Способ бестраншейной прокладки трубопроводов преимущественно под водными преградами и заповедными зонами

Способ бестраншейной прокладки трубопроводов преимущественно под водными преградами и заповедными зонами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к строительному и горному делу и к трубопроводному транспорту, а именно к способам бестраншейной прокладки нефтяных, газовых и иных трубопроводов под водными преградами и заповедными зонами (реки с высокими и крутыми берегами, пойменные, заливаемые в половодье водами высокоплодородные площади, агроландшафтные с водоемами зоны, сельские населенные пункты, автотрассы и железные дороги с заповедными зонами и т.п.), с расширением и обустройством предварительно пробуренных наклонно-направленных и горизонтальных скважин.

Известен способ бестраншейной прокладки трубопроводов и установка направленного бурения. Согласно способу прокладку трубопровода выполняют с помощью стандартной буровой колонны, которую в процессе бурения наращивают, а осевую нагрузку на забое создают, прикладывая усилия силового агрегата установки к торцу бурового замка внедряемой в грунт секции колонны (RU 2075574 С1, МПК⁶ E02F 5/18, 20.03.1997).

Технический недостаток подобного способа - ограниченные функциональные возможности: прокладка трубопровода возможна под естественными препятствиями сравнительно небольшой протяженности и неглубоким залеганием; не возможна прокладка трубопровода под пойменными протяженными заповедными зонами, примыкающими к широкой и глубокой реке с крутым берегом.

Известен так же способ бестраншейной прокладки трубопроводов методом направленного бурения пилотной скважины с последующим ее расширением и протаскиванием трубопровода в скважину, при этом для расширения скважины используют тяговую трубу в виде последовательно собираемой бурильной колонны, при этом на другом конце скважины устанавливается тяговое устройство, с помощью которого и посредством бурильных труб протаскивают трубопровод (RU 2189422 С2, МПК⁷ E02F 5/18, F16L 1/028, 20.09.2002).

Технический недостаток данного способа - ограниченные возможности: прокладка трубопроводов под небольшими и неглубокими водными препятствиями, без высоких и крутых берегов и пойменных зон, под другими малогабаритными объектами.

Техническая задача - расширение возможностей: протяженности и глубины прокладки трубопроводов под различными препятствиями.

Технический результат - повышение экологической безопасности и соблюдение природоохранных требований на значительных расстояниях и глубинах прокладки трубопроводов.

Согласно изобретению в способе бестраншейной прокладки трубопроводов преимущественно под водными преградами и заповедными зонами, включающем проходку методом направленного бурения пилотной скважины с последующим ее расширением, протягивание в скважину тяговой трубы в виде последовательно собираемой колонны бурильных труб, протаскивание трубопровода в расширенную скважину с использованием тягового устройства, расположенного на другом конце скважины, проходку и расширение скважины осуществляют буровой установкой с высокого берега, с формированием устья, путем бурения вертикального участка, затем наклонного участка под скосом берега, горизонтального участка под дном водной преграды и наклонного вверх отрезка, после чего скважину обустраивают обсадными колоннами, внутренний диаметр которых больше диаметра трубопровода, затем, используя обсадные колонны в качестве кондуктора, продолжают проводку расширенной скважины с ее монотонным подъемом, заканчивающимся после пойменной заповедной зоны, при этом расширение скважины выполняют посредством турбобура со ступенчатым долотом, соединенным гибкой связью с тяговым устройством на конце скважины, а протаскивание трубопровода осуществляют с помощью колонны бурильных труб, используя буровую установку и указанное устройство на конце скважины.

Наряду с этим устьевую направляющую трубу укрепляют цементным раствором, а верхний конец обсадной колонны центрируют относительно указанной трубы, и кольцевой зазор между ними на участке 2-3 м заполняют цементным раствором; в местах перегиба обсадные колонны выполняют бочкообразными с внутренним диаметром в 1,2-1,3 раза больше наружного диаметра трубопровода, а на конце обсадной колонны устанавливают наружный конусообразный и внутренний цилиндрический центраторы; при бурении пилотной скважины на последнем - после обсадных колонн - участке в колонну бурильных труб помещают гибкую связь, которую после завершения бурения соединяют с тяговым устройством на конце скважины; перед протаскиванием трубопровод снабжают катками; конец трубопровода, обращенный к концу скважины, снабжают съемным коническим наконечником; на вертикальном участке обсадной колонны выполняют одностороннее, направленное от водной преграды эллиптическое окно, куда закрепляют фигурную - выпуклостью вверх - трубу, сквозь которую протаскивают соответствующий отрезок трубопровода, соединяя его с линейной частью трубопровода; протаскивание трубопровода совмещают с его сваркой на поверхности с помощью внутреннего центратора и последующих контроля сварных соединений, изоляции мест сварки и гидравлических испытаний.

На фиг.1 схематически изображен общий вид (в разрезе) проложенного бестраншейным способом трубопровода под водной преградой и пойменной заповедной зоной; на фиг.2, 3, 4 - выноски I, II и III из фиг.1 соответственно; на фиг.5 - схема расширения пилотной скважины и протаскивания бурильной колонны с долотом; на фиг.6 - схема протаскивания трубопровода на участке скважины без обсадной колонны; на фиг.7 - разрез А-А на фиг.6.

Способ бестраншейной прокладки трубопроводов преимущественно под водными преградами и заповедными зонами реализуют следующим образом.

В качестве типового примера покажем высокий и относительно крутой берег 1 (фиг.1), водную преграду - реку 2 (показана в сечении) и противоположный пологий берег 3 - пойменную заповедную зону, переходящую в обычную, не доступную половодью, местность 4. Для бестраншейной прокладки нефтяного или газового трубопровода большого диаметра (или пары трубопроводов) под водной преградой и заповедной зоной осуществляют проходку и расширение скважин или двух параллельных скважин. Для этого на высоком берегу 1 устанавливают обычную (предназначенную для бурения нефтегазовых скважин) буровую установку 5, а на противоположном берегу - за пределами пойменной заповедной зоны 3 (на местности 4) - тяговое устройство 6. Расстояние между установкой 5 и устройством 6 может достигать 10-12 км. Проходку скважины начинают с формирования устья 7 и последующего бурения вертикального участка, который посредством криволинейного переходного участка 8 плавно переходит в наклонный участок 9 под скосом крутого берега. Продолжением наклонного участка 9 является переходный криволинейный участок 11 под дном водной преграды 2, а также наклонный вверх отрезок 12. Пробуренную пилотную скважину на участках 7-12 расширяют с помощью турбобура и специального долота (будет показано ниже) и обустраивают обсадными трубами (колоннами). Внутренний диаметр обсадных колонн больше диаметра трубопровода.

После этого, используя обсадные колонны в качестве кондуктора, продолжают проводку пилотной скважины, причем в колонну бурильных труб размещают гибкую связь, которую после завершения бурения соединяют с тяговым устройством 6 на конце скважины. Затем производят расширение скважины 13: ответвление 14 расширенной скважины плавно приподнимают и заводят в тяговое устройство 6, а конец 15 скважины является продолжением монотонно возвышающейся скважины 13 и началом линейной части трубопровода (на фиг.1 показан трубопровод в скважине). Устье 7 на вертикальном участке обсадных колонн (фиг.2) укрепляют. Для этого до установки обсадной колонны производят забуривание направления большего диаметра, куда сажают и укрепляют цементным раствором устьевую направляющую колонну 16, через которую пропускают обсадную колонну 17. Кольцевой зазор между направляющей 16 и обсадной 17 колоннами на участке 2-3 м заполняют цементным раствором, фиксируя таким образом обсадную колонну 17 относительно устья 7. По мере спуска обсадной колонны с помощью буровой установки 5 выполняют сварку стыков, герметичность сварных соединений на колонне не обязательна, поскольку колонна 17 несет функции удлиненного кондуктора, направляющей и ложе для трубопровода 18 в скважине сложного направления на участках 7-12 (фиг.1). На вертикальном участке обсадной колонны 17 заблаговременно выполняют одностороннее, направленное от водной преграды, эллиптическое окно, куда закрепляют фигурную - выпуклостью вверх - трубу 19 (фиг.2), сквозь которую протаскивают соответствующий участок трубопровода, соединяя его с линейной частью трубопровода 20. В местах перегиба 8 и 10 (фиг.1) обсадные колонны 21 выполняют бочкообразными (фиг.3) с внутренним диаметром в 1,2-1,3 раза больше наружного диаметра трубопровода 18. Диаметр расширенной скважины 22 (фиг.4) превышает диаметр обсадной колонны 17 для упрощения операций по ее протаскиванию. Этому служат и установленный на конце обсадной колонны наружный конусообразный центратор 23. На этом конце устанавливают и внутренний цилиндрический центратор 24 для центрирования трубопровода относительно обсадной колонны. После несколько наклонного вверх отрезка 7 расширенной скважины (фиг.1) обсадные колонны не монтируют, а диаметр расширенной скважины 25 уменьшают (фиг.4). Ее диаметр выполняют равным или несколько меньшим внутреннему диаметру цилиндрического центратора 24.

На удаленном участке 13 (фиг.1) расширение монотонно поднимающейся и протяженной скважины затруднено средствами буровой установки 5 - гравитационные силы не способствуют этому. Расширение пилотной скважины 26 осуществляют турбобуром со ступенчатым долотом 27, турбобур соединяют с бурильной колонной 28, а долото - с указанной гибкой связью 29. Расширение скважины производят (за одну проходку) сначала на один диаметр, затем на требуемый диаметр, превышающий наружный диаметр обсадной колонны (скважина 22, фиг.4 - на участке 7-12, фиг.1) или превышающий диаметр трубопровода (скважина 25, фиг.4 и 5 - на участке 13 и 14, фиг.1). В процессе расширения скважины 22 или 25 производят наращивание известным способом бурильной колонны и наматывание на барабан тягового устройства 6 гибкой связи 29. Последнее обстоятельство способствует принудительному проходу ступенчатого долота 27 и его ориентации относительно пилотной скважины 26. Протаскивание и закрепление на участке 7 обсадных колонн 17 обеспечивает буровая установка 5 (фиг.1) и гравитационные силы, процесс сопровождается сваркой подготовленных плетей из труб. Обсадные колонны необходимы для формирования устья и, следовательно, стабилизации технологических процессов проводки и обустройства скважины; предотвращения обрушения породы и направления при протаскивании трубопровода в скважине сложной конфигурации на участках 7-12.

Для протаскивания трубопровода 18 (фиг.2, 3 и 6) его конец снабжают съемным коническим наконечником 30 (фиг.6), который предназначается для предотвращения «зарывания» трубопровода в стенки необустроенной скважины на участке 13 (фиг.1) и для исключения заклинивания в неизбежных выступах и подтеках металла после сварки внутри обсадных колонн 17 (фиг.2 и 3). Посредством наконечника 30 трубопровод 18 соединяют с бурильной колонной 28 (фиг.6). На цилиндрической части наконечника 30 закрепляют обрезиненные катки 31 (фиг.7), которые снижают сопротивление перемещения конца трубопровода 18 внутри обсадной колонны 17 (фиг.4) и центрируют трубопровод относительно необустроенной скважины 25 (фиг.6 и 7). Основным тяговым элементом трубопровода 18 является бурильная колонна 28 (фиг.6), соединенная с тяговым устройством 6 (фиг.1). На вертикальном 7, переходном 8 и наклонном 9 участках скважины, обустроенной обсадными колоннами, протаскиванию трубопровода способствует буровая установка 5 и гравитационные силы. Протаскивание трубопровода 18 (фиг.6) сопровождается постоянной разборкой (отсоединением плетей) бурильной колонны 28 и совмещается с наращиванием трубопровода 18 на поверхности посредством приварки подготовленных плетей с помощью внутреннего извлекаемого центратора и последующего контроля сварных соединений, изоляции мест сварки и гидравлических испытаний. Последней приваривают изогнутое колено трубопровода (после протаскивания его основной части), переходящее в линейную часть трубопровода 20 (фиг.2). На противоположном конце протащенного трубопровода ответвление 14 (фиг.1) отрезают, одновременно с этим удаляют наконечник 30 с катками 31 (фиг.6 и 7). Линейную часть трубопровода 15 (фиг 1) приваривают к концу протащенного и обрезанного трубопровода 18. Операции по закрытию концов трубопровода и начала линейных частей 15 и 20 производят известным образом. Буровую установку 5 и тяговое устройство 6, как правило, не демонтируют по причине возможного использования для профилактики и ремонта трубопровода, а также для прокладки параллельной нитки трубопровода, бронированного кабеля и т.п.

Предложенный способ обеспечивает в конечном итоге существенное расширение возможностей: протяженности и глубины прокладки трубопроводов под различными препятствиями и преградами, при этом достигается повышение экологической безопасности и соблюдение современных природоохранных требований на значительных расстояниях и глубинах прокладки трубопроводов.

1. Способ бестраншейной прокладки трубопроводов преимущественно под водными преградами и заповедными зонами, включающий проходку методом направленного бурения пилотной скважины с последующим ее расширением, протягивание в скважину тяговой трубы в виде последовательно собираемой колонны бурильных труб, протаскивание трубопровода в расширенную скважину с использованием тягового устройства, расположенного на другом конце скважины, отличающийся тем, что проходку и расширение скважины осуществляют буровой установкой с высокого берега, с формированием устья путем бурения вертикального участка, затем наклонного участка под скосом берега, горизонтального участка подо дном водной преграды и наклонного вверх отрезка, после чего скважину обустраивают обсадными колоннами, внутренний диаметр которых больше диаметра трубопровода, затем, используя обсадные колонны в качестве кондуктора, продолжают проводку расширенной скважины с ее монотонным подъемом, заканчивающимся после пойменной заповедной зоны, при этом расширение скважины выполняют посредством турбобура со ступенчатым долотом, соединенным гибкой связью с тяговым устройством на другом конце скважины, а протаскивание трубопровода осуществляют с помощью колонны бурильных труб, используя буровую установку и указанное устройство на конце скважины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что устьевую направляющую трубу укрепляют цементным раствором, а верхний конец обсадной колонны центрируют относительно указанной трубы, и кольцевой зазор между ними на участке 2-3 м заполняют цементным раствором.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в местах перегиба обсадные колонны выполняют бочкообразными с внутренним диаметром в 1,2-1,3 раза больше наружного диаметра трубопровода, а на конце обсадной колонны устанавливают наружный конусообразный и внутренний цилиндрический центраторы.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при бурении пилотной скважины на последнем, после обсадных колонн, участке в колонну бурильных труб помещают гибкую связь, которую после завершения бурения соединяют с тяговым устройством на конце скважины.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед протаскиванием трубопровод снабжают катками.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что конец трубопровода, обращенный к концу скважины, снабжают съемным коническим наконечником.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что на вертикальном участке обсадной колонны выполняют одностороннее, направленное от водной преграды, эллиптическое окно, куда закрепляют фигурную, выпуклостью вверх, трубу, сквозь которую протаскивают соответствующий отрезок трубопровода, соединяя его с линейной частью трубопровода.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что протаскивание трубопровода совмещают с его сваркой на поверхности с помощью внутреннего центратора и последующих контроля сварных соединений, изоляции мест сварки и гидравлических испытаний.