CC BY
46
исключения предложены и применяются различные технологические схемы проведения работ и обработки материалов, некоторые из которых рассмотрены далее.
Так, например, в работе [8] для снижения уровня перекрестных помех предложено использовать при обработке записей алгоритм Tau-P (время — кажущаяся скорость), позволяющий разделять волны по временам их прихода и кажущимся скоростям (рис. 5). Практика применения способа показала его эффективность.
Уход от перекрестных помех на основе выполнения правил проведения работ несколькими сейсмопартиями на одной площади рассмотрен в [8]. В работе указывается, что при одновременном проведении морских съемок 3D несколькими партиями в пределах ограниченной по размерам площади возможно появление взаимных, перекрестных помех, которые могут существенно снижать качество получаемых записей и возможность их использования для обработки. Для их исключения или снижения до допустимого уровня рекомендуется:
- при расстояниях между судами разных партий меньше 100 км необходимо, чтобы отличались или скорости перемещения судов, или расстояния между пунктами возбуждения;
- возбуждение колебаний одной сейсмопар-тии не должно проводиться в пределах областей приема других партий;
RGGRU (NPU), Moscow, Russian Federation Abstract
High requirements to the quality and productivity of marine seismic exploration determine the modern technology of field observations.
The acquaintance of Russian survey geophysicists with the materials of the international geophysical conference is of some interest, since The reports reflect the development trends in marine seismic technology, which illustrate the efficiency and good prospects for the future and can be useful to domestic marine seismic surveys.
Materials and methods
Description of new seismic exploration
- линии возбуждения и приема разных партий-не должны пересекаться.
Предложенная схема ограничений была реализована в 2016 г. при съемках в пределах перспективной части Северного моря, когда было отработано почти 1,7 млн пунктов возбуждения семью различными партиями с приемлемым качеством материалов, без технологических простоев и повторных наблюдений. При этом расстояния между судами часто уменьшались до 7 км.
Роботизация работ
Технология проведения полевых работ предусматривает последовательное проведение относительно небольшого числа операций, которые могут быть автоматизированы и могут выполняться дистанционно без непосредственного участия оператора. Одним из примеров такой автоматизации полевых работ могут служить нодальные, донные приемные устройства. Дальнейшим направлением развития этих систем может быть рассмотренный в работе [10] переход на роботизированные управляемые донные приемные устройства, способные перемещаться по дну моря и при необходимости собираться в группы и рассредоточиваться по задаваемой схеме. В работе проанализированы некоторые технические аспекты этих систем, связанные с их погружением, перемещением по дну моря и организацией работ с применением
technologies and the results of their testing and application
Results
New technological schemes for conducting marine seismic operations make it possible to carry out wide-format and wide-azimuth surveys of high multiplicity, increase work productivity, reduce the level or eliminate crosstalk with simultaneous operation of several seismic lots on the same area, and determine the directions of robotization when working with bottom receiving devices.
Conclusions
The review of publications on new technological
надводного судна. Высказано предположение, что к 2020 г. промышленность освоит производство таких систем, и они получат значительное практическое применение.
Итоги
Новые технологические схемы морских сейсморазведочных работ облегчают проведение широкоформатных и широко-азимутальных съемок высокой кратности, повышают производительность работ, позволяют уменьшить уровень или исключить перекрестные помехи при одновременной работе на одной площади нескольких сейсмических партий и определяют направления роботизации при работах с донными приемными устройствами.
Выводы
Обзор публикаций по новым технологическим схемам ведения морских сейсморазве-дочных работ показал следующее:
- преимущества новых технологических схем при проведении широкоформатных съемок в различных сейсмогеологических условиях;
- повышение производительности работ;
- снижение уровня и исключение перекрес-ных помех от одновременно работающих на площади нескольких сейсмопартий;
- намечены перспективы роботизации донных приемных систем.
UDC 550.3
schemes for conducting marine seismic surveys showed the following:
- advantages of new technological schemes for wide-format surveys in various seismic-geological conditions;
- Increase of productivity of works;
- Reducing the level and switching off crosstalk from simultaneously operating in the area of several seismic stations;
- prospects of robotization of bottom reception systems are outlined.
Keywords
marine seismic prospecting, sources and receivers of oscillations, observation systems, carry-over
References
1. Vinje V., Lie J.E., Danielsen V., Dhelie P.E. and oth. Shooting Over the Streamer Spread; a Novel approach in seismic Marine Acquisition and Imaging. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
2. Espinoza C., Zdraveva O.K., Curd B., Gridnev E and oth. Full-azimuth towed-streamer acquisition and broadband processing in an obstructed area of the gulf of Mexico. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
3. Cook D., Poole G., Schouten R., Mallows C. and oth. Simultaneous source, long-offset, dual-azimuth acquisition offshore gabon — a
change in perspective. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
4. Alfaro R., L'Arvor E., Choquer T. Methodologies for evaluating the risks and cost efficiency associated with wide acquisition geometries. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
5. Bagaini C., Moldoveanu N., Moore I. Marine seismic acquisition with phase-controllable sources. EAGE extended abstracts Paris, 2017.
6. Hager E., Fontana P. Penta source: high-resolution marine seismic from shallow to deep water. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
7. Walker C.D.T., Ajlani G., Hall M., Al Masaabi S.,
and oth. Pseudo-random simultaneous source acquisition offshore Abu Dhabi. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
8. Elboth T., Shen H., Khan J. Advances in seismic interference noise attenuation. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
9. Elboth T. Coordinating marine acquisitions to tackle seismic nterference nois. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
10. Tsingas C., Walker C., Bunting T., Postic E. and oth. SpiceRack — a robotized seabed seismic acquisition system. EAGE extended abstracts. Paris, 2017.
ENGLISH GEOPHYSICS
Modern technological schemes of marine seismic exploration
Author:
Mikhail B. Schneerson — Sc.D., professor; shneer@bk.ru
БУРЕНИЕ
УДК 622.24+ 622.692.4
Геомеханическое моделирование для анализа технологий ННб, реализуемых при строительстве подводных переходов
Д.Р. Вафин
научный сотрудник лаборатории линейной части и подводных переходов1 VafinDR@niitnn.transneft.ru
А.Н. Сапсай
вице-президент2
ю.В. Лисин
д.т.н., генеральный директор1 Р.А. Капаев
главный специалист отдела сопровождения ПИР объектов ТПР и КР2 KapaevRA@ak.transneft.ru
Д.А. Шаталов
к.т.н., заместитель заведующего лабораторией линейной части и подводных переходов1 ShatalovDA@niitnn.transneft.ru
1ООО «НИИ Транснефть», Москва, Россия 2ПАО «Транснефть», Москва, Россия
В статье рассмотрены технико-технологические решения, применяемые в наклонно направленном бурении, а также их влияние на процесс строительства подводного перехода. В качестве примера рассмотрен процесс развития аварийной ситуации при прохождении гравийно-галечниковых грунтов. На основании моделирования напряженно-деформированного состояния грунтов, слагающих ствол скважины, и гидродинамической модели процессов фильтрации бурового раствора проанализированы технологические ошибки, способствующие возникновению аварийных ситуаций.
материалы и методы
Построение геомеханической и гидродинамической моделей подводного перехода.
Ключевые слова
подводный переход, наклонно направленное бурение, обрушение ствола скважины, буровой раствор, магистральный трубопровод, геомеханическая модель
Залогом успешного строительства подводного перехода методом наклонно направленного бурения служит создание скважины, являющейся надежным каналом для протаскивания трубопровода. Это сложная инженерно-техническая задача, процесс реализации которой может сопровождаться появлением технологических ошибок. Во многом это обусловлено тем, что не учитываются силы, действующие в грунтах, взаимное влияние вскрываемого грунта, бурового инструмента и применяемого раствора. В подобных условиях стандартные технические подходы, использующие результаты инженерных изысканий, не позволяют в необходимой мере произвести оценку условий строительства.
При разработке проектной и рабочей документации на строительство подводного перехода необходимо проведение инженерно-технической оценки влияния горно-геологических условий на процесс строительства. Подобная оценка должна проводиться на основе учета сил и напряжений, действующих на стенках скважины при протаскивании трубопровода в неустойчивых грунтах.
Процесс появления осложнений и развития аварийной ситуации в ходе строительства подводного перехода изучен на основе существующего положительного и отрицательного опыта строительства скважин подводных переходов. В качестве инструментов для анализа применявшихся технических решений использовались результаты построения геомеханической и гидродинамической моделей для процесса строительства подводного перехода. При построении моделей учитывались свойства залегающих грунтов, их взаимодействие с буровым раствором и влияние на состояние грунтов технологических параметров бурового раствора.
Объект исследования
Для разработки геомеханической модели подводного перехода приняты данные подводного перехода магистрального трубопровода, построенного методом наклонно направленного бурения через реку шириной 350 м, глубиной 7 м. Длина пилотной скважины от точки входа до точки выхода бурового инструмента принята 770 м, с учетом запаса на криволинейность скважины в вертикальной плоскости. Углы входа и выхода скважины приняты 6°, радиус трассировки — 1700 м, диаметр скважины — 1600 мм. Профиль модели подводного перехода представлен на рис. 1.
В пределах участка строительства принят следующий состав грунтов: суглинок полутвердый с прослойками песка и включениями гравия; суглинок тугопластичный с включениями гравия; суглинок мягкопла-стичный с прослойками текучепластичного
суглинка, песка мелкого с включениями гравия; глина полутвердая с прослойками песка; глина тугопластичная; песок мелкий с прослойками суглинка и глины; песок гравелистый с прослойками суглинка, глины, с включениями дресвы; гравийный грунт с прослойками песка, глины и суглинка; гипс средней прочности.
Результаты применяемой технологии строительства
Для строительства скважины подводного перехода принята установка для наклонно направленного бурения с максимально развиваемым тяговым усилием 450 тс, крутящим моментом — 150 кНм. Технические параметры бурения пилотной скважины, расширения и калибровки для модели подводного перехода были приняты на основе опыта строительства переходов в схожих геологических условиях и приведены в таб. 1.
При проведении операции по протаскиванию трубопровода в интервале 150170 м происходит рост тяговых нагрузок на более чем 50 тс, что соответствует началу криволинейного участка и протаскиванию в гравелистых песках. На отметке 211 м тяговые усилия буровой установки достигают 180 тс, крутящий момент — 43 кНм. В связи с превышением расчетных усилий работы по протаскиванию трубопровода останавливаются на отметке 249 м. Тяговые усилия составили 235 тс, крутящий момент — 45 кНм. Изменение тяговых усилий при протаскивании трубопровода представлено на рис. 2. Над местом остановки трубопровода на поверхности земли образуются воронки глубиной до 1 м и диаметром до 4 м.
Рассмотренная ситуация соответствует условиям обрушения стенок скважины подводного перехода, сложенных несцементированными грунтами, при проведении операции по протаскиванию трубопровода.
Геомеханическое моделирование подводного перехода
С целью установления причин обрушения ствола скважины на исследуемом подводном переходе рассмотрим изменение напряженно-деформированного состояния грунтов в месте остановки трубопровода.
При формировании пилотного ствола скважины происходит нарушение естественного напряженного состояния грунтов. Роль и влияние напряжений, действующих на свободной поверхности скважины, усиливается по мере увеличения диаметра скважины.
Для определения упругого состояния горной породы и предупреждения открытых поглощений (гидроразрыва) при бурении и заканчивании вертикальных, горизонтальных и наклонных нефтяных и газовых
скважин применяется методика, разработанная УГНТУ, г. Уфа [1].
Используя данную методику для горизонтальных и наклонно направленных скважин большого диаметра на переходах через естественные и искусственные препятствия магистральных трубопроводов, становится возможным определить напряженное состояние грунтов, слагающих ствол скважины, их устойчивое состояние и давление гидроразрыва грунта.
Предельное касательное напряжение грунта характеризуется силами связи между слагающими его минералами и частицами и определяется в соответствии с теорией прочности Мора - Кулона: т = т „ + а <дш,
п с0 п ~'
где тп — предельное касательное напряжение грунта, МПа; тс0 — коэффициент сцепления, соответствующий величине предельного касательного напряжения при ап = 0, МПа; ап — нормальное напряжение, МПа; ф - угол внутреннего трения, град.
Для несвязных грунтов, таких как песок, гравий и галечник, угол внутреннего трения зависит от плотности упаковки грунта, то есть от его пористости. Угол внутреннего трения повышается с увеличением плотности, количества крупных включений и уменьшением окатанности зерен грунта [2].
Удельное сцепление в несвязных грунтах имеет место при высокой плотности грунта, его малой однородности и обусловлено взаимодействием зерен [2].
Прогнозная оценка устойчивого состояния ствола скважины п определяется отношением предельного касательного напряжения грунта тп к максимальному касательному напряжению ттах, действующему на стенке скважины.
При условии превышения т над т , то
есть п > 1, стенка скважины находится в упругом состоянии. Если п < 1, то стенка скважины может деформироваться пластически или разрушиться.
Большое влияние на процесс перераспределения напряжений при бурении скважины оказывает буровой раствор. Во время бурения раствор замещает объем разбуренного грунта, оказывая давление на стенки скважины, а также активно взаимодействует со слагающим ее грунтом. Увеличение плотности бурового раствора и превышение скважинного давления над боковым горным давлением способно привести к росту растягивающих напряжений на стенке скважины. В результате образуются трещины, которые приводят к гидроразрыву, то есть к грифоно-образованию или к интенсивному поглощению бурового раствора.
Прогнозная оценка возможности гидроразрыва грунта ведется из условия превышения давления, действующего в скважине, над расчетным давлением гидроразрыва грунта. В обратном случае, гидроразрыв грунта маловероятен.
С учетом вышеуказанных положений, было определено напряженно-деформированное состояние гравелистых песков и полутвердых глин в интервале остановки процесса протаскивания трубопровода на моделируемом подводном переходе.
В рассмотренном случае приняты следующие параметры грунтов:
- гравелистые пески: плотность грунта природная — 2,01 г/см3, плотность частиц грунта — 2,65 г/см3, пористость — 34%, фракции размером 0,05-10 мм составляют 92,1%. Согласно СП 22.13330.2011 [3], удельное сцепление 0,001 МПа, угол внутреннего трения — 40°.
- полутвердые глины: плотность грунта
природная — 1,89 г/см3, пористость — 47%1, удельное сцепление в водонасыщенном состоянии 0,047 МПа, угол внутреннего трения — 18°.
Параметры бурового раствора: плотность — 1035 кг/м3, динамическое напряжение сдвига — 264 дПа, пластическая вязкость — 0,023 Па^с.
Анализ результатов расчетов, приведенных на рис. 3, показывает:
- предел прочности гравелистых песков составляет тп = 0,24 МПа, при действующих напряжениях ттах = 0,33 МПа. Запас прочности гравелистых песков на границе их перехода в плотный грунт составляет п = 0,7, что является недостаточным для обеспечения устойчивого ствола скважины. Для этого интервала бурения характерны большие вертикальные напряжения (до 1 МПа), развивающиеся из-за наличия в грунте порового пространства;
- запас прочности п полутвердых глин в месте остановки трубопровода составляет 1,8;
- гидроразрыв грунтов в рассматриваемом интервале не происходит.
Таким образом, подтверждены условия возникновения обрушения гравелистых песков в интервале 150-200 м, что соответствует криволинейному участку профиля скважины. Согласно проведенным расчетам, при удельном сцеплении гравелистого песка не менее 0,05 МПа и пористости не более 15%, стенка скважины будет находиться в упругом состоянии. Это становится возможным, например, при фильтрации высокоструктурированного бурового раствора в проницаемые каналы гравелистого песка, за счет чего увеличивается площадь контакта между частицами грунта, и снижается объем открытого порового пространства. Рассмотрим условия реализации подобного технологического подхода к строительству подводного перехода.
Рис. 1 — Профиль модели подводного перехода Fig. 1 — Underwater passage model profile
Вид операции
Техническая скорость, м/ст.-сут.
Бурение пилотной скважины 188
30
Расширение 400-1600 мм с шагом 200 мм
Калибровка 1600 мм
2860
Коммерческая скорость, Время работ, сут. м/ст.-сут.
106 29
2860
7,3 25,9
0,3
Остановки во время операции, сут.
3,2 сут.
0,4 сут.
Таб. 1 — Технические параметры бурения пилотной скважины, расширения и калибровки Tab. 1 — Drilling, reaming and conditioning parameters of the pilot bore
1При проведении расчетов следует учитывать, что в глинистых отложениях с различной степенью пластичности пористость равна нулю, так как вода является одним из компонентов глины,
определяет ее состояние и поведение. При проведении расчетов для несцементированных отложений расчет осуществляется для исходного состояния и условия заполнения его буровым
раствором.
