Національний технічний університет
«Дніпровська політехніка»
Природничих наук та технологій
(факультет)
Кафедра нафтогазової інженерії та буріння
(повна назва)
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
кваліфікаційної роботи ступеню ____магістра_____
(бакалавра, магістра)
студента Літвінова Владислава Миколайовича___________________________
(ПІБ)
академічної групи 184м-19-1 ГРФ_____________________________________
(шифр)
спеціальності 184 Гірництво__________________________________________
(код і назва спеціальності)
спеціалізації _______________________________________________________
за освітньо-професійною програмою «Буріння розвідувальних та_________
експлуатаційних свердловин»__________________________________________
(офіційна назва)
на тему Розробка системи комплексного забезпечення інженерно- геологічних свердловинних вишукувань для умов промислових ділянок____
(назва за наказом ректора)
Керівники Прізвище, Оцінка за шкалою
Підпис ініціали рейтинговою інституційною
кваліфікаційної Ігнатов А.О.
роботи розділів:
Технологічний Ігнатов А.О.
Охорона праці
Екологія Савельєв Д.В.
Рецензент
Нормоконтролер Расцвєтаєв В.О.
Дніпро 2020
ЗАТВЕРДЖЕНО:
завідувач кафедри
нафтогазової інженерії та буріння
(повна назва)
________________ Коровяка Є.А.
(підпис) (прізвище, ініціали)
«_12_»___жовтня__2020 року ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу ступеня ______магістра_______
(бакалавра, магістра)
студенту Літвінову Владиславу Миколайовичу академічної групи 184м-19-1 ГРФ
(прізвище та ініціали) (шифр)
спеціальності 184 Гірництво___________________________________________
спеціалізації ________________________________________________________
за освітньо-професійною програмою «Буріння розвідувальних та___________
експлуатаційних свердловин»___________________________________________
на тему Розробка системи комплексного забезпечення інженерно-геологічних свердловинних вишукувань для умов промислових ділянок_________________
затверджену наказом ректора НТУ «Дніпровська політехніка» від 16.11.2020 р.
№ 947-с.
Розділ Зміст Термін
виконання Технологічний Розробка засадничих принципів побудови циклу
інженерно-геологічних робіт на ділянці Василів- ського НГКР. Розрахунок параметрів технології спорудження гідрогеологічних дослідних свердло- вин. Складання регламенту проведення заходів з інженерної підготовки території. Проектування системи забезпечення інженерно-геологічних і суміжних робіт та технології спорудження свер- дловин в товщах осадових порід
04.11.20 р.
Спеціальна частина роботи
Розробка ефективної системи інженерно-
геологічного випробування свердловин 26.11.20 р.
Організація та еконо- міка бурових робіт
Розробка організаційної структури виконання та
економічне обґрунтування прийнятих рішень 02.12.20 р.
Охорона праці та на- вколишнього середови- ща
Аналіз потенційних небезпек запроектованого об'єкта і можливостей негативного впливу його
на навколишнє природне середовище. 10.12.20 р.
Завдання видано __________________ ______Ігнатов А.О._____
(підпис керівника) (прізвище, ініціали)
Дата видачі ___12.10.2020 р.__
Дата подання до екзаменаційної комісії __11.12.2020 р.______________
Прийнято до виконання____________ ______Літвінов В.М.______
(підпис студента) (прізвище, ініціали)
РЕФЕРАТ
Пояснювальна записка: 92 с., 14 рис., 27 табл., 3 додатки, 56 джерел.
БУРІННЯ СВЕРДЛОВИН, РОДОВИЩЕ, ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНІ ВИШУКУВАННЯ, ЗВОРОТНА ПРОМИВКА, ПІДГОТОВКА ТЕРИТОРІЙ, КЕРН, НАБИВНА ПАЛЯ, ҐРУНТОВИЙ МАСИВ.
Сфера застосування розробки – буріння свердловин за інженерно- геологічних вишукувань та підготовки території.
Об'єкт розроблення – техніко-технологічний регламент виконання буро- вих та супутніх робіт при проведення геологічних вишукувань та інженерної підготовки території (на прикладі ділянки промислово-видобувних робіт Васи- лівського нафтогазоконденсатного родовища Сумської обл.) та проектування ефективної системи інженерно-геологічного випробування свердловин.
Мета роботи – розробка прогресивного проекту організації проведення комплексних свердловинних інженерно-геологічних досліджень породного ма- сиву, із складними літологічними властивостями, для умов промислових діля- нок нафтогазового сектору, функціонування яких пов’язане із спорудженням та експлуатацією об’єктів видобування і переробки сировини.
Новизна одержаних результатів – розроблено засадничі принципи побу- дови циклу інженерно-геологічних робіт; розраховано параметри технології спорудження гідрогеологічних дослідних свердловин; складено регламент про- ведення заходів з інженерної підготовки території; розглянуто гірничо- геологічні особливості спорудження свердловин в товщах осадових порід.
Практичні результати – створено удосконалену техніко-технологічну ме- тодику виконання робіт при проведення геологічних вишукувань та інженерної підготовки території, що базується на сучасних прогресивних промислових принципах і високих економічних показниках; розроблено основи ефективної системи інженерно-геологічного випробування свердловин.
Практична значимість кваліфікаційної роботи – підвищення геологічної інформативності і надійності виконання бурових та супутніх робіт при прове- денні вишукувань та інженерної підготовки промислових територій.
ЗМІСТ
ВСТУП... 5
Розділ 1 Вивчення геолого-географічних та технічних умов проведен- ня бурових робіт...………... 7
1.1 Короткі відомості про район виконання проектних робіт... 7
1.2 Геологічні особливості та географічне положення проектова- ної ділянки...…... 9
1.3 Програма комплексного виконання свердловинних вишуку- вань... 14
1.4 Обмежувальні і керівні гірничо-геологічні умови проведення робіт... 18
Розділ 2 Техніко-технологічна частина... 22
2.1 Розробка засадничих принципів побудови циклу інженерно- геологічних робіт на проектованій ділянці...…... 22
2.2 Побудова уточненого кореляційного плану геологічної будо- ви промислової ділянки...………... 33
2.3 Розрахунок параметрів технології спорудження гідрогеологі- чних дослідних свердловин...……... 36
2.4 Складання регламенту проведення заходів з інженерної під- готовки території...………. 48
2.5 Система забезпечення інженерно-геологічних і суміжних ро- біт... 54
2.6 Гірничо-геологічні особливості спорудження свердловин в товщах осадових порід... 58
Розділ 3 Спеціальна частина роботи – проектування ефективної сис- теми інженерно-геологічного випробування свердловин... 65
Розділ 4 Охорона праці... 70
Розділ 5 Охорона навколишнього середовища... 78
Розділ 6 Організація та економіка бурових робіт... 81
ВИСНОВКИ... 84
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ... 85
ДОДАТОК А Відомість матеріалів кваліфікаційної роботи... 90
ДОДАТОК Б Розрахунок ерліфтного водопониження дослід- ної гідрогеологічної свердловини... 91
ДОДАТОК В Відзив на кваліфікаційну роботу... 92
ВСТУП
Проведення інженерно-геологічних вишукувань має за мету вивчення природних і техногенних умов територій (ділянок) об'єктів будівництва, розро- блення прогнозів взаємодії об'єктів будівництва з навколишнім середовищем, розроблення усіх видів проектів (у тому числі інженерної підготовки територій, захисту територій і об'єктів від небезпечних процесів).
Інженерно-геологічні вишукування виконують відповідно до норм чинно- го законодавства, нормативних актів та керівних документів, які регулюють ді- яльність у відповідних сферах та на конкретній території, з дотриманням вимог цивільного захисту в області техногенної безпеки, охорони праці та навколиш- нього середовища.
Усі, без виключення, інженерні споруди в період будівництва і протягом усього терміну експлуатації повинні мати достатню міцність та стійкість при мінімальних витратах матеріалів, часу і робочої сили на їх зведення. Одночасно повинні задовольнятись вимоги відсутності негативних впливів на навколишнє середовище. Досягнуту зазначеного можна шляхом урахування місцевих при- родних, в більш широкому сенсі, інженерно-геологічних умов у районі зведен- ня і експлуатації споруд.
Інженерно-геологічні дослідження за свій основний інструментарій ма- ють процес та результати спорудження відповідних свердловин. Саме вони до- зволяють безпосередньо вивчати особливості геологічного розрізу, проводити відбір зразків ґрунту з метою визначення його складу, стану і фізико- механічних властивостей; ставити різного роду дослідні роботи у свердловинах для визначення гідрогеологічних і інших характеристик.
Окреслити основні завдання інженерно-геологічних робіт можна наступ- ним: 1) вивчення складу, будови, стану, властивостей, умов залягання та розпо- всюдження гірських порід (ґрунтів), які використовуються як основи фундаме- нтів промислових об’єктів і визначають їх поведінку при взаємодії з іншими інженерними спорудами; 2) вивчення геологічних процесів як природних, так і
техногенних (зсуви, обвали насипів, дамб, бортів кар'єрів, просідання, що за- вдають шкоди інженерним спорудам і збитків господарству; дослідження умов виникнення та протікання зазначених процесів, а також розробка рекомендацій з їх попередження, регулювання та боротьби з ними і є однією з основних за- дач); 3) інженерно-геологічне картування територій з метою вивчення просто- рового розповсюдження інженерно-геологічних умов будівництва (це дозволяє зменшити обсяги вишукувань, найбільш повно ураховувати природні умови, вибирати економічні та технічно раціональні варіанти споруд, забезпечувати високу їх стійкість і надійну експлуатацію); 4) попередження негативного впливу на навколишнє природне середовище, забезпечення екологічної безпе- ки, охорона довкілля, раціональне використання і відтворення природних ресу- рсів, у процесі прийняття управлінських рішень про провадження діяльності, яка може мати значний вплив на довкілля, з урахуванням державних, громадсь- ких та приватних інтересів.
Необхідно відзначити, що характерною особливістю вивчення гірських порід з інженерно-геологічною метою є оцінка їх здатності протидіяти механіч- ному, фізичному та іншим видам впливу. Особливою ретельністю повинні від- різнятися дослідження спрямовані на визначення водопроникності порід, їх здатності зберігати і, відповідно, змінювати свої властивості, коли вони стають об’єктом інженерної діяльності.
При проектування об’єктів промислового призначення, можна виділити декілька послідовних стадій, специфічних для різних видів будівництва, але обов’язково необхідних для забезпечення належних експлуатаційних показни- ків: вибір місця для будівництва; розробка принципових вимог і методів робіт, як під час зведення споруд, так і під час їх експлуатації; визначення заходів що- до покращення інженерно-геологічного використання місцевості.
Функціонування будь-яких промислових підприємств завдає вплив, в бі- льшості випадків негативний, на оточуюче середовище. Особливої уваги потре- бує моніторинг діяльності виробничих структур, що пов’язані із пошуком, ви- добутком, транспортуванням і зберіганням нафтогазової сировини.
Розділ 1. Вивчення геолого-географічних та технічних умов проведення бурових робіт
1.1 Короткі відомості про район виконання проектних робіт
Відповідно до результатів проведення геолого-пошукових робіт, на тери- торії нашої держави виявлено понад 300 родовищ нафти і газу [1], які зосере- джені в таких нафтогазоносних регіонах: Західному (Передкарпатський про- гин), Східному (Дніпровсько-Донецька западина) та Південному (Причорно- морська западина і акваторія Чорного та Азовського морів).
Рисунок 1.1. Оглядова карта району проектованих робіт (Дніпровсько-Донецька запа- дина - ДДЗ)
Родовища названих регіонів відрізняються геологічною будовою, умова- ми поширення та властивостями вуглеводнів [2]. Неоднаковими є і їх потенцій- ні можливості. Найбільшим за кількістю відкритих родовищ, величиною розві- даних запасів і потенційних ресурсів, обсягом видобутку вуглеводнів є Східний нафтогазоносний регіон (рис. 1.1) та його геоструктурний елемент Дніпровсь- ко-Донецька западина, яка є великою тектонічною формацією на північному сході України. В основі Дніпровсько-Донецької западини виділяють такі текто- нічні частини [3]: Центральний грабен і схили Воронезького і Українського кристалічних масивів, які виступають і бортовими ділянками западини. Між Центральним грабеном і схилами масивів існують межі у вигляді зони фунда- менту, інтенсивно зануреного в центральну область. Геологічній будові Дніп-
ровсько-Донецької западини притаманне глибоке залягання кристалічного фун- даменту з поступовим її зменшенням з півдня на північ. Потужність осадового чохла становить від 22 до 15 км, складений він утвореннями від нижнього кар- бону до четвертинних. Велика частина осадового чохла складена утвореннями карбону, які не виходять на поверхню і представлені теригенними породами.
Триас виділяється у вигляді ярко кольорових піщанистих глин, континенталь- ного походження. Нижня і велика частина середньої юри складені морськими піщано-глинистими породами. Верхня частина середньої юри представлена ко- нтинентальними породами - пісками, глинами, вуглистими породами. Верхів- кова юра складена морськими гравеліти і вапняками. Верхня крейда в підошві представлена морськими глауконітовими пісками і пісковиками, які вгору пос- тупово переходять в крейдяно-мергельної товщу. Палеоген-неоген (піски і чер- воно-бурі суглинки) знаходиться, як правило, вище горизонталей з відмітками 130 - 140 м, і ,в зв'язку з блоковою тектонікою, на деяких ділянках виходять за ці межі. Четвертинні породи (у вигляді генетичних і літологічних типів), тісно пов'язані у своєму поширенні з певними типами і формами рельєфу.
У родовищах Східного регіону зосереджена більша частина поточних ви- добувних запасів нафти і природного газу – відповідно 61,1 і 84,9%, тут форму- ється й більша частина (79,7%) видобутку вуглеводневої сировини України.
Східний нафтогазоносний регіон охоплює лівобережжя Дніпра, а в адміністра- тивному відношенні – Чернігівську, Сумську, Полтавську, Дніпропетровську, Харківську, Донецьку та Луганську області.
Серед майже 200 родовищ Дніпровсько-Донецької западини 19 відносять до великих (з видобувними запасами понад 30 млн. т умовного палива), 24 – до середніх (10 - 30 млн. т) і 139 – до малих (менше 10 млн. т умовного палива). Їх сумарні початкові розвідані запаси становлять 2,7 млрд. т умовного палива, з них вільного газу – 2262 млрд. м3 (84%), нафти – 265 млн. т (9,8%), газового конденсату – 126 млн. т (4,7%), розчиненого газу – 39 млрд. м3 (1,5%) [4].
Поклади вуглеводнів Дніпровсько-Донецької западини зосереджені пере- важно в колекторах, що характеризуються високими фільтраційно-ємнісними
властивостями та водонапірними системами, містять легкі малов’язкі нафти з низьким тиском насичення, що в комплексі зумовлює високу ефективність їх розробки [5].
За приблизними підрахунками понад 80% початкових видобувних запасів нафти Дніпровсько-Донецької западини зосереджено в 12 найбільших родови- щах, які, власне, і формують поточний нафтовидобуток, однак, більшість з них знаходяться на завершальних стадіях розробки і характеризуються постійним зменшенням видобутку нафти та високою обводненістю продукції [6]. Порів- няно великі обсяги вилучення супутньої води є негативним фактором у нафто- видобутку – вона містить у певній кількості активні хімічні речовини; її ски- дання у відкриті водоймища може призвести до негативних екологічних нас- лідків. Тому вилучену разом з нафтою воду, як правило, закачують у пласт, що потребує значних капітальних вкладень і призводить до погіршення економіч- них показників розробки (підвищення собівартості продукції, зниження рента- бельності розробки) [2].
1.2 Геологічні особливості та географічне положення проектованої ділянки
Більша частина території України належить до Східноєвропейської плат- форми, яка має давній кристалічний фундамент. У межах Східноєвропейської платформи виділяють такі тектонічні структури [7]: Український щит, Волино- Подільську плиту, Галицько-Волинську і Дніпровсько-Донецьку западини, До- нецьку складчасту область, Воронезький кристалічний масив, Причорноморсь- ку западину. На схід від Українського щита розташована Дніпровська-Донецька западина. У рельєфі на поверхні їй відповідає Придніпровська низовина. Дніп- ровсько-Донецька западина знаходиться під осадовими породами (палеозойсь- кого, мезозойського і кайнозойського періодів) на глибині до 12 км. З породами девонського і кам'яновугільного періодів пов'язані родовища нафти і газу [8].
Об’єкт проектованих робіт - Василівське нафтогазоконденсатне родови- ще (НГКР) – знаходиться в промисловій розробці з 1997 р. (дослідно- промислова експлуатація родовища проводилася з 1984 р.) [1, 9].
В адміністративному відношенні Василівське НГКР розташоване на тери- торії Роменського району Сумської області, яка розташована у північно-східній частині України. За розміром площі (23,8 тис. км2, що становить 3,9% від тери- торії держави) займає 16 місце в Україні. З півночі на південь область простяг- нулась на 200 км, із заходу на схід – на 170 км. Сусідами її на півдні і південно- му сході є Полтавська і Харківська, на заході – Чернігівська області [10]. На пі- вночі і сході протягом 498 км її межі збігаються з українсько-російським дер- жавним кордоном, де область межує з Брянською, Курською і Бєлгородською областями РФ. Відстань від Сум до столиці України – Києва – залізницею ста- новить 350 км, шосейними шляхами – 359 км.
Районний центр – місто Ромни, розташоване на відстані 25 км на північ від родовища. У межі ділянки родовища входить центральна частина території с. Василівка (населення – 623 чол.). Поблизу родовища, на відстані від 0,5 до 1,5 км, розташовані села Перекопівка (1520 чол.), Чисте (76 чол.), Братське (45 чол.) та Луценкове (3 чол.). Населені пункти зв’язані між собою мережею асфа- льтованих і ґрунтових доріг. Поблизу родовища проходить автомобільна дорога регіонального значення Київ – Суми (Н-07).
Більша частина території Сумської області знаходиться в межах Придні- провської низовини, крайня північна частина – у межах Поліської низовини, на сході і північному сході – відроги Середньо-Руської височини. В північній час- тині області переважають сірі лісові та дерново-підзолисті ґрунти, для півден- ної частини області характерні типові чорноземи, глибокі малоґумусні, серед- ньо- і легкосуглинкові та вилужені середньоґумусні чорноземи. В заплавах рі- чок переважають дернові лугові ґрунти [11].
По території Сумщини протікає 1543 річки. Всі вони належать до басейна Дніпра і здебільшого є його лівими притоками. Річкова мережа Сумської облас- ті включає одну велику річку - Десну, що протікає по межі Сумської та Черні-
гівської областей на ділянці завдовжки 37 км та 6 середніх рік – Сейм, Клевень, Сулу, Псел, Хорол і Ворсклу, загальна довжина яких у межах Сумської області 801 км. Крім того, в області налічується 1536 малих річок загальною довжиною 7182 км. У межах області розташовані 25 крупних озер, 2191 ставок та 43 водо- сховища із загальним об’ємом майже 223 млн. м3 води [12].
Клімат Сумської області помірно-континентальний. Середня річна тем- пература повітря становить + 7 - 8,5°С. Найвища температура повітря + 34 - 38°С, найнижча - 22 - 27°С. Річна середня сума опадів складає 620 - 895 мм або 105 - 145% річної норми.
Район розташування родовища в економічному відношенні є сільськогос- подарським. У зв’язку з відкриттям нафтових і газових родовищ інтенсивного розвитку набула нафтогазовидобувна промисловість [13].
Рисунок 1.2. Оглядова карта району проектування бурових робіт - Роменський район Сумської області (Василівське НГКР)
У фізико-географічному відношенні територія родовища розташована в приосьовій зоні центральної частини Дніпровсько-Донецької западини [11].
Оглядова карта розташування родовища наведена на рис. 1.2.
Рельєф району проектованих робіт представляє собою субгоризонтальну увалисту та горбисто-увалисту рівнину (рівнина ускладнена чисельними пагор- бами і розчленована річковими долинами). Абсолютні відмітки земної поверхні в районі родовища коливаються від плюс 160 м, в долинах річок, до плюс 170 м над рівнем моря.
Поруч з Василівським родовищем розташовані Рудівсько- Червонозаводське, Глинсько-Розбишівське, Липоводолинське, Компанське ро- довища, що експлуатуються ПАТ «Укрнафта» (рис. 1.3).
Рисунок 1.3. Карта-схема району розташування Василівського НГКР
Видобуток вуглеводнів на родовищі здійснює цех з видобутку нафти і га- зу № 1 (ЦВНГ-1) НГВУ «Полтаванафтогаз» [13]. Матеріально-технічна база по- стачання та ремонту розміщена на відстані 15 км в селищі Качанове. Загальна площа родовища, становить 5,63 км2.
В дослідно-промислову розробку Василівське НГКР введено свердлови- нами 8, 50. Загалом на родовищі пробурено 18 свердловин: 14 пошуково- розвідувальних і чотири експлуатаційні. Із них, ліквідовано після буріння вісім свердловин, після експлуатації – одну свердловину. Всього в результаті геоло- го-розвідувальних робіт на родовищі розкрито 11 продуктивних горизонтів у
нижньокам’яно вугільних відкладах турнейського і візейського ярусів (знизу вверх: горизонти Т, В-20в, В-19н1, В-19в, В-18н, В-18в, В-17н, В-17с, В-17в, В- 16, В-15). На базі даних комплексного вивчення геолого-промислового матеріа- лу, на Василівському родовищі виділено чотири (один нафтовий і три газокон- денсатні) об’єкти розробки:
– І - газоконденсатні поклади горизонтів Т і В-20в;
– ІІ - газоконденсатні поклади горизонтів В-17н, В-18в, В-19в, В-19н1;
– ІІІ - газоконденсатні поклади горизонтів В-15, В-16, В-17в, В-17с;
– ІV - нафтовий поклад горизонту В-18н.
Експлуатація горизонту Т (об’єкт розробки І) проводилась свердловина- ми №№ 53, 101. З горизонту видобуто 214,301млн.м3 газу та 11,497 тис. т кон- денсату. Розробка продовжується свердловиною № 101. Свердловина № 53 зна- ходиться в бездії.
Експлуатація горизонту В-17н (об’єкт розробки ІІ) проводиться свердло- виною № 6. З горизонту видобуто 386,871 млн.м3 газу та 46,622 тис. т конден- сату. Розробка продовжується свердловиною № 6.
Експлуатація горизонту В-17с (об’єкт розробки ІІІ) проводиться свердло- виною № 52, переведеною з нафтового покладу горизонту В-18н. З горизонту видобуто 0,110 млн.м3 газу та 0,033 тис. т конденсату. Розробка горизонту про- довжується свердловиною № 52.
Експлуатація горизонту В-17в (об’єкт розробки ІІІ) проводилася свердло- виною № 7, переведеною з нижчезалягаючого горизонту В-17н. З горизонту свердловиною видобуто 0,022 млн.м3 газу. Свердловина по причині обводнення знаходиться в бездії.
Експлуатація горизонту В-15 (об’єкт розробки ІІІ) проводилася свердло- винами №№ 2, 10. З горизонту видобуто 5,311 млн.м3 газу та 13,413 тис. т кон- денсату. Розробка продовжується свердловиною № 2. Свердловина № 10 знахо- диться в консервації. Разом з ІІІ об’єктом розробки (горизонти В-15, В-16, В- 17в, В-17с) видобуто 135,021 млн.м3 газу та 79,964 тис. т конденсату.
Експлуатація нафтового горизонту В-18н (об’єкт розробки ІV) не прово- дилася. Свердловина № 52 переведена на газовий поклад горизонту В-17с.
Відповідно до «Коректив технологічних показників розробки Василівсь- кого нафтогазоконденсатного родовища» передбачено подальше промислове освоєння покладів і включення до розробки нафтового горизонту В-18н [14].
1.3 Програма комплексного виконання свердловинних вишукувань
Відмітною особливістю проведення проектованих робіт на промислових ділянках Василівського НГКР є необхідність поетапного вирішення такої про- блематики: вивчення інженерно-геологічних умов спорудження нових та екс- плуатації існуючих об’єктів виробничого призначення; розробки, за необхідно- сті і на підставі отриманих даних щодо літологічних особливостей майданчику провадження робіт, заходів з інженерної підготовки територій; моніторингу ді- яльності і оцінки впливу на навколишнє середовище виконання операцій тех- нологічного циклу видобування корисної копалини; надання конкретних реко- мендацій відносно підвищення рівня надійності і безпеки функціонування означеного підприємства.
Проведення об’єктивних інженерно-геологічних та геотехнічних дослі- джень повинно здійснюватися виключно на підставі і в повній відповідності до існуючих (затверджених ДСТ) методик [15]. Від їх точного вибору і змістовно- го наповнення залежить правильність і відповідність дійсності характеристик ділянки для будівництва, а також розрахунків режиму експлуатації та захисту промислових об’єктів в умовах сучасних геодинамічних процесів.
В цілому, коло задач інженерно-геологічних досліджень надзвичайно ве- лике і укрупнено його можна окреслити наступними завданнями: обґрунтуван- ня проектування різних видів будівництва, раціоналізація експлуатації родовищ корисних копалин, екологічна оцінка провадження діяльності, здійснення різ- номанітних інженерних заходів з підготовки територій [16].
Серед основних завдань інженерно-геологічних та геодинамічних дослі-
джень містяться такі ключові: вивчення геоструктурних, геоморфологічних та гідрогеологічних умов і сучасних геологічних процесів; визначення властивос- тей гірських порід для забезпечення ефективного проектування і нормальної експлуатації різних за призначенням інженерних споруд.
Типовою програмою інженерно-геологічних досліджень передбачається вивчення розповсюдження, складу, умов залягання, походження, віку, потуж- ності, інженерно-геологічних властивостей гірських порід та підземних вод, та, окрім зазначеного, направленості сучасних геологічних і інженерно- геологічних процесів [15].
Проведення інженерно-геологічних досліджень повинно супроводжува- тися одержанням суворо об’єктивної інформації про геологічні характеристики ґрунтів, що слугує інструментарієм для оцінки місця будівництва споруди, ви- бору і розрахунків її конструкції, встановлення режиму експлуатації.
Проектування захисних заходів відбувається на підставі виявлення сучас- них геологічних процеси, що загрожують будівлям, спорудам і комунікаціям.
Отримані результати інженерно-геологічних досліджень повинні забезпе- чувати можливість кількісного прогнозування взаємодії різного роду споруд з середовищем, а саме: визначати величини просідань будівель і споруд; характе- ризувати фільтраційні втрати рідин з каналів, водосховищ, а у надзвичайних ситуаціях - трубопроводів, технологічних ємностей.
Істотною особливістю дослідження гірських порід у рамках інженерно- геологічних прийомів і методів, є оцінка їх здатності протидіяти механічному, фізичному та іншим видам впливу. При цьому визначення водопроникності по- рід, їх здатності зберігати і, відповідно, змінювати свої властивості, у тому ви- падку, коли вони стають об’єктом інженерної діяльності, є однією з основних задач.
Процес проектування спорудження тих або інших об’єктів, поділяється на низку послідовних стадій, специфічних під час різних видів будівництва за- лежно від складності спорудження і можливості використання під час проекту- вання типових конструкцій: вибір місця для будівництва; розробка принципо-
вих вимог і методів робіт як під час зведення споруд, так і під час їх експлуата- ції; визначення заходів щодо покращення інженерно-геологічного використан- ня місцевості. Для вирішення зазначених питань проводяться наступні роботи:
вивчення району проектованих робіт за архівними, фондовими та літературни- ми джерелами; інженерно-геологічна зйомка, бурові й гірничорозвідувальні ро- боти в поєднанні з геофізичними, ландшафтно-геологічними, радіаційними та іншими методами досліджень, а також дослідні польові і лабораторні роботи.
Особливим завданням інженерно-геологічних робіт є встановлення при- належності досліджуваних гірських порід до певних геологічних формацій, структурних поверхів, геолого-генетичних комплексів, інженерно-геологічних груп і більш дрібних підрозділів порід (залежно від детальності вивчення).
Важливим пунктом забезпечення надійності будівництва і експлуатації промислових об’єктів є розробка заходів, на підставі вичерпних даних інженер- но-геологічних досліджень гірського масиву, із спеціальної підготовки терито- рій шляхом покращення властивостей ґрунтів до необхідного рівня на місці їх залягання або підсилення за рахунок влаштування в них несучих або дреную- чих конструктивних елементів [17].
З метою покращення властивостей ґрунтів на місці їх залягання застосо- вують ущільнення механічне (поверхневе і глибинне) або фізичне, закріплення фізичне або хімічне. Поверхневе (пошарове) механічне ущільнення виконують трамбуванням, укочуванням, віброукочуванням або поєднанням указаних спо- собів. Глибинного ущільнення досягають армуванням товщі слабких або просі- дних ґрунтів із застосуванням ґрунтових паль, у т. ч. у свердловинах.
Фізичне ущільнення (закріплення) ґрунтів досягається зниженням рівня підземних вод, за рахунок чого відбувається самоущільнення ґрунтів [18];
впливом фізичних полів при накладанні на ґрунтовий масив електричного поля, що викликає електроосмос [19]; накладанням теплового поля, яке викликає термозакріплення [20].
Хімічне закріплення ґрунтів досягають нагнітанням у пори ґрунту цемен- тних: розчинів (цементація), бітумів (бітумізація), силікатних розчинів (силіка-
тизація), синтетичних смол (смолізація), що призводить до підвищення міцнос- ті та водонепроникності ґрунтів [21].
Для підсилення ґрунтових основ застосовують такі інженерні заходи: за- міна слабких шарів ґрунтами з більш високими характеристиками міцності та деформативності; дренування водонасичених ґрунтів дренами з природних (штучних) матеріалів; обтиснення основ тимчасовими насипами, у т.ч. з улаш- туванням водовідвідних дрен; змішування слабких ґрунтів із цементними або іншими скріплюючими розчинами; армування ґрунтових масивів конструктив- ними елементами; оконтурення основ постійними шпунтовими або пальовими стінами. Покращення будівельних властивостей ґрунтів основи шляхом арму- вання ґрунту досягають введенням вертикальних, похилих або горизонтальних армуючих елементів [17].
Для ліквідації природних і техногенних порожнин, ущільнення, закріп- лення та гідроізоляції ґрунтів і порід основ слід передбачати тампонаж гірських порід (ін'єкційні завіси) із застосуванням цементації, глинизації, смолізації, си- лікатизації, електрохімії і комплексного тампонажу (ін'єкційне нагнітання там- понажних розчинів, виготовлених з цементу, глини, суглинків, золи-винесення, шламів збагачення). Тампонаж гірських порід проектують по всій площі, кон- туру або лінійній ділянці основи. В залежності від гірничо-геологічних та гід- рогеологічних умов залягання ґрунтів і порід тампонажні завіси слід проектува- ти у поєднанні з пальовими або траншейними завісами [20].
Принципи застосування того або іншого методу інженерної підготовки території визначають при розробці відповідних заходів, в залежності від особ- ливостей об'єкта проектування, інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов будівельного майданчика та вимог до необхідних параметрів ґрунту. До складу проекту інженерної підготовки території, з метою покращення кінцевих показ- ників, необхідно також включати основні вимоги з виконання робіт.
Процеси видобування, транспортування і зберігання вуглеводневої сиро- вини пов’язані зі значними техногенними навантаженнями на довкілля і нале- жать до переліку екологічно небезпечних видів діяльності [22].
Загальновідомо наступне: терміни освоєння і експлуатації нафтогазових родовища характеризуються значною тривалістю, яка вимагає застосування си- стеми регулярних спостережень, покликаних виявляти тенденції змінювання стану довкілля. Не потребує доказу, що найуразливішим компонентом довкіл- ля, який найбільше зазнає негативного впливу з боку нафтогазовидобувної дія- льності, є поверхневі та підземні води і приповерхневі ґрунти. З огляду на ви- сунете, не викликає жодного сумніву, що процеси виробничого циклу нафтога- зовидобування потребують систематичного моніторингу стану підземних вод і ґрунтів, причому, об’єктивна оцінка зазначених факторів може бути дана на пі- дставі проведення відповідних інженерно-геологічних досліджень і насамперед їх свердловинних методів [15].
1.4 Обмежувальні і керівні гірничо-геологічні умови проведення робіт
Зважаючи на виняткову важливість, результати інженерно-геологічних досліджень мають бути достовірними і достатніми для обґрунтування констру- ктивних рішень, встановлення проектних значень і характеристик споруд, захо- дів інженерного захисту і підготовки територій та заходів щодо охорони до- вкілля. Розрахункові дані у складі результатів інженерних досліджень мають бути обґрунтовані і містити прогноз їх зміни в процесі будівництва і експлуата- ції споруд [15, 23].
Матеріали інженерно-геологічних вишукувань повинні відображати: лі- тологічну будову і властивості ґрунтів, умови залягання останніх; петрографіч- ну характеристику виділених шарів ґрунтів за генетичними типами; відомості про тектонічну будову і неотектонічні процеси; характеристику складу, стану, фізичних, фізико-механічних і хімічних властивостей основних типів ґрунтів і їх просторової мінливості; характеристику основних водоносних горизонтів (положення рівня підземних вод, поширення, умови залягання, джерела жив- лення), що впливають на умови будівництва і експлуатацію промислових об’єктів і споруд.
Наведене є об’єктивною вимогою до якості проб ґрунтів і гірських порід або підземних вод, що використовуються у відповідних регламентних дослі- дженнях.
Розробка методики проведення інженерно-геологічних вишукувань та їх невід’ємної складової – технології спорудження свердловин, повинна базувати- ся на вимогах щодо особливостей специфічних категорій ґрунтів і небезпечних геологічних і інженерно-геологічних процесів і явищ [15, 24].
У районах поширення просадових ґрунтів необхідно, окрім іншого, дода- тково встановлювати: поширення і приналежність просадових ґрунтів до пев- них геоморфологічних елементів і форм рельєфу; характер мікрорельєфу і роз- виток просадових процесів і явищ; потужність товщі просадження і її зміни за площею; особливості структури (характер вертикальних і горизонтальних мак- ропор, розташування їх по глибині і площі), текстури (шаруватість, тріщинува- тість, наявність конкрецій, скупчень гіпсу і ін.); циклічність будови просадової товщі; характеристики складу, стану і властивостей ґрунтів; фільтраційні влас- тивості просадових ґрунтів; джерела замочування; тип ґрунтових умов за просі- данням, зміни просідання за площею і глибиною; нормативні і розрахункові значення характеристик міцності і деформованості ґрунтів (виділених інженер- но-геологічних елементів) при природній вологості і у водонасиченому стані, графіки зміни відносної просадності по глибині при різних тисках, рекоменда- ції по протипросадовим заходам.
При проектуванні робіт у районах поширення ґрунтів, що набрякають, необхідно додатково встановлювати: поширення і умови залягання ґрунтів, що набрякають, їх потужність, мінеральний і літологічний склад, будову (наявність лінз і прошарків піщаного матеріалу); структурно-текстурні особливості, умови залягання покриваючих і підстиляючих ґрунтів; величину розкриття, глибину і напрям поширення усадкових тріщин, потужність зони тріщинуватості; віднос- не набрякання (вільне і під навантаженнями); вологість ґрунту після набрякан- ня; тиск набрякання; лінійну і об'ємну усадку ґрунту; вологість на межі усадки;
оцінку зміни властивостей ґрунтів, що набрякають, при будівництві і експлуа-
тації об'єктів. За необхідності слід визначати: горизонтальний тиск при набря- канні; опір зрізу після набрякання без навантаження і при заданих навантажен- нях; модуль деформації після набрякання без навантаження і під заданими на- вантаженнями; набрякання ґрунтів в розчинах, що відповідають за складом те- хногенним стокам проектованих підприємств.
Особливістю проектування робіт у районах поширення органо- мінеральних і органічних ґрунтів є необхідність додаткового встановлення:
поширення і потужності болотяних відкладень; типів торфу (низовинний, вер- ховий); різновиду заторфованих ґрунтів, їх складу і властивостей; джерел обво- днення ґрунтової товщі; місць розташування виходів джерел, наявності озер і сплавин, загальної тенденції розвитку болота (його деградацію або прогресую- че заболочування прилеглої території); для торфів і заторфованих ґрунтів - во- логості і щільності у водонасиченому стані, вмісту органічних речовин, зольно- сті, ботанічного складу (за необхідності); для мулу і сапропелів - грануломет- ричного складу, вмісту органічних речовин, карбонатів, показників фізичних властивостей, нормативних і розрахункових значень характеристик міцності і деформованості ґрунтів. Властивості органо-мінеральних і органічних ґрунтів необхідно встановлювати з урахуванням їх можливого ущільнення, осушення і інженерної підготовки території.
За істотного розповсюдження елювіальних ґрунтів, виникає необхідність додатково встановлювати: поширення, умови залягання і особливості форму- вання елювіальних ґрунтів; дані про структуру кори вивітрювання, тектонічні порушення кори, її вік; склад і властивості елювіальних ґрунтів за зонами виві- трювання і підстилаючої породи; міру активності ґрунтів до вивітрювання, су- фозійного винесення, вилуговування, набрякання і просаду.
За значного поширення техногенних ґрунтів, додатково встановлюють:
межі і умови залягання техногенних ґрунтів; спосіб формування і давність їх утворення; склад, стан і властивості техногенних ґрунтів; мінливість їх харак- теристик в просторі; наявність чужорідних включень і їх характеристики.
У районах розвитку деформаційних процесів, окрім стандартних показ-
ників, необхідно додатково встановлювати: площу і глибину захоплення схилів зсувними і обвальними процесами, типізацію проявів процесів, міру їх активно- сті і небезпеки для проектованого будівництва; кількісну характеристику чин- ників, що визначають стійкість схилів; характеристику фізико-механічних влас- тивостей ґрунтів; міру стійкості схилів в просторі і в часі в непорушених при- родних умовах, а також з урахуванням прогнозованих змін у зв'язку з господар- ським освоєнням території; прогнозовані результати непрямих наслідків, що викликаються зсувними і обвальними переміщеннями; ефективність існуючих споруджень інженерного захисту.
При оцінці зсувної небезпеки ділянки слід врахувати усі можливі варіан- ти виникнення зсувних процесів з урахуванням обводнення масиву, техноген- ного і сейсмічного навантаження, а також конструктивних особливостей існую- чих протизсувних споруд.
Означені принципи окреслюють надзвичайно високий рівень вимог до розробки і реалізації техніко-технологічних основ проектування, спорудження, дослідження і облаштування свердловин інженерно-геологічної категорії.
