Технология и методы горизонтально направленного бурения

Горизонтально направленное бурение – это технология для прокладки кабелей, труб и прочих коммуникаций под поверхностью земли, без необходимости прибегать к траншейному способу. Методы горизонтально направленного бурения постоянно совершенствуются. В последнее время технология горизонтального бурения стала наиболее популярной, так как крупные города должны жить в привычном для них ритме. Постоянно увеличивающийся поток автотранспорта, создание благоустроенных парков, пешеходных зон и автодорог. Тем не менее потребность в прокладке подземных коммуникаций по-прежнему велика, а при проведении подобных работ, если используется траншейный метод, город рискует быть парализованным.

Схема горизонтально направленного бурения.

Технология направленного бурения ГНБ в своем роде уникальна тем, что можно управлять процессом, при необходимости имеется возможность поменять направление прокладываемых узлов в профиле и плане, огибая разные препятствия. К неоспоримым плюсам ГНБ относятся высокая производительность работ, возможность проводить работу, не нарушая движения транспорта и пешеходов, сохранение ландшафта в первозданном виде, высокая точность и относительно низкая затратность производства. К относительным минусам можно отнести то, что объем установок занимает довольно большое пространство, и необходимость порой выкапывать стартовые и приемные котлованы. Но любой минус ГНБ с легкостью компенсируется всеми ее достоинствами.

Принцип работы и методы бурения

Принцип работы горизонтально направленного бурения.

Локационная система принимает и передает сигнал о местоположении буровой лопатки. В самой лопатке располагается первичный передающий датчик, который передает свои координаты на монитор пульта управления оператора ГНБ. Оператор ежесекундно видит расположение буровой лопатки по трем координатам, это глубина, пройденное расстояние и угол атаки. Все те же данные дублируются на переносной пульт оператора локационной установки. Оба оператора постоянно поддерживают между собой радиосвязь, что позволяет оперативно и точно заводить буровые штанги внутрь грунта и выводить их в точно запланированном месте.

В начальном месте вся установка ГНБ укрепляется вертикально расположенными упорами. Закрепленная к первой главной штанге буровая лопатка вводится ударно-вращательными движениями в грунт под углом 12-15 градусов. По предусмотренным внутренним каналам штанг подается бентонитовая жидкость, выходящая через отверстия в лопатке. Эта жидкость разжижает грунт и формирует своеобразную скважину. Также она играет роль смазки, минимизирующей силу трения о грунт самих штанг и впоследствии затягиваемых труб.

Продвигаемся еще глубже

Схема проходки скважины горизонтально-направленного бурения.

По мере углубления в грунт автоматически или вручную подаются новые штанги, которые состыковываются резьбовым соединением. Оператор в любой момент имеет возможность изменять усилие вталкивания бура и скорость его вращения вокруг оси. За счет упругости штанг угол поворота можно изменять до 90 градусов. Это добивается изменением положения лопатки и вдавливания ее без вращения, тем самым меняя угол атаки. Через каждые 70 метров трассы обустроены разгрузочные колодцы, позволяющие уменьшить давление внутри скважины и дающие выход для пульпы, смеси грунта с жидкостью. Их располагают вдоль всей трассы еще до начала бурения. Из колодцев пульпа откачивается мощными помпами. Длина же всей бестраншейной трассы может достигать 300 метров и более.

Первое пилотное бурение завершается, когда буровая головка выходит на поверхность, как правило, это запланированная точка выхода. В точке выхода бура выкапывается технологический приемный котлован. Когда бурильная головка выходит из земли, оператор должен отключить подачу жидкости и продвинуть штанги вперед для освобождения головки от земли. Обычно скважина получается до 100 миллиметров в диаметре, и чтобы проложить трубы большего диаметра, требуется обратная протяжка с расширительной насадкой шнекового типа. Как правило, процесс расширения и протяжки совмещаются в один цикл. Так к расширительному шнеку через вертлюг прикрепляется протягиваемая труба, методом обратной протяжки втягивается в проделываемую скважину. На шнек подается бентонитовая жидкость, играющая роль смазки, и тем временем препятствуя оседанию грунта. А при застывании создает плотную основу, одновременно служащую еще и изоляционным материалом.

Предварительное расширение

При тяжелых условиях грунта и прочих помехах, будь то корни деревьев, выполняется предварительное расширение канала без затягивания коммуникационного материала.

Схема предварительного расширения ГНБ.

На подобных сложных объектах требуется максимальная мощность буровой установки, правильный выбор бентонитовой жидкости и правильной оценки степени тяжести грунта. В таких случаях используют режущие расширительные насадки иногда в сочетании со шнеком. Такая насадка режет грунт вокруг себя, а следующая шнековая уплотняет канал. Такой метод совместно с правильно выбранной суспензией создает ровный канал, делая процесс дальнейшего втаскивания трубы более легким.

Ни одна буровая работа не должна обходиться без жидкости, так как любые локационные системы чувствительны к высоким температурам. И немаловажный момент – предотвращение осыпания грунта. Перед началом протягивания коммуникации полимерных труб или металлических производится сборка всех узлов. Буровая установка должна быть выключена. Происходит присоединение кольцевого расширителя к штангам. Далее через вращающийся вертлюг присоединяют саму коммуникационную систему, оснащенную переходником или иным соединительным оборудованием. Размер расширителя подбирается с расчетом, чтобы получившаяся скважина была на 25% больше трубы, если труба с изоляционным материалом, диаметр должен быть больше на 50%. При большом давлении внутри скважины бентонит равномерно заполняет все полости между трубой и грунтом. После затвердевания исключается любая возможность просадки грунта.

Прогресс не стоит на месте. С каждым днем методы и техника горизонтально направленного бурения совершенствуется. Некоторые производители подобных буровых установок могут предложить бурение под землей на расстояния свыше 3 км и диаметром скважин более 1000 мм. И потребность в подобной технике, особенно в крупных городах, со временем будет только расти. И, возможно, однажды уйдут в прошлое привычные нам методы прокладки подземных коммуникаций, таких как рытье траншей. С помощью техники горизонтально направленного бурения без труда прокладываются коммуникации под автодорогами, железнодорожными путями, водными преградами, сквозь скалистые возвышения. Немаловажно, что и ландшафт планеты благодаря этому методу намного меньше страдает. Остаются нетронутыми места отдыха людей, парки, скверы. За технологией горизонтально направленного бурения будущее.