АО «ПРИН» Бурим здесь! (The American Surveyor, Сентябрь 2009)

Бурим здесь! (The American Surveyor, Сентябрь 2009)

# История
# Проекты
# Trimble

Знания для профи

09.12.2009

Mary Jo Wagner

Резкое снижение уровня воды озера Lake Powell угрожало работе электростанции Navajo Generating Station, услугами которой пользовались миллионы клиентов. Были использованы высокие технологии в бурении новых водоводов для обеспечения непрерывности работы станции.

Когда фирма Board Longyear, лидер в проведении буровых работ, получила контракт по модернизации электростанции Navajo Generating Station (NGS), расположенной возле озера Lake Powell в штате Аризона, в её распоряжении были все основные технические средства и опыт – не хватало лишь самой малости – знания точных мест размещения буровой установки. Техническое задание предусматривало бурение пяти скважин диаметром 122 см (48") под уклоном в 53 градуса на глубину 152 метра (500 футов).

По мнению Расти Отто, бурового мастера компании Boart со штаб-квартирой г. Солт-Лейк-Сити, "наклонное бурение в сочетании с жесткими допусками на положение каждой из скважин сильно усложнили задачу определения места размещения бурового станка". По его же мнению, "без точной начальной точки и обеспечения контроля направления бурения процесс производился бы "вслепую", что вряд ли привело к положительному результату".

К счастью, при выполнении этой работы использовались современные геодезические методы, что позволило обеспечить точную пространственную привязку.

После бурения первых 9-и метров (30 футов) устанавливался стальной оголовок скважины. Для проверки положения и ориентации буровой установки г-н Йеллоувага использовал функцию DR инструмента Trimble S6, установленного на крыше насосной станции. Фотография сделана во время установки оголовка. Слева от бурового станка на крыше здания виден тахеометр Trimble S6.

По словам Даррена Йеллоувага, руководителя геодезической партии и вице-президента компании Project Design Consultants (PDC, г. Финикс), занимающейся проектированием, изысканиями и строительством: "После развития сети я смог использовать тахеометр и полевой контроллер производства Trimble не только для разбивки начальных точек бурения, но и для контроля прохождения скважин на определённых заглублениях, что позволило оперативно предсказывать положение бура на глубине 500 футов (152 метра). Решение этой задачи без использования возможностей прибора Trimble S6 было бы очень проблематичным".

Г-н Отто высказался открытым текстом:"Этот многомиллионный проект без измерений, проводимых Дарреном, вообще начинать бы не стоило". И в самом деле, точные указания положений точек бурения и контроль прохождения скважин позволили обеспечить проектные положения точек выхода, и электростанция Navajo Generating Station, обеспечивающая снабжение энергией миллионов потребителей, сможет безостановочно функционировать и в будущем.

Электростанция.

Угольная тепловая электростанции Navajo Generating Station (NGS), была построена в начале 70-х годов, вырабатывает мощность 2.25 ГВт, и размещена в пяти км к северо-востоку от г. Пейдж, штат Аризона, на берегу озера Поуэлл. Станцией владеет частно-государственная компания Солт Ривер Прождект (Salt River Project, SRP), в состав которой входят компании Salt River Project Agricultural Improvement and Power District, Salt River Valley Water User’s Association и др. Электростанция обеспечивает энергией более миллиона потребителей в гг. Финикс, Таксон, а также жителей штатов Невада и Калифорния.

Электростанция построена на берегу озера для обеспечения надёжной подачи воды в контуры охлаждения трёх энергоустановок ТЭС. Выполненные по начальному проекту водозаборы находятся на отметке 230 футов (70 метров) под максимальным уровнем озера, но регулярная засуха привела к катастрофическому падению уровня воды – например, по данным 2004 г., водозаборы находились на глубине всего 100 футов (30.5 м)– дальнейшее падение уровня может привести к остановке электростанции. В 2003 году шесть компаний-совладельцев ТЭС NGS начали разрабатывать технические решения для обеспечения непрерывности работы станции в условиях постоянно падающего уровня воды.

Под руководством компании SRP был разработан проект модернизации, но его реализация оказалась весьма непростой - возникли технические вопросы и проявились некоторые особенности, вызванные местом расположения: крутой выход песчаника и жёсткие ограничения на порядок проведения строительных работ, налагаемые национальным управлением заповедниками (National Park Service, NPS). Принимая во внимание эти требования, проектировщик – компания Hatch Mott McDonald (HMM) разработала в конце 2007 г. проект модернизации ТЭС NGS, в котором предусматривалось бурение пяти новых водоводов в верхней части скалы песчаника на расстояние от насосной станции (в плане) около 85 метров, и глубже имеющихся водозаборников на 43 метра. С помощью компании PDC, осуществлявшей геодезическое обеспечение работ, Boart Longyear начали бурение первой скважины в мае 2008 г, и закончили обустройство последней в марте 2009 г.

Развитие сети.

Реализация проекта компании HMM вызвало затруднения ещё до начала собственно бурения. Для рекогносцировки SRP заказала выполнение двух съемок: батиметрической и топографической, по результатам которых планировалось построение модели рельефа и развитие геодезического основания для производства буровых работ. Однако, при составлении сводного отчёта выяснилось, что данные съёмок противоречат друг другу. Компания HMM подрядила PDC в качестве независимого эксперта для устранения ошибок, вызванных применением местных систем координат.

Г-н Йеллоувага с помощником, используя приборы Trimble R8 GNSS, решили эту задачу за один рабочий день, установив базовый приёмник ГНСС на один их опорных пунктов сети. Данные 4-х часового сеанса были загружены на Интернет-сайт национальной геодезической службы США (National Geodetic Survey) ис помощью службы OPUS было получено точное местоположение пункта. После этого были произведены определения точек сети и выяснилось, что высоты были определены с ошибкой около одного метра. Положение опорного пункта для буровых работ (на крыше насосной станции) было определено обратной засечкой, выполненной с помощью роботизированного тахеометра Trimble S6, на пункты спутниковой сети.

Развитие сетей спутниковыми методами и их сгущение традиционными (оптическими) приборами является обычным способом, применяемым PDC. Для компании Boart проведённые работы послужили примером применения технологий, позволившей осуществить точное позиционирование буровой установки.

Сотрудник компании PDC Даррен Йеллоувага использовал роботизированный тахеометр Trimble S6, призменную систему MultiTrack Target и полевой контроллер Trimble TSC. При измерениях без отражателей использовался режим DR (Direct Reflex).

Призменная система MultiTrack Target использовалась для выноса в натуру главной контрольной точки и определения ее координат методом обратной засечкой. Эта призменная система позволила г-ну Йеллоувага выбирать режим слежения: активный или пассивный (единственное известное на рынке предложение).

Г-н Йеллоувага установил роботизированный тахеометр Trimble S6 на мачте буровой установки и выполняет измерения положения скважины.

Буровые работы.

После развития основной сети г-н Йеллоувага выполнил её сгущение для обеспечения привязки точек, непосредственно используемых для бурения пяти скважин. Поскольку скважины по проекту проходят под насосной станцией, один из пунктов был размещён непосредственно на её крыше, что обеспечило удобство проведения работ.

Следующий непростой задачей было обеспечение ориентирования буровой установки. По словам г-на Йеллоувага, "из-за расположения массива песчаника новые скважины следовало бурить, руководствуясь очень точными координатами устья скважины и углами её наклона, и вынуждены были управлять 63-тонной установкой постоянно контролируя её пространственное положение".

Для позиционирования буровой установки г-н Йеллоувага внес данные проекта, предоставленного компанией HMM, в полевой контроллер Trimble TSC2 и, опираясь на развитую ранее сеть, вынес в натуру точку, которая в плане находится посередине между устьем скважины и её выходом (эта точка находится на крыше насосной станции). Отцентрировав на ней тахеометр Trimble S6, он ориентировал его и ввёл команду наведения на устье скважины - тахеометр автоматически выставился в створ проектируемой скважины.

Используя безотражательный (DR) метод дальномера Trimble S6, г-н Йеллоувага произвёл определение положений двух точек на оси мачты буровой установки - одну возле кабины, а вторую - в верхней части мачты, что позволило определить элементы приведения.

Имеющимся набор измерений позволил приступить к собственно выводу буровой в проектную точку - г-н Йеллоувага указывал оператору направление перемещения,"загоняя" ось буровой на перекрестие сетки нитей тахеометра.

После установки буровой в нужную точку производился наклон мачты на проектный угол, что обеспечивало работу 9-и тонной ударной бабы диаметром 1 метр. Для контроля угла наклона специалисты компании Boart изготовили небольшое уголковое приспособление, закрепили призму по его центру и присоединили приспособление к бабе соосно. После чего баба поднималась и опускалась в крайние положения, что позволило определить координаты устья скважины и элементы ориентации мачты. Поскольку тахеометр Trimble S6 в сочетании с полевым контроллером TSC2 позволяет производить определения в реальном масштабе времени, г-н Йеллоувага производил повторные измерения и указывал оператору направление перемещения. После вывода буровой на проектное положение было произведено повторное определение, подтвердившее правильность позиционирования.

Г-н Йеллоувага подчёркивает, что управление перемещением установки без возможностей, предоставляемых роботизированным тахеометром, было бы намного более сложным: "S6 автоматически отслеживает цели, причём очень быстро. Производить эту операцию в таком темпе вручную практически невозможно. Без использования этого режима работа заняла бы большее время и наверняка производилась бы с грубыми ошибками".

Приспособления для крепления призм, изготовленные специалистами компании Boart Longyear. Призма, показанная слева, закреплялась на ударной бабе. Измерения, производимые в её верхнем и нижнем положениях, позволяли определить наклон мачты буровой установки. Приспособление, показанное справа, опускалось в скважину и позволяло проконтролировать её положение .

Призма, закреплённая соосно с бабой, позволила определять углы ориентации мачты буровой установки.

Приспособление с призмой опускалось с помощью троса и позволяло определить углы ориентации скважины по измерениям по призме в верхнем и нижнем положениях приспособления.

Буровые работы и сканирование.

Поскольку проектное задание предусматривало исполнение пяти скважин, немаловажную роль играл применяемый способ бурения. Изначально специалисты Boart планировали бурение скважин диаметром 48 дюймов (122 см) за один проход, и положение скважины контролировалось с помощью прибора GyroSmart (инерциальная система, предназначенная для исполнительной съёмки скважин - прим. перев). В дополнение к этому прибору г-н Йеллоувага отсканировал первые 30 метров скважины с помощью инструмента Trimble VX Spatial Station и построил трёхмерную модель скважины.

Сканер был установлен в мачте буровой установки, и производил набор 12000 точек около двух часов. Отдел камеральной обработки компании PDC использовал программное обеспечение Trimble Realworks Survey для обработки массива собранных данных и предоставил компании Boart трехмерную модель скважины, построенную из полутораметровых сегментов, положение которых определялось с точностью 3 мм. Основываясь на этих данных, инженеры Boart пересмотрели начальный подход и приняли решение производить бурение в два этапа: на первом бурили скважину малого диаметра, а затем расширяли её до проектной величины (122 см).

После прохода первых десяти метров скважины устанавливалось стальное оголовье, положение которого контролировалось с помощью тахеометра Trimble S6. С крыши насосной станции г-н Йеллоувага мог наблюдать верхние 5 метров трубы, и использовал для измерений безотражательный режим. По результатам измерений производились необходимые изменения положения конструкции. В оголовье затем устанавливалась труба меньшего диаметра, и контроль положения скважины производился по измерениям, выполняемым с точки, размещённой внутри мачты буровой установки.

Для упрощения и ускорения измерений специалисты Boart изготовили приспособление круглой формы с роликовыми направляющими, погружаемое в скважину на тросе. На оси приспособления была закреплена призма. Г-н Йеллоувага установил тахеометр на мачте буровой установки, ориентировал прибор на пункт, размещённый на крыше насосной станции, и определял координаты призмы, находящейся на 10 метров ниже. С помощью полевого контроллера TSC2 он записал полученные результаты и спроектировал их на глубину 500 футов (152 метра -проектная глубина скважины) для подтверждения правильности выполнения проекта. Анализ точности определений позволил утверждать то, что точка выхода скважины будет соответствовать проектной с уклонением не более одного метра — результат, недостижимый без применения высокоточных измерительных инструментов.

По словам г-на Йеллоувага,"объём расчётов, которые мне следовало произвести, был весьма велик, и мне очень пригодились точность и скорость вычислений программного обеспечения контроллера TSC2. С помощью этого прибора и его программного обеспечения обработка измерений и производилась за несколько секунд, и я мог контролировать положение скважины в реальном масштабе времени. Применение безотражательного режима позволило обойтись минимальным количеством призм и увеличить безопасность проведения работ".

Г-н Отто положительно оценивает примененные геодезические методы и инструменты:"мы полностью полагались на измерения, проводимые Дарреном, и они нас не подвели". Современные методы позволили компании Boart осуществить успешное выполнение проекта.

Примечание г-на Йеллоувага:"от имени компании PDC выражаю особую признательность компании Boart за то, что они привлекли нас к этому проекту, а также за всемерную помощь и поддержку в течение его выполнения. Надеемся на продолжение взаимовыгодного сотрудничества".

На фотографии показан процесс опускания оголовья.

Угольная тепловая электростанции Navajo Generating Station была построена в начале 70-х годов, вырабатывает мощность 2.25 ГВт, и размещена в пяти км к северо-востоку от г. Пейдж, штат Аризона, на берегу озера Поуэлл.

Об авторе: журналист Mary Jo Wagner проживает в Ванкувере и в течение последних десяти лет освещает вопросы геопространственных технологий.

Понравилась статья?
Оцените:

Всего оценок: 0