Все о горизонтальном бурении

Горизонтальным бурением называется один из видов прокладки скважин. Широкое распространение технология получила в сфере строительства, нефтегазовой отрасли, а также при проведении работ в условиях городской скученности. Рассмотрим подробнее, в чём суть метода, и какие этапы являются основными при данном типе бурения.

Горизонтально-направленное бурение (ГНБ) представляет собой тип бестраншейного бурения, благодаря чему удаётся сохранить поверхность ландшафта (например, дорожное полотно, элементы благоустройства и т. д.). Данная методика появилась ещё в 60-х годах прошлого столетия и популярна в наши дни. Методика делает возможным снижение затрат на бурение, а точнее – восстановление ландшафта после данного процесса.

Если говорить простыми словами, то принцип метода сводится к созданию 2 проколов в земле (котлованов) и подземного «хода» между ними при помощи горизонтально-наклонной прокладки труб. К этой технологии прибегают также в тех случаях, когда невозможно рытьё траншеи (например, на исторически ценных объектах). Методика подразумевает выполнение подготовительных работ (анализ почв, подготовка 2 площадок – в точках входа и выхода траншеи), формирование пилотной скважины и последующее её расширение в соответствии с диаметром труб. На завершающем этапе работ в полученные траншеи затягиваются трубы и/или провода.

При ГНБ в траншею могут укладываться как пластиковые, так и стальные трубы. Первые могут фиксироваться под углом, в то время, как вторые – только по прямой траектории. Это позволяет применять полипропиленовые трубы в траншеях под водоёмами.

Горизонтальное бурение эффективно в решении следующих задач:

• прокладка электрокабелей, газо- и трубопроводов к объектам;
• получение скважин для нефтедобычи и добычи прочих полезных ископаемых;
• обновление коммуникаций, подвергшихся износу;
• формирование подземных магистралей.

Кроме указанной экономии, эта методика бурения имеет и другие преимущества:

• минимальные разрушения поверхности земли (делается только 2 прокола);
• сокращение времени работ на 30%;
• сокращение численности бригады рабочих (требуется 3-5 человек);
• мобильность оборудования, его легко устанавливать и транспортировать;
• возможность вести работы на любых территориях (исторических центрах, на территории прохождения высоковольтных линий) и почвах;
• возможность сохранять грунт, не повреждая его плодородные слои;
• осуществление работ не требует смены привычного ритма: перекрытия движения и т. п.;
• не наносится вред экологии.

Описанные выгоды обуславливают популярность и широкое распространение метода ГНБ. Впрочем, он имеет и недостатки.

• С применением стандартных установок для глубинного бурения удаётся прокладывать трубы длиной не более 350-400 метров. Если же нужно проложить более длинный трубопровод, приходится делать стыки.
• При необходимости установки под землёй более длинных труб либо прохождении их на большой глубине бестраншейный способ окажется слишком затратным.

Для проведения ГНБ используются машины и инструменты, которые смогут проколоть верхние слои почвы и углубиться. Исходя из объёма работ и типа грунта, это могут быть специальные перфораторы, мотобуры или буровые машины. Первые 2 варианта используются обычно для личного пользования, в то время как буровые машины применяются на крупных объектах, прочных и твёрдых грунтах.

Буровая машина или установка ГНБ представляет собой разновидность промышленного оборудования, функционирующую на дизеле. Основными функциональными элементами машины являются гидростанция, лафет, панель управления. Последняя позволяет оператору управлять работой и передвижением машины и выглядит как специальный пульт. Непосредственно создание траншеи возможно благодаря буру. Во время вращения бур нагревается, что чревато быстрым выходом его из строя. Избежать этого позволяет регулярное охлаждение водой металлической части. Для этого применяется шланг для подачи воды – ещё один элемент буровой машины.

Буровое оборудование классифицируется на основании граничного усилия протяжки (измеряется в тоннах), показателей максимальной длины бурения и диаметра скважины. Исходя из этих параметров производится расчёт мощности бура. Более компактный аналог буровой установки – мотобур. Основное его назначение – выполнение мелких земляных работ. Впрочем, проколочная часть процесса бурения в ряде случаев достаточно легко и быстро выполняется мотобуром. Поскольку мотобур работает как шнековое оборудование, нередко его называют прессово-шнековой машиной. Эта установка включает в себя бур, штангу и двигатель.

Такая система необходима для точного контроля траектории буровой головки и её выхода в локации второго прокола. Представляет собой зонд, прикрепляемый к головке бура. За местоположением зонда следят рабочие с помощью локаторов.

Данный тип инструментов становится необходим на этапе прокола почвы. Используются штанги, винтовые инструменты с резьбой, расширители, насосы. Выбор конкретного инструмента обусловлен типом грунта и этапами работы. К вспомогательным инструментам относят также фиксаторы и переходники, основная задача которых – помощь в получении трубопровода необходимой длины. Для получения канала нужного диаметра применяются расширители. На установку вода подаётся с помощью системы насосов. Генераторы обеспечивают бесперебойную работу оборудования, а система освещения позволяет бурить даже в тёмное время суток.

К вспомогательным инструментам или расходникам можно отнести медно-графитовую смазку. Ею смазывают места стыков буровых штанг. Горизонтальное бурение обязательно подразумевает использование бентонита, качество которого во многом влияет на скорость работ, надёжность траншеи, экологическую безопасность. Бентонитом называется многокомпонентный состав, основа которого – алюмосиликат, характеризующийся повышенными дисперсионными и гидрофильными показателями. Остальные ингредиенты раствора и их концентрация подбираются на основе анализа почв. Цель использования бентонита – укрепить стенки траншеи, избежать осыпания грунта.

ГНБ осуществляется в несколько этапов, а общая схема работ выглядит так:

• подготовка проектных документов, в которых отражены все необходимые расчёты;
• согласование проекта с владельцем участка (если это частная территория) и органами власти (если речь идёт о проведении работ на муниципальных объектах);
• рытьё котлованов: один на месте старта работ, второй – в точке выхода трубопровода;
• прокладка необходимого оборудования посредством буровых установок;
• завершение работ: засыпание котлованов, при необходимости – восстановление ландшафта на месте котлованов.

Прежде чем пробурить отверстие в земле, необходимо позаботиться о подготовке ландшафта. Для установки универсальной буровой техники потребуется ровная площадка 10х15 метров, она располагается непосредственно над местом входного прокола. Можно сделать её своими руками или с применением спецтехники. Следует убедиться, что к этой площадке существуют объездные пути. После происходит доставка и установка бурового оборудования.

Помимо машины для ГНБ, потребуется оборудование для подготовки бентонитового раствора. Он применяется для укрепления стенок траншеи и удаления почв из канала. Установка для бентонитового раствора ставится на расстоянии 10 метров от буровой машины. Поблизости от предполагаемых точек проколов создаются небольшие углубления на случай избыточного количества раствора.

Этап подготовки подразумевает также установку и проверку радиосвязи между рабочими бригады, анализ почв. На основе этого анализа выбирается та или иная трасса для бурения. Участок проведения буровых работ следует оградить предупредительной лентой жёлтого цвета. Затем устанавливается оборудование для бурения и пилотная штанга. Она фиксируется в точке входа буровой головки в землю.

По завершении подготовительного этапа можно приступать непосредственно к бурению. Сначала формируется пилотная скважина, сечение 10 см. Затем осуществляется повторная отладка оборудования и регулировка наклона головки бура – она должна иметь угол наклона 10-20 градусов относительно линии горизонта. Пилотная скважина является тренировочной перфораций, без формирования которой недопустимо проведение бестраншейного бурения. В это время проверяется функционирование и исправность систем, оцениваются особенности движения бура.

На этапе формирования пилотной скважины нужно отрегулировать инструмент по углу наклона почвы, а также проверить расположение головки бура по отношению к линии ландшафта. На всякий случай в котлованах формируют отводы. Они пригодятся, если обнаружатся в больших объёмах подземные воды или бентонитовые жидкости. Последняя предотвратит обвал траншеи и торможение бура вследствие налипания на него грунта, перегрев оборудования.

При подготовке важно произвести точные расчёты, чтобы не повредить проложенные ранее трубные магистрали. Минимальная дистанция от труб должна составлять 10 метров. Затем начинается процесс прохождения буром заданной траектории, причём каждые 3 метра необходим контроль и корректировка направления инструмента. По достижении буром необходимой глубины он начинает двигаться горизонтально или под небольшим наклоном – так прокладывается необходимой длины траншея. После прохода буром нужной длины, его направляют вверх, к выходу. Естественно, точка второго котлована просчитывается заранее, и в этой точке предварительно готовится площадка.

Завершающим этапом является вынимание первоначального инструмента из земли и расширение скважины с помощью расширителя или риммера. Он устанавливается вместо бура и позволяет увеличить диаметр пилотного канала. Во время движения расширителя предусмотрены контроль и при необходимости корректировка траектории движения инструмента каждые 3 метра.

Риммер двигается по траектории, обратной направлению бура, то есть от второго прокола – к первому. В зависимости от необходимого диаметра траншеи расширитель может проходить по нему несколько раз. Диаметр канала зависит от диаметра труб – в среднем он должен быть на 25% шире диаметра прокладываемых труб. Если речь идёт о теплоизоляционных трубах, то ширина диаметра канала должен быть на 50% больше диаметра труб.

Если в канале получается большое давление грунта и существует повышенная вероятность его осыпания, то производится равномерное распределение бентонита. После его застывания исключается не только риск осыпания, но и просадки почвы. Для более лёгкого входа и прохождения инструмента через почву используется специальный размягчающий бурильный раствор. При методе ГНБ большое внимание уделяется риску осыпания почв. В связи с этим дополнительно контролируется прочность соединения труб, чтобы под весом осыпавшегося грунта не произошло их разрыва.

После готовности горизонтальной траншеи приступают к установке в ней труб. Для этого к ней крепятся скобы и вертлюги, с помощью которых удастся затянуть трубу в канал. На начало трубы крепится оголовок, за который будет фиксироваться уже вертлюга. Через вертлюгу также производится стыковка труб, само буровое оборудование при этом выключено. Для стыкования прибегают к использованию специальных переходников.

ГБН подходит для прокладки защитных труб, внутри которых проходят телефонные, оптоволоконные и силовые кабели; для монтажа трубопровода, внутри которого двигаются ливневые и канализационные воды, а также питьевая вода. Наконец, водопроводные трубы и нефтегазопроводы также могут прокладываться методом ГБН.

К методике прибегают и в тех случаях, когда нужно уменьшить бюджет на ремонт либо сократить количество рабочих. Снижение финансовых расходов обусловлено отсутствием необходимости восстанавливать ландшафт после бурения, а также максимальной автоматизированностью процесса. Оптимизация численности рабочей бригады становится возможной благодаря тому, что рабочие нужны фактически только для управления машиной.

Методика эффективна при установке трубопроводов в песчаных, суглинистых и глинистых почвах. Использование описанной технологии оправданно в случае, если траншея проходит под автомагистралями, на исторически ценных территориях или под водой. В последнем случае входной прокол делается через речное устье.

Бестраншейное бурение эффективно не только в условиях плотной городской застройки и исторических центрах, но и в частном доме, поскольку позволяет сохранить насаждения, постройки. Как правило, на объектах частной собственности данным способом прокладывается водопровод, канализация.

О том, как работает горизонтально направленное бурение, смотрите в следующем видео.