Меню Рубрики

Установка горизонтального бурения статьи

Описание технологии горизонтально-направленного бурения

Наклонно-горизонтальное бурение – технология бурения скважин, пространственное положение которых отклоняется от вертикальной линии по любому направлению, вплоть до полного горизонтального расположения. Наклонными принято считать скважины, которые отклоняются от вертикали больше, чем на 2 градуса.

Процесс горизонтально-наклонного бурения

Наклонно-направленное бурение выполняется с помощью специальной конструкции буровой штанги и головки с гибким соединением, что позволяет изменять направление движения бура внутри грунта, в процессе работы.

1 В чём назначение и преимущество технологии ГНБ?

В промышленности наклонное бурение скважин востребовано в нефте-газовой сфере, в строительстве, также метод широко применяется для создания подземных коммуникаций.

Наклонно направленное бурение применяется для выполнения таких работ:

  • Создания скважин для добычи нефти и газа;
  • Бурение для добычи полезных ископаемых;
  • Прокладки труб водоснабжения и канализации;
  • Прокладки коммуникаций газоснабжения;
  • Монтажа нефтепроводов и газопроводов;
  • Обустройства кабельных магистралей.

На сегодняшний день, наклонно направленное бурение является наиболее экономичным способом создания подземных коммуникаций и выполнения любых подземных работ. Наклонно направленное бурение, в сравнении с рытьем траншей своими руками, обладает следующими преимуществами:

  • Минимизация затрат времени и финансовых средств.
  • Возможность прокладки коммуникаций без разрушения асфальтового покрытия.
  • Бурение скважин (как нормальных, так и мини — на небольшую глубину) может осуществляться под водоемами, транспортными путями и в местах, где запрещены наземные строительные работы.
  • Работы могут выполняться мини бригадой из 3-5 человек.

2 Применяемое оборудование

Оборудование для горизонтального бурения можно условно разделить на несколько видов: машина для ГНБ, локационная система для ГНБ, вспомогательные устройства – буровые вертлюги, скобы, фиксаторы.

Применение локационной системы при ГНБ

Локационная система для ГНБ. Без наличия такой системы невозможно в полной мере контролировать наклонно направленное бурение, так как в процессе работы бур находится вне зоны видимости.

Чтобы бурение не привело к непредсказуемым последствиям (разрушение существующей прокладки коммуникаций, поломка оборудования из-за подземных преград), и для того, чтобы в полной мере контролировать точность бурения скважины, используется специальная геолокационная система.

Такое устройство состоит из двух основных частей: мини зонд, который устанавливается на буровую головку, и аппарат для отслеживания его показателей. Когда осуществляется наклонно направленное бурение, этой системой управляет оператор, который считывает всю информацию, поступающую с мини зонда, и на её основе корректирует процесс бурения.

Применение мини зонда является незаменимой частью процесса ГНБ.

Буровая машина. Наклонно направленное бурение выполняется дорогостоящим профессиональным оборудованием. Промышленные машины для ГНБ имеют рамные конструкции: они состоят из кузова, двигателя, работающего на дизельном топливе, и ходовой части. В свою очередь функциональная часть имеет следующие элементы: буровой лафет, гидростанция с шлангом для подачи воды, и панель для управления процессом.

Классификация буровых установок выполняется в зависимости от граничного усилия протяжки, которое измеряется в тоннах. Помимо этого, ключевыми характеристиками любой установки являются максимально возможные диаметр и длина бурения.

Вторичными факторами, на которые необходимо обращать внимание при выборе устройства для бурения скважины и прокладки труб, являются показатели расхода бетонита (л\мин), и радиус изгиба буровых штанг – он влияет на возможность изменять направление бурения по ходу работы.

Также можно выделить технологию горизонтально шнекового бурения, которое выполняется с помощью достаточно простых буровых установок, состоящих из буровой головы, штанги, двигателя, и каркаса, который соединяет их в один механизм.

В сравнении с промышленными буровыми машинами, такая конструкция обладает мини размерами. К тому же она достаточно проста в управлении – после краткого вводного курса, бурение может быть выполнено своими руками кем угодно.

Буровая установка для горизонтально-наклонного бурения

Вспомогательные устройства. К этой категории относятся все элементы фиксации для прокладки ПВХ обсадных труб, переходники, расширители, насосы для откачивания излишков бетонита, электрогенераторы, системы освещения и инструмент устранения аварийных ситуаций.
к меню ↑

3 Этапы работ

Перед тем как начать бурение горизонтальных скважин необходимо выполнить следующие подготовительные работы:

  1. Уточняется расположение подземных коммуникаций, которые расположены в пределах участка, где будет выполняться ГНБ. Места существующих коммуникаций – трубопроводы, кабельные линии, должны быть отмечены опознавательными знаками.
  2. Исходя из особенностей грунта, и других важных факторов, выбирается оптимальная трасса прокладки.
  3. Подготавливается площадка для буровой установки (уравнение грунта, создание освещения), и пути подъезда к ней.
  4. Буровая машина занимает исходную позицию, на площадку доставляется необходимое количество бентонита (раствора для укрепления скважины), и буровых штанг.
Читайте также:  Установка twrp на кирпич

Выполняется бурение пилотной скважины (мини тоннеля, диаметром до 100 мм). Изначально процесс бурения наклонных и горизонтальных скважин начинается под углом в 10-20 градусов, который, в процессе выхода на заданную глубину, корректируется к нужным показателям.

В процессе ГНБ изменение движения бура возможно во всех плоскостях. Чем ближе бурильная головка находится к точке выхода, тем сильнее бур направляется вверх, для того чтобы на выходе из грунта скважина получила необходимый угол.

Схематическое изображение траектории выработки при ГНБ

Технология горизонтально направленного бурения требует использования специальных устройств для мониторинга процесса, которые отслеживают местоположение бура под землей, и дают возможность точно определить глубину его заглубления в почву.

Для того чтобы расширить скважину, буровая головка своими руками заменяется на ример (специальное устройство для расширения), после чего на буровой машине включается режим обратных оборотов, и выполняется обратное движение римера, по направлению от точки выхода скважины, до буровой установки.

Количество проходов, необходимых для выполнения расширения скважины до нужного диаметра, может колебаться от 1 до 3. Это зависит от особенностей грунта и от того, какое устройство бурения используется. Если для расширения необходимо несколько проходок, то римеры последовательно меняются на устройства большего диаметра.

Прокладка труб выполняется с применением системы вертлюг и скоб, которые подсоединяются к трубе, и выполняют функцию креплений и фиксаторов, с помощью которых происходит затягивания труб в скважину.

Для фиксации труб вертлюгом на её край монтируется специальный скважинный оголовок, к которому присоединяется буровая колонна. В мелкогабаритных скважинах, обсадка которых выполняется полимерными трубами с небольшим весом, прокладки могут выполняться своими руками, в противном случае – усилие для затягивания труб придает буровая машина.

После того как труба смонтирована нужным образом, она отсоединяется от буровой колонны, после чего процесс ГНБ можно считать законченным.

Схематическое изображение пролегания трубопровода при ГНБ

Когда все этапы бурения наклонных и горизонтальных скважин завершены — осуществляется свертывание буровой установки и уборка рабочей площадки.

Метод наклонно направленного бурения подразумевает необходимость обязательного использования бетонита. Бентонит – это специальный раствор, который применяется для укрепления стенок скважины, так как риск обвалов грунта при ГНБ достаточно большой. Также бетонит уменьшает трение бура и улучшает процесс извлечение выбуренной почвы наружу.

Бентонит во много определяет эффективность всего процесса бурения, так как раствор плохого качества, который не будет обладать необходимыми промывочными свойствами, будет являться причиной дополнительных временных затрат, необходимых для очистки скважины от грунта.

Так как в процессе ГНБ используется большое количество бентонитного раствора, на входе и выходе в скважину могут скапливаться его излишки, которые, после завершения бурения, нужно извлечь своими руками, либо откачать с помощью насоса. Все остатки бетонита необходимо утилизировать.

Существуют определенные ограничения, которые препятствуют применению ГНБ:

  • Подземные препятствия могут стать причиной невозможности продолжения ГНБ;
  • Ограниченный изгиб буровых штанг для ГНБ не дает возможность выполнять короткие и неглубокие изменения направления скважины (до 5 м);
  • Наклонно направленное бурение не может осуществляться в монолитных скальных породах, либо в грунтах, с высокой концентрацией валунов.

источник

Выбор траектории коммуникации скважин ГНБ

В статье рассмотрен метод горизонтально-направленного бурения, определены достоинства и недостатки метода, а также описано планирование траектории бурения.

В статье рассмотрен метод горизонтально-направленного бурения, определены достоинства и недостатки метода, а также описано планирование траектории бурения. Угол забуривания, длина подсвечника и минимальная глубина определяются в привязке с ограничением по изгибу для вычисления траектории бурения.

Читайте также:  Установка вприска на дизеле

Горизонтально-направленное бурение (метод ГНБ) – способ проложить различные коммуникации через искусственные и естественные преграды под землей бестраншейным способом (рис. 1) [1]. При использовании метода поверхность ландшафта остается нетронутой, включая элементы благоустройства, дорожное полотно, строения и другие объекты. На данный момент разработано несколько проверенных методов горизонтально-направленного бурения, которые активно используются в целях снижения стоимости прокладки коммуникаций и сохранения объектов на поверхности земли.

Рис. 1. Метод горизонтально-направленного бурения

При использовании способа ГНБ стоимость аналогичных работ понижается в 2-3 раза. Если на ландшафте не представляется возможным проведение коммуникаций традиционным способом с рытьем траншей, применяется именно прокол в грунте.

Метод ГНБ используется в различных целях:

— прокладка трубо-, газопроводов, электрических кабелей и других коммуникаций к зданиям;

— формирование скважин для добычи нефти и других полезных ископаемых;

— замена устаревших коммуникаций и оборудования;

— обустройство подземных магистралей.

Помимо востребованности технологии, ГНБ дает определенные преимущества:

— разрушения на поверхности сводятся к минимуму (необходимо вырыть только 2 котлована);

— для проведения работ необходима небольшая бригада из 3-5 человек;

— оборудование для бурения мобильно, легко доставляется и устанавливается на место ведения работ;

— метод ГНБ позволяет быстрее и дешевле оборудовать коммуникации, благодаря чему технология обрела высокую популярность повсеместно.

При ГНБ прокладке используется буровое оборудование. Общая технология прокола сводится к следующим манипуляциям:

1. Подготавливается проектная документация с расчетами для точного горизонтального бурения в грунте.

2. Проекты согласуются с местными органами власти или владельцами участка.

3. На локации, где будет проводиться бурение, вырывается 2 котлована в месте старта работ и в месте выхода коммуникации.

4. С помощью бурового инструмента организуется прокладка нужного оборудования.

5. Завершение работ, удаление котлованов, восстановление объектов на месте их нахождения в случае необходимости [2].

Приведенное описание является кратким, на данный момент разработано несколько видов ГНБ работ. Применение конкретного вида горизонтального бурения проводится в зависимости от типов почвы, прокладываемых коммуникаций и других факторов [4].

При технологии бурения используются различные инструменты:

1. Буровая машина (установка ГНБ). Это промышленное оборудование, работающее на дизельном топливе. Управление и передвижение осуществляется оператором. Бурение основано на функциональных частях таких машин: лафете, гидростанции, панели управления.

2. Вспомогательный инструмент. Для продавливания или прокалывания почвы применяются различные инструменты: штанги, расширители, насосы, винтовые элементы с резьбой и т.д. В зависимости от типа и стадии проводимых работ бригада устанавливает на буровую машину разный инструмент.

3. Система локации. При ГНБ важно соблюдать траекторию прохождения бура, точность выхода во втором котловане. Для этого на головке бура устанавливается зонд, а рабочие отслеживают передвижение инструмента с помощью локатора.

4. Медно-графитовая смазка. Применяется для смазывания мест соединения буровых штанг.

Горизонтально-направленное бурение было изобретено еще в 1960 г. С тех пор ГНБ активно используется по всему миру благодаря особенностям технологии. Как и любая методика, ГНБ имеет свои преимущества и недостатки.

1. Меньшая трата ресурсов, финансов, рабочей силы.

2. По сравнению со способом траншейной прокладки затрачивается на 30% меньше времени.

3. Затраты на прокладку коммуникаций понижаются в связи с отсутствием необходимости восстанавливать ландшафт.

4. Проводить работы можно на любых территориях, включая места расположения исторических ценностей, высоковольтных станций, неблагоприятных климатических условиях.

5. Структура грунта сохраняется, плодородные слои почвы не нарушаются.

6. В момент проведения работ не нарушается привычный городской ритм, не нужно останавливать движение автомобилей, нет вреда экологии.

1. Если необходимо проложить трубопровод высокой протяженности или на большой глубине, бестраншейный способ обходится дороже.

2. Для прокладки длинных трубопроводов возникает необходимость делать стыки (в зависимости от установки).

Данная технология универсальна, применяется при оборудовании любых коммуникаций.

Еще до начала работ по бурению необходимо определить траекторию от начала до конца. Для планирования траектории бурения можно использовать программный пакет The Ditch Witch Trac management System Plus. Данная программа может применяться в полевых условиях.

Читайте также:  Установка активной фрезы на мотоблок

Для менее сложных трасс скважина ограничивается 4 измерениями:

— рекомендованные ограничения по изгибу;

— минимальная длина подсвечника;

Рекомендованные ограничения по изгибу

Буровые штанги выдерживают изгиб в ходе их эксплуатации, что позволяет корректировать траекторию и облегчает работу. Превышение рекомендованных ограничений по изгибу приводит к появлению повреждений, которые не всегда заметны. Такие повреждения накапливаются, а затем могут привести к разрыву штанги. Необходимо следить за превышением рекомендованных ограничений по каждому изгибу, а не только в ходе забуривания.

Превышение рекомендованного изгиба буровой штанги ведет к ее повреждению и последующей поломке. При уменьшении радиуса изгиба, срок эксплуатации буровой штанги сокращается. При увеличении радиуса изгиба, срок эксплуатации буровой штанги продлевается.

Угол забуривания – наклон буровой установки по отношению к уклону поверхности земли. Необходимо следить за тем, чтобы угол забуривания (A) не превышал ограничения по изгибу на длину секции штанги (рис. 2) [3].

Превышение рекомендованного изгиба буровой штанги ведет к ее повреждению и последующей поломке. Изменения угла должны равномерно распределяться по всей длине секции штанги [5].

Угол забуривания можно определить двумя путями:

1. С помощью передатчика забуривания:

— положить на землю передатчик забуривания и снять показания;

— положить передатчик забуривания на буровую установку и снять показания;

— вычесть величину угла забуривания для земли из величины угла забуривания для

— провести измерение от земли до переднего торца бурового лафета;

— провести измерение от земли до заднего торца бурового лафета;

— измерить расстояние между передней и задней точками, чтобы получить длину основания.

Небольшой угол забуривания (A1) позволяет скорее выйти на горизонтальное направление при меньшем изгибе. Увеличение угла забуривания (A2) ведет к удлинению и более глубокому залеганию трассы (рис. 3).

Длина подсвечника – расстояние от точки забуривания до горизонтального участка трассы (B1). Слишком малая длина подсвечника (B2) ведет к превышению допустимой величины изгиба, и, следовательно, к повреждению штанги.

Так как изгиб штанги должен происходить постепенно, величина угла забуривания и ограничения по изгибу определяют, насколько глубоко должна находиться штанга, когда она достигает горизонтального положения. Это называется минимальной глубиной.

Чтобы уменьшить минимальную глубину (D1), необходимо уменьшить угол забуривания. Это также уменьшает длину подсвечника. Чтобы увеличить минимальную глубину (D2), необходимо увеличить угол забуривания. Это также увеличивает длину подсвечника (рис. 5).

Рис. 5. Минимальная глубина

Вычисление траектории бурения

Угол забуривания, длина подсвечника и минимальная глубина определяются в привязке с ограничением по изгибу для вычисления траектории бурения. Чтобы выяснить длину подсвечника (B) и угол забуривания (A), с помощью которых определяется необходимая минимальная глубина (D), можно воспользоваться схемой (рис. 6).

Рис. 6. Схема вычисления траектории бурения

1. Агарков А.М., Межуев Д.С., Тихонов А.А. Технология прокладки коммуникаций методом горизонтально-направленного бурения // Инновационная наука, 2017. – №5. – С. 43.

2. Макаров А.А., Давышин А.С., Федяев А.А., Шечков А.М., Петросян Г.Г., Гулиян К.А. Основные технологии бурения // Проблемы науки №2 (26), 2018. – С. 19-24.

3. Максимальный угол забуривания при ГНБ. Максимальный угол забуривания при ГНБ. [Электронный ресурс]. URL: https://tsgnb.ru/blog-gnb/218-maksimalnyy-ugol-zaburivaniya-pri-gnb.html (дата обращения 13.12.2018 г.).

4. Менейлюк А.И., Петровский А.Ф., Борисов А.А. Новые области применения технологии горизонтально-направленного бурения / /Молодой ученый, 2015. – №8-1. – С. 28-32.

5. Торопов Е.С., Торопов В.С., Земенков Ю.Д., Сероштанов И.В. Осложнения при сооружении переходов трубопроводов методом горизонтально направленного бурения // Территория «НЕФТЕГАЗ», 2015. – №5. – С. 32-37.

Ключевые слова: буровая штанга, горизонтально-направленное бурение, скважина, траектория бурения, угол забуривания

Keywords: drilling rod, horizontal directional drilling, well, drilling trajectory, drilling angle

источник