Этапы технологии горизонтального направленного бурения

Весь технологический процесс бурения и прокладки инженерных коммуникаций состоит из следующих этапов: планирования и расчета траектории бурения; организации места работ; выполнения операции прокладки тоннеля или перехода.

Планирование и расчет траектории бурения.

Траектория бурения должна быть спланирована и рассчитана до начала проведения работ. Основные моменты планирования включают в себя определение длины и глубины пути, учет подземных препятствий, получение информации о существующих подземных структурах (наличие карт подземных коммуникаций), получение разрешений на проведение работ, уведомление служб единого вызова, аварийных служб и служб дорожного движения, инспектирование места работы, определение источников риска.

Траектория бурения может быть размечена прямо на поверхности, или на чертеже места производства работ (плане бурения).

Расчет траектории бурения выполняется с помощью специальных диаграмм. Это позволит рассчитать минимальные радиусы кривизны плети штанг и укладываемого материала, углы входа и выхода бура по отношению к поверхности земли, дистанции возврата (расстояния от начала или конца пути бурения до точки горизонтального участка бурения).

При расчетах траектории бурения должны быть учтены мощностные характеристики установки ГНБ при расширении скважин и затягивании коммуникационных средств, т.к. в этом режиме установка ГНБ работает на максимальных мощностных режимах.

На этом этапе также должна быть произведена оценка условий почвы (уплотняемость, содержание влаги, пористость, липкость, наличие камней и подземных вод). Оценка условий почвы влияет на выбор инструмента и состав буровой жидкости. Комплектность инструмента и подбор состава суспензии также проводится на этапе планирования траектории.

При планировании траектории бурения составляется контрольный перечень пунктов по планированию бурения, являющийся руководством для проведения работ.

Организация места работ.

Проводится непосредственно перед началом бурения. Она включает в себя доставку комплекса ГНБ к месту проведения бурения, выгрузку установки ГНБ с трейлера, позиционирование установки на местности с учетом уклонов земной поверхности, выбор угла наклона буровой рамы установки.

Организация места работы также предусматривает настройку сигнализации предупреждения подземного столкновения с электрическими сетями, находящимися под напряжением, размещение защитных матов, а, также соединение матов, корпуса установки ГНБ, миксера (смесителя) и системы сигнализации кабелями, тестирование всей системы перед началом проведения работ.

Следующим этапом организации является анкерная фиксация установки ГНБ. Ненадежное закрепление, не использование анкерной фиксации установки ГНБ приводит к преждевременному износу бура, буровой рамы и привода бура.

После анкерной фиксация установки ГНБ производится запуск двигателей установки ГНБ, миксера для приготовления суспензии, приготовление водно-бентонитовой суспензии и добавка в нее требуемого количества полимера, а также соединение шлангов гидросистемы.

На протяжении всего этапа организации работы необходимо обязательно руководствоваться контрольным перечнем действий по организации места работ.

Выполнение пилотного бурения.

Пилотное бурение на рис. (первичная проходка бурильной лопатки по заданной траектории) состоит из тех этапов: начала пилотного бурения, непосредственного выполнения пилотной скважины и заключительного этапа бурения, когда бурильная лопатка выходит на поверхность земли.

На первом этапе пилотного бурения необходимо загрузить первую буровую штангу в направляющую раму и произвести ее сборку с буровой головкой, состоящей из бурильной лопатки, фильтра подачи суспензии и передатчика локационной системы. Перед свинчиванием буровой штанги и буровой головки необходимо тщательно смазать резьбовые соединения, так как от этого зависит долговечность службы штанг и бура.

После выполнения операции сборки буровой штанги с буровой головкой необходимо с помощью переключателя управления подачи с насосно-нагнетательной станции буровой жидкости, пропустить жидкость через шланги в буровую штангу, ствол буровой головки, фильтр и сопла, убедившись в правильном функционировании гидросистемы и создании необходимого для выполнения бурения давления буровой жидкости.

Для создания оптимальных условий вхождения бурильной лопатки в грунт и компенсации, возникающих при этом радиальных усилий, целесообразно прокопать входное отверстие, обеспечив перпендикулярность поверхности грунта к продольной оси буровой головки.

Пилотное бурение.

На втором этапе пилотного бурения оператор установки ГНБ производит непосредственное бурение, контролируя рычагами управления (джойстиком) поступательное и вращательное движение бура, наращивает плеть буровых штанг, с помощью загрузчика и специальных зажимов, отключая при этом давление буровой жидкости в гидросистеме. Кроме этого, находясь в постоянной радиосвязи с оператором локационной системы, оператор установки ГНБ обеспечивает направление движения буровой головки по заданной траектории, путем комбинации прямых проходов бура (при его вращении) с дугообразными (рулевыми).

Оператор локационной системы постоянно отмечает новую позицию, глубину и "угол атаки" бурильной головки, сверяет ее местонахождение со спланированной траекторией, определяет, требуется ли дополнительное переориентирование и наносит фактическую траекторию продвижения бура на план бурения.

Оператор установки ГНБ во время бурения не только контролирует величины осевого усилия и крутящего момента, но и регулирует объем подачи бурильной жидкости в зону бурения. При правильно установленном потоке буровой жидкости, обеспечивается охлаждение бурового вала, укрепление стенок туннеля и минимизация трения буровой головки о стенки скважины. Пилотное бурение завершается, как только бурильная головка выходит на поверхность почвы, обычно в запланированной точке выхода.

Выполнение операции прокладки тоннеля или перехода.

При пилотном бурении формируется скважина диаметром 75-100 мм, которая может быть достаточной для прокладки тонких коммуникационных средств. Однако большинство операций требуют расширения скважины путем протягивания «риммера-расширителя» в обратном направлении. Расширение туннеля и укладка коммуникационного средства, в большинстве случаев, совмещаются в одну операцию, но иногда, при ограниченных усилиях затягивания, производится предварительное расширение скважины, которое гарантирует прокладку материала по уже готовому туннелю. При проведении расширения скважин необходимо учитывать тип и условия почвы, диаметр укладываемого материала, наличие потенциальных препятствий, мощность установки ГНБ, тип буровой жидкости и возможности насосно-нагнетательной станции.

При одновременном расширении скважины и затягивании укладываемого материала всегда за расширителем устанавливается шарнир-вертлюг, предотвращающий скручивание коммуникационного средства.

Перед началом прокладки коммуникационных средств, при выключенной двигательной установке, производится сборка расширителя с плетью буровых штанг, а также через вертлюг присоединяется прокладываемый материал (труба), оснащенный соответствующим замком-оголовником, переходником или другим соединительным оборудованием.

Обратное протягивание.

Шарнирное соединение вертлюга и все резьбовые соединения, как и при пилотном бурении, должны обильно смазываться.

Подача жидкости при укладке необходима, чтобы туннель не обвалился, а укладываемый объект был взвешен в жидкости и максимально смазывался ею, уменьшая напряжения, как бурового оборудования, так и самого объекта. Для проверки работы сопел расширителя до начала затягивания прокладываемого материала на короткий момент включается подача буровой жидкости. Кроме того, оператор установки ГНБ должен иметь постоянную информацию от оператора локационного устройства о потоке жидкости при начале и во время операции прокладки, для регулирования скорости затягивания и вращения расширителя.

При затягивании плети на длину одной буровой штанги оператор установки ГНБ отключает подачу буровой жидкости, останавливает поступательное движение и вращение, отсоединяет штангу от плети и загрузчиком перемещает ее в обойму. Эта операция повторяется до тех пор, пока расширитель не покажется у входного отверстия скважины.

После завершения операции затягивания, выключается двигатель установки ГНБ, от нее отсоединяется проложенное в туннеле коммуникационное средство, убираются тянущие соединители, расширитель, фильтр и вертлюг, который очищается от земли и погружается в водостойкую смазку.

На заключительном этапе работ необходимо заровнять все проделанные экскавации грунта, убрать ограждения и восстановить озеленение.

Регламентные работы комплекса горизонтального направленного бурения проводятся в соответствии со специальной инструкцией.

Специальная якорная тракторная лебедка:

1 - тракторная лебедка

2 - якорь

3 - кабель