Технология горизонтального бурения: описание процесса

Ремонт и прокладка трубопровода с помощью санации

Санация является закрытым способом проводки труб и выполняется с заменой старой коммуникации на новую. Она подразделяется на 2 варианта проведения работ:

• релайнинг.
• реновация.

В первом случае старая коммуникация сохраняется и служит капсулой для нового трубопровода. Перед началом прокладки старый трубопровод очищают от мусора и посторонних предметов. Далее в неё проводят новую линию меньшего диаметра. Трубы из современных материалов обладают прекрасными техническими характеристиками, а дополнительная защита из старой конструкции уменьшает шанс возникновения аварийной ситуации в системе.

Вариантов выполнения релайнинговых работ довольно много. К ним можно отнести втягивание труб, которое производится от конца старой коммуникации и проталкивание от начала трубопровода. При ремонте определённого отрезка линии производится его отключение от системы. Затем в этот старый отрезок вводят новую конструкцию, из современных материалов. Этот процесс может проходить с частичным разрушением старого трубопровода.

При релайнинге новую трубу меньшего диаметра вводят в старую, более широкую

Если релайнинг, по сути, является ремонтом старой коммуникации с использованием новых материалов, то реновация — это обновление линии, которое может происходить с изменением диаметра трубопровода. При реновации происходит разрушение старой конструкции путём ввода в неё новой линии. При этом обломки трубы остаются под землёй и создают уплотнительную оболочку для новой коммуникации.

Способ санации позволяет осуществить замену коммуникаций из любых материалов: керамики, бетона, металла и т. д.

Оснащение строительной площадки перед началом гнб прокола

3.1. Прежде чем начать основные работы по строительству обязательно проводится подготовка:

• подземные коммуникации, обнаруженные в зоне работ, обязательно вскрывают шурфами. Это выполняется для выяснения глубины их закладки. Затем они отмечаются предупредительными знаками;
• зоны работ огораживаются стандартным забором, с одновременной установкой необходимых дорожных знаков;
• расчищается полоса вдоль трассы, сопровождаемая вырубкой и пересаживанием зеленых насаждений, в случае наличия таковых.
• прокладываются временные подъездные и внутренние дороги;
• создаются общеплощадочные склады;
• стройплощадка обеспечивается водоснабжением и противопожарным инвентарем, средствами сигнализации и связи.

3.2. Строительные механизмы монтируются на выровненном устойчивом основании, которое не должно иметь уклон более допустимого по техническому паспорту. Рядом с выступающими частями строительных механизмов надо оставлять свободный проход, как минимум,1 м в ширину.

3.3. Строящийся котлован обязательно огораживается перилами высотой не меньше 1,1 м. В темноте ограждение должно быть освещено.

Монтаж трубопроводов способом продавливания

Бестраншейная прокладка трубопроводов также может выполняться способом продавливания. В большинстве случаев такой способ используется для того, чтобы проводить трубы из стали с размерами сечения до 2000 мм. Продавливание очень похоже на прокол, однако, разница состоит в том, что оно осуществляется открытым концом трубы. В результате трубу достают и убирают из неё земляной столб.

Для создания достаточного усилия в этом случае используют гидравлические домкраты. Их устанавливают симметрично по всему сечению трубы. Грунты, в которых можно проводить эти работы, относятся к I–IV группам (глина, суглинок, пески и т. д.). Диаметр труб, которые можно использовать при таком методе, варьируется от 600 до 1720 мм. Расстояние прокладки, как правило, не превышает 100 м.

Для прокладки труб на небольшие расстояния применяют метод продавливания

Вначале выполняются работы по рытью котлована. Далее проходит установка упорной стены, на которую впоследствии крепят домкраты. Первое звено проводящей трубы соединяют с домкратами, располагающимися на плите. В результате конец трубы остаётся свободным.

Домкраты создают усилие, которое передаётся трубе, и она проникает открытым концом в грунт. При проникновении через почву внутри детали скапливается столб земли. Его удаление проводится с использованием лопат (с длинной и короткой рукояткой) и ударных приспособлений, в основе работы которых лежит пневматика.

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

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.

Основные преимущества эксплуатации

Производственно-технический аспект

• Возможность бестраншейного строительства, ремонта и санации подземных коммуникаций:
  • под реками, оврагами, лесными массивами; в специфических грунтах (скальные породы, плавуны);
  • в охранных зонах высоковольтных воздушных линий электропередач, магистральных газо-, нефте-, продуктопроводов;
  • в условиях плотной жилищной застройки городов при прохождении трассы под автомагистралями, трамвайными путями, автомобильными дорогами, скверами и парками;
• Сокращение сроков и объёма организационно-технических согласований перед началом работ в связи с отсутствием необходимости остановки движения всех видов наземного транспорта, перекрытия автомобильных и железных дорог;
• Значительное сокращение сроков производства работ за счёт использования высокотехнологичных буровых комплексов;
• Значительное сокращение количества привлекаемой для прокладки трубопроводов тяжёлой техники и рабочей силы;
• Уменьшение риска аварийных ситуаций и, как следствие, гарантия длительной сохранности трубопроводов в рабочем состоянии;
• Отсутствие необходимости во внешних источниках энергии при производстве работ в связи с полной автономностью установок;
• Отсутствие необходимости производства работ по водопонижению в условиях высоких грунтовых вод.

Финансово-экономический аспект

• Уменьшение сметной стоимости строительства трубопроводов за счёт сокращения сроков производства работ, затрат на привлечение дополнительной рабочей силы и тяжёлой землеройной техники;
• Минимизация затрат на энергообеспечение буровых комплексов вследствие экономичности используемых агрегатов;
• Отсутствие затрат на восстановление повреждённых участков автомобильных и железных дорог, зелёных насаждений и предметов городской инфраструктуры;
• Сокращение эксплуатационных расходов на контроль и ремонт трубопроводов в процессе эксплуатации.

Социально-экологический аспект

• Сохранение природного ландшафта и экологического баланса в местах проведения работ, исключение техногенного воздействия на флору и фауну, размыва берегов и донных отложений водоёмов;
• Минимизация негативного влияния на условия проживания людей в зоне проведения работ.

Буровые растворы при горизонтально направленном бурении

Порошок для изготовления бурового раствора для ГНБ и расширитель.

Специалисты по ГНБ уделяют много времени вопросам улучшения качества промывочных жидкостей при бурении горизонтально направленных скважин. Известно, что буровой раствор оказывает большое влияние на продуктивность и эффективность всего процесса: скорость бурения, экологическую обстановку, безопасность работ. В ГНБ качество бурового раствора гарантирует 70−80 % успешного выполнения работ по прокладке коммуникаций.

Осуществляя работы в песчаных грунтах, специалисты ГНБ часто сталкиваются с проблемой фильтрации и водопоглощения, это обусловлено свойствами самого грунта, так как песок по своей природе порист и высоко проницаем. Что касается сланцевых глин и суглинков, часто встречающихся в местах проведения буровых работ, то под воздействием воды такие виды пород становятся липкими и набухают. Результатом подобных процессов может стать потеря циркуляции жидкости, застревание и заклинивание бурового инструмента, что приводит к невозможности дальнейшего выполнения работ при так называемом «прихвате инструмента».

Для избежания данных проблем используют бентонитовые буровые растворы и различные компоненты для ликвидации осложнений, ингибиторы или стабилизаторы глин, смазочные добавки для смазки инструмента и стенок скважины для облегчения проходки, полимеры, загущающие буровой раствор для поддержания его необходимой вязкости.

Большая часть операторов ГНБ использует «одномешковые» многокомпонентные смеси на основе бентонита для облегчения приготовления промывочной жидкости с низким содержанием твёрдой фазы на объекте выполнения работ.

На крупных объектах раствор готовится индивидуально, согласно геолого-технологическому наряду (ГТН), диаметру протягиваемой трубы, составу грунтов, мощности насоса и тяговому усилию установки.

Нюансы бестраншейной прокладки канализации

Для того, чтобы выполнять монтаж канализационных труб любой сложности необходимо иметь высокотехничное современное оборудование, а также штат квалифицированных специалистов с богатым опытом знаний и навыков в данной сфере. Неумелые действия новичков могут повлечь за собой не только временные и материальные издержки, но и обрушение грунта с дальнейшим привлечением к ответственности.

Сотрудничая с проверенной компанией, можно оставаться уверенным, что надежный и усовершенствованный метод бестраншейной прокладки будет выполнен со знанием дела.

Проводя предварительный анализ местности, профессионалы используют для прокладки именно те материалы, которые будут устойчивыми к стокам и почвам конкретной среды.

Многие компании сегодня выделяют трубы из полиэтилена. Такие канализационные трубы устойчивы к негативным внешним воздействиям и могут служить без перебоя десятки лет.

В зависимости от условий рабочего процесса, может потребоваться обустройство дополнительных насосных канализационных станций. При прокладке централизованной канализации не обойтись без создания колодцев, объединяющих либо разъединяющих потоки.

Работы по прокладке канализации бестраншейным способом зачастую сопряжены с различными факторами, однако специалисты всегда найдут выход из любой ситуации, не нарушая графика работ и не принося заказчику потери.

Немного об истории: как возник метод ГНБ

Появившись в Америке практически благодаря наблюдательности, энтузиазму и инженерным талантам Мартина Черрингтона (Martin Cherrington), технология ГНБ сильно развилась, усовершенствовалась и ушла уже далеко вперед, завоевав признание строителей во всем мире.

Ныне Martin Cherrington однозначно признан основным изобретателем технологии и его даже называют иногда «дедушка направленного бурения». А тогда, почти 50 лет назад, промышленность горизонтального бурения развивалась на нескольких фронтах, строительные подрядчики пытались пути, чтобы преодолеть проблемы недостаточной управляемости и невозможность делать бестраншейную проходку на большие расстояния. Соединить воедино две уже применявшихся технологии — наклонно-направленное контролируемое бурение (оно использовалось в нефтегазовой промышленности) и горизонтальное бурение (уже достаточно активно применяемое в строительстве, но бывшее неуправляемым), пришло в голову именно Черрингтону. Проведя несколько пробных буровых испытаний, он впервые успешно применил новую идею для бурения скважины для газопровода под рекой Паджеро (Pajero), имевшей очень высокие берега со сложным грунтом из скальных пород. Так найденное решение стало началом новой методики: бурения по заданной траектории, причем при необходимости – криволинейной.

ВЫГОДЫ И ПРЕИМУЩЕСТВА применения ГНБ, как бестраншейного метода прокладки труб; области применения.

Главные возможности методов горизонтального направленного бурения в том, что оно позволяет в стесненных городских условиях, или при наличии автомагистралей на пути строительства осуществить бестраншейную (не повреждающую поверхность) прокладку труб и коммуникаций самого различного назначения. а также решить проблему преодоления естественных преград в виде рек. Перечислим для наглядности отрасли, в которых уже давно и с большим успехом применяются возможности ГНБ:

Бестраншейная прокладка труб для транспортировки жидкостей и газов при строительстве водопровода; канализации; сетей теплоснабжения; газопровода и нефтепровода, а также других продуктопроводов.

Бестраншейная прокладка коммуникаций всех типов: протяжка электрокабеля, прокладка кабелей связи и передачи данных; коммуникации других типов.

Причем трубы используются практически самые разные: из стали, чугуна, бетона, полиэтилена, керамики.

Благодаря самой своей сути, идее этой методики, Бестраншейные технологии и, в частности, технология ГНБ, содержат в себе целый набор преимуществ. Изложим их по пунктам.

Методика выполнения ГНБ – не повреждает поверхность. Полностью сохраняется целостность дорожных одежд дорожных покрытие и движение транспорта никак не нарушается;

соответственно, резко упрощаются и минимизируются согласования с ГИБДД, городскими организациями общественного транспорта и сокращаются их сроки;

Наличие естественных преград, таких, как реки перестает быть проблемой для строителей, и в то же время не приходится грубо нарушать ландшафт объемными земельными работами:

поскольку экологии территории не наносится какой-либо ощутимый вред — согласования с природоохранными организациями также становятся минимальны.

В свою очередь, все это существенно снижает общие сроки на подготовку строительства сетей и коммуникаций.

При бестраншейной методике значительно сокращаются объемы земляных работ, нет необходимости вывоза грунта, как при «наземных» технологиях прокладки траншей;

также уменьшается и количество необходимой техники и рабочей силы.

Не затронут ландшафт – а, значит, нет и расходов на его восстановление (в том числе, затрат времени)

Точность контролируемой с поверхности походки позволяет исключить «ошибочные» выходы бура в нерасчетной точке и повреждения соседних коммуникаций, что крайне важно в условиях современного города.

Минимальны риски каких-либо аварийных ситуаций.

Как следствие всего вышеуказанного, совокупные финансовые затраты могут сокращаться в целом от 30% и до 3-х раз, в зависимости от объекта и методики.

Сокращение сроков строительства очень существенное: от 2 до 20 раз.

— Итак, мы объективно видим ряд неоспоримых выгод. Благодаря всему этому стала настолько популярна во всех развитых странах бестраншейная технология прокладки труб, трубопроводов и коммуникаций, как высокоэффективная, экономически выгодная, а в целом ряде сложных случаев – просто незаменимая технология. И именно поэтому она активно развивается, завоевывая все новые рынки.

Стартовый котлован для прокола методом гнб

4.1. Глубину стартового котлована определяют, учитывая расстояние от оси трубопровода до дна шахты. Все зависит от конструкции стыковых соединений и буровой установки.

4.2. На свободных участках стартовый котлован лучше проектировать с прямоугольным очертанием. Тогда, при необходимости, будет возможно увеличить длину монтажных секций трубопровода.

4.3. Основание котлована обязательно нужно планировать соответственно уклону будущей скважины. Нужно, чтобы основание было достаточно прочным, во избежание просадок оборудования. Основание под буровой установкой выполняется из щебня фракции 25-70, толщина которого составляет от 15 до 20 см. Затем выполняется уплотнение основы и укладка дорожных плит. Если котлован короткий, то 2 шт., а если длинный, то 3 либо заливается бетоном.

4.4. При проведении бурения практически всегда есть вероятность подтопления котлована. Поэтому в ходе строительства стартового котлована делается приямок для установки водяного насоса, чтобы откачивать воду. Это позволит постоянно держать дно котлована сухим и способным выдерживать нагрузку. Приямок обычно располагают в передней части котлована с правой стороны. Это место определяется уклоном основания котлована, что позволит отводить воду от выбуренной породы, накапливаемой слева от буровой установки.

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 (л\мин), и радиус изгиба буровых штанг – он влияет на возможность изменять направление бурения по ходу работы. 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. 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

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.

С этим читают

Этапы горизонтального бурения скважин

Выделяются 3 основных этапа бурения:

1. На первом этапе создается вертикальный ствол и выполняется его крепление (обсадная колонна, или кондуктор).
2. На втором этапе задается кривизна, или зенитный угол и направление, то есть азимут.
3. На третьем этапе происходит набор кривизны, выполняется стабилизация угла, под малым углом производится вход в продуктивный слой. Здесь же осуществляется проход горизонтального участка, после чего — спуск эксплуатационной колонны, или хвостовика.

Наиболее сложным является второй этап. Благодаря применению новейшего телеметрического оборудования и специальных приборов (отклонителей) этот процесс полностью автоматизирован. Оператор видит на экране полную картину местоположения колонны в скважине и, сравнивая ее с проектной, своевременно подает команды бурильщику. Так корректируется направление скажины.

Не менее значимым является и этап захода ствола скважины в продуктивный слой. Это должно быть выполнено под углом, близким к 80°, а в самом пласте движение ствола должно быть горизонтальное.

Расширение

На следующем этапе прокладки труб под дорогой необходимо провести расширение пилотного канала. Для этого производится демонтаж бурильной головки, а на её место устанавливают специальное устройство — риммер. Риммер — это конструктивный элемент, используемый при прокладке труб методом ГНБ, который выполняет функцию расширения пилотного канала. Стоит отметить, что риммер является расширителем обратного действия (он протягивается от выхода канала к его входу).

С учётом технологии бурения ГНБ, чтобы достичь необходимых показателей диаметра, расширение выполняется от одного до нескольких раз. Количество расширений зависит от того, каким диаметром должна обладать будущая скважина.

Горизонтальное бурение может выполняться и в тяжёлых условиях (плохая почва, обилие помех на пути бура и т. д.). В таком случае работы по расширению скважины выполняются до того, как в канал будут проложены необходимые коммуникации. Кроме этого, стоит отметить, что все работы должны выполняться с использованием охлаждающей жидкости. Это связано с тем, что геолокационная аппаратура является очень чувствительной к повышенным температурам. Прокол дороги — серьёзное мероприятие, которое должно быть продумано от начала и до конца.

Существует ещё один важный фактор, который стоит предвидеть — осыпание грунта. Прокол под дорогой методом ГНБ должен также учитывать то, что перед началом протягивания пластиковых или металлических труб в скважину их необходимо соединить. Конструкция должна быть надёжно соединена, иначе могут возникнуть проблемы. Далее при выключенном бурильном оборудовании выполняется стыковка кольцевого расширителя со штангами. Затем через вращающийся вертлюг стыкуют необходимую коммуникацию. Для стыковки потребуется специальный переходной элемент или другое возможное устройство.

Готовый канал должен быть шире трубы примерно на четверть

Если показатели давления внутри канала большие, то тогда бентонитовый раствор равномерно заполняет пространство между наружной стенкой трубы и внутренней стенкой скважины. После того как бентонитовый раствор затвердеет, исключается просадка почвы.