Проблемы обустройства кустовых оснований при наличии многолетних мерзлых пород
Д.С. Лошаков, С.И. Васильев, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» (г. Красноярск)
Е.Е. Милосердов, Д.Ф. Ганиев, П.В. Герлинский, АО «Востсибнефтегаз» (г. Красноярск)
Многолетние мерзлые породы распространены в основном на территории Восточной Сибири и Дальнего Востока, занимая общую площадь десять миллионов квадратных километров, что составляет более половины всей территории России. Многолетние мерзлые породы также распространены на значительной территории Аляски и части территории Канады. Долгое время считалось, что максимальная глубина многолетних мерзлых пород составляет 600–700 м. Однако в северо-западной части Якутии бурением было установлено распространение многолетних мерзлых пород до глубины 1400 м. В районе расположения крупнейших месторождений ПАО «Газпром» (Уренгойского месторождения и Ямбургского месторождения) глубина многолетних мерзлых пород в среднем составляет 500–600 м [1]. Однако при освоении новых месторождений в условиях Севера встает одна проблема: надежная устойчивость фундамента при эксплуатации бурового оборудования.
Суровый климат и широкое распространение многолетней мерзлоты налагают особые требования к строительству и эксплуатации скважин. Так, все промысловые сооружения, а также буровые установки должны обладать повышенной тепловой и ветровой защищенностью, персонал должен быть защищен арктической одеждой и обувью, пройти специальную подготовку к работе в северных условиях. Вопросы строительства буровых площадок и свайных оснований также имеют свою специфику. Традиционная отсыпка кустовых оснований осложняется отсутствием строительного материала, завоз которого чрезвычайно дорог. Поэтому часто проектируются свайные основания с учетом веса буровой установки и вспомогательных сооружений. Диаметр и частота отверстий под металлические сваи рассчитываются исходя из проектируемой нагрузки. Технологии строительства скважин в северных условиях постоянно совершенствуются.
От рациональности выбора конструкционной схемы сооружений особенно зависит продолжительность строительства буровых, величина трудозатрат и объём расходуемого материала [2].
Для надежной эксплуатации в условиях Крайнего Севера и Заполярья металлоконструкции буровых сооружений необходимо изготавливать из материалов, пригодных к работе в данных районах.
Фундаменты являются опорой для механизмов и сооружений. Они передают на грунт статические и механические нагрузки, возникающие при работе сооружений и механизмов. Конструкция фундаментов под буровую вышку и оборудование зависит от следующих основных факторов:
- глубины бурения;
- конструкции скважины и весовых характеристик узлов оборудования буровой установки – чем больше глубина и сложнее конструкция скважины, тем больше нагрузка на фундаменты;
- продолжительности бурения скважины;
- свойств грунта и его способности к восприятию нагрузок от веса оборудования и возникающих усилий при работе;
- глубины промерзания и оттаивания грунта в зимнее и летнее время.
Продолжительность бурения скважины также оказывает влияние на работоспособность фундаментов во времени – чем больше срок бурения, тем больше вероятность разрушения фундаментов от длительных совместных воздействий силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды. В этом случае фундаменты делают из более прочного материала или предусматривают специальные защитные меры для повышения долговечности фундаментов и оснований: защита от температурных влияний, конденсационного увлажнения, гниения, отвод воды.
Сооружение фундаментов является начальным циклом сооружения буровой. Перед заложением фундаментов на месте будущей скважины производится планировка и подготовка строительной площадки.
Строительство скважин кустовым способом имеет ряд существенных достоинств экономического и социального характера, которые с каждым годом приобретают все большее значение, способствуют все более широкому распространению этого способа в нашей стране и за рубежом. К числу этих достоинств прежде всего следует отнести значительное сокращение материальных и трудовых затрат на инженерное обустройство площадок под скважины, подъездных дорог к ним и месторождений в целом, особенно в условиях моря, заболоченности территорий и бездорожья, где возникает необходимость сооружения искусственных оснований под скважины и дорог специальных конструкций.
В последние годы поиски нефти и газа ведутся в труднодоступных индустриально слаборазвитых районах. Освоение месторождений в таких районах сопряжено со значительными затратами материальных и технических ресурсов. Кустовое бурение – единственный способ снижения этих затрат, так как оно определяет не только экономическую сторону вопроса, но и темпы разбуривания и освоения месторождений. При этом существенно уменьшаются затраты на промысловое обустройство скважин, строительство нефтегазосборных сетей, энергообеспечение промысловых объектов, ремонт и эксплуатационное обслуживание скважин.
Значительно снижаются затраты на вышкостроение, так как буровое оборудование передвигается в основном в пределах кустовой площадки. Помимо этого кустовой способ позволяет улучшить баланс времени работы буровой бригады. Внедрение кустового способа строительства скважин позволяет снизить до минимума простой буровой бригады при переходе на новую скважину на кустовой площадке.
В последние годы большое внимание уделяют вопросам охраны окружающей среды, рационального использования земли. Строительство индивидуальных скважин увеличивает площадь земель, тем самым увеличиваются затраты на природоохранные мероприятия, такие как рекультивация. Переход на кустовое строительство скважин приобретает весьма актуальное значение [3].
В настоящее время бурение кустовым методом только начинает применяться на месторождениях Восточной Сибири и Дальнего Востока, а особенно на Крайнем Севере, где наблюдаются многолетние мерзлые породы. Развитие кустового бурения в этих краях задерживается посредством нехватки отсыпного материала, необходимого для строительства фундаментов кустовых буровых установок и его транспортировки до месторождения. Все это влечет за собой большие денежные затраты. Да и сам метод отсыпки не дает гарантии, что грунт не просядет при его сезонном оттаивании и промерзании, так как состав грунта в этих местах намного отличается от грунтов средней полосы России.
Перед нефтегазодобывающими компаниями встает новая задача поиска более рационального, экологического и экономически выгодного фундамента для кустовых буровых установок. Решением этой задачи занимаются ведущие профильные корпоративные научно-исследовательские проектные институты компаний ПАО «Газпром», ПАО «НК «Роснефть».
