Инженерный сервис
   
  Девелоперам   Управляющим компаниям   Главным инженерам   Отраслевые решения

Горизонтально-направленное бурение

Бестраншейное строительство подземных коммуникаций методом ГНБ

ЧТО ТАКОЕ ГНБ

Горизонтальное направленное бурение (ГНБ) - бестраншейный метод прокладки подземных коммуникаций, исключающий разрушение грунта и техногенное воздействие на флору и фауну. При этом используется специальное оборудование – установки горизонтально направленного бурения (установки ГНБ).

Технология ГНБ (горизонтальное направленное бурение) при проектировании участков бестраншейной прокладки применяется для напорных и самотечных трубопроводов, устройства защитных футляров для прокладки кабелей, теплотрасс и газопроводов, длина которых может быть от нескольких десятков метров до полутора километров. Скважина может быть пробурена на глубине от 10 до 30 м (в зависимости от типа УГНБ).

Бестраншейный метод (бестраншейная прокладка) дает возможность укладки труб из полиэтилена низкого давления (ПНД), стали и других видов материалов. Незначительные габариты большинства УГНБ позволяют производить работы в стесненных городских условиях

Горизонтально Направленное Бурение используют для переходов, которые по тем или иным причинам невозможно выполнить открытым способом. Например, под природными и техногенными препятствиями (реки, болота, дороги, дома, экологические зоны и т.п.)

Существует множество методов бестраншейной прокладки: горизонтальное бурение, прокол, санация, бурошнек и.т.д. Все эти методы созданы для прокладки труб под землей.

Метод ГНБ занимает лидирующее место среди всех бестраншейных технологий, как по возможностям, так и по распространенности.

Горизонтально направленное бурение ГНБ - это основной вид управляемой бестраншейной прокладки инженерных коммуникаций, трубопроводов в сложных условиях, природного или рукотворного происхождения. Горизонтальное бурение ГНБ порой является единственным способом проведения коммуникаций или прокладки трубопровода под железнодорожными путями, автомобильными трассами, зданиями и сооружениями без необходимости останавливать их работу.

Преимущества ГНБ по сравнению с традиционными методами прокладки инженерных коммуникаций очевидны: скорость, меньшие финансовые и трудозатраты, возможность прокладки в недоступных другим методам местах, экологичность, безопасность.

Горизонтальное направленное бурение применяется и в том случае, когда есть необходимость проводить работы под естественными препятствиями, в том числе водными – реками, озерами, каналами, болотами, причем, что имеет крайне серьезное значение, – оказывая самое минимально возможное влияние на флору и фауну природных объектов, практически не нарушая экологическую неприкосновенность района проведения работ. Направленное горизонтальное бурение возможно применять в особо охраняемых природных зонах – там, где иные виды бурения могут нанести существенный вред окружающей среде.

Любой специалист однозначно подтвердит, что горизонтально направленное бурение ГНБ, это очень выгодная технология. Цена строительства трубопровода, благодаря только одному уменьшению срока работ падает практически в пять раз, по сравнению с обычными методами. Горизонтальное направленное бурение ГНБ позволяет так же экономить силы и средства, за счет малого количества рабочей силы. Отсутствие дополнительных видов землеройной техники, необходимости останавливать работу предприятий на время работ, соответственно уменьшается объем многочисленных этапов согласования работ в различных инстанциях. Все эти очевидные преимущества делают горизонтальное бурение ГНБ одним из наиболее предпочтительных способов бурения в густонаселенных городах и на действующих промышленных объектах.

Бестраншейное строительство: подготовительный процесс

Для полноценной организации работы необходима бригада из минимум 3-х специалистов (не считая подсобных рабочих): оператор на локаторе, оператора установки ГНБ и оператора смесительных установок, смешивающего бентонитовый раствор.

Организация места работ

Проводится непосредственно перед началом бурения. Она включает в себя доставку комплекса ГНБ к месту проведения бурения, выгрузку установки ГНБ с трейлера, позиционирование установки на местности с учетом уклонов земной поверхности, выбор угла наклона буровой рамы установки. Транспортное средство должно быть оборудовано сходнями с определенным углом съезда (обычно 17-20 градусов). Установка съезжает с трала своим ходом и устанавливается на месте работы с помощью задних стабилизаторов и системы якорения.

Предварительная подготовка подразумевает всесторонний анализ и разведку места проведения работ. Анализ грунтов, залегания коммуникаций и других препятствий в земле, планирование и расчет траектории бурения.

Организация места работы также предусматривает настройку сигнализации предупреждения подземного столкновения с электрическими сетями, находящимися под напряжением, размещение защитных "зануляющих" матов, а, также соединение матов, корпуса установки ГНБ, миксера (смесителя) и системы сигнализации кабелями, тестирование всей системы перед началом проведения работ.

Планирование и расчет траектории бурения

Траектория бурения должна быть спланирована и рассчитана до начала проведения работ. Основные моменты планирования включают в себя определение длины и глубины пути, учет подземных препятствий, получение информации о существующих подземных структурах (наличие карт подземных коммуникаций), получение разрешений на проведение работ, уведомление служб единого вызова, аварийных служб и служб дорожного движения, инспектирование места работы, определение источников риска.

Протягивание 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 тоже время не передает вращательное движение на трубопровод.

Таким образом буровая установка гнб затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

Траектория бурения может быть размечена прямо на поверхности, или на чертеже места производства работ (плане бурения).

Рядом с установкой в системе для подготовки специализированного бурового раствора смешивается вода, бентонит и полимеры. Пропорции бентонитового раствора для разных типов грунтов крайне важны, так как в значительной степени влияют на успех работы по прокладке трубы. Рабочая площадка должна быть обеспечена водой, т.е либо на рабочей площадке в зоне доступа находится пожарный гидрант, либо обеспечивается мобильны подвоз воды.

Еще один необходимый для работы инструмент - сварочный аппарат. Для сварки и последующей протяжки труб ПНД необходимо качественное сварочное оборудование.

Бестраншейное строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтально направленного бурения (ГНБ)

Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтально направленного бурения (ГНБ) осуществляется в три этапа:

    • бурение пилотной скважины;
    • последовательное расширение скважины;
    • протягивание трубопровода.

Бурение пилотной скважины

Направленное бурение пилотной скважины

Направленное бурение пилотной скважины - особо ответственный этап работ в бестраншейной прокладки сетей, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента - буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем.

Буровая головка соединена посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом горизонтального бурения пилотной скважины и обходить выявленные 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 отчищает скважину от ее обломков, вынося их на поверхность.

Контроль за местоположением буровой головки осуществляется при помощи системы локации состоящей из приемного устройства (локатора), который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика (зонда) и монитора оператора на установке, дублирующего показания локатора.

На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне, азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой установки. Эти даны являются определяющими для контроля соответствия траектории строящегося трубопровода проектной 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 задавливаение 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.

Оператор с локатором следует по поверхности за буровой головкой с зондом находящимся в земле.

Бурение состоит из вращения и подачи буровой колонны. За счет чередования этих функций и осуществляется движение и управление бурением.

При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки в нужном положении. Затем осуществляется задавливаение буровых штанг с целью коррекции траектории бурения.

Данная технология позволяет довольно точно следовать заранее запланированной траектории проходки.

Буровая головка соединена с колонной штанг посредством амортизатора (гибкой штанги) снижающего нагрузки на штанги и облегчающего управление буровой колонной. Большое значение имеет гибкость самих штанг буровой колонны. Производителем указывается определенный процент изгиба на одну буровую штангу. От этого показателя зависит не только угол захода в грунт буровой колонны, и, соответственно, траектория проходки, но и управляемость установки в целом.

Буровая головка имеет форсунки - отверстия для подачи специального бурового бентонитового раствора.

Бентонитовый раствор закачивается в скважину под давлением по колонне полых штанг. Различают пять основных функций бурового раствора:

  • отчистка ствола скважины от выбуренной породы (шлама);
  • смазка и охлаждение инструмента и буровой колонны;
  • стабилизация грунта;
  • поддержание выбуренной породы во взвешенном состоянии;
  • эффект гидромониторинга (размытие грунта);

Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.

Расширение скважины

После завершения пилотного бурения следует этап расширения скважины.

Буровая головка отсоединяется от буровых штанг и вместо нее присоединяется расширитель.

Раствор продолжает поступать по колонне штанг в скважину через форсунки в расширителе.

Приложением тягового усилия с одновременным вращением расширитель протягивается по направлению к буровой установке, расширяя ствол скважины до необходимого диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протаскивания трубопровода диаметр расширенной скважины должен не менее чем на 30% превышать диаметр трубопровода.

После первого разбуривания делается повторное бурение по уже готовому стволу скважины. Диаметр протаскиваемых расширителей поступательно увеличивается.

В сложных случаях, например в обводненных песках или плывуне, используют затягивание штанг за расширителем производя их скручивание специальными ключами.

Иногда в качестве буровой головки устанавливают так называемый «огнетушитель» - сферическую болванку, позволяющую уверенно пройти по уже существующему каналу до точки выхода.

Протягивание трубопровода

На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая плеть трубопровода. При затягивании за расширителем последовательно крепятся вертлюг, серьга, захват с трубой или несколькими трубами. Вертлюг преднозначин для того, чтобы исключить передачу вращательного движения с буровой колонны к трубе.

Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть трубопровода по предусмотренной проектом траектории.

Коротко об этапах производства работ  

Этап - Подготовительный 
До начала производства работ должна быть спланирована и рассчитана траектория бурения. 
Основные моменты планирования: 
Определение длины и глубины трассы бурения; 
Учет подземных коммуникаций и других препятствий; 
Получение информации о существующих подземных структурах; 
Получение разрешений на проведение работ и определение источников риска. 

Этап - «Пилотное» бурение 
«Пилотное» бурение - первичная проходка бурового инструмента по заданной, рассчитанной траектории. При этом в процессе бурения в скважину подается буровой раствор, необходимый для охлаждения бурового инструмента, удержания стенок канала от обрушения и выноса породы, срезанной буровым инструментом. 
«Рулежка» по оси бурения осуществляется при помощи современной локационной системы, основанной на компьютерной обработке информации в режиме реального времени, поступающий в виде сигнала от излучателя, который расположен в буровой головке, что обеспечивает высокую точность проведения работ. 

Этап - Предварительное расширение 
После того, как буровая головка выведена на поверхность земли, необходимо увеличить диаметр скважины до диаметра, на 20-30% превышающего диаметр протягиваемой трубы. Для чего используется одно или несколько предварительных расширений, последовательно увеличивающих диаметр бурового канала. При этом буровая головка отсоединяется и на ее место прикручивается расширитель. Процесс расширения проводится «обратным ходом», т.е. расширитель проходит от точки выхода буровой головки до точки забуривания (к буровой установке). При этом также на протяжении всего процесса расширения в буровой канал подается буровой раствор соответствующей консистенции, для стабилизации и смазки стенок канала и выноса шлама из скважины. 

Этап - Затягивание плети трубопровода 
На противоположной стороне от буровой установки (у точки выхода бура) располагается готовая к протяжке плеть трубопровода. Труба крепится к буровым штангам посредством специального захвата и затягивается в буровую скважину. Вращение трубы в процессе затяжки исключено благодаря шарнирному соединению с колонной буровых штанг. Подача бурового раствора в скважину идет на всем протяжении затягивания трубы. 

Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть трубопровода в «ванне» бурового раствора по проектной траектории.