Меню Рубрики

Двигатель установки горизонтального бурения

Методы ГНБ скальных пород

В начале 1990-х, когда горизонтальное направленное бурение (ГНБ) только набирало популярность в качестве метода прокладки коммуникаций, основным препятствием для его использования являлись пласты горных пород.

Компактные буровые установки для прокладки трубопроводов и кабелей имели достаточную прочность и мощность для работы в этих пластах, но операторы не имели возможности изменять курс бурения с помощью скошенной лопатки, используемой на большинстве буровых установок для управления буровой головкой. Проталкивание буровой головки в скальных грунтах для управления колонной часто невозможно: если буровая головка попадает в скальную породу, то такой прием не приносит желаемого результата.

Технология ГНБ для небольших установок, прокладывающих именно коммуникации, получила свое развитие в середине 90-х. Тогда же производители инструментов и оснастки занялись разработкой различных буровых коронок для бурения в скальном грунте. Некоторые подрядчики занимались разработкой такого оборудования под свои нужды самостоятельно. Особенно это касалось тех подрядчиков, которые были заняты бурением на нефтепромысле.

Модернизация буровых головок для ГНБ проходила с переменным успехом, но спустя почти десятилетие в промышленности укрепилось мнение, что единственным методом бурения скальных пород является бурение с применением гидравлического забойного двигателя. Тем не менее, у небольших моделей для ГНБ отсутствовали мощность и производительность бурового насоса, необходимые для такого двигателя. Крупногабаритные буровые установки, используемые для прокладки труб большого размера на длинные расстояния, имели слишком большие размеры, а их использование стоило недешево.

В 1995 году была представлена система с механическим приводом через двойные буровые штанги с усилием обратной тяги чуть более 10-ти тонн. В дальнейшем она была усовершенствована и стала наиболее эффективным инструментом для бурения скальных пород с помощью среднегабаритных установок ГНБ. В настоящее время система (All Terrain®) с постоянно модифицируемыми шарошками и пневмомолотами для ГНБ предлагает различные решения для направленного бурения грунта в скале. Данный инструмент предназначен для буровых установок с усилием обратной тяги до 45 тонн. Гидравлические забойные двигатели используются на больших моделях (более 45 тонн) для прокладки трубопровода в скалах, на длинных переходах под водными преградами и в работах с трубами большого диаметра.

Гидравлические забойные двигатели

Гидравлические забойные двигатели приводятся в действие с помощью бурового раствора, подаваемого через буровые штанги на мотор, который превращает силу потока жидкости в силу вращения и крутящего момента. Забойные двигатели используются для бурения на нефтепромыслах с 1920-х годов. Обычно забойные двигатели для ГНБ вместе с большими буровыми установками используют подрядчики, работающие с длинными и сложными скважинами в твердых породах. Не так давно для направленного бурения были разработаны двигатели для установок с меньшей производительностью бурового насоса.

Забойный двигатель представляет собой гидравлический мотор, соединенный с буровой штангой. Буровая жидкость приводит в действие мотор и, соответственно, буровую шарошку. Буровая штанга в свою очередь обеспечивает управление, направленность и вращение всей колонны. Инструмент из-за длинны и жесткости управляется в скважине не очень точно.

Невысокая эффективность забойных двигателей ограничивает мощность скважинного инструмента и требует нагнетания большого количества бурового раствора, что может обеспечить не каждая малогабаритная установка ГНБ. Высокое давление бурового раствора, необходимое для эффективной работы, может привести к разрушению скважины и выбросу буровой жидкости в окружающую среду через поверхность грунта или же в воду при бурении через водную преграду.

Модифицированные скошенные буровые коронки

Скошенные лопатки с модифицированными резцами зачастую являются самым приемлемым вариантом для работ в плотном, твердом грунте и скальных породах. Существует масса конструкций со съемными карбидными насадками для долбления и скобления грунта. Однако работа с ними кардинально отличается от работы в мягких грунтах. Головка управляется с помощью «карвинга» отверстия, то есть методом поступательных полукруговых движений бура туда-обратно, стачивающих породу для отклонения в сторону необходимого направления. В зависимости от состава грунта работы могут сильно замедлиться. Для выполнения таких работ следует назначить квалифицированного и крайне уравновешенного оператора. Облегчить его труд могут функции автоматического управления «карвингом», которыми снабжены некоторые современные буровые установки.

Модифицированные скошенные буровые коронки наиболее эффективны при работах в твердом грунте, грунте со скальными включениями и в рыхлых горных породах. Существует огромное множество головок для бурения твердых пород в различных конфигурациях для малых и больших буровых установок. Они есть в арсенале многих производителей бурового инструмента для ГНБ.

Пневмомолоты для бурения (Air Hammers)

Не так давно широкое применение для бурения твердых скальных пород получили пневмолоты с прочностью на сжатие до 25 000 pci. Ударное бурение обычно эффективнее, чем бурение вращением, если мы говорим о крайне твердых породах. Молоток работает от подачи больших объемов сжатого воздуха. И еще большие объемы воздуха требуются для прочистки скважины. Сложности при извлечении грунта зачастую критически снижают производительность. Пневмомолоты используются как с обычным буровым оборудованием ГНБ с одинарными штангами, так и в моделях, оборудованных двойными штангами.

Читайте также:  Установка предпускового подогревателя на дизельный двигатель

Управление может показаться сложным, если Вы используете одинарные штанги и пневмомолот с наклоненным наконечником. Хотя если необходимо бурить методом колебания или карвинга, новейшие установки ГНБ снабжены функциями, которые облегчают работу оператора. Не так давно функцией пневмомолота были оснащены системы ГНБ с двойными штангами. Такие системы показали хорошую производительность с изгибом первой штанги для обеспечения управления и внутренней штангой для обеспечения вращения пневмомолота.

Пневмомолот не подходит для проходки в мягких грунтах и не используется на длинных переходах. Пневмомолоты подходят для бурения пилотной скважины диаметром около 150 мм в скальных породах (более 15 000 pci) и в определенных сверхтвердых породах (свыше 25 000 pci). Минусы пневмомолота заключаются в сложном направлении в рыхлых средах, а также в трудноосуществимой очистке буровой скважины.

Механические системы с двойными штангами

Механические буровые системы с двойными штангами обеспечивают средние модели для ГНБ с обратной тягой от 13 до 45 тонн. Они обладают производительностью, достаточной для бурения в каменистых породах, что недоступно обычным машинам с сопоставимой обратной тягой. Системы с механическим мотором имеют внутреннюю штангу, которая приводит в движение буровую головку/шарошку, а внешняя штанга обеспечивает управление. В отличие от гидравлического забойного двигателя зонд локации механической системы располагается в буровой головке (первой штанге), а не на расстоянии 4-5 метров от нее, что является обычным для забойного двигателя. Механическая система обеспечивает максимальную мощность вращения шарошки, одновременное бурение и управление направлением в скальных и каменистых породах, расходуя буровой жидкости не больше, чем обычное оборудование ГНБ такого размера с одинарными штангами.

Кроме скального грунта, механические системы эффективны при работах в глине и в других типах почвы. Ход бурения не изменится, если каменистый грунт сменится на мягкий грунт. Грунт вперемешку с валуногаличником является одним из самых неудобных сред для направленного бурения, так как изменить направление бурения в такой почве крайне сложно. Система бурения с двойными штангами зачастую являются самой эффективной при прокладке коммуникаций в подобных условиях.

Если машина ГНБ оснащена механической системой, это значит, что каменистая почва не станет преградой для проведения направленного бурения, как это было ранее. В настоящее время механические системы бурения скальных пород предлагаются двумя производителями, и их продукция имеет существенные различия.

Планирование и подготовка

Успешное бурение в скальных породах – это не только своевременное использование соответствующего оборудования.

Горизонтально-направленное бурение в скальных породах требует планирования, правильно подобранного оборудования, терпения и настойчивости.

Если Вы ставите перед собой задачу провести бурение в скальных породах, проведите тщательное планирование с учетом структуры и твердости породы. Даже если Вам кажется, что порода рыхлая, она может оказаться твердой, и наоборот. Рыхлые породы могут обладать высокой абразивностью, что может привести к преждевременному износу Вашего инструмента. При бурении Вы можете проходить участки рыхлой, твердой и снова рыхлой породы, а местами бурить мягкую почву.

Отсутствие подготовки – это риск. Необходимо провести исследование почвы до начала работ. Успех работы зависит от выбора правильного метода бурения, использования правильного инструмента и бурового раствора.

Бурение скальных пород не для новичков.

Опытные операторы понимают, что от них требуются неспешные и осторожные действия без попыток ускорения работы. Существует мнение, что выполнение успешного бурения в скальных породах — настоящее искусство.

Не каждый подрядчик может бурить скальные породы.

В зависимости от требований проекта и типов и твердости породы, многие небезосновательно отдают работы подрядчикам, специализирующимся в бурении твердых пород, которые располагают должным оборудованием и опытными операторами.

Для всех проблем, которые возникают при работе со скальным грунтом и которые были описаны в этой статье, технология горизонтально направленного бурения становится универсальным бестраншейным методом прокладки коммуникаций для всех видов грунтов. Недостатки и ограничения, существовавшие в недалеком прошлом, компенсируются технологиями, которые увеличили эффективность среднеразмерных систем ГНБ даже при работе в сложных условиях. Сегодня подрядчики могут выбирать из огромного ряда технологий, чтобы выполнить работы, которые не так давно считались невозможными.

источник

Обзор рынка установок горизонтально-направленного бурения

Это относительно новое направление, с одной стороны, притягивает новых игроков, с другой – приводит к росту конкуренции. При этом заказчик, выбирая подрядчика, не всегда имеет возможность достоверно оценить его реальную квалификацию. Компании-новички могут купить сильно подержанное оборудование по доступной цене, но они не способны заодно приобрести необходимый опыт. Чтобы быстро зайти на рынок, такие подрядчики подают заявки с ценой ниже рыночной и выигрывают у тех, кто знает, как правильно эксплуатировать эту технику. Наряду с этим есть тенденция, когда уже состоявшиеся компании монополизируют наиболее привлекательные ниши. Как правило, это заказы на переходы повышенной сложности, которые имеют значительную длину и большой диаметр скважины.

Читайте также:  Установка двигателя на катер прогресс

Несмотря на взлеты и падения, широкий спектр применения (от прокладки систем водоснабжения и канализации, электрокабелей, волоконно-оптических линий связи до бурения скважин на нефть и газ) позволяет специалистам в этой сфере не только чувствовать себя на плаву, но и с уверенностью смотреть в будущее в ожидании наступления «золотого века» бестраншейной прокладки. Существующие подземные коммуникации рано или поздно перестают удовлетворять потребности эксплуатирующих организаций и тогда требуют расширения, модернизации или ремонта. Для этих целей метод ГНБ считается наиболее приемлемым и экономически рентабельным. Тем более что эта технология распространяется с каждым годом все шире. Многие организации на своем опыте уже убедились, что, например, прокладка кабеля с помощью ГНБ позволяет существенно снизить затраты за счет уменьшения объемов земляных работ и рекультивации, а также сократить сроки исполнения проектов.

К неудобствам можно отнести необходимость утилизации отработанного бурового раствора, который приходится удалять с рабочей площадки с помощью специализированной техники. Использование системы очистки облегчает задачу сохранения окружающей среды, но не решает ее полностью, так как при этом все равно нужно вывозить образующийся шлам. Что касается номенклатуры, можно отметить постепенное увеличение на российском рынке доли комплексов ГНБ «макси» и «мега», в том числе за счет использования данного типа оборудования для добычи сверхвязкой нефти. Количество мини-установок составляет сейчас примерно 50% от общего объема находящихся в эксплуатации машин. Результаты опросов показывают, что профильные специалисты при выборе установок ГНБ оценивают прежде всего уровень качества, наличие сервиса, технической поддержки, сроки поставки расходных материалов и стоимость владения. Для справки: в 2016 г. в мире было произведено и реализовано более 2400 установок ГНБ.

Персоналии рынка

Одними из наиболее надежных в эксплуатации считаются комплексы ГНБ производства компании Vermeer, которая представила свою первую установку для горизонтального направленного бурения в 1991 г. К концу 1990-х линейка Navigator завоевала лидирующее положение на мировом рынке. Одна из последних разработок компании – компактная установка горизонтально-направленного бурения для коммунального хозяйства Vermeer D10x15 S3 Navigator с 60-сильным двигателем Deutz – имеет скорость движения каретки 63,4 м/мин, что на 11% выше по сравнению с предшествующей моделью. Установка отличается пониженным уровнем эксплуатационного шума. Специалисты Vermeer оптимизировали мощность, которая выросла на 36%, усилие продавливания увеличилось до 44,5 кН. Максимальный крутящий момент вырос до 2034 Н.м, скорость вращения шпинделя – до 220 об/мин. Все эти улучшения направлены на то, чтобы помочь подрядчикам, занимающимся прокладкой коммуникаций, проходить большее расстояние за рабочую смену. Установка D10x15 S3, имеющая длину 3,8 м, обладает одними из самых малых в своем классе габаритными размерами, поэтому при работе на проезжей части не блокирует движение транспорта. Сочетание низкого уровня шума и компактных размеров буровой установки D10x15 S3, а также малый допустимый радиус изгиба буровых штанг делают ее подходящей для проходки коротких (от бордюра до здания) скважин для прокладки волоконно-оптических линий связи и других инженерных коммуникаций. Так же, как и на других моделях линейки S3 изделий корпорации Vermeer, на установке D10x15 S3 установлен интерактивный полноцветный сенсорный дисплей DigiTrak Aurora. На экран Aurora в режиме реального времени в легкочитаемом виде выводятся сведения о местонахождении буровой головки. Установка D10x15 – это последняя модель из линейки установок ГНБ Vermeer S3 Navigator, в которую входят установки D20x22 S3, D23x30 S3, D24x40 S3, D40x55 S3 и D60x90 S3 для прокладки коммуникаций и установки ГНБ в классе «макси» D100x140 S3 и D220x300 S3 для проектов по прокладке трубопроводов.

Компания Ditch Witch представила свой вариант компактной установки горизонтально-направленного бурения – JT10. Оборудованная дизельным двигателем Deutz мощностью 66 л.с. (49 кВт), JT10 относится к одной из самых мощных в своем классе. С усилием обратной тяги 44 кН и высокопроизводительным буровым насосом оператор сможет применять расширители большего диаметра даже на малых работах. Сегодня операторы сталкиваются со все более сложными условиями эксплуатации, особенно это касается компактных стройплощадок в городской черте. По заявлению производителя, при создании JT10 новые требования были учтены.

Еще одна новинка того же производителя – это установка Ditch Witch JT40 со 160-сильным двигателем Cummins Tier 4. В созданной с учетом пожеланий клиентов Ditch Witch JT40 реализованы запатентованные решения для оптимизации рабочих характеристик, производительности и комфортных условий труда оператора. Компактная, мощная машина с максимальным тяговым усилием 178 кН оборудована кассетой увеличенной емкости для штанг и имеет массу 9300 кг. Максимальный крутящий момент – 7460 Н.м.

Недавно было объявлено о выпуске вакуумного экскаватора MV800, разработанного компанией Ditch Witch специально для уборки на площадках горизонтально-направленного бурения. Вакуумный экскаватор MV800 приводится в действие бензиновым двигателем Briggs & Stratton мощностью 31 л.с. (23,1 кВт) с электрическим стартером. Система фильтрации MV800 включает встроенную камеру для удаления загрязнений. Бак для грунта имеет объем 3028 л. Функция обратного потока и гидравлический лючок предназначены для выгрузки грунта из бака. Вакуумный экскаватор MV800 может также оснащаться дополнительной системой подачи воды с баком объемом 379 л и системой регулировки давления в диапазоне до 207 бар для извлечения мягкого грунта, например, из подземных коммуникаций. Органы управления расположены безопасно, со стороны тротуара, и позволяют одному человеку управлять всеми функциями машины. Система MV800 полностью размещается на адаптированном прицепе с максимальной разрешенной массой 6350 кг.

Читайте также:  Установка турбин на двигатели змз

Компания Universal HDD считается одним из лидеров по разработке и производству оборудования для горизонтально-направленного бурения. В 2016 г. были введены в строй новые и модернизированные буровые установки: UNI 23×36, 80×100 UNI и UNI 250×400. При изготовлении этих ГНБ применяются самые передовые технологии в отрасли, но вместе с этим сохраняется простой дизайн, обеспечиваются высокая производительность и надежность.

Приоритетом для компании Prime Drilling является качество продукции, которая конструируется, производится и собирается в г. Венден (Германия) с 1999 г. Модульная концепция предоставляет клиенту свободу выбора силы тяги и крутящего момента для буровой установки, которая производится по индивидуальному заказу с учетом пожеланий клиента. Сейчас в мире успешно эксплуатируется более 150 буровых установок Prime Drilling с силой тяги от 300 до 1000 кН. Они позволяют пробурить скважины длиной до 1200 м и диаметром до 1200 мм. Сервисная поддержка осуществляется в режиме 24 часа/ 7дней в неделю. Кроме этого компанией предлагается стандартное и дополнительное оборудование, такое как кран для поднятия бурильных труб, механизм подачи бурильных труб, манипулятор, система контроля параметров бурения, бурильные трубы, расширители, вертлюги, насосные и смесительные узлы, измерительное оборудование и другие необходимые аксессуары для ГНБ. Особенностью компактных установок Prime Drilling является наличие бортового насоса PD-X.1.000-C для экономии места и времени транспортировки, а также обеспечения большей гибкости.

Китайские производители традиционно могут предложить значительно более низкую цену на свою продукцию, но при этом техника ГНБ, поставляемая из Китая, далеко не всегда соответствует мировым стандартам качества. Новинка от Forward (КНР) – миди-установка ГНБ RX33x120 – оснащена двигателем мощностью 176 кВт. Основное назначение по замыслу изготовителей – это строительство водопроводов, канализационных коллекторов, тепловых сетей, газопроводов, нефтепроводов, а также прокладка футляров для кабелей связи и электрокабелей в городских и полевых условиях. Основные характеристики комплекса: усилие тяги – до 330 кН, крутящий момент на низкой передаче – до 14 000 Н.м, максимальная скорость вращения – 180 об/мин и скорость подачи – 42 м/мин.

Проблемы развития

Развитие телекоммуникационных сетей и волоконно-оптических линий связи создает потребности в компактных установках ГНБ для города. С увеличением объема работ объем инвестиций в такую технику тоже растет. Подрядчики хотят работать на небольших, маневренных и в то же время достаточно мощных установках. Плотная застройка городов и развитие их инфраструктуры делает прокладку коммуникаций методом ГНБ все более актуальной, потому что открытый способ прокладки не всегда доступен.

Если говорить об использовании технологии ГНБ в нефтегазовом секторе, то большое количество оставшихся от СССР переходов различного назначения, в том числе магистральные нефте- и газопроводы, построенные открытым траншейным способом, вырабатывают свой ресурс и требуют замены. Таким образом, потенциал рынка подземной инфраструктуры практически безграничен. На вопрос, какие трудности приходится преодолевать специалистам горизонтально-направленного бурения, наверное, найдется много эмоциональных ответов. Одной из проблем можно считать надлежащий объем инженерных изысканий и проектирования. Бóльшая часть ошибок, проявляющихся на стадии строительства, является следствием неполноты исходных данных, недостатка достоверной информации о состоянии подземного пространства и неточностей в проектной документации.

К особенностям работы в нефтегазовой отрасли и с госкомпаниями можно отнести то, что каждый крупный заказчик создает свою нормативную базу, при том, что нормативно-технической документации федерального уровня пока не существует.

Еще одной проблемой, стоящей перед рынком ГНБ сегодня, причем не только в России, но и во всем мире, является недостаток квалифицированных и надежных бурильщиков. Надо отметить, что два ведущих производителя оборудования для ГНБ – Vermeer и Ditch Witch – уже приступили к реализации масштабных программ, направленных на оказание помощи в обучении операторов ГНБ. Преимущество этих компаний в том, что они работают в этом направлении совместно со своими дилерами, рассредоточенными по всему миру. В частности, Ditch Witch предлагает интерактивное обучение, комплексную учебную программу, включающую работу в аудитории в течение нескольких дней, подготовку на имитаторе ГНБ для понимания принципов управления машиной или совершенствования своих навыков, а также на смоделированной рабочей площадке для получения практического опыта работы с оборудованием.

источник