Способ наклонного горизонтального бурения

Описание технологии горизонтально-направленного бурения

Наклонно-горизонтальное бурение – технология бурения скважин, пространственное положение которых отклоняется от вертикальной линии по любому направлению, вплоть до полного горизонтального расположения. Наклонными принято считать скважины, которые отклоняются от вертикали больше, чем на 2 градуса.

Процесс горизонтально-наклонного бурения

Наклонно-направленное бурение выполняется с помощью специальной конструкции буровой штанги и головки с гибким соединением, что позволяет изменять направление движения бура внутри грунта, в процессе работы.

1 В чём назначение и преимущество технологии ГНБ?

В промышленности наклонное бурение скважин востребовано в нефте-газовой сфере, в строительстве, также метод широко применяется для создания подземных коммуникаций.

Наклонно направленное бурение применяется для выполнения таких работ:

• Создания скважин для добычи нефти и газа;
• Бурение для добычи полезных ископаемых;
• Прокладки труб водоснабжения и канализации;
• Прокладки коммуникаций газоснабжения;
• Монтажа нефтепроводов и газопроводов;
• Обустройства кабельных магистралей.

На сегодняшний день, наклонно направленное бурение является наиболее экономичным способом создания подземных коммуникаций и выполнения любых подземных работ. Наклонно направленное бурение, в сравнении с рытьем траншей своими руками, обладает следующими преимуществами:

• Минимизация затрат времени и финансовых средств.
• Возможность прокладки коммуникаций без разрушения асфальтового покрытия.
• Бурение скважин (как нормальных, так и мини — на небольшую глубину) может осуществляться под водоемами, транспортными путями и в местах, где запрещены наземные строительные работы.
• Работы могут выполняться мини бригадой из 3-5 человек.

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.

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.
к меню ↑

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

Технология горизонтально направленного бурения требует использования специальных устройств для мониторинга процесса, которые отслеживают местоположение бура под землей, и дают возможность точно определить глубину его заглубления в почву.

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.

Источник

ГНБ и ННБ. Отличия

Для прокладки трубопроводов и коммуникационных сетей в условиях плотной городской застройки, преодоления водных и других природных преград, геологической разведки, добычи полезных ископаемых используется метод горизонтального направленного бурения (ГНБ). Он позволяет быстро, эффективно, с минимальными затратами выполнить подземные изыскания и переходы.
Технология была разработана, как полноценная альтернатива другим методам прокладки труб. Отличительная черта – бурение в горизонтальной плоскости без устройства надземных траншей. Близкий к методу ГНБ метод наклонно-горизонтального бурения (сокращение ННБ) позволяет отклоняться от линии горизонта. ННБ и ГНБ отличаются областью применения, используемым оборудованием, методикой.

Горизонтально-направленное бурение

Технология ГНБ используется для бестраншейной прокладки коммуникаций. Это особенно актуально для крупных городов с высокой плотностью застройки. Оно успешно применяется для прокладки коммуникаций под реками, озерами, автомобильными дорогами, железнодорожными путями.

В бурении используются самоходные установки ГНБ. Классифицируются по длине протяжки. Рабочее усилие измеряется тоннами. Состоят из ходовой части (на гусеницах или колёсах), рамы жёсткости, кузова, бурильной установки, аккумуляторной батареи, приборной панели, устройства подачи штанги, лафета.

Этапы выполнения работ

Прокладка коммуникация методом ГНБ включает пять этапов: подготовительные работы, пробное бурение, расширение скважины, протаскивание коммуникаций, завершение работ.

• Подготовительные работы. Это анализ природных условий, изучения карт геологического строение рабочего района, получения разрешительной документации.
• Пробное бурение. Ответственный этап, от которого зависит успешность всего проекта. Буровая головка, прикрепленная к гибкой штанге, опускается в грунт. Ориентируясь на схему, оператор обходит все препятствий из сторонних коммуникаций, плотных пород (если это необходимо). В скважину непрерывно подаётся буровой раствор. Он минимизирует трение, препятствую перегреву рабочей головки. Установка ориентируется под землёй с помощью локатора.
• Расширение скважины. После пробного бурения рабочая головка вынимается, а затем меняется на риммер. Это специальная насадка для увеличения диаметра скважины. Её диаметр на 100 мм больше, чем размер трубы.
• Протаскивание коммуникаций. Выполняется с противоположной от буровой установки стороны. Необходимые коммуникации присоединяются к штанге посредством вертлюга. Он не передает крутящий момент от риммера. Затем трубопровод затягивается в скважину.
• Завершение работ. Полость между трубой и стенками скважины заполняется цементным раствором. Он подается специальной установкой под давлением. Затем заказчику сдаётся документация по проекту с составление акта приёмки-сдачи.

Бестраншейная прокладка труб посредством горизонтально-направленным бурением выполняется двумя методами: прокол и продавливание.

Метод прокола

Применяется на вязких грунтах. Например, глина и суглинок при проколе под дорогой. Есть ограничения по диаметру труб – не более 600 мм, длине проходки – до 60 м. Метод основывается на уплотнение грунта в радиальном направлении.

Прокол требует значительной мощности буровых установок. Давление на породу 150-3000 кН. Для создания усилия используются гидравлические домкраты. На рабочую часть трубы, которая контактирует с грунтом, надевается стальной уголовник конической формы. Он врезается в грунт, значительно уменьшая его сопротивление.

Работы начинаются с копки котлована. В него устанавливается домкрат, подключенный к насосам. Труба с одной стороны оборудуется наконечником для контакта с грунтом, а с другой шомполом – насадкой для передачи усилия от домкрата. Затем выполняется прокол. Скорость проходки зависит от мощности установки 4-40 м/ч.

Метод продавливания

Используется во всех типах пород. Продавливание разрабатывалось для прокладки труб диаметром 600-1200 мм, протяжённостью трассы до 100 м. В отличие от прокола не применяется оголовок. Труба нужного диаметра проталкивается сквозь породу при помощи нескольких гидравлических домкратов. Они закрепляются по окружности, симметрично друг к другу. Работают синхронно, с одинаковым усилием.

В котлован опускается одно звено трубы, которое вставляется в направляющую раму. Одним концом она упирается в грунт, другим в опорную плиту. Первая секция продавливаемой трубы входит в грунт, опорная плита возвращается на свое место, из полости удаляется грунт. Между плитой и первой секцией вставляется первый нажимной патрубок. Затем второй и третий. После того, как расстояние между опорной плитой и свободным концом трубы становится равным длине секции, вставляется вторая секция. Операция повторяется. После каждого этапа грунт из полости трубы удаляется.Рекомендуемая услуга – Меднографитовая смазка. Используется для защиты и герметизации резьбовых соединений.

Наклонно-направленное бурение

Эффективный способ, широко применяющийся в геологической разведке, добыче полезных ископаемых, а также прокладке коммуникаций под руслами рек. ННБ предполагает отклонение от горизонта, но с сохранением первоначального направления бурения. Это даёт возможность «следовать за пластом», выполнять бурение под тем же углом, что залегает основной пласт разведываемого полезного ископаемого.

Кроме геологии преимущества наклонно-направленного бурения используются для прокладки подземных переходов. Например, в США за последние три десятилетия было построено более 2500 тысяч таких объектов.

ННБ хорошо себя зарекомендовал при строительстве тоннелей под реками с ленточно-рядовым устройством русла. Его не рекомендуется использовать в водоёмах с пойменной многорукавностью.

Наклонно-направленный метод бурения связано со значительными финансовыми затратами. Оборудование сложное и дорогостоящее. Условия работы в дикой местности непредсказуемые. Он неэффективен для прокладки переходов в валунных и илистых грунтах, а также на карстовой почве.

Кустовое бурение наклонно-направленных скважин

Экономичный метод. Устья скважин располагаются на небольшой площадке и расходятся в радиальном направлении под разными углами. Это даёт возможность сократить производственные затраты на строительно-монтажные работы, уменьшить эксплуатационные издержки. Одна установка обслуживает максимальное число скважин. Целесообразно применение метода на болотистых и скалистых грунтах, а также труднопроходимой лесной местности.

Расстояние между соседними устьями выбирается исходя из технических параметров ремонтного оборудования, но не меньше 3000 мм. Выполняется бурение одной или несколькими установками. Они передвигаются от одной скважины до другой. Вспомогательные постройки и дополнительное оборудование остаются на месте. Куст содержит от 2 до нескольких десятков скважин.

Многозабойный метод бурения скважин

Разновидность кустового способа, когда от одного устья отходят несколько стволов. Основной ствол заканчивается несколькими горизонтальными или волнообразными ответвлениями. Применяется при определённых условиях геологии:

• Нефтяные месторождения с низким давлением;
• Разработка старых участков;
• Удаление газа из угольных пластов;
• Изменение уровня грунтовых вод в угольных шахтах.

Второстепенные стволы ответвляются на одном или разных уровнях, уходят на разную глубину. У них различные радиусы закругления. Форма зависит от геометрических параметров пласта, геологических характеристик разреза, а также технических возможностей подрядной организации.

Проектирование начинается снизу-вверх. Сначала определяется глубина залегания маточного (основного) ствола, число и форма ответвлений. Затем их радиус и градус искривления. В первую очередь, бурится маточный ствол, который выполняется строго вертикально. Глубина соответствует глубине залегания разрабатываемого пласта. Затем от кровли продуктивного слоя бурятся отводы.

Итоговое сравнение

Горизонтально-направленное бурение получило продолжение в более технологичном и дорогостоящем наклонно-направленном способе. При схожих методах выполнения работ, есть существенная разница в области применения. ГНБ предполагает использование недорогого оборудования, для выполнения горизонтальных проколов под естественными и искусственными преградами.

ННБ широко используется в геологических изысканиях, добыче полезных ископаемых. А также прокладке переходов под руслами рек. Предполагает использование дорогостоящего оборудования, тщательной инженерной подготовки.Компания Техсервис предлагает покупателям китайские установки DDW, осуществляем быструю поставку DDW и занимаемся её гарантийным (пост-гарантийным) ремонтом.

Источник