Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета 2011 №1 (26)

Подождите немного. Документ загружается.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

102

Таблица 2 – Абсолютно сухая масса годичного прироста древостоя, т/га в год

Всего:

Порода

Стволы

Корни

Ветви

Листья

без листьев с листьями

Склон восточной экспозиции

Д 1,08 0,22 0,23 2,52 1,53 4,05

Ос 0,20 0,04 0,04 0,26 0,28 0,54

Кло 0,15 0,03 0,03 0,13 0,21 0,34

Гр 0,08 0,02 0,02 0,07 0,12 0,19

Итого: 1,51 0,31 0,32 2,98 2,14 5,12

Склон западной экспозиции

Д 1,07 0,21 0,23 2,49 1,51 4,00

Ос 0,52 0,10 0,11 0,69 0,73 1,42

Гр 0,12 0,02 0,03 0,10 0,17 0,27

Ивд 0,07 0,01 0,02 0,06 0,10 0,16

Лп 0,06 0,01 0,01 0,05 0,08 0,13

Кло 0,08 0,02 0,02 0,07 0,12 0,19

Итого: 1,92 0,37 0,42 3,46 2,71 6,17

Без учета листьев основная масса прироста древостоев приходится на стволовую древесину

(порядка 70 %), значительная доля приходится на массу корневой системы и ветвей (по 15 %).

Большая масса прироста древостоя (без листьев) отмечается на с.з.э. (2,71 т/га в год), масса

прироста древостоя на с.в.э. в 1,3 раза меньше (2,14 т/га в

год). Прирост древесины (стволов, корней

и ветвей) обусловлен фотосинтетической деятельностью листьев, масса которых примерно на треть

превышает прирост древесины. На с.в.э. ежегодно образуется листьев 2,98 т/га, на с.з.э. – 3,46 т/га.

Основную массу прироста древостоев, вне зависимости от экспозиции склона, накапливают

деревья дуба и осины. Следовательно, именно

эти породы вносят максимальный вклад в

углерододепонирующую и кислородопродуцирующую функции байрачных дубрав.

Наравне с образованием прироста древостоя депонированию углерода, но на менее

продолжительный отрезок времени, способствуют подрост, подлесок, а также живой напочвенный

покров. Масса годичного прироста отмеченных в Б компонентов фитоценоза представлена в табл. 3.

Основную долю (порядка 90 %) суммарного прироста фитоценоза составляет

прирост

древостоя с учетом листовой массы. Порядка 7 % приходится на прирост живого напочвенного

покрова, 3 % – на прирост подлеска, минимальную долю (менее 1 %) составляет прирост подроста.

Для оценки потоков углерода в лесном биогеоценозе необходимы, наравне с массой

компонентов фитоценоза, сведения о массе лесной подстилки, древесного детрита и однометрового

слоя почвы. Наши исследования показали, что

масса лесной подстилки на с.в.э. составляет 2,1 т/га,

на с.з.э. – 2,3 т/га, масса однометрового слоя почвы на склонах обеих экспозиций составляет

320,0 т/га. Развитие древостоев сопровождается периодическим отмиранием отдельных деревьев,

образующих древесный детрит, при этом основная его масса приходится на сухостой осины.

Ежегодно на с.в.

э. образуется древесного детриты 0,14 т/га, на с.з.э. – 0,11 т/га.

Углерододепонирующая функция лесных биогеоценозов заключается в накоплении углерода

в различных его компонентах. Масса углерода, связанная в годичном приросте фитоценоза,

представлена в таблице 3, в соответствии с соотношением компонентов фитомассы (без учета

листьев). Из представленных результатов следует, что больший запас

углерода (1,37 т/га в год)

отмечается на с.з.э. На с.в.э. эта величина значительно меньше (1,06 т/га в год). В листовой массе

древостоя ежегодно накапливается углерода 1,34 т/га на с.в.э. и 1,56 т/га на с.з.э.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

103

Таблица 3 – Показатели годового стока углерода, поглощения углекислого газа и выделения

кислорода в фитоценозах байрачных дубрав, т/га в год

Склон восточной экспозиции Склон западной экспозиции Компоненты

фитоценоза

М С СО

Древостой без учета

листовой массы

2,14

1,06

3,82

2,96

2,71

1,37

4,91

3,81

Листья деревьев 2,98 1,34 5,36 4,17 3,46 1,56 6,23 4,84

Подрост 0,05 0,02 0,09 0,07 0,07 0,03 0,12 0,10

Подлесок 0,21 0,10 0,38 0,29 0,39 0,19 0,70 0,55

Живой напочвенный

покров

0,40 0,18 0,72 0,56 0,10 0,04 0,18 0,14

Итого 5,78 2,70 10,37 8,05 6,73 3,19 12,14 9,44

Примечания. М – абсолютно сухая масса годичного прироста; С – количество

депонированного углерода; СО

– количество поглощенного углекислого газа; О

– количество

выделенного кислорода.

В приросте нижних ярусов фитоценоза ежегодно накапливается углерода 0,30 т/га на с.в.э. и

0,26 т/га на с.з.э. При опадении листьев в лесную подстилку ежегодно поступает углерода 1,34 т/га

на с.в.э. и 1,56 т/га – западной. В древесном детрите ежегодно накапливается углерода

на с.в.э.

0,07 т/га, и 0,05 т/га – с.з.э. Суммарное накопление углерода в годичном приросте всех

компонентов фитоценоза БД (древостой без учета веса листьев, подлесок, подрост, живой

напочвенный покров) на с.в.э. составляет 1,36 т/га в год, а на с.з.э. – 1,63 т/га в год.

С учетом

древесного детрита и лесной подстилки ежегодное накопление углерода в биогеоценозах БД на

с.в.э. составляет 2,77 т/га, на с.з.э. – 3,24 т/га.

По данным табл. 3 можно отметить, что годичное накопление углерода в приросте древостоя

без учета листовой массы составляет около 40 % от суммарного поступления углерода в фитоценоз.

Следует

отметить, что срок существования древесного прироста достаточно высок (исчисляется

периодом жизни древесных пород плюс продолжительность перегнивания древесины), что

обусловливает длительное депонирования углерода – на сотни лет. Значительно больше, чем в

приросте древесины, ежегодно накапливается углерода в листовой массе – 1,34 т/га на с.в.э. и

1,56 т/га – с.з.э. Срок

жизни листовой массы равен одному году, после чего она переходит в лесную

подстилку. Лесная подстилка разлагается в течение 3 – 4 лет, после чего связанный ею углерод

переходит в почвенный гумус. Более длительный период (порядка 10 лет) разлагается детрит осины,

в процессе чего связанный в нем углерод так же, как и углерод лесной подстилки,

переходит в

почвенный гумус.

Депонирование углерода лесными биогеоценозами связано с поглощением углекислого газа

и выделением кислорода в процессе фотосинтеза. Количество поглощенного годичным приростом

фитоценоза углекислого газа представлено в таблице 3. Ежегодно на с.в.э. при образовании

прироста древостоя (древесина и листья) поглощается 9,18 т/га углекислого газа, из которых

максимальное количество (7,29 т

/га) поглощается приростом дуба. Приростом осины поглощается

0,96 т/га в год углекислого газа, приростом прочих пород (клен остролистный и груша) – 0,93 т/га в

год. На с.з.э. приростом древостоя поглощается СО

за год 11,14 т/га, в том числе приростом дуба –

7,21 т/га, приростом осины – 2,57 т/га, приростом прочих пород (груша, ива козья, липа и клен

остролистный) – в общей сложности 1,36 т/га. Количество углекислого газа, поглощаемое нижними

ярусами фитоценоза, малозначительно (1,19 т/га в год на с.в.э. и 1,00 т/га в

год – с.з.э.). В целом

при образовании прироста фитоценозов рассматриваемых нами байрачных дубрав ежегодный сток

углекислого газа на с.в.э. составляет 10,37 т/га, на с.з.э. – 12,14 т/га. Максимальное количество СО

расходуется на образование листовой массы древостоя (порядка 50 %), около 40 % – на образование

древесины, около 10 % на образование прироста нижних ярусов фитоценоза.

Для оценки баланса углекислого газа в лесных биогеоценозах необходимо располагать

данными не только о его стоке на образование прироста фитомассы, но и об эмиссии в результате

почвенного дыхания и разложения древесного детрита.

В ходе разложения древесного детрита

ежегодно выделяется СО

на с.в.э. 0,03 т/га, с.з.э. – 0,02 т/га. В результате дыхания смытого

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

104

выщелоченного чернозема в атмосферу ежегодно выделяется 3,50 т/га углекислого газа. Суммарная

эмиссия СО

на с.в.э. составляет 3,53 т/га в год, на с.з.э.– 3,52 т/га в год.

Баланс углекислого газа представляет собой разность между его эмиссией и стоком.

Поскольку на склонах обеих экспозиций величина стока СО

на образование прироста фитомассы

превышает его эмиссию, можно сделать вывод, что БД с представленной в данной работе

продуктивностью благоприятно влияют на баланс углекислого газа. На с.в.э. ежегодно они

поглощают углекислого газа на 6,84 т/га больше, чем его выделяется в результате эмиссии, на

с.з.э. – на 8,62 т/га.

В силу большей продуктивности фитомассы более эффективно влияют на

углеродный баланс дубравы, приуроченные к с.з.э.

Образование прироста фитомассы оказывает влияние не только на углеродный баланс, но и

сопровождается выделением кислорода. Количество выделяемого при образовании прироста

фитоценозов БД кислорода представлено в табл. 3. При образовании прироста древесины на с.в.э

ежегодно выделяется 2,96 т/га кислорода, из которых максимальное количество (2,14 т/га)

выделяется приростом дуба. Приростом осины выделяется 0,38 т/га в год кислорода, прочими

породами (клен остролистный и груша) – 0,44 т/га в год. На с.з.э. при образовании прироста

древесины выделяется за год 3,81 т/га кислорода, в том числе приростом

дуба 2,12 т/га, приростом

осины – 1,03 т/га, приростом прочих пород (груша, ива козья, липа и клен остролистный) – в общей

сложности 0,66 т/га.

Более значительное количество кислорода выделяется при образовании листовой массы:

4,17 т/га в год на с.в.э. и 4,84 т/га в год – с.з.э. Количество кислорода, выделяемое

нижними

ярусами фитоценозов, малозначительно (0,92 т/га в год на с.в.э. и 0,79 т/га в год на с.з.э.). В целом

приростом фитоценозов БД на с.в.э. выделяется ежегодно 8,05 т/га кислорода, на с.з.э.– 9,44 т/га.

Следует отметить, что при оценке баланса кислорода в лесных биогеоценозах

учитывается

только древесный прирост [10] (образование древесины в древостое, подросте и подлеске).

Биомасса листьев и травяного покрова не принимается во внимание, так как в конечном итоге

выделенный ею кислород расходуется при разложении этой массы. Таким образом, за вычетом

кислорода, выделенного листьями и живым напочвенным покровом, в атмосферу поступает

ежегодно 3,32 т/га

кислорода на с.в.э. и 4,46 т/га на с.з.э.

На основании приведенных выше данных можно сделать следующие основные выводы.

Депонирование углерода байрачными дубравами Курской области тесно связано с их

биологической продуктивностью, которая в значительной степени зависит от экспозиции склонов

гидрографической сети. Склоны западной экспозиции меньше освещены, но лучше

увлажнены по

сравнению со склонами восточной экспозиции. В этой связи на с.з.э. отмечается более богатый

породный состав и большая биологическая продуктивность древостоя и подлеска, что и определяет

большее в сравнении с дубравами восточной экспозиции депонирование углерода. Суммарный

годичный прирост древостоев на с.з.э. в 1,3 раза превышает годичный

прирост древостоев,

произрастающих на с.в.э. Основную массу прироста накапливают дуб и осина. Эти породы имеют

решающее значение в углеродном балансе байрачных дубрав.

Ежегодное накопление углерода в биогеоценозах байрачных дубрав на с.в.э. составляет

2,77 т/га, на с.з.э. – 3,24 т/га. При образовании прироста фитоценозов анализируемых байрачных

дубрав ежегодный сток СО

на с.в.э. составляет 10,37 т/га, на с.з.э. – 12,14 т/га. Максимальное

количество углекислого газа расходуется на образование листовой массы древостоя (порядка 50 %),

около 40 % – на образование древесины, около 10 % – на образование прироста нижних ярусов

фитоценоза. Приростом фитоценозов байрачных дубрав на с.в.э. выделяется ежегодно 3,32 т/га

кислорода, на с.

з.э. – 4,46 т/га.

В лесных биогеоценозах эмиссия углекислого газа происходит в результате почвенного

дыхания и разложения древесного детрита. Суммарная эмиссия углекислого газа на с.в.э. составляет

3,53 т/га в год, с.з.э. – 3,52 т/га в год. Поскольку на склонах обеих экспозиций величина стока СО

на образование прироста фитомассы превышает его эмиссию, можно сделать вывод, что БД с

представленной в данной работе продуктивностью благоприятно влияют на баланс углекислого

газа. На с.в.э. ежегодно они поглощают СО

на 6,84 т/га больше, чем его выделяется в результате

эмиссии, на с.з.э. – на 8,62 т/га.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

105

Литература

1. Выводцев, В. Д. Состояние дубрав различного происхождения и пути их улучшения в условиях Курской

области / В. Д. Выводцев, М. И. Лукьянчикова // Проблемы деградации дубрав и современные системы ведения лесного

хозяйства в них : материалы научно-производственного семинара / ред. проф. М. П. Чернышова. 28 – 30 марта 2007 г.,

ВГЛТА, Воронеж. – С. 60 – 64.

2. Грошев, Б

. И. Лесотаксационный справочник / Б. И. Грошев, С. Г. Синицын, П. И. Мороз. – М. : Лесная

промышленность, 1980. – 228 с.

3. Замолодчиков, Д. Г. Определение запасов углерода по зависимым от возраста насаждений конверсионно-

объемным коэффициентам / Д. Г. Замолодчиков, А. И. Уткин, Г. Н. Коровин // Лесоведение. 1998. № 3. С. 84 – 92.

4. Исаев, А. С. Углерод в лесных

экосистемах / А. С. Исаев // Природа. 1994. № 7. С. 18 – 21.

5. Никитин, Н. И. Химия древесины и целлюлозы / Н. И. Никитин. – М. : Изд-во АН СССР, 1962. – 711 с.

6. Белов, С. В. Количественная оценка гигиенической роли леса и нормы лесов зеленых зон / С. В. Белов. –

Ленинград : Лен. НИИЛХ, 1964. – 65 с.

7. Кобак, К. И. Роль лесов

в изменении содержания углерода в атмосфере (на примере Ленинградской

области) / К. И. Кобак, Ю. А. Куреев, Р. Ф. Трейфельд // Лесное хозяйство. 1999. № 2. С. 43 – 45.

8. Комиссаров, Д. А. Об учете поглощения углекислого газа и выделения кислорода лесом / Д. А. Комиссаров //

Лесное хозяйство. 1965. № 1. С. 51 – 54.

9. Таранков, В. И. Мониторинг лесных экосистем /

В. И. Таранков ; Воронеж. гос. лесотехн. акад. – Воронеж,

2006. – 300 с.

10. Зайцев, Г. Н. Математическая статистка в экспериментальной ботанике / Г. Н. Зайцев. – М. : Наука, 1984. –

424 с.

References

1. Vyvodtsev, V. D. Condition of different origin oak groves and ways of their improvement in the conditions of

Kursk territory / V. D. Vyvodtsev, M. I. Lukiyanchikova // Problems of oak wood degradation and modern systems of forestry

running in them : materials of scientific-productive seminar / editor prof. M. P. Chernyshova. 28 – 30 of March 2007, VGLTA,

Voronezh. – P. 60 – 64.

2. Groshev, B. I. Forest-taxation reference book / B. I. Groshev, S. G. Sinitsyn, P. I. Moroz. – M. : Wood industry,

1980. – 228 p

3. Zamolodchikov, D. G. Definition of carbon stock by conversional-volumetric factors dependent from age

planting / D. G. Zamolodchikov, A. I. Utkin, G. N. Korovin // Dendrology. 1998. № 3. P. 84 – 92.

4. Isaev, A. S. Carbon in forest ecosystems / A. S. Isaev // Nature. 1994. № 7. С. 18 – 21.

5. Nikitin, N. I. Chemistry of wood and cellulose / N. I. Nikitin. – M. : Publoshed by USSR AS, 1962. – 711 p.

6. Belov, S. V. Quantitative evaluation of forest sanitary role and forests norms of green zones / S. V. Belov. –

Leningrad : Len. NIILKH, 1964. – 65 p.

7. Kobak, K. I. The role of forests in carbon content change in atmosphere (on the example of Leningrad territory) /

K. I. Kobak, Yu. A. Kureev, R. F. Treifeld // Forestry. 1999. № 2. P. 43 – 45.

8. Komissarov, D. A. On calculation of carbon dioxide absorption and oxygen emission by forest / D. A. Komissarov //

Forestry. 1965. № 1. С

. 51 – 54.

9. Tarankov, V. I. Monitoring of forest ecosytems / V. I. Tarankov; Voronezh state forest-technical academy. –

Voronezh, 2006. – 300 p.

10. Zaitsev, G. N. mathematical statistics in experimental botany / G. N. Zaitsev. – M. : Nauka, 1984. – 424 p.

УДК 622.234.14

ОПЫТ ГАЗОПЕСКОСТРУЙНОЙ ПЕРФОРАЦИИ ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ

С АНПД НА ДЕПРЕССИИ

Чурсинов С. К. *, Басов А. А.*, Тагиров О. О.

*ООО «Газпром ПХГ»

Описывается положительный опыт перфорации газовой скважины с аномально низким пластовым давлением

посредством высокоскоростных газовых струй, несущих абразивный материал. Приведены конструкции

разработанного для этих целей нестандартного технологического оборудования.

A positive experience of gas well perforation with abnormal low formation pressure by means of high speed gas streams

carrying abrasive material is described in this article. Structures of non-standard technological equipment developed for this

purpose are shown.

Ключевые слова: газопескоструйная перфорация, депрессия, АНПД.

Key words: gas-sand stream perforation, depression, ANDP.

С целью сохранения естественной проницаемости перфорационных каналов и

прискважинной зоны продуктивного пласта в процессе перфорации скважины в условиях

истощенных газовых месторождений и ПХГ разработан новый способ вскрытия пласта в газовой

среде посредством сверхзвуковых газовых струй, несущих абразивный материал [1]. При данном

способе перфорации сохраняются все положительные моменты вскрытия пласта в газовой среде

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

106

кумулятивными перфораторами и имеется возможность создавать вертикальные или

горизонтальные надрезы в пласте, как при гидропескоструйной перфорации.

Технологическая схема

Газопескоструйная перфорация осуществляется по следующей технологической схеме

(рис. 1). Выхлопные газы, вырабатываемые приводным двигателем 8 компрессора 9, направляются в

теплообменник 10. Поступившие в теплообменник выхлопные газы ДВС охлаждаются, очищаются

от сажи, влаги, масла и направляются на прием компрессоров 9. После компримирования

выхлопные газы направляют в смесительные устройства 12, куда по дозирующим насадкам 7

подается кварцевый песок из емкостей высокого давления 6. Полученную газопесчаную смесь по

НКТ прокачивают к газопескоструйному перфоратору 1, который снабжен специальными

твердосплавными насадками, обеспечивающими сверхзвуковую скорость истечения газопесчаной

смеси. Проходя через насадки перфоратора 1, газопесчаная смесь приобретает скорость,

необходимую для создания перфорационных каналов. Отработанная смесь и продукты эрозии по

кольцевому пространству скважины через герметизированное устье выносятся на дневную

поверхность. С целью управления давлением в системе «скважина – пласт» на выкидной линии из

скважины устанавливают регулируемый штуцер 2. Штуцер 2 позволяет регулировать приток газа из

пласта в процессе перфорации. Технологическая схема позволяет осуществлять перфорацию в

режиме депрессии, регулируемой в системе «скважина – пласт». Завершение процесса образования

перфорационного канала, как и при гидропескоструйной перфорации, контролируется по времени

прокачки газопесчаной смеси на одной установке. Кроме того, при газопескоструйной перфорации

легко установить наличие притока из пласта. Для этого необходимо прекратить подачу песка в

смесительное устройство, продуть скважину от песка и отключить компрессоры. Установив

характер притока, при необходимости можно замерить и дебит газа.

Рисунок 1 – Технологическая схема обвязки оборудования при газопескоструйной

перфорации скважин:

1 – перфоратор; 2 – регулируемый штуцер; 3 – устьевой герметизатор; 4 – превентор;

5 – грязевой шланг; 6 – емкости для песка; 7 – дозирующая насадка; 8 – дизель В-2; 9 – компрессор

УПК-80; 10 – блок охлаждения; 11 – агрегат ЦА-320; 12 – смесительное устройство

При завершении перфорации интервала пласта, соответствующего длине одной НКТ,

прекращают подачу песка в смесительное устройство и, продолжая подавать выхлопные газы

компрессорами, очищают НКТ и скважину от песка. Затем останавливают подачу выхлопных газов.

Под действием пружины (рис. 2) рассекатель потока 3 перфоратора возвращается в исходное

положение и перекрывает сечение НКТ. Производят спуск или подъем очередной трубы. После

окончания перфорации всего интервала пласта НКТ подвешивают на необходимой глубине,

бросают в них шар, который садится на рассекатель потока. Устье скважины оборудуют фонтанной

арматурой. Компрессором создают давление в НКТ, срезают шпильки, посредством которых

удерживается рассекатель потока в подвижном корпусе перфоратора, и шар вместе с рассекателем

потока падает на забой скважины. Скважину сдают в эксплуатацию.

Для практического осуществления газопескоструйной перфорации выполнены следующие

технические и технологические решения:

− газопескоструйный перфоратор;

− твердосплавные насадки, обеспечивающие сверхзвуковую скорость истечения

газопесчаной смеси;

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

107

− герметизатор устья скважины;

− теплообменная установка для охлаждения и очистки выхлопных газов ДВС;

− смесительное устройство для подачи песка в трубопровод высокого давления;

− методика определения технологически необходимого расхода выхлопных газов ДВС для

обеспечения сверхзвуковых скоростей истечения газопесчаной смеси из насадок перфоратора;

− стендовые исследования пробивной способности газоабразивной струи.

Рисунок 2 – Газопескоструйный перфоратор – обратный клапан:

1 – корпус; 2 – рассекатель потока; 3 – профилированная поверхность рассекателя;

4 – уплотнительные резиновые кольца; 5 – насадка сверхзвукового истечения; 6 – возвратная

пружина; 7 – срезные шпильки; 8 – резиновый протектор; 9 – заглушка; А и В – перфоратор в

исходном и рабочем положении соответственно

Технологическое оборудование

Газопескоструйный перфоратор – обратный клапан (а.с. 652316) отличается от известных

гидроперфораторов тем, что в одном устройстве совмещены два органически связанных между

собой устройства: перфоратор и обратный клапан. Уплотнительные поверхности обратного клапана

вынесены из зоны возможного воздействия эрозионного потока.

Перфоратор – обратный клапан (рис. 2) представляет собой два соосно расположенных

взаимодействующих элемента: корпус 1, снабженный насадками 5, и рассекатель потока 2 с

возвратной пружиной 6 и сальниками 4. Рассекатель потока подвижно закреплен в корпусе

посредством срезных шпилек. Конструктивные размеры перфоратора зависят от диаметров НКТ и

перфорируемых обсадных труб. Перфоратор функционирует следующим образом. Под давлением

прокачиваемых газов рассекатель потока 2 перемещается в крайнее нижнее положение, открывая

насадки. Рассекатель 2 спрофилирован таким образом, чтобы газопесчаная смесь плавно изменяла

направление движения от вертикального на горизонтальное. По мере прекращения прокачки газа

через перфоратор пружина 6 возвращает рассекатель потока в корпус 1 и перекрывает сечение

насадок 5.

С целью защиты корпуса 1 от абразивного разрушения отраженными струями перфоратор

снабжен резиновым протектором 8. Герметизатор обеспечивает надежное перекрытие кольцевого

пространства устья скважины в процессе выполнения спуско-подъемных операций при давлении на

устье до 14 МПа (рис. 3).

Герметизатор предложенной конструкции с одинаковым успехом может быть использован

для оборудования устья скважин и при проведении в скважине различных операций: гидроразрыве,

гидропескоструйной перфорации, установке и разбуривании цементных мостов и т. д.

Отличительной особенностью герметизатора является то, что размеры обоих фланцев идентичны и

соответствуют размерам верхнего фланца крестовины

фонтанной арматуры. Необходимость такого

исполнения продиктована тем, что после проведения перфорации герметизатор остается на устье

скважины в комплекте с фонтанной арматурой.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

108

Рисунок 3 – Герметизатор устья скважины:

1 – контргайка, 2 – металлический каркас; 3 – уплотнительное кольцо; 4 – уплотнитель;

5 – корпус

Рисунок 4 – Смесительное устройство для подачи песка в трубопровод высокого давления:

1 – емкость для песка; 2 – кран прямоточный; 3 – смесительная камера; 4 – уравнительная

трубка; 5 – дозировочная насадка; 6 – насадка

Два параллельно соединенных смесительных устройства для подачи песка в трубопровод

высокого давления, предусмотренные в технологической схеме газопескоструйной перфорации,

позволяют заправлять опустевшую емкость 1 смесительного устройства песком, не прерывая

процесса перфорации (рис. 4). Из емкости 1 песок подается в смесительную камеру 3 через

дозировочную насадку 5 под собственным весом. С целью обеспечения устойчивости процесса

подачи песка в емкости 1 поддерживается некоторое избыточное давление путем установки перед

смесительной камерой 3 насадки 6 и соединения напорного трубопровода с емкостью 1 посредством

обводной линии 4.

Установка для охлаждения и очистки выхлопных газов ДВС представляет собой

самостоятельный блок в мобильном исполнении, смонтированный на двухосном автомобильном

прицепе (рис. 5). Подвод выхлопных газов к блоку охлаждения и очистки осуществляется при

помощи гибких металлических рукавов 1 путем присоединения их к выхлопному коллектору ДВС.

От ДВС выхлопные газы направляют в маслоотделитель 2. В качестве маслоотделителя

используется масловлагоотделитель ВБ1-3, разработанный ВостНИИТБ. Функции фильтрующих

элементов в маслоотделителе выполняет металлическая стружка. Очищенные от масла газы

направляются в воздушный теплообменник 3, который представляет собой одну секцию серийно

выпускаемого промышленностью аппарата воздушного охлаждения АВГ-2-160. Из воздушного

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

109

теплообменника 3 выхлопные газы направляют во влагоотделитель 4, где газы очищаются от со-

держащейся в них сконденсированной влаги, а затем поступают на прием компрессоров.

Рисунок 5 – Установка для охлаждения и очистки выхлопных газов ДВС:

1 – гибкие металлические рукава; 2 – маслоотделитель; 3 – воздушный теплообменник;

4 – влагоотделитель

Исследования показали, что если температура на входе в установку выхлопных газов ДВС

составляет 280 – 400 °С, то на выходе из установки (при температуре окружающего воздуха 24 °С и

ветре 0,1 м/с) не превышает 50 °С.

Методика определения технологически необходимого расхода выхлопных газов ДВС

Минимально допустимый расход выхлопных газов ДВС и необходимое давление их

нагнетания определяют из условий обеспечения транспортировки твердой фазы во взвешенном сос-

тоянии во всех элементах циркуляционной системы и обеспечения заданной скорости истечения

газов из насадок перфоратора. При решении данных задач принят следующий методический

подход.

Определяется расход выхлопных газов для обеспечения выноса песка из зоны перфорации,

так как зона перфорации является участком с наименьшей скоростью восходящего потока.

Объясняется это тем, что скорость восходящего потока уменьшается с глубиной скважины в связи с

увеличением давления среды. Пропорционально уменьшению скорости газового потока снижается

его подъемная сила. Известно, что необходимую для выноса твердых частиц с забоя скважины на

дневную поверхность полную скорость восходящего потока u

полн

можно определить из выражения:

полн

= u

вит

+ u

изб

, (1)

где u

вит

– скорость витания твердой частицы, обеспечивающая невесомость расчетной частицы в

восходящем потоке; u

изб

– избыточная скорость потока, соответствующая фактической скорости

подъема частицы по кольцевому пространству скважины, м/с.

На основании практических данных ведения буровых работ с очисткой забоя воздухом

установлено, что избыточная скорость соответствует величине u

изб

= 5 м/с.

Скорость витания частицы определяется из следующего уравнения:

вит ф ч

ДВС

u с d

⎛⎞

−

⎜⎟

⎝⎠

, (2)

где с

– коэффициент формы расчетной частицы;

ДВС

– плотности материала расчетной частицы

и выхлопных газов ДВС в забойных условиях, кг/м

; d

– диаметр твердой частицы в восходящем

потоке, м.

Коэффициент с

зависит от формы частицы и числа Рейнольдса Re газового потока. Согласно

имеющимся экспериментальным данным, подтвержденным практикой бурения скважин с очисткой

забоя воздухом, коэффициент расчетной частицы принимаем с

= 3.

Плотность выхлопных газов ДВС в забойных условиях

ДВС

можно определить из выражения

заб

ДВС ДВС

заб заб

РТ

РТ z

ρρ

= . (3)

Здесь

ДВС

– плотность выхлопных газов ДВС в нормальных условиях, кг/м

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

110

Тогда уравнение (1) можно записать так

чзабзаб

полн ф изб

заб заб

TzP

ucd u

⎛⎞

=−+

⎜⎟

⎝⎠

. (4)

Зная технологически необходимую скорость восходящего потока в забойных условиях

кольцевого пространства скважины, определяют технологически необходимый расход

газообразного агента на забое.

ДВС полн

QuF

Величина Q

ДВС

, приведенная к нормальным условиям, составляет окончательный

технологически необходимый расход выхлопных газов

ДВС

заб

ДВС ДВС

аб заб

РТ

РТ z

. (5)

Данная технология перфорации скважины была использована на Тахта-Кугультинском

газовом месторождении с целью перфорации 146 мм обсадной колонны в интервале 260 – 265 м в

зоне залегания верхне-майкопских отложений.

Верхне-майкопские отложения на Тахта-Кугультинском месторождении представлены

низкоомными песчаниками и ранее не опробовались, так как по геофизическим материалам

характеризовались неоднозначно. В результате газопескоструйной перфорации была установлена

газоносность этих отложений.

Пластовое давление на месторождении составляло всего 1,67 МПа, т. е. изначально

пластовое давление было аномально низким.

На скважине собрали оборудование в соответствии с технологической схемой по рис. 1. В

скважину опустили газопескоструйный перфоратор – обратный клапан (рис. 2) на глубину 265 м. На

крестовине фонтанной арматуры смонтировали герметизатор устья скважины (рис. 3). Посредством

компрессоров удалили из скважины технологическую жидкость. Продолжая прокачивать

выхлопные газы посредством компрессоров, осушили скважину в течение 30 минут. После

установления стабильного процесса, не прекращая прокачивать выхлопные газы двумя

компрессорами с расходом газа ≈ 14 м

/мин, открыли дозирующую насадку 7 для подачи песка из

емкости 6 в напорную линию 5. При этом вели наблюдение за состоянием струи газа, выходящего

из скважины через выкидную линию.

По истечении 5 минут было отмечено изменение характера струи выходящих газов.

Продолжили подачу песка еще 5 минут. Затем прекратили подачу песка (закрыли дозировочную

насадку 7) и продолжили прокачку выхлопных газов для удаления песка из системы циркуляции в

течение 5 минут.

В описанной последовательности, не прекращая процесса, произвели перфорацию колонны

на глубинах 264, 263 и 262 м.

В НКТ сбросили пластмассовый шар, который сел на рассекатель перфоратора, и давлением,

созданным компрессором, срезали шпильки 7 (рис. 2) и заглушку вместе с рассекателем 2,

пружиной 6 и сброшенным в НКТ шаром опустили в зумф скважины. На устьевой герметизатор

установили фонтанную арматуру и скважину сдали для исследования.

Этой операцией была установлена работоспособность всего комплекса специального

оборудования и технологии газопескоструйной перфорации скважины с АНПД на депрессии в

газовой среде.

Литература

1. Тагиров, К. М. Вскрытие продуктивных нефтегазовых пластов с аномальными давлениями / К. М. Тагиров,

А. Н. Гноевых, А. Н. Лобкин. – М. : Недра, 1996. – 182 с.

References

1. Tagirov, K. M. Opening-out of productive oil-gas formations with abnormal pressures / K. M. Tagirov,

A. N. Gnoevykh, A. N. Lobkin. – M. : Nedra, 1996. – 182 p.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

111

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 624.04

ПРИЧИНЫ АВАРИЙ КАМЕННЫХ ЗДАНИЙ И ЭЛЕМЕНТОВ

Гутенева С. В., Гаврилова А. И.

Нарушение норм и правил технической эксплуатации каменных зданий, ошибки проектных решений,

отступления от проектов, нарушение нормативных требований при выполнении строительно-монтажных работ –

это основные причины, приводящие к авариям каменных зданий.

The violation of norms and regulations of stone building technical maintenance, mistakes of design decisions, deviation

from projects, violation of standard requirements at construction and assembly works are the main reasons leading to damage of

stone buildings.

Ключевые слова: аварии строительных конструкций, каменные здания и элементы, техническая эксплуатация зданий.

Key words: damge of building structures, stone buildings and elements, technical maintenance of buildings.

В последние годы наблюдается увеличение аварий, происходящих в каменных зданиях.

Аварии строительных конструкций зданий и сооружений наносят значительный экономический

ущерб и часто сопровождаются гибелью и ранением людей. Это, прежде всего, связывается

с нарушением норм технической эксплуатации зданий и сооружений. В литературе приводятся

данные по авариям в каменных зданиях и их элементах, связанных с нарушением правил технической

эксплуатации, на долю которых приходится примерно треть от аварий, связанных с ошибками

в проектных решениях и отступлением от проектов, с нарушением нормативных требований при

выполнении строительно-монтажных работ и низким уровнем качества строительно-монтажных

работ, с низким качеством строительных материалов, конструкций и изделий.

Анализ материалов, полученных по результатам расследования причин аварий,

зарегистрированных на территории Российской Федерации на строящихся и эксплуатируемых

объектах, позволил классифицировать их основные причины по характерным признакам.

Эти признаки определены в зависимости от установленных нарушений, а также от их влияния

на состояние здания или отдельные конструктивные элементы и приведены в порядке частоты

повторяемости. На рис. 1 приведена диаграмма, где показано примерное распределение в процентном

соотношении основных причин, приводящих к авариям в каменных зданиях, по результатам

Технического анализа причин аварий зданий и сооружений на территории Российской Федерации.

Рисунок 1 – Основные причины аварий каменных зданий

Как видно из диаграммы, на долю аварий, к которым приводят нарушения правил

технической эксплуатации зданий, а также авариям по причинам, связанным с нарушением

требований норм и отступлениями от проектов при выполнении строительно-монтажных работ,

приходится наибольшая доля (примерно около 66 % от всех аварий). Приведем основные причины и

нарушения, приводящие к авариям этих

двух групп.

Нарушение правил технической эксплуатации зданий

1. Отсутствие регулярности проведения технического осмотра зданий и их элементов.

Осмотры при эксплуатации зданий и их элементов должны проводиться не реже двух раз в год, что

далеко не всегда выполняется. Отсутствие предшествующего ремонтным работам технического

обследования конструкций зданий и сооружений.