Принцип горизонтального бурения

Горизонтальное бурение

Возникают моменты, когда нужно проложить коммуникации, но обычным способом этого сделать нельзя. Выкопать обычную траншею мешают различные обстоятельства: на пути располагаются какие-либо сооружения, дороги или водоем. Здесь уместно будет вспомнить про ГНБ — горизонтально-направленное бурение.

Это метод, когда необходимо проложить определенные коммуникации, не нарушая целостности поверхностного слоя земли, путем направленного бурения скважин под землей в горизонтальном направлении с дальнейшим прокладыванием в них труб. Такая технология имеет все преимущества в условиях тесного проживания людей, когда необходимо оставить нетронутым ландшафт или нанести минимальный урон местам проживания людей. О всех этапах ГНБ и их кратком описании вы сможете узнать далее.

Общее описание технологий

Процесс ГНБ делится на три этапа:

1. Бурение пилотной скважины малого диаметра в заданном направлении;
2. Расширение скважины до требуемых размеров для установки трубопровода;
3. Прокладывание трубопровода.

Как происходит горизонтально направленное бурение

Рекомендованная услуга — Медно-графитовая смазка . Используется для защиты и герметизации резьбовых соединений.

Машины и рабочее оборудование

Оборудование, используемое для прокладки коммуникаций методом ГНБ, разделяется:

• Машины для совершения горизонтального бурения;
• Системы локации, применяемые для координации позиционирования буровой головки;
• Вспомогательные инструменты для ГНБ установок.

Машины для ГНБ

Все работы проводятся дорогостоящими профессиональными комплексами. Машины могут иметь разную конфигурацию, но основные части у них общие:

• Рама;
• Дизельный двигатель (ДВС);
• Силовая часть (гидронасосы распределители).

По классу машины разделяются на мини, миди и макси. Где мини – самые простые облегченные малотоннажные установки. Такая машина обладает небольшими размерами, и применяется при работе с трубами малого диаметра и ограниченной длиной трассы.

Более крупные буровые установки характеризуются средними и максимальными диаметрами труб и увеличиной длиной бурения. Также нужно обращать внимание на величину расхода буровой смеси и допустимый радиус изгиба буровых штанг, который является критерием способности изменять траекторию бурения во время работы ГНБ установки.

Навигация для ГНБ

Так как во время бурения головка находится в невидимой зоне, то контролировать процесс помогает система локации. Она состоит из излучателя, расположенного в буровой головке, и принимающего локатора, который выдает полученную информацию на дисплей, для визуального мониторинга траектории бурения и своевременного реагирования на возможные преграды.

Вспомогательные инструменты

К ним относятся: буровой инструмент ГНБ, вертлюги, серьги, фиксаторы для протяжки ПВХ обсадных элементов трубопровода. Также насосы для выкачивания буровых растворов, электрогенераторы, расширители и переходники.

Поэтапное выполнение

Подготовительные работы

До начала работ проводится обследование трассы: исследуется грунт, свойства и его состав, расположение возможных коммуникаций. Делаются расчеты по навигации и оформляется нормативно-техническая документация на исполнение работ. При необходимости зондируются сложные участки будущей трассы на предмет пересечения с имеющимися подземными инженерными коммуникациями. В результате разрабатывается оптимальная траектория бурения. Уделяется пристальное внимание технике безопасности работников буровой машины и людей, которые могут оказаться поблизости.

На подготовительном этапе формируется площадка, на которой будет располагаться буровая установка, производятся земельные работы. Ее размеры и положение зависят от габаритов бурового комплекса, диаметра и глубины залегания скважины, ее протяженности.

Пилотная скважина

Когда подготовительные работы закончены, можно начинать построение пилотной скважины. Это основной этап в разработке, от которого зависит достижение конечной цели.

Перемещение буровой головки контролируется при помощи локатора, принимающего сигнал от излучателя, расположенного в ней. Информация о нахождении бура передается на монитор оператора буровой машины, по которой определяется соответствие заданной траектории маршрута бурения. По окончании построения пилотной скважины, буровая головка выходит на поверхность или на финишную проектную точку.

Расширение бурового отверстия

Далее следует этап расширения пилотной скважины. Буровая головка заменяется на другой тип насадок для горизонтального бурения — риммер. Конструктивный элемент, представляющий собой лопасти, закрепленные на одной оси, с режущими зубцами, который вращаясь и двигаясь в обратном направлении, увеличивает диаметр скважины. Если необходим большой размер отверстия, таких челночных проходов может быть несколько, с последовательной заменой риммеров, до достижения нужного диаметра.

Прокладывание трубопровода

На обратной от буровой машины стороне к последнему риммеру, при помощи вертлюга, гасящему вращательное движение буровых штанг, и скоб, прикрепляют элементы трубопровода и прокладывают в скважину.

После завершения строительства трубопровода, исполнитель сдает заказчику отчетную документацию, где указывается действительное положение трубопровода, с обозначениями координат местности.

Плюсы и минусы технологии

• Тип почвы, ландшафт и его строение, присутствие водоемов не препятствуют процессу горизонтального бурения. Скученность городских построек, загруженность автомобильных дорог или охраняемые природные и культурные территории – такой способ прокладывания коммуникаций не навредит их состоянию;
• Меньше времени и сил тратится на получение разрешений для проведения работ, так как не нужно перекрывать движение автомобильного и железнодорожного транспорта;
• Снижаются расходы на привлечение тяжелой техники и рабочих для проведения масштабных земельных работ;
• За счет привлечения профессиональных исполнителей и высокотехнологичных установок, минимизируются сроки монтажных работ;
• Автономность буровых комплексов исключает зависимость от внешних источников питания;
• ГНБ может успешно проходить при высоком залегании грунтовых вод. На скорость и продолжительность работ они не влияют;
• Про ГНБ можно заключить, что это минимальный вред природе и человеку.

Но есть и ограничения в применении технологии ГНБ

Экономическая целесообразность. При глубине закладки труб менее 1,5 метров и отсутствии сооружений на территории работ – выгоднее прокладывать трубопровод обычным траншейным способом.

Заметно, что плюсов у технологии горизонтального бурения больше, чем минусов. Преимущества и перспективы развития очевидны. По мнению аналитиков отрасли применение комплексов бестраншейного способа прокладки коммуникаций будет увеличиваться с каждым годом.

Описание технологии горизонтально-направленного бурения

Наклонно-горизонтальное бурение – технология бурения скважин, пространственное положение которых отклоняется от вертикальной линии по любому направлению, вплоть до полного горизонтального расположения. Наклонными принято считать скважины, которые отклоняются от вертикали больше, чем на 2 градуса.

Процесс горизонтально-наклонного бурения

Наклонно-направленное бурение выполняется с помощью специальной конструкции буровой штанги и головки с гибким соединением, что позволяет изменять направление движения бура внутри грунта, в процессе работы.

1 В чём назначение и преимущество технологии ГНБ?

В промышленности наклонное бурение скважин востребовано в нефте-газовой сфере, в строительстве, также метод широко применяется для создания подземных коммуникаций.

Наклонно направленное бурение применяется для выполнения таких работ:

• Создания скважин для добычи нефти и газа;
• Бурение для добычи полезных ископаемых;
• Прокладки труб водоснабжения и канализации;
• Прокладки коммуникаций газоснабжения;
• Монтажа нефтепроводов и газопроводов;
• Обустройства кабельных магистралей.

На сегодняшний день, наклонно направленное бурение является наиболее экономичным способом создания подземных коммуникаций и выполнения любых подземных работ. Наклонно направленное бурение, в сравнении с рытьем траншей своими руками, обладает следующими преимуществами:

• Минимизация затрат времени и финансовых средств.
• Возможность прокладки коммуникаций без разрушения асфальтового покрытия.
• Бурение скважин (как нормальных, так и мини — на небольшую глубину) может осуществляться под водоемами, транспортными путями и в местах, где запрещены наземные строительные работы.
• Работы могут выполняться мини бригадой из 3-5 человек.

2 Применяемое оборудование

Оборудование для горизонтального бурения можно условно разделить на несколько видов: машина для ГНБ, локационная система для ГНБ, вспомогательные устройства – буровые вертлюги, скобы, фиксаторы.

Применение локационной системы при ГНБ

Локационная система для ГНБ. Без наличия такой системы невозможно в полной мере контролировать наклонно направленное бурение, так как в процессе работы бур находится вне зоны видимости.

Чтобы бурение не привело к непредсказуемым последствиям (разрушение существующей прокладки коммуникаций, поломка оборудования из-за подземных преград), и для того, чтобы в полной мере контролировать точность бурения скважины, используется специальная геолокационная система.

Такое устройство состоит из двух основных частей: мини зонд, который устанавливается на буровую головку, и аппарат для отслеживания его показателей. Когда осуществляется наклонно направленное бурение, этой системой управляет оператор, который считывает всю информацию, поступающую с мини зонда, и на её основе корректирует процесс бурения.

Применение мини зонда является незаменимой частью процесса ГНБ.

Буровая машина. Наклонно направленное бурение выполняется дорогостоящим профессиональным оборудованием. Промышленные машины для ГНБ имеют рамные конструкции: они состоят из кузова, двигателя, работающего на дизельном топливе, и ходовой части. В свою очередь функциональная часть имеет следующие элементы: буровой лафет, гидростанция с шлангом для подачи воды, и панель для управления процессом.

Классификация буровых установок выполняется в зависимости от граничного усилия протяжки, которое измеряется в тоннах. Помимо этого, ключевыми характеристиками любой установки являются максимально возможные диаметр и длина бурения.

Вторичными факторами, на которые необходимо обращать внимание при выборе устройства для бурения скважины и прокладки труб, являются показатели расхода бетонита (лмин), и радиус изгиба буровых штанг – он влияет на возможность изменять направление бурения по ходу работы.

Читайте также: как правильно осуществляется бурение скважин под сваи?

Также можно выделить технологию горизонтально шнекового бурения, которое выполняется с помощью достаточно простых буровых установок, состоящих из буровой головы, штанги, двигателя, и каркаса, который соединяет их в один механизм.

В сравнении с промышленными буровыми машинами, такая конструкция обладает мини размерами. К тому же она достаточно проста в управлении – после краткого вводного курса, бурение может быть выполнено своими руками кем угодно.

Буровая установка для горизонтально-наклонного бурения

Вспомогательные устройства. К этой категории относятся все элементы фиксации для прокладки ПВХ обсадных труб, переходники, расширители, насосы для откачивания излишков бетонита, электрогенераторы, системы освещения и инструмент устранения аварийных ситуаций.
к меню ↑

3 Этапы работ

Перед тем как начать бурение горизонтальных скважин необходимо выполнить следующие подготовительные работы:

1. Уточняется расположение подземных коммуникаций, которые расположены в пределах участка, где будет выполняться ГНБ. Места существующих коммуникаций – трубопроводы, кабельные линии, должны быть отмечены опознавательными знаками.
2. Исходя из особенностей грунта, и других важных факторов, выбирается оптимальная трасса прокладки.
3. Подготавливается площадка для буровой установки (уравнение грунта, создание освещения), и пути подъезда к ней.
4. Буровая машина занимает исходную позицию, на площадку доставляется необходимое количество бентонита (раствора для укрепления скважины), и буровых штанг.

Выполняется бурение пилотной скважины (мини тоннеля, диаметром до 100 мм). Изначально процесс бурения наклонных и горизонтальных скважин начинается под углом в 10-20 градусов, который, в процессе выхода на заданную глубину, корректируется к нужным показателям.

В процессе ГНБ изменение движения бура возможно во всех плоскостях. Чем ближе бурильная головка находится к точке выхода, тем сильнее бур направляется вверх, для того чтобы на выходе из грунта скважина получила необходимый угол.

Схематическое изображение траектории выработки при ГНБ

Технология горизонтально направленного бурения требует использования специальных устройств для мониторинга процесса, которые отслеживают местоположение бура под землей, и дают возможность точно определить глубину его заглубления в почву.

Для того чтобы расширить скважину, буровая головка своими руками заменяется на ример (специальное устройство для расширения), после чего на буровой машине включается режим обратных оборотов, и выполняется обратное движение римера, по направлению от точки выхода скважины, до буровой установки.

Количество проходов, необходимых для выполнения расширения скважины до нужного диаметра, может колебаться от 1 до 3. Это зависит от особенностей грунта и от того, какое устройство бурения используется. Если для расширения необходимо несколько проходок, то римеры последовательно меняются на устройства большего диаметра.

Прокладка труб выполняется с применением системы вертлюг и скоб, которые подсоединяются к трубе, и выполняют функцию креплений и фиксаторов, с помощью которых происходит затягивания труб в скважину.

Для фиксации труб вертлюгом на её край монтируется специальный скважинный оголовок, к которому присоединяется буровая колонна. В мелкогабаритных скважинах, обсадка которых выполняется полимерными трубами с небольшим весом, прокладки могут выполняться своими руками, в противном случае – усилие для затягивания труб придает буровая машина.

После того как труба смонтирована нужным образом, она отсоединяется от буровой колонны, после чего процесс ГНБ можно считать законченным.

Схематическое изображение пролегания трубопровода при ГНБ

Когда все этапы бурения наклонных и горизонтальных скважин завершены — осуществляется свертывание буровой установки и уборка рабочей площадки.

Метод наклонно направленного бурения подразумевает необходимость обязательного использования бетонита. Бентонит – это специальный раствор, который применяется для укрепления стенок скважины, так как риск обвалов грунта при ГНБ достаточно большой. Также бетонит уменьшает трение бура и улучшает процесс извлечение выбуренной почвы наружу.

Бентонит во много определяет эффективность всего процесса бурения, так как раствор плохого качества, который не будет обладать необходимыми промывочными свойствами, будет являться причиной дополнительных временных затрат, необходимых для очистки скважины от грунта.

Так как в процессе ГНБ используется большое количество бентонитного раствора, на входе и выходе в скважину могут скапливаться его излишки, которые, после завершения бурения, нужно извлечь своими руками, либо откачать с помощью насоса. Все остатки бетонита необходимо утилизировать.

Существуют определенные ограничения, которые препятствуют применению ГНБ:

• Подземные препятствия могут стать причиной невозможности продолжения ГНБ;
• Ограниченный изгиб буровых штанг для ГНБ не дает возможность выполнять короткие и неглубокие изменения направления скважины (до 5 м);
• Наклонно направленное бурение не может осуществляться в монолитных скальных породах, либо в грунтах, с высокой концентрацией валунов.

Как работают локационные системы ГНБ

В прошлой статье мы рассказали об истории метода ГНБ и упомянули, что в начале 80-ых, когда метод только начинал развиваться, локационных систем отслеживания не было, и приходилось бурить «на удачу» .

В прошлой статье мы рассказали об истории метода ГНБ и упомянули, что в начале 80-ых, когда метод только начинал развиваться, локационных систем отслеживания не было, и приходилось бурить «на удачу» .

Сегодня дела обстоят по-другому. В США и странах Европы объем рынка горизонтально-направленного бурения составляет более 95% от всего рынка прокладки коммуникаций. В России метод горизонтально направленного бурения находится на стадии развития. Технология ГНБ одобрена и рекомендована Госстроем РФ для строительства подземных коммуникаций. По данным 2013 года в Российской Федерации объем работ, выполненных методом горизонтально направленного бурения составил:

• в жилищно-коммунальном хозяйстве и строительстве — 34%,
• электроэнергетике — 30%,
• прокладке инженерных коммуникаций — 23%,
• прокладке труб для транспортировки нефти и газа — 18%,
• прочее применение — 5%.

• 
• Оператор установки ГНБ

Ни одна установка горизонтального бурения не обходится без точной локационной системы, которая позволяет отслеживать процесс бурения «от» и «до». Однако у некоторых заказчиков все еще остаются опасения насчет надежности метода, так как прямого зрительного контакта с буровым оборудованием, находящимся в грунте, нет. В этой статье мы опишем алгоритм работы локационных систем при горизонтально-направленном бурении, чтобы развеять опасения.

Системы локации созданы в конце 80-ых годов с целью контроля процесса бурения, сегодня они максимально удобны для эксплуатации, и выполняют следующие функции:

• отслеживание местоположения и перемещений буровой головки;
• отслеживание температурного режима буровой головки;
• определение необходимой глубины заземления буровой головки.

• 
• Инструменты системы локации ГНБ

Каждая локационная система состоит трех ключевых элементов:

1. Зонд — это излучатель, встроенный в буровую головку. Он подает сигналы, которые принимает локатор. Зонд фиксирует положение буровой головки в грунте — глубину, угол наклона и угол поворота, а также её температуру и другие параметры.
2. Приемник — локатор ГНБ, обрабатывает поступающую от зонда информацию, преобразует в удобочитаемый формат, и выводит на дисплей. Оператор локационной установки (локаторщик) сопровождает буровую головку на всем пути и видит информацию на экране локатора. Оператор буровой машины видит эту же информацию на экране-повторителе, таким образом информация транслируется для двух экранов: оператору локационной установки(локаторщику) и оператору буровой установки.
3. Между локаторщиком и оператором установки ГНБ организуется радиосвязь при помощираций. Именно оператор локационной установки по радиосвязи подает команды оператору ГНБ. Оператор ГНБ в свою очередь выполняет его команды и корректирует движение бурового инструмента, угол наклона и угол поворота, если это необходимо. Он также видит все изменения фактического положения буровой головки на экране-повторителе.

Таким образом, установленный в буровую головку зонд передает информацию о своем местоположении, также фиксирует глубину, угол наклона и угол поворота, температуру и другие параметры. Сигнал принимается наземным локатором, после чего информация преобразуется в удобочитаемый формат и передается на два дисплея: дисплей приемника и экран-повторитель.

• 
• Локаторщик и оператор установки ГНБ за работой

Оператор локационной установки сопровождает буровую головку и видит информацию на экране локатора. Оператор буровой машины видит эту же информацию на экране-повторителе. Между локаторщиком и оператором установки ГНБ организуется радиосвязь при помощи раций. Именно локаторщик руководит процессом, он подает команды оператору ГНБ, о том какие действия тот должен выполнять (на какой угол повернуть буровую головку, бурить с вращением или задавливать штанги и т. д. ) Он оперативно корректирует направление буровой головки согласно указаниям. В случае отклонения головки от проектного направления, оператор ГНБ изменяет траекторию движения бура, минуя подземные препятствия, чтобы избежать столкновения с подземными коммуникациями: трубопроводами -газо, -водо и нефтепроводами, коллекторами, телефонными линиями и т. д. Операция бурения пилотной скважины завершается выходом буровой головки в установленном месте.

С появлением Локационных систем процесс бурения стал полностью контролируемым и безопасным. В этой статье мы рассказали о последовательности функционирования системы локации. Надеемся, что теперь Вы можете более ясно представить себе все этапы отслеживания бурения. Заметим, что отслеживание буровой головки при прокладке коммуникации не единственный геолокационный процесс в практике ГНБ: установки тепловизора используются на предыдущих этапах работы ГНБ, например, на этапе изучения почвы и геодезических работах.

На сегодняшний день существует как минимум десяток локационных систем разных фирм для ГНБ, каждая из них имеет как преимущества, так и недостатки. Если Вы хотите увидеть статью, в которой мы сравним аппараты приемников, оставляйте заявку в комментариях на Google+ , и она появится в блоге!

Метод ГНБ

Особенности метода горизонтально-направленного бурения

При использовании способа ГНБ стоимость аналогичных работ понижается в 2-3 раза. Если на ландшафте не представляется возможным проведение коммуникаций традиционным способом с рытьем траншей, применяется именно прокол в грунте.

Метод горизонтально-направленного бурения используется в различных целях:

• Прокладка трубо-, газопроводов, электрических кабелей и других коммуникаций к зданиям;
• Формирование скважин для добычи нефти и других полезных ископаемых;
• Замена устаревших коммуникаций и оборудования;
• Обустройство подземных магистралей.

Помимо востребованности технологии, ГНБ дает определенные преимущества:

• Разрушения на поверхности сводятся к минимуму (необходимо вырыть только 2 котлована);
• Для проведения работ необходима небольшая бригада из 3-5 человек;
• Оборудование для бурения мобильно, легко доставляется и устанавливается на место ведения работ.
• Метод ГНБ позволяет быстрее и дешевле оборудовать коммуникации, благодаря чему технология обрела высокую популярность повсеместно.

Общее описание технологии

При ГНБ прокладке используется буровое оборудование (подробнее о принципе работы установок ГНБ читайте в нашем блоге). Общая технология прокола сводится к следующим манипуляциям:

1. Подготавливается проектная документация с расчетами для точного горизонтального бурения в грунте;
2. Проекты согласуются с местными органами власти или владельцами участка;
3. На локации, где будет проводиться бурение, вырывается 2 котлована в месте старта работ и в месте выхода коммуникации;
4. С помощью бурового инструмента организуется прокладка нужного оборудования;
5. Завершение работ, удаление котлованов, восстановление объектов на месте их нахождения в случае необходимости.

Приведенное описание является кратким, на данный момент разработано несколько видов ГНБ работ. Применение конкретного вида горизонтального бурения проводится в зависимости от типов почвы, прокладываемых коммуникаций и других факторов.

Буровая оснастка

При технологии бурения используются различные инструменты:

• Буровая машина (Установка ГНБ). Это промышленное оборудование, работающее на дизельном топливе. Управление и передвижение осуществляется оператором. Бурение основано на функциональных частях таких машин: лафете, гидростанции, панели управления.
• Вспомогательный инструмент. Для продавливания или прокалывания почвы применяются различные инструменты: штанги, расширители, насосы, винтовые элементы с резьбой и т.д. В зависимости от типа и стадии проводимых работ бригада устанавливает на буровую машину разный инструмент.
• Система локации. При ГНБ важно соблюдать траекторию прохождения бура, точность выхода во втором котловане. Для этого на головке бура устанавливается зонд, а рабочие отслеживают передвижение инструмента с помощью локатора.
• Медно-графитовая смазка. Применяется для смазывания мест соединения буровых штанг.

Каждая часть промышленной оснастки для ГНБ выполняет важную роль, требует профессионального обращения и регулярного обслуживания.

Поэтапное выполнение ГНБ

Процесс бурения требует внимательного отношения, контроля, соблюдения технологических особенностей на каждом этапе.

Подготовительные работы

Перед прокладкой подземных коммуникаций ландшафт и оборудование необходимо подготовить:

1. Оборудование площадки для буровой машины универсального размера 10х15 м;
2. При необходимости – подготовка объездного пути для машины;
3. Установка бурильного оборудования и пилотной штанги непосредственно в месте входа в почву бура;
4. Фиксация инструмента с помощью анкеров на ровной площадке во избежание смещения или подвижности при ГНБ;
5. Регулировка инструмента по углу наклона с помощью расширителя, выравнивание головки бура для ровного входа в почву;
6. Отладка радиосвязи между членами бригады;
7. В котлованах оборудуется дополнительное отведение для бентонитовой жидкости и грунтовых вод, если их будет слишком много.

На стадии подготовки важно просчитывать местоположение уже существующих трубопроводов, чтобы не повредить их во время земляных работ. При монтаже установок для замеса бетонита и бурения необходимо выдерживать дистанцию между ними, минимальное расстояние составляет 10 м.

Перед прокалыванием следует изучить состав почвы, подбирать соответствующий инструмент для успешного прохода головки бура сквозь грунт. Всю локацию проведения работ, где установлены специальные устройства, а также в месте выхода бура, ограждают желтой предупредительной лентой.

Прокладывание трубопровода и других коммуникаций

После проведения подготовительных работ, приступают к ГНБ:

1. Прокладывается пилотная скважина с сечением 10 см;
2. Отладка оборудования, регулировка наклона головки бура на 10 – 20° относительно линии горизонта;
3. Прохождение бура с проверкой траектории через каждые 3 м и корректированием направленности инструмента;
4. Расширение пилотное скважины: первоначальный инструмент вынимается из прокола, заменяется на расширитель;
5. Полное проведение расширителя сквозь образовавшийся канал с постоянным корректированием движения.

При ГНБ обязательно использование бурильного раствора. В функции состава входит размягчение почвы для простейшего прохода инструмента сквозь нее.

Важно учитывать возможность осыпания грунта. Для исключения нарушения технологии проведения коммуникации необходимо соединять все части труб между собой надежно, чтобы давление почвы или осыпающиеся фрагменты не нарушили их целостность.

Подберем установку для любых видов ГНБ

Мы более 10 лет работаем в сфере ГНБ и сможем подобрать оптимальную модель установки для бестраншейного бурения, полный комплект бурового инструмента и расходных материалов.

Плюсы и минусы технологии

Горизонтально-направленное бурение было изобретено еще в 1960 г. С тех пор ГНБ активно используется по всему миру благодаря особенностям технологии. Как и любая методика, ГНБ имеет свои преимущества и недостатки.