А. Электроразрядная технология бурения шурфов.// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии. - СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез», 1999, №5

■4.Дроздов М.А., Игошин В.А. Импульсные водомёты (гидропушки).// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии-. -СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез», 1999, №5

5.Дроздов М.А., Игошин В.А. Опыт работы по строительству подводных переходов методом горизонтально-направленного бурения на установке Д-450.// НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - М.: ВНИИОЭНГ, 1999, №1-2

6.Дроздов М.А., Игошин В.А. О строительстве подводного (подземного) перехода методом направленного бурения через р.Сура.// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии. - СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез», 1999, №1

7.Дроздов М.А., Игошин В.А. Отечественная техника при сооружении подводных переходов методом горизонтально-направленного бурения.// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии. - СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез», 1999, »1

8.Дроздов М.А., Игошин В.А. Разрушение грунта под воздействием струи потока жидкости.// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии. - СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез», 1999, №5

9.Дроздов Н.А., Игошин В.А. Электроразрядные гидропушки.// Инф.сб.: Новости науки, техники, экологии. - СПб.: ИЭПС, ИК «Синтез», 1999, №5

10. Игошин В.А. Технические средства горизонтально-направленного бурения скважин.// Матер, кр. семинара ИЭПС (май, 1999).- СПб.: ММС-ИЭПС, 1999.

ч