Hydraulic fracturing method for strengthening soil foundations under building foundations during horizontal drilling

封面

如何引用文章

全文:

详细

The study analyzed the methods of hydraulic fracturing in horizontally oriented wells, along with techniques for strengthening soil foundations under existing building foundations using high-pressure injection (including those performed using sleeve grouting technology). The behavior of hydraulic fracturing in the soil mass was considered, which, in turn, also depends on the hydraulic fracturing pressure and the stress-strain state of the soil. A summary table was presented with formulas from domestic and foreign scientists for determining the pressure at which soil fracturing occurs. Based on the identified advantages and disadvantages of the considered soil foundation reinforcement methods, the authors proposed an alternative approach: strengthening the foundations using cementation during horizontally oriented excavation. The essence of the technology lies in the installation (using technologies that allow for trenchless horizontal drilling) of horizontal polyethylene (coiled tubing) pipes under or along the building foundation. Through these pipes, using sleeve grouting technology, a hardening solution will be injected into the soil under pressure equal to the soil fracturing pressure. This will create hydraulic fractures in the soil, thereby increasing its mechanical characteristics.

作者简介

Ya. Pronozin

Industrial University of Tyumen

I. Sugonyaev

Industrial University of Tyumen

E. Bragar

Industrial University of Tyumen

M. Kaigorodov

Industrial University of Tyumen

参考

  1. Edelman E., Aidagulov G., Brady D. Acoustic analysis as means for detecting early-stage hydraulic fracture initiation in open and notched wellbores. In: GEO-2016, 12th Middle East Geosciences Conference & Exhibition. 2016;AAPG:90254. URL: https://www.researchgate.net/publication/309293165_Acoustic_Analysis_as_Means_for_Detecting_EarlyStage_Hydraulic_Fracture_Initiation_in_Open_and_Notched_Wellbores.
  2. Al-Naimi K. M., Lee B. O., Bartko K. M., Kelkar S. K., Shaheen M., Al-Jalal Z., Johnston B. Application of a novel open hole horizontal well completion in Saudi Arabia. In: SPE Indian Oil and Gas Technical Conference and Exhibition, Mumbai, India, 4–6 March. 2008;SPE-113553-MS. http://dx.doi.org/10.2118/113553-MS
  3. Rahim Z., Al-Kanaan A., Johnston B., Wilson S., Al-Anazi H., Kalinin D. Success criteria for multistage fracturing of tight gas in Saudi Arabia. In: SPE/DGS Saudi Arabia Section Technical Symposium and Exhibition, Al-Khobar, Saudi Arabia, 15–18 May. 2011;SPE-149064-MS. http://dx.doi.org/10.2118/149064-MS
  4. Daneshy A. Horizontal-Well Fracturing: Why Is it So Different? Journal of Petrolium Technology. 2009;61(9):SPE-09090028-JPT. http://dx.doi.org/10.2118/0909-0028-JPT
  5. Lecampion B., Abbas S., Prioul R. Competition between transverse and axial hydraulic fractures in a horizontal wells. In: SPE Hydraulic Fracturing Technology Conference, 4–6 February, Woodlands, TX, USA. 2013;SPE-163848-MS. http://dx.doi.org/10.2118/163848-MS
  6. Fjaer E., Holt R. M, Horsrud P., Raaen A. M., Risnes R. (eds.) Petroleum ralated rock mechanics. 2nd edition. Netherland: Elsvier; 2008. URL: https://litbit.ru/edition/e-fjaer-rm-holt-p-horsrud-am-raaen-and-r-risnes-eds/petroleum-relatedrock-mechanics-2nd-edition.
  7. Valko P., Economides M. J. Hydraulic Fracture Mechanics. Chichester: John Wiley & Sons; 1995. URL: https://golnk.ru/ qJagz.
  8. Aidagulov G., Alekseenko O., Chang F. F., Bartko K., Cherny S., Esipov D., Kuranakov D., Lapin V. Model of hydraulic fracture initiation from the notched open hole. In: SPE Saudi Arabia Section Annual Technical Symposium and Exhibition, Al-Khobar, Saudi Arabia, 21-23 April. 2015;SPE-178027-MS. http://dx.doi.org/10.2118/178027-MS
  9. Yildizdag K., Weber F., Konietzky H. Hydraulic fracturing. Freiberg: TU Berg-akademie Freiberg, Geotechnical Institute; 2022. URL: https://tu-freiberg.de/sites/default/files/2023-11/15_Hydraulic_fracturing_3.pdf.
  10. Hossain M. M., Rahman M. K., Rahman S. S. Hydraulic fracture initiation and propagation: roles of wellbore trajectory, perforation and stress regimes. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2000;27(3–4):129–149. https://doi.org/10.1016/s0920-4105(00)00056-5
  11. Keshavarzi R. Laser perforation for hydraulic fracturing in oil and gas wells. In: 45th US Rock Mechanics / Geomechanics Symposium. San Francisco, USA: American Rock Mechanics Association; 2011. URL: https://onepetro.org/ ARMAUSRMS/proceedings-abstract/ARMA11/ARMA11/ARMA-11-115/119550?redirectedFrom=PDF.
  12. Kennedy R. L., Gupta R., Kotov S. V., Burton W. A., Knecht W. N., Ahmed U. Optimized shale resource development: proper placement of wells and hydraulic fracture stages. In: Abu Dhabi International Petroleum Conference and Exhibition, Abu Dhabi, UAE, 11 November. 2012;SPE-162534-MS. https://doi.org/10.2118/162534-MS
  13. Воробей Д. А., Майснер А. А., Семкин Д. С. Обзор установок горизонтально-направленного бурения и анализ эффективности способов управления траекторией бурения. Техника и технологии строительства. 2023;(2):26–33. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=54092743.
  14. Ермолаев В. А., Мангушев Р. А. Научно-практическое обоснование применения метода высоконапорной инъекции (манжетной технологии) на объектах Санкт-Петербурга. В сб.: Современные геотехнологии в строительстве и их научно-техническое сопровождение. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; 2014. Ч. 2. С. 9–19. URL: https://studfile.net/preview/2630314/.
  15. Исаев Б. Н., Бадеев С. Ю., Цапкова Н. Н., Лунев А. Г., Кузнецов М. В., Бадеев В. С., Логутин В. В. Способ создания в грунтовом массиве пространственных структур из твердеющего материала. Геотехника. 2012;(5):4–12. URL: https://www.geomark.ru/journals_list/zhurnal-geotekhnika-52012/.
  16. Крицкий М. Я., Сухорукова А. Ф., Лубягин А. В. Пути решения проблемы усиления грунтовых оснований объектов с учетом инженерно-геологических условий города Новосибирска. В сб.: Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий. Екатеринбург: Аква-Пресс; 2001. Т. 2. С. 727–731.
  17. Пронозин Я. А., Кайгородов М. Д. Регулирование геометрического положения зданий, в условиях сильносжимаемых грунтовых оснований. В сб.: Механика грунтов в геотехнике и фундаментостроении. Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ); 2018. С. 462–466. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35602798.
  18. Нуждин М. Л. Предупреждение неравномерных осадок фундаментной плиты с помощью высоконапорного инъецирования. В сб.: Опыт строительства и реконструкции зданий и сооружений на слабых грунтах. Архангельск: АрхГТУ; 2003. С. 119–122.
  19. Ермолаев В. А., Мацегора А. Г., Осокин А. И., Трифонова И. И., Шахтарина Т. Н. Усиление оснований и фундаментов зданий вблизи расположенной застройки при строительстве глубоких котлованов в условиях городской застройки. В сб.: Проектирование и строительство подземной части нового здания (второй сцены) Государственного академического Мариинского театра. Санкт-Петербург: СПбГАСУ; 2011. С. 146–157.
  20. Полищук А. И., Петухов А. А., Назин Д. С. Cпособ устройства инъекционной сваи. Российская Федерация. Патент № 2637002 C. 2016 г. 9 с. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=38273645.
  21. Полищук А. И. Ющубе С. В., Петухов А. А., Нуйкин С. С. Опыт усиления фундаментов здания с использованием напорнонабивных свай. В сб.: Актуальные проблемы проектирования и строительства в условиях городской застройки. Пермь: ПГТУ; 2005. Т. 1. С. 149–155.
  22. Ясько С. И., Семенов И. В., Чухряев Н. П. Способ улучшения массива лессового просадочного грунта в основании зданий и сооружений. Российская Федерация. Патент № 2331736. 2006 г. URL: https://yandex.ru/patents/doc/RU2331736C1_20080820.
  23. Абелев М. Ю., Аверин И. В., Кораблева У. А. Экспериментальные исследования эффективности метода цементации грунтов «геокомпозит» в основании зданий на насыпных песках. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015;(2):13–15. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23605455.
  24. Осипов В. И., Филимонов С. Д. Уплотнение и армирование слабых грунтов методом «Геокомпозит». Основания, фундаменты и механика грунтов. 2002;(5):15–21.
  25. Сахаров И. И., Захаров А. Е. Опыт высоконапорной инъекции в пластично-мерзлые грунты. Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2004;(8):168–171. URL: https://707.su/ciIY.
  26. Шулятьев О. А., Мозгачева О. А., Поспехов В. С. Освоение подземного пространства городов. Москва: АСВ, 2017. 510 с.
  27. Ланис А. Л. Использование метода напорной инъекции при усилении земляного полотна железных дорог: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва: Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ); 2009. 24 с. URL: https://new-disser.ru/_avtoreferats/01004372604.pdf.
  28. Крицкий М. Я., Пусков В. И., Скоркин В. Ф., Ланис А. Л. Лечение болезней земляного полотна с использованием современных технологий. В сб.: Труды международной научно-практической конференции по проблемам механики грунтов, фундаментостроению и транспортному строительству. Пермь: ПГТУ; 2004. Т. 2. С. 47–53.
  29. Фатеев Н. Т., Сергеев С. В., Карякин В. Ф., Гапон С. В., Щетинин О. В. Технология направленного гидроразрыва для создания в массиве пород ограждающих конструкций. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008;(1):260–264. URL: https://elibrary.ru/jupvnv.
  30. Степанов М. А. Взаимодействие комбинированных ленточных свайных фундаментов с предварительно опрессованным грунтовым основанием: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тюмень: Тюменская государственная архитектурно-строительная академия; 2015. 25 с. URL: https://golnk.ru/eD2Xa.
  31. Наумкина Ю. В. Усиление ленточных фундаментов с переустройством в сплошную плиту переменной жесткости с предварительным напряжением грунтового основания: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тюмень: Тюменский государственный архитектурно-строительный университет; 2013. 25 с. URL: https://viewer.rsl.ru/ru/rsl01005058567?page=1&rotate=0&theme=white.
  32. Stoker M. F. The influence of post grouting on the load bearing capacity of bored piles. In: Proceedings 8th European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Helsinki; 1983. P. 167–170. URL: https://eurekamag.com/research/020/372/020372770.php.
  33. Нуждин М. Л. Усиление грунтового основания зданий методом пакетного высоконапорного инъецирования: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь: Пермский национальный исследовательский политехнический университет; 2021. 24 с. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01010769542.
  34. Самохвалов М. А. Ашихмин О. В., Токарев А. Е., Паронко А. А. Результаты экспериментальных исследованийформирования гидроразрывов в пылевато-глинистых грунтах. Инновации и инвестиции. 2020;(3):294–297. URL: https://innovazia.ru/upload/iblock/f55/№3-2020.pdf.
  35. Самохвалов М. А., Матюков А. А., Гейдт А. В., Паронко А. А. Результаты экспериментальных исследований манжетной технологии закрепления грунтов. Инновации и инвестиции. 2018;(10):249–252. URL: https://innovazia.ru/upload/iblock/95b/№10%202018%20new.pdf.
  36. Самохвалов М. А. Ашихмин О. В., Цернант А. А. Определение состава инъекционного раствора для повышения качества закрепления грунтов по манжетной технологии. Cовременные наукоемкие технологии. 2018;(5):139–144. URL: https://top-technologies.ru/article/view?id=37005.
  37. Самохвалов М. А. Взаимодействие буроинъекционных свай, имеющих контролируемое уширение, с пылевато-глинистым грунтовым основанием: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Тюмень: Тюменский государственный архитектурно-строительный университет; 2016. 28 с. URL: https://viewer.rsl.ru/ru/rsl01006646888?page=2&rotate=0&theme=white.
  38. Ибрагимов М. Н. Усиление слабых грунтов инъекцией растворов. Вестник НИЦ «Строительство». 2019;23(4):69–80. URL: https://vestnik.cstroy.ru/jour/article/download/51/51.
  39. Ибрагимов М. Н. Вопросы проектирования и производства уплотнения грунтов инъекцией растворов по гидроразрывной технологии. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015;(2):22–27. URL: https://elibrary. ru/item.asp?id=23605458.
  40. Аббуд М. Геотехническое обоснование стабилизации осадок фундаментов с помощью инъекционного закрепления грунтов: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; 2000. 22 с. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01003208547.
  41. Богомолов В. А. Метод высоконапорной инъекции связных грунтов при устройстве и усилении оснований и фундаментов: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь: Пермский государственный технический университет; 2002. 18 с. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01003228006?ysclid=m704d17gf4667484184.
  42. Ермолаев В. А. Закрепление оснований зданий и сооружений методом гидроразрыва при неоднократном инъектировании: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СанктПетербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет; 2013. 25 с. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01005543569?ysclid=m704eow4a560690510.
  43. Ломов П. О., Ланис А. Л., Гребенников И. О. Оценка деформационных характеристик грунтовых массивов, армированных вертикальными элементами. Известия высших учебных заведений. Строительство. 2023;(3):22– 37. https://doi.org/10.32683/0536-1052-2023-771-3-22-37
  44. Кононенко Д. В., Личман А. Р., Нуждин М. Л. Лабораторные исследования формы инъекционных тел, полученных нагнетанием расширяющегося геополимера. В сб.: Актуальные проблемы современного фундаментостроения с учетом энергосберегающих технологий: сборник материалов XV Всероссийской научно-практической конференции, Пенза, 21 мая 2024 года. Пенза: Пензенский государственный университет архитектуры и строительства; 2024. С. 19–22.
  45. Ибрагимов М. Н., Семкин В. В. Закрепление грунтов инъекцией цементных растворов. Москва: АСВ; 2012.
  46. Камбефор А. Инъекция грунтов. Принципы и методы. Москва: Энергия; 1971. 333 с.
  47. Шулятьев О. А., Мозгачева О. А. Снижение осадки фундамента за счет изменения напряженнодеформированного состояния основания путем инъекции твердеющего раствора. Вестник НИЦ «Строительство». 2020;(3):121–148. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2020-3(26)-121-148
  48. Пронозин Я. А., Степанов М. А., Шуваев А. Н., Давлатов Д. Н. Взаимодействие системы усиления свайных фундаментов с предварительно опрессованным грунтовым основанием эксплуатируемого сооружения. Вестник ПНИПУ. Строительство и архитектура. 2018;9(3):42–52. https://doi.org/10.15593/2224-9826/2018.3.05
  49. Мангушев Р. А., Гарнык Л. В., Трифонова И. И. Влияние защитных геотехнических мероприятий на стабилизацию осадок аварийного здания. Вестник гражданских инженеров. 2016;(4):85–93. URL: https://www.elibrary.ru/ item.asp?id=26673483.
  50. Сахаров И. И. К вопросу об адаптации манжетной технологии для целей укрепительной инъекции оснований зданий. Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2000;(2). URL: http://georeconstruction.net/ journals/02/6/6.htm.
  51. Jaworski G. W., Seed H. B., Duncan J. M. Laboratory study of hydraulic fracturing. Journal of the Geotechnical Engineering Division. 1981;107(6):713–732. https://doi.org/10.1016/0148-9062(81)90537-4
  52. Mohd Norizam M. S., Nuzul Azam H., Helmi Zulhaidi S., Abdul Aziz A., Nadzrol Fadzil A. Literature review of the benefits and obstacle of horizontal directional drilling. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017;271:012094. https://doi.org/10.1088/1757-899X/271/1/012094
  53. Нуждин М. Л., Нуждин Л. В. Экспериментальное подтверждение возможности создания в грунтовом массиве инъекционных тел установленной формы. Известия вузов. Строительство. 2019;(10):101–112. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=41831500.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».