Способ возведения основания для куста скважин на многолетнемерзлых грунтах

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано, в частности, при возведении и эксплуатации газовых скважин на многолетнемерзлых грунтах. Способ возведения основания для куста скважин на многолетнемерзлых грунтах включает выполнение площадок и бурение эксплуатационных скважин. После бурения эксплуатационных скважин и установки на них фонтанной арматуры возводят сначала несущее основание площадки путем разбивки осей скважин под сваи, после чего устанавливают сваи. На сваи укладывают с расчетным зазором перпендикулярно друг к другу разрезные металлические двутавровые балки. Нижнюю полку каждой балки жестко крепят к свае с противоположных сторон сечения крепежными уголками. На каждой свае жестко закрепляют крепежную трубу, на которой размещают четыре втулки под углом в 45^o к крепежной трубе. В каждую втулку вставляют опорную трубу, другой конец которой жестко закрепляют на раскосе, расположенном перпендикулярно опорной трубе. Концы каждого раскоса вставляют во втулки, размещенные в горизонтальной плоскости на взаимно перпендикулярных балках под прямым углом к стене двутаврового профиля и в центре его сечения. Втулки устанавливают в середине пролета каждой балки. С противоположных сторон ее сечения располагают по две смежные втулки, расположенные перпендикулярно друг другу. Их жестко крепят к зажимам, повторяющим конфигурацию профиля сечения балки. На собранной конструкции несущего основания сооружают эстакадную площадку. Укладывают металлические и деревянные балки и жестко закрепляют крепежными уголками и скобами. Изобретение обеспечивает повышение надежности возводимого основания и снижение капитальных затрат при возведении и эксплуатации скважин. 5 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано, в частности, при сооружении и эксплуатации газовых скважин на многолетнемерзлых грунтах.

Эксплуатация газовых скважин в условиях севера Западной Сибири, характеризующихся распространением многолетнемерзлых пород (ММП), приводит к растеплению грунта вокруг эксплуатируемых скважин, что, в свою очередь, ведет к формированию приустьевых термокарстовых воронок, деформации колонны обсадных труб и фундаментов устьевых обвязок, а также тела кустовой насыпи. Использование теплоизолированных труб при эксплуатации газовых скважин значительно снижает радиус протаивания грунта вокруг скважин.

Известен способ возведения основания для куста скважин, включающий сооружение площадок и бурение эксплуатационных скважин (а.с. СССР 1633863, от 15.09.88, 6 E 02 D 27/35). При осуществлении способа на выбранной площадке укладывают железобетонные плиты на выровненную поверхность вечномерзлого грунта, затем отсыпают гидроизоляционный слой из глинистого грунта с приданием ему уклона для отвода атмосферных и грунтовых вод, после чего отсыпают песчаный слой. Бурение и эксплуатация скважин производятся с поверхности насыпи.

Недостатками известного способа являются высокие капитальные затраты при сооружении и эксплуатации скважин на многолетнемерзлых грунтах и низкая надежность основания.

Основной задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности сооружаемого основания и существенное снижение капитальных затрат при сооружении и эксплуатации скважин на многолетнемерзлых грунтах.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе возведения основания для куста скважин на многолетнемерзлых грунтах, включающем сооружение площадок и эксплуатацию скважин, после бурения эксплуатационных скважин и установки на них фонтанной арматуры сооружают сначала несущее основание площадки, при этом на эксплуатируемой площади выполняют разбивку осей скважин под сваи для сооружения основания площадки и устанавливают сваи, на которые затем укладывают с расчетным зазором перпендикулярно друг к другу разрезные металлические двутавровые балки, нижнюю полку каждой из которых жестко крепят к свае с противоположных сторон сечения крепежными уголками, на каждой свае жестко закрепляют крепежную трубу, на которой размещают четыре втулки под углом в 45 градусов к крепежной трубе, в каждую втулку вставляют опорную трубу, другой конец которой жестко закрепляют на раскосе, расположенном перпендикулярно опорной трубе, при этом концы каждого раскоса вставляют во втулки, размещенные в горизонтальной плоскости на взаимно перпендикулярных балках под прямым углом к стенке двутаврового профиля и в центре его сечения, причем в середине пролета каждой балки с противоположных сторон ее сечения устанавливают по две смежных втулки, расположенные перпендикулярно друг к другу, и жестко крепят их к зажимам, повторяющим конфигурацию профиля сечения балки, после чего на собранной конструкции несущего основания сооружают эстакадную площадку, укладывая металлические и деревянные балки, и жестко закрепляют их крепежными уголками и скобами.

На фиг. 1 изображен элемент эстакадной площадки; на фиг. 2 изображено несущее основание эстакадной площадки; на фиг. 3 изображено поперечное сечение по A-A фиг. 2; на фиг. 4 изображено поперечное сечение по B-B фиг. 2; на фиг. 5 изображено поперечное сечение по C-C фиг. 2.

Несущее основание эстакадной площадки состоит из сваи 1, закрепленной на ней крепежной трубы 2 с размещенными на ней четырьмя втулками 3. Один конец опорной трубы 4 вставляют во втулку 3, другой жестко закрепляют на раскосе 5, который располагают перпендикулярно опорной трубе 4. Каждый раскос 5 располагают в горизонтальной плоскости с разрезными металлическими двутавровыми балками 6, которые расположены перпендикулярно друг к другу и уложены на сваи 1 с расчетным зазором и прикреплены к ним крепежными уголками 7. В середине пролета каждой балки 6 с противоположных сторон ее сечения под прямым углом к стенке двутаврового профиля и в центре его сечения устанавливают по две смежных втулки 8 перпендикулярно друг к другу и жестко прикрепляют их к зажимам 9, повторяющим конфигурацию сечения балки 6. На собранную конструкцию несущего основания укладывают металлические балки 10 и деревянные бруски 11, скрепляемые между собой и с балками 6 скобами 12 и крепежными уголками 13.

Способ осуществляют следующим образом.

После бурения эксплуатационных скважин и установки на них фонтанной арматуры на выбранной под кустовое основание площади сооружают несущее основание эстакадной площадки. Для этого производят разбивку осей скважин под сваи 1 для сооружения основания площадки. Затем устанавливают сваи 1 и на них укладывают с расчетным зазором перпендикулярно друг к другу разрезные металлические двутавровые балки 6. Укладка балок с расчетным зазором позволяет сохранить проектную несущую способность конструкции эстакадной площадки за счет существенного снижения значительных изгибающих моментов, возникающих при рабочих нагрузках в сечениях балок, расположенных у опор - на сваях, а также исключения возникновения температурных напряжений за счет свободной продольной деформации балок при больших перепадах температур в летний и зимний периоды времени.

Перпендикулярность расположения балок 6 обеспечивает максимальную жесткость конструкции, а сами несущие балки служат продольными опорами для металлических балок при сооружении эстакадной площадки.

Нижнюю полку каждой балки 6 жестко крепят к свае 1 с противоположных сторон сечения профиля балки крепежными уголками 7, что обеспечивает жесткое крепление балок к свае.

На каждой свае 1 закрепляют крепежную трубу 2, на которой размещают четыре втулки 3 под углом в 45 градусов к крепежной трубе 2, что обеспечивает движение опорных труб 4 во втулке 3 с минимальным сопротивлением трению и предназначается для жесткости конструкции.

В каждую втулку 3 вставляют опорную трубу 4, другой конец которой жестко закрепляют на раскосе 5, расположенном перпендикулярно опорной трубе 4, при этом концы каждого раскоса 5 вставляют во втулки 8, размещенные в горизонтальной плоскости с балками 6, что служит частью крепления, обеспечивающего свободную деформацию балок 6 без возникновения температурных напряжений в сечениях балки при больших перепадах температур в летний и зимний периоды времени и тем самым выполняется функция компенсатора температурных напряжений.

Смежные втулки 8 располагают под прямым углом к стенке двутаврового профиля балки 6 и в центре его сечения, что обеспечивает работу элементов компенсатора температурных напряжений без дополнительных сопротивлений движению элементов компенсатора.

Установленные в середине пролета каждой балки 6 с противоположных сторон ее сечения две смежные втулки 8, перпендикулярные друг к другу, обеспечивают беспрепятственную работу компенсатора температурных напряжений и придают дополнительную жесткость конструкции.

Смежные втулки 8 жестко крепят к зажимам 9, повторяющим конфигурацию профиля сечения балки 6. Зажимы 9 фиксируют и закрепляют несущую балку 6, что необходимо для работы компенсатора температурных напряжений при любых перепадах температур, а также обеспечения необходимой жесткости конструкции.

Собранная конструкция представляет собой несущее основание для нескольких типов площадок, которые отличаются друг от друга по функциональному назначению и используются совместно как в процессе эксплуатации скважин, так и при необходимости их ремонта. Вся эстакадная площадка состоит из следующих видов площадок: площадки для передвижения ремонтных агрегатов A-50, площадок для хранения труб и площадок, с которых осуществляются спускоподъемные операции при ремонте скважин. Рабочие площадки, с которых осуществляется ремонт скважин являются наиболее нагруженными и имеют определенную конструкцию, состоящую только из металлических элементов. При необходимости, в состав эстакадной площадки могут быть добавлены и другие виды площадок, элементы которых, как и элементы перечисленных площадок, рассчитывают на прочность, под наибольшие возможные нагрузки.

Максимальная грузоподъемность используемого агрегата A-50, выполненного на базе Краз-257, составляет 50 тонн.

На фиг. 1 показана площадка, предназначенная только для передвижения к месту эксплуатации ремонтного агрегата A-50. Так как площадки имеют разные функциональные назначения, то они имеют разную конструкцию и разнопрочны исходя из экономической эффективности. Различные по назначению площадки имеют общее основание, которое состоит из одинаковых по размеру секций, что позволяет передвигаться по всей эстакадной площадке и осуществлять ремонтные работы сразу нескольких скважин несколькими ремонтными агрегатами одновременно. Количество секций зависит от расстояния между скважинами.

Предлагаемый способ возведения основания для куста скважин на многолетнемерзлых грунтах предусматривает использование теплоизолированных труб при эксплуатации нефтегазовых месторождений, что значительно снизит радиус растепленного грунта вокруг скважин и предоставит возможность существенно сократить расстояние между скважинами, что позволит значительно уменьшить размеры эксплуатируемой площади. Использование теплоизолированных труб дает возможность сократить расстояние между несущими сваями, уменьшая габаритные размеры несущих балок, что значительно сократит металлоемкость всей конструкции.

При расчете экономической эффективности с учетом цен на привозимый стройматериал в рассматриваемом регионе было определено, что при одинаковых площадях оснований используемого в настоящий момент насыпного основания и предложенного свайного стоимость их строительства практически идентична. Стоимость строительства эстакадной площадки уменьшается пропорционально сокращенному расстоянию между скважинами, а надежность предложенного основания позволит свести и эксплуатационные затраты к минимуму, так как предложенная конструкция рассчитана на 20-30-летний срок эксплуатации месторождения и не нуждается в частом ремонте - подсыпке размываемого сравнительно дорогостоящего грунта, привозимого в огромном количестве издалека.

Кустовые площадки на свайном основании легко демонтируются после окончания добычи углеводородов на месторождении и могут быть многократно использованы по прямому назначению.

Предлагаемый способ возведения основания для куста скважин обеспечивает наилучшее промораживание грунта вокруг свай в зимний период времени, что позволяет эксплуатировать эстакадную площадку и в летний период времени. Для более надежного промораживания грунта вокруг свай, возможно использовать сезонно-действующие охлаждающие установки - ТДМ.

Проведенные расчеты показывают, что жесткое закрепление скважины на устье позволит значительно увеличить продольную устойчивость ствола скважины при растеплении грунта вокруг скважины во время ее эксплуатации и предотвратить возможность аварии. Эксплуатируя скважины с эстакадных площадок, увеличивается надежность и удобство закрепления устьев скважин.

Использование эстакадных площадок позволит беспрепятственно мигрировать животному миру и проводить добычу углеводородов кустовым способом на мелководье и заболоченных местах в условиях севера Западной Сибири, а компенсаторы температурных напряжений предложенной конструкции и входящие в состав несущего основания кустовой площадки возможно использовать и в других видах конструкций промышленных сооружений.

Формула изобретения

Способ возведения основания куста скважин на многолетнемерзлых грунтах, включающий сооружение площадок и бурение эксплуатационных скважин, отличающийся тем, что после бурения эксплуатационных скважин и установки на них фонтанной арматуры сооружают сначала несущее основание площадки, при этом на эксплуатируемой площади выполняют разбивку осей скважин под сваи для сооружения основания площадки и устанавливают сваи, на которые затем укладывают с расчетным зазором перпендикулярно друг к другу разрезные металлические двутавровые балки, нижнюю полку каждой из которых жестко крепят к свае с противоположных сторон сечения крепежными уголками, на каждой свае жестко закрепляют крепежную трубу, на которой размещают четыре втулки под углом в 45^o к крепежной трубе, в каждую втулку вставляют опорную трубу, другой конец которой жестко закрепляют на раскосе, расположенном перпендикулярно опорной трубе, при этом концы каждого раскоса вставляют во втулки, размещенные в горизонтальной плоскости на взаимно перпендикулярных балках под прямым углом к стенке двутаврового профиля и в центре его сечения, причем в середине пролета каждой балки, с противоположных сторон ее сечения, устанавливают по две смежных втулки, расположенные перпендикулярно друг другу, и жестко крепят их к зажимам, повторяющим конфигурацию профиля сечения балки, после чего на собранной конструкции несущего основания сооружают эстакадную площадку, укладывая металлические и деревянные балки, и жестко закрепляют их крепежными уголками и скобами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5