О ГНБ – подробно (часть 2)
Инновации и новые технологии в горизонтально-направленном бурении (ГНБ)
Вместе с развитием отраслей, в которых используется ГНБ, совершенствуется само оборудование горизонтально-направленного бурения, привнося с собой революционные изменения в каждый этап этого сложного процесса.
Современные установки горизонтально-направленного бурения компании XCMG зарекомендовали себя как надежные и безотказные машины. При разработке применяются новейшие технологии, учитывается опыт работы операторов, а также требования к экономичности и эргономике. Интеллектуальная система управления обеспечивает безопасность рабочего процесса, защиту машины от перегрузок и возможность высокоточного управления бурением. Компоненты гидравлической системы изготовлены ведущими мировыми производителями, что обеспечивает надежность и высокую производительность.
Широкая линейка моделей ГНБ XCMG серии XZ включает в себя компактные и мобильные установки класса МИНИ, имеющие усилие тяги 13 т, крутящий момент 3000 Н∙м; установки класса МИДИ – оптимальные по габаритам и производительности, идеальные для работы в городских условиях, а также МАКСИ И МЕГА, созданные для прокладки магистральных трубопроводов, развивающие тяговое усилие более 500 т и крутящий момент 160000 Н∙м! Также завод XCMG запустил производство нового поколения установок ГНБ, обладающего существенно улучшенными характеристиками эргономики рабочего места оператора и обновленными электронными системами управления.
Использование интеллектуальных технологий управления. Прежде всего в электронных системах управления установок ГНБ стали применять шину CAN, благодаря которой системы управления отдельных компонентов установки и датчики обмениваются информацией и работают согласованно.
В современных системах управления ГНБ используются автоматизированные функции, которые сокращают количество ручных операций при выполнении обычных повторяющихся операций и упрощают процесс обучения новых операторов.
Системы управления на основе искусственного интеллекта анализируют данные по работе установки ГНБ (которые поступают от датчиков и систем искусственного зрения) в реальном времени, оптимизируют параметры бурения, обеспечивают выполнение работ с высокой точностью и предотвращают ошибки и аварийные ситуации даже в сложных геологических условиях. Это также позволяет существенно сокращать сроки выполнения проектов, что, в свою очередь, означает экономию средств и ресурсов.
В современных установках ГНБ применяются системы навигации и локации, отслеживающие движение буровой головки под землей во время бурения, угол наклона и направлении бурения, частоту вращения и температуру буровой головки, а также необходимые параметры скважины. Датчики фиксируют давление, скорость бурения и нагрузку на инструмент. По этим данным система управления уточняет параметры процесса бурения.
В линейку входят машины эксплуатационной массой от 6 до 31 т и более, развивающие усилие протягивания/ подачи от 130/ 130 до 2200/ 2200 кН и выше, оснащенные двигателями мощностью от 93 до 242х2 кВт. Частота вращения буровой головки – от 36 до 90 об/мин. Используются штанги диаметром от 54 до 127 мм и длиной от 1,8 до 9,6 м.
В базовой комплектации установки крупных типоразмеров оснащаются кабиной с удобным поворотным креслом, кондиционером и отопителем. Управление силовой головкой осуществляется одним джойстиком. В комплектацию включается система дистанционного управления. Ряд операций и функций автоматизированы: например, имеются автоматическая система самодиагностики, автоматическая система смазки штанг и пр. Безопасность работы обеспечивают контроллеры Rexroth и системы видеонаблюдения Hirschmann, что дает возможность оператору управлять и наблюдать за ходом работы через дисплей. Все установки производятся компанией MDRILLING специально для России.
При горизонтально-направленном бурении в сложных геологических условиях, в частности под зонами плотной застройки, применяют технологии трехмерного моделирования и спутниковую навигацию.
Также в интеллектуальные системы управления ГНБ интегрируются телематические системы, через которые данные работы установки ГНБ, собранные при помощи шины CAN, передаются в центральный офис руководству компании. Это позволяет руководителям контролировать соблюдение сроков регулярного технического обслуживания установок и получать аналитическую информацию об их производительности.
Когда использование ГНБ может быть неоптимальным
Техники или процессов, одинаково высоко эффективных всегда и везде, человечество пока не создало. Поэтому во второй части статьи мы расскажем, что говорят наши эксперты о ситуациях, когда горизонтально-направленное бурение не является самым оптимальным из возможных методов.
«ЗБИ Велис» предлагает качественные буровые лопатки и буровые головы для любых типов установок и грунтов различной крепости. Данное оборудование является основным инструментом для построения пилотной скважины и дальнейшего успешного выполнения работ по прокладке коммуникаций методом ГНБ. Как известно. одним из главных преимуществ лопаток и насадок является способность «управления» буровой колонной и снижения требований к крутящему моменту буровой установки. Компания предлагает буровые лопатки и головы VELIS нескольких серий для бурения грунтов различных типов: от глины и гипса до крепких песчаников, доломита, а также для работы в скальных грунтах.
В ассортименте расширители ГНБ различных типов: режущие, режущие-уплотняющие, скальные, шарошечные расширители, а также бочки центраторы и калибраторы скважин различных видов диаметром от 150 до 2000 мм.
Также для установок класса Maxi и Mega «ЗБИ Велис» предлагает двухзаходные расширители типа «Рино» и «Баррел» (Barrel) диаметром от 400 до 2000.
Еще одним большим направлением у ООО «ЗБИ Велис» является производство насосно-смесительных установок (НСУ). Они изготавливаются как с пластиковыми, так и с металлическими емкостями, а также на базе 20 и 40 Ft контейнеров, объемом от 1 до 40 м3. Для северных регионов есть модели с подогревом бурового раствора.
Также предлагаются вертлюги, коннекторы, резьбовые переходники, буровые головы, бентонит и полимеры для ГНБ, запчасти на буровые установки производства КНР.
«ЗБИ Велис» является одним из передовых отечественных предприятий, принявших участие во многих больших государственных проектах, таких как строительство водовода на Донбасе, газификация Томской области, газификация Олёкминского района, Якутия, и т.д.
Высокие начальные инвестиции и высокая стоимость работ ГНБ. Специалисты справедливо отмечают, что внедрение технологии ГНБ требует значительных первоначальных затрат в узкоспециализированное оборудование и обучение персонала по сравнению с традиционным вертикальным бурением, и тем более с траншейным методом.
Для осуществления горизонтально-направленного бурения, кроме самих буровых машин, потребуются более сложные приборы навигации (зонды и локаторы), чем при открытом способе прокладки коммуникаций, сварочное оборудование для стыковки, растворосмесительные установки – техника, которую нигде, кроме ГНБ, не используют (а в случае поломки не так просто найти замену), и это оказывает негативное влияние на рентабельность ее эксплуатации. Для бюджета небольших муниципалитетов и компаний это может стать непосильной нагрузкой.
Все наши собеседники утверждают, что затраты на прокладку коммуникаций по технологии ГНБ не окупятся, если глубина закладки инженерной коммуникации составляет менее 1,5 м и на трассе отсутствуют препятствия – дороги, капитальные ограды и т.д. То есть прокопать траншею глубиной до 1,5 м по трассе без препятствий в несколько раз дешевле, чем производить горизонтально-направленное бурение. Во всех прочих случаях (глубина заложения свыше 1,5 м, препятствия на пути) использование ГНБ будет экономически выгодным – при условии, что стоимость работ траншейным методом рассчитывается правильно: с учетом всех косвенных и социальных расходов. А с увеличением диаметра трубопровода (за счет затрат на буровые головки больших диаметров) и с увеличением длины скважины стоимость горизонтально-направленного бурения существенно возрастает.
Сразу же уточним: возможности современных установок ГНБ по величине диаметра прокладываемого трубопровода и длине прокладки трубопровода ограничены. Специалисты называют такие очень приблизительные цифры: для установок классов «макси» и «мега» доступна прокладка трубопроводов диаметром до 1600 мм на расстояние (длина трассы) до 1–3 км, потому что прогресс в развитии конструкций установок ГНБ идет очень быстро и пределы их возможностей постоянно расширяются.
Те же специалисты, однако, подчеркивают, что даже при большей стоимости качество проведения работ бестраншейным методом гораздо выше траншейного.
Машины оборудуются кабинами с отопителем и кондиционером, эргономичным пультом управления. С места оператора обеспечивается отличный обзор. Рабочий стол может поворачиваться в пределах 60°, обеспечивая оператору расширение сектора обзора.
Гидросистемы установок комплектуются надежными компонентами от ведущих мировых производителей. Производительность гидроприводов регулируется в зависимости от нагрузки. Имеется независимая система охлаждения гидравлического масла.
В линейке имеется модель с электрическим силовым приводом Goodeng GSE400-LS эксплуатационной массой 10 т с электродвигателем мощностью 160 кВт, развивающая крутящий момент до 18 000 Н∙м и усилие протягивания и подачи до 410 кН. Скорость вращения буровой головки – до 124 об/мин, диаметр развертывания 550 мм и дальность бурения 100 м. Вращение силовой головки осуществляется американским высокомоментным двигателем Eaton. КПД электродвигателя выше, чем у традиционного ДВС, за счет этого повышается экономичность работы установки.
Требуется высококвалифицированный персонал. Эксперты уверены: успех работ при ГНБ не менее чем на 90% зависит от человеческого фактора и только на 10% от надежности техники. Установка горизонтально-направленного бурения – высокотехнологичное оборудование, поэтому несоблюдение технологий бурения или неправильное обслуживание недостаточно квалифицированным персоналом может привести к поломке техники.
С горечью заметил один из наших консультантов: «Развитие российского рынка ГНБ сдерживает низкое качество проектов, особенно инженерно-геологических изысканий. Под указанные в отчете по изысканиям грунты заранее подбираются определенный буровой инструмент, реагенты для бурового раствора. Однако по факту оказывается, что грунтовые условия кардинально отличаются от проектных. Неправильно оказываются обустроены котлованы под буровую установку. И начинаются проблемы». Немалая компетенция, квалификация и опыт требуются и для проведения расчетов по скважине: истинная глубина по вертикали до нефтегазопродуктивной зоны не может быть точно определена по искривленному стволу скважины, что затрудняет планирование будущей скважины и повышает уровень неопределенности расчетов.
Но специалисты говорили, что есть в этой области и большое число положительных примеров разработки проектов, к которым практически нет никаких нареканий. В области нефтегазодобычи качественные проектные решения, основанные на грамотно произведенных инженерно-изыскательских работах, уже встречаются в большинстве случаев. Чувствуется, что проектировщики по бестраншейному строительству постепенно набираются опыта. А вот в ЖКХ ситуация, к сожалению, кардинально иная. Отсюда вывод: не стоит экономить на профессионализме персонала. Все работники должны иметь необходимые сертификаты, разрешения и допуски.
По единодушному мнению экспертов, ценную помощь в подготовке кадров для отрасли ГНБ оказывает Учебный центр Международной Ассоциации Специалистов Горизонтального Направленного Бурения (МАС ГНБ) в Казани.
Установки ГНБ оснащаются поворотной кабиной либо рабочим местом оператора с эргономичным креслом и удобной панелью управления. Все клавиши и рукоятки имеют эргономичную форму. Буровая головка управляется при помощи джойстика, остальные параметры регулируются кнопками. Имеется дистанционное управление. Функционирование основных систем, узлов и механизмов контролируется автоматически, система оповещает оператора о сбоях в работе.
К основным преимуществам SK DRILLING относятся: высокий КПД, машины могут в одиночку проложить трассу даже на сложных участках в суровых климатических условиях.
Ограничения по типу грунта. Несмотря на то, что установки ГНБ совершенствуются производителями и их возможности расширяются, бурение в крупнообломочных грунтах, грунтах с включением валунов и гальки, грунтах с содержанием гравия более 30%, а также в плывунах и рыхлых песках может представлять серьезные трудности.
Тем не менее некоторые из наших собеседников-экспертов утверждали, что в настоящий момент производители оборудования для ГНБ разработали и изготавливают буровые головы для любого типа грунта, даже скального.
Экологические проблемы. Некоторые специалисты отмечали, что ГНБ в пористых или трещиноватых грунтах все же может создавать некоторые экологические проблемы, а именно: создавать риски движения флюидов в пласте, то есть движения жидкостей, газов, что потенциально может повлиять на качество подземных вод.
Большой, очень актуальной и сложной проблемой для большинства подрядчиков ГНБ остается утилизация буровых отходов. Сейчас имеется только один законный способ – вывоз буровых отходов на полигоны ТКО. Для вывоза жидкого бурового шлама приходится нанимать спецтехнику, например илососы, а также разбавлять раствор водой, так как простые вакуумные машины не способны принимать густой шлам. Это приводит к удорожанию вывоза бурового шлама. Но Федеральный классификационный каталог отходов (ФККО) относит буровой шлам при ГНБ к V классу опасности (практически неопасные отходы). Это дает возможность подрядчикам ГНБ утилизировать буровой шлам на месте. Однако в законодательном порядке решение этой проблемы пока не прописано. Необходимо на федеральном уровне создание нормативной базы, регламентирующей процессы утилизации отходов бурения, в частности, эксплуатации комплексов по регенерации бурового раствора непосредственно на месте производства работ.
Итак, наши собеседники-эксперты рассказали о реальных преимуществах использования технологии горизонтально-направленного бурения, а также о том, когда применение этого метода может оказаться неоптимальным.
Специалисты утверждают, что к настоящему времени в России потребность в ГНБ вышла на уровень 20–40% от общей линейной протяженности строящихся инженерных сетей. Это колоссальные цифры. Безусловно, это не может не радовать.
Поэтому решение о реализации проекта подземного строительства с оборудованием ГНБ должно быть тщательно обосновано с учетом конкретных условий проведения работ и финансовых возможностей организации-заказчика.
