Распространение метода ГНБ продолжает «набирать обороты»

Бестраншейное бурение, или  Technology NO-DIG, является альтернативным методом прокладки подземных коммуникаций без вскрытия грунта. В России подобные технологии получили распространение в последние 10-15 лет, поскольку экономически они выгоднее прокладки традиционными методами в 2-3 раза. За рубежом же бестраншейная прокладка «работает» уже более полувека.

Немного теории

Наибольшее распространение у коммунальщиков получили 4 метода бестраншейной прокладки, хотя наукой разработано их значительно больше. Чаще всего в отечественной практике можно встретить горизонтальное бурение, прокалывание, продавливание, а также метод с условным названием «замена труб».

При прокалывании земли в передней части стальной трубы закрепляют конус. За счёт толкающего усилия, прикладываемого к трубе, конус движется сквозь грунт, раздвигая его на своём пути и уплотняя. Усилие на трубу передают либо гидродомкраты, либо виброударные или пневматические устройства. Иногда используются тяговые усилия тракторов или бульдозеров. Таким методом прокладывают магистрали из труб диаметром до 150 мм.

Способ, позволяющий прокладывать трубопроводы диаметром 2000 мм, называется продавливанием. Технология прокладки, не вдаваясь в подробности, заключается во вдавливании конца трубы, с установленным специальным ножевым устройством на её конце, в грунт по определённой траектории и последующим удалением остающейся внутри трубы земли специальным оборудованием.

Существует много способов санации или восстановления трубопроводов. Чаще используется метод на основе применения принципа динамического удара. Специальная разрушающая головка разбивает трубопровод, требующий замены, и одновременно затягивает, вместо уничтоженного, трубопровод такого же или большего диаметра. Санацией можно заменить трубопроводы диаметром до 800 мм.

Распространение метода ГНБ 

Самым перспективным, по оценкам специалистов, является метод ГНБ (горизонтально-направленного бурения). Преимущества метода неоспоримы. Не нарушая поверхностных строений и сооружений, на заданной глубине по специальной технологии прокладывается труба. Бурение не останавливают ни скалы, ни плавуны, ни овраги, ни сложнопересечённая местность. Причём скорость прокладки впечатляющая. Объём работ прежними, «траншейными», методами выполнялся несколько месяцев, методом ГНБ производится за считанные дни, причём можно прокладывать трубопроводы диаметром до 1400 мм.

Бурголовки и штанги для ГНБ

Процесс бестраншейного бурения осуществляется строго по разработанным технологиям, т. к. несоблюдение их ведёт к порче инструмента, дополнительным производственным расходам, браку в работе.

Начальным этапом процесса ГНБ, после геологической разведки и выбора оборудования, на основании полученных данных о грунтах, является прокладка т. н. пилотной скважины. Это предварительная скважина небольшого диаметра, около 100 мм, прокладываемая согласно имеющемуся проекту.

Проходка осуществляется породоразрушающим инструментом – буровой головкой цилиндрической формы с наклонным срезом передней части и встроенным излучателем. Контроль глубины, угла наклона, направления бурения – всё это осуществляет оператор, используя зонд-излучатель и локатор-приёмник.

 

Буровая головка соединяется специальной полой муфтой, имеющей внутри форму шести- или восьмигранника с гибкой приводной штангой, являющейся своего рода амортизатором при буровой головке. Соединение фиксируется болтом, закрученным в резьбовое сквозное отверстие в стенке муфты. Такие соединения осуществляют передачу крутящего момента на бурильный инструмент, в качестве материала муфты обычно применяется высокопрочная сталь с HRC 28-30, например, 30ХГСА.

Головка имеет специальные отверстия, через которые в процессе бурения под давлением 50-100 бар подаются раствор бентонита или растворы различных полимерных материалов. Жидкость многофункциональна: она охлаждает буровой инструмент в процессе его эксплуатации, уменьшает трение режущих элементов с грунтом, образующаяся суспензия с размельчённой породой отвердевает и предохраняет скважину от обвалов и осыпания грунта. Кроме того, подаваемая под давлением буровая жидкость разбивает рыхлые породы, очищает скважину, вынося из неё мелкие обломки твёрдых пород.

Положение бурильного инструмента, как уже было сказано выше, оператор отслеживает с помощью приёмного локатора, принимающего сигналы встроенного в корпус головки излучателя. На современных установках ГНБ кроме локатора оператор располагает также монитором, на котором отражается информация об уклонах и пустотах в земле, определяется азимут бурголовки.

Если оператор наблюдает отклонение в направлении движения буровой головки от требуемого маршрута, то процесс бурения останавливается, вращение буровых штанг прекращается, а оператор, работающий на бурильной установке совместно с работником, находящимся с локатором над головкой, используя буровые штанги, направляет головку таким образом, чтобы её скос вернулся на «проектное» направление. После восстановления направления движения буровыми штангами без вращения «задавливают» буровую головку в грунт и заставляют продвинуться на некоторое расстояние в правильном направлении, а затем включается вращение, и процесс пилотного бурения продолжается до выхода головки из земли в планируемом месте.

Распространение метода ГНБ

Одним из главных конструктивных элементов буровой головки являются буровые лопатки. Они выполняют функции «руля» при проходке. Форма лопатки, и особенно её режущая часть, выбирается в зависимости от вида грунта и существенно влияет на производительность бурения, экскавацию грунта из скважины. Каждый производитель старается разработать лопатки, которые бы самым эффективным образом работали при бурении различных грунтов, поэтому видов и форм лопаток великое множество. Так, лопатки плоской формы в основном применяются при работах на глинистых почвах, а изогнутая форма лопатки будет эффективна при работе на песчаных почвах. Лопатки сложной формы, режущая часть которых представляет собой зубчатую поверхность, предназначены для бурения твёрдых грунтов.

Надо заметить, что производители лопаток стараются, чтобы покупатели приобретали их лопатки в комплекте с их же бурильными головками. Например, крепёжные отверстия лопаток располагаются таким образом, что лопатки одного производителя невозможно установить на буровую головку другого производителя.

Удачно выбранные лопатки значительно снижают нагрузку от крутящего момента, действующую на буровые штанги и их соединения. В качестве материала для изготовления лопаток обычно используется карбид вольфрама. Это очень твёрдый материал, HRC около 90 ед., т. е. это керамика, сопоставимая по твёрдости с алмазом. Но материал также обладает большими термо- и износостойкостью.

Распространение метода ГНБ 

Буровые штанги выполняют очень важную технологическую часть работы. Они передают при прокладке пилотной скважины вращательно-поступательное усилие от буровой установки к буровой головке. А затем передают вращение вертлюгу и римеру, используемым для увеличения диаметра скважины.

Буровая штанга представляет собой трубу диаметром 50-80 мм и длиной до 3 м. Соединяются штанги между собой с помощью конических резьб. Каждая штанга имеет с одной стороны внутреннюю, а с противоположной – наружную резьбы. Каждый производитель старается использовать на своих штангах оригинальный типоразмер резьбы, чтобы уменьшить возможность взаимозаменяемости штанг у потребителя и «привязать» его к конкретному производителю.

При производстве штанг изготовители используют различные марки стали. Это связано с желанием найти тот материал, который бы наилучшим образом позволял штангам выполнять свои функции. В частности, в характеристиках штанги указывается процент допустимого изгиба. От этого параметра зависит не только угол входа в грунт буровой колонны, но и управляемость всей буровой «цепочкой» из соединённых штанг.

В характеристиках буровых штанг, кроме марки стали, заложены параметры, влияющие на производительность и качество бурильных работ. Поэтому, подбирая бурильный инструмент, специалисты учитывают максимальную нагрузку, которую может выдержать цепочка штанг и максимальный момент, который может выдержать бурильное замковое резьбовое соединение. Также обязательно учитываются геометрические параметры штанги: толщина стенок, длина отдельный штанги и диаметр. Но даже после выбора штанг, соответствующих, согласно техническим данным, нагрузочным и иным характеристикам, для выполнения производственной задачи, в большинстве случаев, проводят предварительные испытания буровых штанг, чтобы максимально застраховаться от аварии в проектной скважине.

Важным элементом конструкции буровой штанги являются сильфонные вставки. Их две на каждой штанге, с их помощью буровая цепочка представляет собой подобие гибкого троса. Кроме гибкости, такая конструкция помогает управлять движением бурильной головки.

Вертлюг и ример

Диаметра пилотной скважины в ряде случаев вполне достаточно для прокладки телефонных и электрических кабелей, газовых труб небольшого диаметра. Но при проведении трубопроводов со стороны выхода буровой головки уже, как правило, используется готовая к прокладке плеть трубопровода. Буровая головка, выполнившая свою функцию, отсоединяется.

Операция по расширению скважины производится в несколько этапов, и в технологии расширения используются промывочные вертлюги, ещё называемые бентонитовыми, и вертлюги силовые, а также расширители, или римеры.

Распространение метода ГНБ 

Промывочный вертлюг, как следует из названия, обеспечивает поступление в зону работы расширителя бурового раствора, а также соединяет буровую колонну и расширитель, совершающий вращательное движение, с талевой системой, поддерживающей вращающийся расширительный инструмент. На промывочные вертлюги действуют значительные усилия, их обозначения соответствуют усилиям, которые они выдерживают: 20 т, 40 т и т. д.

Римеры-расширители устанавливаются вместо бурильной головки и их протягивают через пилотную скважину в направлении буровой установки. Скважина расширяется, её диаметр должен на 30% превышать диаметр втягиваемого в скважину трубопровода.

Существует множество конструкций римеров, постоянно появляются новые разработки и модернизации проверенных конструкций. Среди наиболее часто встречающихся видов расширителей можно назвать шнековые. Отличительной чертой конструкции является её лёгкость, этот инструмент очень эффективен при расширении скважин, пробуренных в песчаных грунтах и суглинках.

В неуплотняемых почвах, в которых много песчаных включений, отлично себя зарекомендовали т. н. расширители радиального потока. Скорость проходки расширителями этого типа очень высокая. Кроме песчаных, инструментом можно успешно расширять скважины, пробуренные в глинистых почвах, в т. ч. и в глинистых сланцах.

Для почв, поддающихся уплотнению, разработаны уплотняющие расширители. Такой инструмент испытывает большие нагрузки от воздействия крутящего момента. Чтобы их снизить, уплотняющие расширители иногда используют в сочетании с режущими римерами, например, лопастевыми. Такой тип римера, по оценкам специалистов, имеет наиболее прочную конструкцию и демонстрирует высокие темпы проходки в любых грунтах, вплоть до известняка. Недостатком всех срезающих расширителей является проблема центрирования относительно оси скважины. Поэтому, пуская перед лопастевым расширителем уплотняющий, эта проблема разрешается.

Для наиболее сложных условий бурения, в скальных и агрегатных породах, предназначены рифлёные расширители и ещё более проходимые расширители скальных пород.

Силовые вертлюги привлекают в заключительной стадии бурения. Они устанавливаются как связующее звено между бурильной колонной и втягиваемым трубопроводом. При этом бурильная колона вращается и плавно движется в сторону буровой установки, а прокладываемый трубопровод, за счёт специального устройства силового вертлюга, только поступательно перемещается по скважине.

Промышленность выпускает силовые вертлюги с различными соединительными элементами, отличающимися не только конструктивно, но и усилием, которое они способны выдерживать. Так, выпускаются вертлюги 5, 10, 15, и т. д. до 40 т и выше.

Наши производители

Инструмента для ГНБ, сделанного российскими производителями, явно недостаточно для удовлетворения потребностей страны. В основном на рынке представлен инструмент, изготовленный ведущими мировыми, но, увы, зарубежными производителями. Один из главных поставщиков, безусловно, концерн Ditch Winch. Большая доля поставок инструмента приходится и на компанию Vermeer. С каждым годом всё более значительную часть поставок инструмента обеспечивают китайские компании.

Отечественных производителей немного. Так, инструмент высокого качества поставляет российская компания IDS Group. Эта компания работает с крупнейшими российскими нефтедобывающими компаниями и специализируется на проведении буровых работ большой сложности. Кроме того, компания изготавливает специфический сложный инструмент. Это всевозможные зонды со сменными буровыми головками, специальные буровые головки для скальных пород типа RB-H TCI с карбидовольфрамовым защитным армированием опорного подшипника и т. п.

Скуратовский экспериментальный завод производит буровые штанги и другой буровой инструмент, в дальнейшем использующийся на импортных установках ГНБ компаний WIRTH, Schmidt, Bohrtes, The Robbins Company и др.

Ещё одно предприятие – ООО «Уралбурмаш-Трейд» – также изготавливает в промышленных объёмах бурголовки, бурильные трубы, пилотные бурильные головки, различные расширители скважин, а также нестандартное оборудование, калибраторы и расширители, создаваемые по чертежам заказчика.

Предприятие из московской области ООО «Альбрехта» производит практически весь спектр оборудования для бурения методом ГНБ, начиная от самих машин ГНБ и кончая сухими смесями для самостоятельного приготовления буровой жидкости. Буровой инструмент, а именно расширители, резцы, буровые ножи и буровые пилоты «Альбрехта» изготавливает для машин Vermeer, Ditch Witch, Ti-Dril, American Augers. Tracto-Technik, Strightline. Таким образом, «Альбрехта» производит бурильный инструмент к оборудованию всех ведущих мировых производителей установок ГНБ, представленных в России.

Распространение метода ГНБ 

Российских производителей немного, но с каждым годом потребность в инструменте для ГНБ растёт. Большинство коммунальных сетей наших городов находится в эксплуатации с 30-50 гг., а на территории Западной и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке трубопроводы интенсивно эксплуатируются с 60-70 гг. Все они практически исчерпали свой срок службы. Так что работы у инструментальщиков, как говорится, «непочатый край».

Николай Днепров.

Комментарии пользователей

Извините, но у Вас не достаточно прав для добавления комментария.

Авторизация