Преимущества горизонтально направленного бурения

В Европе горизонтально направленное бурение (ГНБ, международное сокращение HDD) получило название «последовательно управляемый горизонтальный способ бурения с промывкой». Наибольшее распространение технология ГНБ получила при прокладке труб водоснабжения, канализации и газификации в населенных пунктах. В Германии в 2000 г. разработана единая классификация установок ГНБ, объединившая многие другие существовавшие классификации. Установки классифицируют по максимальной тяговой силе:

• мини-буровые;
• миди-буровые;
• макси-буровые;
• мега-буровые.

Кроме того, существует классификация шахтовых буровых установок (малых буровых установок для работы из существующих стандартных колодцев), которые получили распространение в последние годы.

Мини-буровые установки применяются прежде всего в городских условиях для прокладки ПЕ-труб или кабелей. Они развивают тяговую силу приблизительно до 100 кН, крутящий момент от 10 до 15 кН•м и весят до 7 т. Многие из мини-установок имеют резиновый гусеничный движитель.

Миди-буровые установки чаще всего используют в городских условиях, а также если необходимо произвести прокол под небольшим водоемом или требуется применить экологически чистую технологию. Тяговая сила таких установок – от 100 до 400 кН при крутящем моменте от 15 до 35 кН•м, масса – от 5 до 25 т. Эти установки являются, как правило, самоходными и имеют гусеничный движитель.

Макси-буровые установки обычно применяют для прокладки трубопроводов большой длины и диаметра, они часто используются на магистралях, где с их помощью прокладывают переходы под крупными водоемами или другими сложными препятствиями. Тяговая сила таких установок – от 400 до 2500 кН, крутящий момент – 30...100 кН•м, масса – 25...60 т.

Мега-буровые установки разработаны для прокладки самых длинных переходов и труб большого диаметра, для работы на магистралях. Тяговая сила – свыше 2500 кН, крутящий момент – более 100 кН•м, а масса – свыше 60 т.

Основные компоненты. Система горизонтального бурения состоит из множества системных компонентов. Часть из них производят отдельно, но только в комплексе они функционируют продуктивно. Основными компонентами являются:

• буровая установка, состоящая из бурового лафета (верхняя и нижняя часть), вращающихся штанг, ударного механизма (только установки Tracto-Technik, Германия), гидравлической станции, магазина со штангами, пульта управления, оборудования для обеспечения безопасности и т. д.;
• установка для смешивания буровой жидкости и оборудование для промывки;
• буровая колонна, состоящая из бурового инструмента, буровой штанги и «магазина» для штанг;
• система управления и локации, состоящая из локационного и регистрирующего оборудования;
• оборудование для транспортировки и обеспечения.

Основные принципы выполнения работ. Работы начинаются с изготовления пилотной скважины – это очень ответственный этап работ в ГНБ, от которого во многом зависит конечный результат, а осуществляется он с помощью породоразрушающего инструмента – буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем.

Буровая головка соединяется посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом горизонтального бурения пилотной скважины и обходить препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой рабочей нити. Буровая головка имеет отверстия для подачи специального бурового раствора, который закачивается в скважину и образует суспензию с размельченной породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от обломков, вынося их на поверхность.

Контроль местоположения буровой головки осуществляют с помощью приемного устройства локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика. На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне, азимуте буровой головки, и эта же информация отображается на дисплее оператора буровой установки. Эти данные являются определяющими для контроля соответствия проекту траектории строящегося трубопровода и минимизируют риск излома рабочей нити. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки в нужном положении. Затем осуществляется задавливание буровых штанг, устанавливается скос буровой головки в нужном положении с целью коррекции траектории бурения. Направленное бурение пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.

После завершения пилотного бурения скважину расширяют. Для этого буровую головку отсоединяют от буровых штанг и вместо нее присоединяют риммер – расширитель обратного действия. Вращающийся риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до диаметра, необходимого для протаскивания трубопровода.

На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая плеть трубопровода. К переднему концу петли крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммером. Вертлюг вращается с буровой нитью и риммером и в то же время не передает вращательное движение на трубопровод. Таким образом буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

Важнейшим фактором эффективного применения технологии ГНБ является использование на всех этапах производства работ высококачественных буровых растворов. Буровой раствор – это смесь воды и специальных добавок, соотношение и концентрация которых определяются в соответствии с типом грунта и условиями бурения. Основными ингредиентами бурового раствора являются специальные глины – бентониты и полимеры.

Горизонтальную буровую технику можно применять и в других сферах, находящихся сейчас на начальном этапе развития. Существует не так много строительно-технических областей применения, имеющих такое большое будущее, как технология направленного бестраншейного бурения. Так, ГНБ позволяет: обезвреживать отходы в грунте, т. е. капсулировать их; устанавливать подземные барьеры; изменять направление движения грунтовых вод; в сыпучих телах (например, плотины) бестраншейно устанавливать ядра жесткости; возводить подземные фундаменты; извлекать из почвы жидкие или растворенные материалы и вводить другие жидкие материалы улучшенного свойства; проводить подземную бестраншейную санацию старых трубопроводов; без помех переоборудовать туннели; пересекать пространство под зданиями без дополнительного вмешательства; прокладывать подземные сети для проведения измерений; устанавливать местонахождение очагов вредных материалов в грунте, под реками и озерами; брать пробу грунта инвазивным методом и даже обнаруживать, извлекать и обезвреживать на большом расстоянии твердые вредные материалы и тела и многое другое. Палитра применения технологии бестраншейного бурения не ограничена.