Горизонтально направленное бурение (ГНБ)
Когда заходит речь о применении такой технологии бестраншейной прокладки коммуникаций как ГНБ, в первую очередь приходят на ум бурение больших диаметров на гигантский расстояния. Однако, технология ГНБ также применима для коротких расстояний и трубопроводов диаметром всего несколько сантиметров. Практически любые материалы труб в особенности пластиковые трубы, но также стальные, чугунные и асбестоцементные трубы могут применяться для протяжки методом горизонтально-направленного бурения (ГНБ).
Направленное бурение это тот метод строительства который имеет наименьший отрицательный эффект на окружающую среду и природу по сравнению с открытой прокладкой. Технология горизонтально направленного бурения (ГНБ) применяется в случае, когда все другие известные методы прокладки коммуникаций невозможно либо возможно при огромных затратах. Также как и в случае других бестраншейных методов прокладки, диаметр и длина трубопровода, также как геологические и геотехнические условия играют важную роль. Буровая жидкость также играет очень важную роль при горизонтально направленном бурении. Она ответственна за поддержание разработанного грунта во взвешенном состоянии и выноса его на поверхность, охлаждения и смазки рабочего инструмента, а также для уменьшения трения при протяжке трубы. В настоящее время производится большое количество буровых установок различного размера и мощности для прокладки всего диапазона труб - различных диаметров, протяженности, материалов и функционального назначения трубопроводов.
Описание технологии ГНБ
Первым этапом прокладки трубопровода методом горизонтально направленного бурения (ГНБ) является построение пилотной скважины. Пилотная скважина выполняется путем попеременного вращения и задавливания буровых труб. Скошенная буровая головка или буровая лопатка с согнутым переходником монтируется в передней части буровой колонны. Одновременно с бурением в буровую головку по пустотелым буровым трубам подается суспензия бентонита. В случае бурение скальных пород бентонитовая суспензия также приводит в движение винтовой забойный двигатель. Так называемая надземная система навигации используются как локационная система для определения положения пилотной скважины.
Локационная система состоит из передатчика, установленного в буровой головке и ресивера – приемника, расположенного на поверхности и работающая по принципу электромагнитной эхолокациии. Любые отклонения буровой головки фиксируются локацией на поверхности и корректируются управляющими действиями оператора буровой машины. Зона действия такого типа навигации составляет всего два-три десятка метров. Для более сложных переходов с большим количеством помех создается отдельное - дополнительное магнитное поле. На больших установках ГНБ использует технологию измерения в процессе бурения (MWD) изначально пришедшую из технологии бурения вертикальных скважин на большую глубину. Передача информации о положении буровой головки в пространстве при этом передается от датчиков буровой головки на поверхность по кабелю проложенному внутри буровой колонны.
После того как пилотная скважина построена, буровой канал увеличивается в размере до необходимого диаметра за одно или несколько этапов расширения. Для расширения скважины применяется расширители (риммеры) соответствующие грунтовым условиям. Бочковые расширители для мягких грунтов, крыльчатые расширители для грунтов средней твердости и шарошечное расширители для скальных грунтов.
Расширение скважины путем проталкивания расширителя со стороны буровой установки с использованием пилотной трубы в качестве направляющей также весьма популярно. В зависимости от диаметра трубы и типа грунта иногда, с целью стабилизации скважины, процесс расширения сочетается с протягиванием калибратора того же диаметра. Продуктопровод протягивается в скважину одновременно с последним этапом расширение скважины. Прокалываемый продуктопровод соединяется с вращающимся расширителем через вертлюг, который передает тяговое усилие, но не передает вращение на трубу.
На строительной площадке со стороны буровой установки размещается сама буровая установка, гидравлическая станция, смесительная установка, установка рециркуляции, склад и котлован для сбора пульпы (шлама). Со стороны трубы размещается сваренная буровая плеть, подтянутая к точке входа, и разложенная на роликах или скользящих подкладках. Процессы бурения и протяжки трубы происходят непрерывно, без остановок, насколько это возможно. Когда прокладка трубы закончена, производится геодезическое зондирование проложенной трубы и затем выполняется заключительные работы. Строительная площадка очищается, буровое оборудование выводятся с объекта, котлован для сбора пульпы очищается и производится его обратная засыпка и выравнивание, остатки буровой жидкости зачищаются и вывозятся на свалку, вся площадка приводится в свое первоначальное состояние.
Оценка максимального тягового усилия важна для выбора наиболее подходящие буровой установки. В каждом классе буровых установок имеется различия в их конструкции. Буровая установка может быть смонтирована на гусеничном ходу с резиновыми гусеницами или на колесах или размещаться на трейлере со стальной рамой и выдвижными аутригерам. Всё это является критичным с точки зрения удобства размещения оборудования ГНБ на строительной площадке, возможности транспортировки оборудования ГНБ по весу и размерам, монтажа и демонтажа оборудования ГНБ на рабочей площадке. Для того чтобы гарантировать возможность и успешность проекта по горизонтально направленному бурению (ГНБ) производитель работ должен соблюсти базовые требования к месту производства работ. Одним из важных факторов является топография местности в зоне бестраншейного перехода, план и профиль прокладываемой коммуникации и глубина залегания грунтовых вод.
Наша работа ГНБ в Бутово
Буровой раствор
Буровой раствор это смесь воды и бентонита - природного минерала, и специальных добавок. Бентонитовая суспензия предотвращает обрушение канала вблизи режущего органа установки ГНБ, уменьшает трение буровых труб и рабочей трубы при ее протяжке, а также выполняет транспортировку разработанного грунта смешанного с бентонитовым раствором по буровому каналу. Смесь бентонитового раствора и частичек грунта – пульпа (шлам), на поверхности сепарируется и очищенный бентонитовый раствор повторно используется для бурения. Буровой раствор способен выполнять свои функции даже в проницаемых грунтах. В этом случае применяется добавки повышающие его свойства. Как правило горизонтально направленное бурение (ГНБ) в водонасыщенных грунтах не вызывает проблем, при условии что давление и расход бурового раствора строго контролируется для того чтобы избежать неконтролируемого размыва. Такие свойства грунта как наличие минеральных солей, pH грунтовой воды, могут оказывать влияние на стабильность и функциональности бурового раствора.
Вода для приготовления бурового раствора обычно берется из близлежащих водоемов или из городских гидрантов или резервуаров. Буровая жидкость должна иметь высокую несущую способность и должна предотвращать выпадение и оседания частиц грунта внутри бурового канала. Оседание грунта из бурового раствора во время его циркуляции предотвращается достижением необходимой вязкости бурового раствора. Время простоя в процессе бурения играют негативную роль, так как приводит к оседанию грунта в скважине. Многие поставщики буровых смесей утверждает, что качество буровой скважины, предотвращение разбухания грунта в скважине и уменьшение его налипания могут быть достигнуты добавлением необходимых добавок. Так или иначе, стабильность буровой скважины остается наиболее важным фактором для протяжки трубы с низким трением и без повреждения трубы. Приготовление бурового раствора для буровой установки горизонтального направленного бурения (ГНБ) производятся на смесительной установке, приводимой в движение электрическими гидравлическими моторами. Синхронная работа буровой установки комплекса ГНБ, смесительного узла и рециркуляционной установки являются критически важными; непрерывная подача свежей буровой суспензии - обязательное условия для успешного выполнения работы по горизонтальному направленному бурению (ГНБ). Размер котлована для сбора пульпы и буферной емкости также должны быть адекватными. Сухой бентонит доступен как в мешках весом 25, 50 кг также в биг-багах весом в 1 тн. Использование рециркуляции является абсолютно необходимым при горизнтально-направленном бурении (ГНБ) с большим расходом бентонита, таких как скальное бурение или протяженные бестраншейные переходы. Максимальный объем бурового раствора рассчитывается из следующих составляющих: объем скважины (диаметр, умноженный на длину), потери на Filter Cake, потери из-за разлива бурового раствора, объёма смесительной системы. Для буровой скважины длиной 1500 мм, для прокладки трубы диаметром 1066 мм, при диаметре скважины 1600 мм необходим объем бурового раствора 4000 кубических метров или 100 тонн бентонита (при условии использования рециркуляции бурового раствора).