Метод горизонтально-направленного бурения: особенности технологии

Прокладывая под землей инженерные коммуникации, строители пользуются традиционным методом и выкапывают для этой цели траншеи на нужную глубину. Но часто сталкиваются с серьезными препятствиями: автотрасса, наличие железнодорожного полотна или водной преграды, а в черте города трамвайной линии или плотной застройки, где выполнять работы открытым способом запрещено, либо сложно и дорого. В этом случае используется бестраншейная технология, получившая название горизонтально-направленного бурения. При этом способе не менее 90% всего комплекса работ проходит под землей, что не препятствует режиму функционирования дороги или трамвайной линии.

Однако горизонтально-направленное бурение (ГНБ) все чаще применяют не только по причине переходов, которые нельзя выполнить, используя открытый способ, но и по соображениям финансового порядка. Это быстрота прокладки, экономия трудовых и денежных ресурсов, поскольку отпадает необходимость рытья, а затем отсыпки траншей и благоустройства территории, не требуется дополнительное привлечение спецтехники и рабочей силы.

Особенно эффективен этот метод в грунтах, структура которых представлена песчаными породами, супесями, суглинками и глинистыми почвами.

Однако, имея специальное дополнительное оборудование в виде буровых перфораторов и коронок, бурение проводится и в грунтовых пластах, где присутствуют твердые включения и скальные породы.

В чем заключается метод горизонтально-направленного бурения: описание технологии

Уже из названия самого способа бурения понятно, что пространственное расположение выполняемых скважин осуществляется под наклоном. Отклонения от вертикали могут иметь любые значения, начиная от 2–3 градусов и заканчивая практически горизонтальным положением. Комплекс бурения делится на этапы:

• подготовительные работы;
• выполнение пилотной скважины путем управляемого бурения;
• постепенное расширение скважины до расчетного диаметра;
• затягивание труб, кабелей и прочих элементов инженерии.

В подготовительный процесс входит тщательное исследование территории проведения работ:

• анализ структуры грунтов;
• изучение залегания существующих коммуникаций, возможных препятствий.

На основании полученных данных рассчитывают траекторию бурения. Обязательным условием подготовки рабочей площадки является наличие воды для приготовления специального бурового раствора.

При бурении горизонтальных и наклонно-направленных скважин используют комплексное оборудование: установку и инструментарий для выполнения скважин с различным диаметром и наклоном. Бурение пилотной скважины, диаметр который соответствует 100 мм, ведут, применяя буровую головку, соединенную со штангой. Она имеет в своей конструкции скос, на нем устанавливают режущий инструмент.

Обязательно предусмотрена система локации, поскольку работы выполняются вне зоны видимости. Чтобы получать четкую информацию о направлении, глубине и угле бурения на головке бура монтируют специальный зонд. Благодаря приемному устройству оператор получает нужные сведения и может предотвратить возможные проблемы и четко вести управление процессом бурения согласно разработанной траектории. На начальной стадии выполняют скважину под углом 10 – 20 градусов, постепенно корректируя наклон до достижения расчетной глубины.

Процесс бурения включает в себя чередование функции вращения с подачей буровой колонны. На головке предусмотрены форсунки, через которые по стволу колонны под давлением подается специализированный бентонитовый раствор. Это необходимо для стабилизации грунта, очистки полости скважины от шлама, поддержания породы, вырубленной при бурении во взвешенном состоянии, поскольку во время работы происходит разрушение подземных пластов. Раствор нужен также для смазывания и охлаждения бурового инструментария, что продлевает рабочий ресурс оборудования. Финальной точкой в выполнении пилотной скважины становится выход буровой головки в запланированной точке.

Следующая стадия заключается в расширении диаметра полученной скважины. Причем прокладка труб методом горизонтально-направленного бурения предусматривает параметр диаметра скважины, как минимум на треть больше сечения прокладываемого трубопровода. Такой подход обеспечит беспрепятственное протягивание коммуникационных труб.

Работы выполняют при помощи специального расширителя, который подсоединяется к штангам взамен буровой головки. При этом расширитель протягивают от конечной точки скважины в направлении установки. Тяговые усилия с одновременными вращательными движениями расширителя увеличивают диаметр скважины, срезая слои грунта. Такой процесс повторяют при необходимости до 3 раз, меняя расширители и устанавливая приспособление с большим диаметром, чем у предыдущего, в результате доводят параметры скважины до расчетного показателя. Расширители имеют в своей конструкции отверстия, через которые поступает раствор в ствол скважины.

Заключительный этап – протягивание труб. Готовый трубопровод располагают на противоположной от буровой установки стороне. Последовательно крепят за расширителем вертюг, предотвращающий вращение затягиваемых в выработанную скважину труб, и захват их удерживающий. Буровой установкой затягивают готовый трубопровод строго по полости скважины, не отклоняясь от траектории. Процесс прохождения контролируется оператором.

Используемое оборудование и бентонит

Технология горизонтального направленного бурения требует применения специальных установок, которые классифицируют по таким параметрам:

• граничное усилие протяжки (в тоннах);
• возможные диаметр и длина бурения.

Еще одним техническим аспектом оборудования, благодаря которому меняют направление бурения в ходе работы, является радиус изгиба буровых штанг.

От качества используемого бентонита во многом зависит эффективность всего комплекса работ по бурению: их скорость и безопасность, экологическая составляющая.

Бентонит представляет собой многокомпонентный состав, основой которого является алюмосиликат с повышенными гидрофильными и дисперсионными свойствами. В результате взаимодействия с водой бентонит, набухая, образует гелеобразный вязкий раствор. В качестве добавок используют каустическую или кальцинированную соду, КМЦ и другие вещества.

Конкретный состав раствора подбирают, ориентируясь на грунт, в котором будет проводиться бурение. Образцовое его качество позволяет сформировать и укрепить стенки скважины, предотвратить их осыпание и налипание грунта на буровое оборудование. Раствор также охлаждает пилотную головку и упрощает вывод шлама. Все это увеличивает гарантию успешного выполнения работ при прокладке инженерных коммуникаций почти на 70 – 80 %.

Благодаря горизонтально-направленному бурению – современной технологии прокладки коммуникаций под землей появилась возможность выполнять сложные переходы, несмотря на природные и искусственные препятствия. При этом специалисты отмечают невысокую себестоимость работ и быстрое их ведение по сравнению с траншейным методом, сохранение надземных сооружений, дорожного полотна, покрытия или природного ландшафта.

• Инженерные коммуникации