Үлкен диаметрлі негізгі бұрғылау кезіндегі құдықтың бағыттануын бақылау

Неге құдықтың ауытқуы құрылымдық тұрақтылыққа қауіп төндіреді Үлкен диаметрлі негізгі бұрғылау

Геомеханикалық факторлар: топырақ қабаттануы және анизотропты қалыптасуға реакция

Үлкен диаметрлі негіздерді бұрғылаған кезде бұрғы тесіктері жиі ауытқиды, себебі жер қабаты бойынша біркелкі емес. Әртүрлі топырақ пен тау жыныстарының қабаттары түзусызықты бұрғылауды қиындатады. Мысалы, үгілген тау жынысының үстіне тығыз құм жатса, ол бұрғылау басын төмен емес, бүйірге ығысқа әкелетін теңсіз қысым нүктелерін туғызады. Біз бұны қабаттас қышқыл топырақ қабаттарында да жиі көреміз. Қышқыл топырақтың горизонталь бағытта сығылу кезіндегі беріктігі вертикаль бағыттағыдан әлдеқайда төмен — кейде шынымен де 40% дейін төмен болады. Саладағы есептерге сәйкес, күтпеген ауытқулардың (1,5 градустан астам) жетіден алтауы 2,5 метрден астам диаметрлі тесіктерде байқалады. Бастапқы кезеңде пайда болған незақымды бұрыштық өзгеріс, егер оны уақытылы анықтап, түзету шаралары қолданылмаса, ауыр құрылымдық проблемаларға айналуы мүмкін.

Жүктеме траекториясының бұзылуы: құбырлы тіректің эксцентриситеті, дифференциалды отыру және бүйірлік күштердің қайта таратылуы

Сыртқы бағыттан ауытқыған қазылған тесіктер құрылыс конструкциясы арқылы жүктеменің берілуін бұзады. Тіректің эксцентриситеті дегеніміз — тіректің ұзындығына қатысты толық түзу болмауы (мысалы, жалпы тіректің ұзындығының 2%-дан астам бұрыштары). Бұл сәйкессіздік барлық салмақты бір жағына ығысады, нәтижесінде бетонды сындыруы мүмкін иілу кернеулері пайда болады, себебі бетон созылуға нашар төзеді. Компьютерлік модельдеу зерттеулері бойынша 3 метр диаметрлі тіректе 5 см-лік незначительді ауытқу жүктемені қабылдау қабілетін шамамен 18–25% азайтады. Ал әрі қарай не болады? Негіздер бір-біріне қатар орналасқанда теңсіз отырады, ал жер сілкінісі кезінде бұл бүйірлік күштер қатары тұрақсыз таратылады. Әсіресе биік ғимараттар үшін бұл кернеу нүктелері уақыт өте келе маңызды конструкциялық қосылыстарда трещиналар пайда болуы үшін «ыстық нүктелерге» айналады, бұл барлық құрылымды постепенно әлсіретеді және қауіпсіздік шегін төмендетеді.

Үлкен диаметрлі негіз тесілуінің нақты уақытта бақылануы мен белсенді түзетілуі

Көлбеулік өлшегіштің интеграциясы және адаптивті тесу параметрлерін реттеу

Электрондық көлбеулік өлшегіштерді тікелей бұрғылау құбырына орнату операторларға бұрғылау бағытын 0,1 градустан да дәлірек нақты уақытта бұрыштық көрсеткіштер береді, сондықтан олар бұрғылау жұмысын тез және дәл реттеуге мүмкіндік алады. Жер қабаттары әртүрлі болып келген кезде бұрғылаушылар бұрғының ұшына түсетін салмақ пен айналу жиілігін қатар өзгертеді, нәтижесінде бұрғылау бағытының бүйіріне ығысуын болдырмауға тырысады — бұл әсіресе диаметрі 2 метрден асатын үлкен тесіктерді бұрғылаған кезде өте маңызды. Жүйе бұрғылау кезінде жұмсақ жерге түскен кезде гидравликалық қысымды автоматты түрде төмендетеді, сондықтан бұрғы ұшы бағытынан ауытқымай қалады. Бір уақытта жүйе қатты тау жыныстарында айналу жиілігін (айналым/минут) көтереді, сондықтан тиімді кесу үнемі сақталады. Бұл барлық реттеулер бірігіп, жалпы тесіктің бағытынан ауытқуын тереңдіктің жалпы шамасының 0,5 пайызынан кем деңгейде ұстайды. Өткен жылы «Геотехникалық журналында» жарияланған кейбір алаңдық сынақтары бойынша, бұл әдіс ескі технологияларға қарағанда қателерді түзетуге деген қажеттілікті шамамен 32% азайтады. Тағы бір ақылды функция — топырақ қабырғаларының тұрақсыздығынан құлауын болдырмау үшін бұрғылау сұйықтығының қойылығын нақты уақытта реттеу. Бұл құм мен саз қабаттары арасында ауысуы жиі кездесетін аймақтарда өте маңызды, ал бұл мәселеге дәстүрлі әдістер жиі толықтай шешім таба алмайды.

Екі датчикті стабилизациялық жүйелер: Жоғары қауіпті қалалық мегажобалардағы алаңдық тексеру

Егер біз инклинометрлерді гироскоптық сенсорлармен біріктірсек, біз өзін-өзі тұрақты тексеретін резервтік жүйе аламыз, яғни маңызды қалалық қазу операциялары кезінде нәрселердің сәтсіз аяқталуы мүмкін болатын жалғыз нүкте болмайды. Бұл орнату жер сілкіністеріне бейім аймақтарда өте жақсы жұмыс істейді және тереңдігі 35 метрден асқанда да вертикальды дәлдік 99,2% құрайды. Жүйеде гидравликалық стабилизаторлар бар, олар қалайсыда да тербелістерді сезінгеннен кейін 200 миллисекундтан кейін іске қосылады, сондықтан олар кемшіліктер ірі проблемаларға айналғанға дейін оларды түзете алады. Біз бұл технологияны Шанхайдағы құрылыс компанияларына құрылған ғимараттардан кейін құрылымдық залалдарды жөндеуге шамамен 2,1 миллион доллар үнемдеуге көмектескенін бақыладық; сонымен қатар бұл технология ескі қолдан әдістерге қарағанда ауытқулардан туындаған кешігулерді жартысына дейін азайтты. Қазылған тесіктердің нақты уақыттағы 3D карталары арқылы операторлар алдын ала кедергілерді анықтай алады және әлі де жұмыс істеп тұрған метрополитен туннельдерінің жанында жұмыс істеген кезде қашықтықты 15 сантиметрден кем ұстауға болады. Сонымен қатар, үнемі жиналатын барлық деректер тексерулер үшін сенімді жазбалар құрады, олар барлық қатысушылардың жауапкершілігін қамтамасыз етеді және нақты жұмыс жылдамдығын баяулатпайды.

Үлкен диаметрлі негізгі тесіктердің бағытын реттеу үшін айналмалы құбыр және құрғақ тескіш басын жобалау

2,5 метрден асатын үлкен диаметрлі негізгі тесіктерді тесу кезінде тесіктің бағытының ауытқуын азайту үшін стандарттық жабдықтардың постепенді модификациялары емес, арнайы жасалған айналмалы құбыр мен тескіш басының жобасы қажет.

2,5 м диаметрлі тесіктер үшін қаттылық-салмақ оптимизациясы мен тескіш басының геометриялық пішінін таңдау

Бұрғылау құрылғысын құрау үшін айналдырушы моментті төтеп беруге жеткілікті қатты, бірақ тереңдікте проблемалар туғызбау үшін артық салмақты болмауы керек — осы «тәтті нүкте» ізделеді. Егер салмақ артық болса, онда жұмсақ жер жағдайларында иілу мәселелері байқалады. Керісінше, егер құрылғы жеткілікті қатты емес болса, ол қабатталған тау жыныстары немесе жарықшақты аймақтар арқылы өткенде иіледі. Ең тиімді құрылымдар әдетте жоғары беріктікті материалдардан жасалған қалың қабырғалы болат трубалар мен дәл қажетті аралықтарда орналасқан стабилизаторлардан тұрады. Сараптамалық сынақтарға сәйкес, бұлар орталықтан тыс әсер ететін күштерді шамамен 40 пайызға дейін азайтады. Сонымен қатар, бұрғылау құрылғысының түзу бағытта қозғалысын қамтамасыз етуге бұрғылау ұшының конструкциясы да үлкен әсер етеді. Кейбір бұрғышылар бағыттаушы күштерді мақсатты түрде туғызатын асимметриялық кескіш орналастыруын қолдануды ұнатады. Басқалары қысымды тау жынысы бойынша тиімдірек тарататын кеңірек диаметрлі конструкцияларды таңдайды. Диаметрі 2,5 метрден асатын құдықтарды бұрғылаған кезде көптеген операторлар конустық пішінді бұрғылау ұштарына немесе PDC және роликті бұрғылау ұштарының комбинациясына ауысады. Бұлар тең емес жүктемелер кезінде бұрғылау траекториясын кездейсоқ бағытта ауытқытатын құмтасты-шаңды ортада әлдеқайда жақсы тұрақтылық қамтамасыз етеді.

Үлкен диаметрлі негізгі құдықтардың құрылуы бойынша сәйкестік, сапаны бақылау/бақылау және ауытқу шектерін басқару

GB 50007–2011 стандарты бойынша ауытқу шектері мен нақты қалалық аумақтардағы шектеулер

GB 50007-2011 стандарты құрылыс ғимараттарын қорғау үшін қазықтардың ауытқуына 1% шекті мән орнатады, бірақ қалалардың бұл ережеге қатал түрде бағынуы практикада мүмкін емес. Мысалы, Шанхай сияқты орындарда тығыз жер асты инфрақұрылымы, барлық жерге созылған жасырын коммуникациялар және түзу қазу жолдарына қолайсыз қабатталған топырақ қабаттары тұрақты қиындықтар туғызады. Кейбір ескі аудандар вибрацияға сезімтал болғандықтан, қазу кезінде 2,5% дейінгі ауытқуға рұқсат алуы қажет, бұл нормативтік құжаттарда белгіленген шектен едәуір асады. Сапа бақылау тобы бұл күрделілікті шешу үшін қазу қондырғыларына нақты уақытта бақылау жүйелерін орнатады. Бұл құрылғылар тұрақты түрде бағытты бақылайды және көрсеткіштер 0,8% ауытқуға жақындасқан кезде автоматты түрде қысым мен айналу параметрлерін реттейді, нәтижесінде ішкі қауіпсіздік маржасы қалыптасады. Жұмыстар аяқталғаннан кейін инженерлер әрбір қазықтың қанша ауытқығанын көрсететін детальдық жазбалар құру үшін LiDAR сканерлеуін жүргізеді. Бұл реттеуші органдарға тексеруге болатын нақты деректер береді, сонымен қатар кейбір алаңдарда ережелердің бұзылуының себептерін — мысалы, метрополитен сызығының жанында орналасу немесе су кестесінің ерекше ерекшеліктері сияқты факторларды — түсіндіреді. Практикада бұл технология мен икемділіктің қосындысы қалалық жағдайлар құрылыс бригадаларын тар орындарда жұмыс істеуге мәжбүрлеген кезде де ғимараттардың қауіпсіздігін қамтамасыз етеді.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Үлкен диаметрлі негізгі бұрғылау кезінде саңылау ауытқуының себептері қандай?

Саңылау ауытқуы негізінен топырақ қабаттарының біркелкі еместігі мен анизотропты жыныстардың реакциясына байланысты, олар бұрғылау құралын тік төмен емес, бүйірге ығысады.

Саңылау ауытқуы құрылымдық тұрақтылыққа қалай әсер етеді?

Ауытқу тіреуіштің эксцентриситетіне, дифференциалды отыруға және бүйірлік күштердің қайта таратылуына әкелуі мүмкін, бұл көтерілетін жүктің азаюына және құрылымдық қосылыстардың әлсіреуіне себеп болады.

Саңылау ауытқуын түзетуге көмектесетін қандай технологиялар бар?

Электрондық инклинометрлер, гироскоптық сенсорлар және гидравликалық стабилизаторлар саңылау ауытқуларын нақты уақытта бақылауға және түзетуге көмектеседі.

Бұрғылау жіптің және бұрғылау құралының конструкциясы ауытқуды реттеуге қалай көмектеседі?

Бұрғылау жіптің қаттылығы мен салмағының оптимизациясын жасау және қажетті бұрғылау құралының геометриясын таңдау айналдырушы моментті дұрыс өңдеуге және мақсатты бағыттауға мүмкіндік береді, сондықтан ауытқуды қатты төмендетуге болады.