Горизонтальное бурение

Горизонтальное бурение

Горизонтальное бурение и Горизонтальное направленное бурение (ГНБ или англ.  HDD от horizontal directional drilling ) — распространённый бестраншейный метод     (англ.)  ( рус. прокладывания подземных коммуникаций, основанный на использовании специальных буровых комплексов (установок). Длина прокладки путей может быть от нескольких метров до нескольких километров, а диаметр до 1200 мм и более. Для защиты коммуникаций применяются трубы из полиэтилена (ПНД), стали и других материалов.

Содержание

История [ править | править код ]

Горизонтальное бурение, ставшее революционным в строительстве, было изобретено в 1963 году Мартином Черрингтоном, как альтернатива традиционному траншейному методу по прокладке коммуникаций.

Технология бестраншейного строительства подземных коммуникаций [ править | править код ]

Перед началом работ тщательно изучаются свойства и состав грунта, дислокация существующих подземных коммуникаций, оформляются соответствующие разрешения и согласования на производство подземных работ. Осуществляется выборочное зондирование грунтов и, при необходимости, шурфление особо сложных пересечений трассы бурения с существующими коммуникациями. Результаты этих работ имеют определяющее значение для выбора траектории и тактики строительства скважины. Особое внимание уделяется оптимальному расположению бурового оборудования на строительной площадке и обеспечению безопасных условий труда буровой бригады и окружающих людей.

Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтального направленного бурения осуществляется в четыре этапа:

• бурение пилотной скважины,
• последовательное расширение скважины,
• протягивание трубопровода,
• заключительный этап.

Этапы строительства подземных коммуникаций [ править | править код ]

Бурение пилотной скважины [ править | править код ]

Бурение пилотной скважины — особо ответственный этап работы, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента — буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем.

Буровая головка соединена посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом строительства пилотной скважины и обходить выявленные на этапе подготовки к бурению подземные препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой рабочей нити. Буровая головка имеет отверстия для подачи специального бурового раствора, который закачивается в скважину и образует суспензию с размельчённой породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от её обломков, вынося их на поверхность.

Контроль за местоположением буровой головки осуществляется с помощью приёмного устройства локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика. На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне и азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой установки. Эти данные являются определяющими для контроля соответствия траектории строящегося трубопровода проектной и минимизируют риски излома рабочей нити. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки в нужном положении. Затем осуществляется задавливание буровых штанг без вращения с целью коррекции траектории бурения.

Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.

Буровая штанга (БШ) представляет собой трубу диаметром 50-80 мм и длиной 2-6 метра. На концах БШ нарезаны КОНИЧЕСКИЕ резьбовые соединения с наружной, и на противоположном конце — с внутренней резьбами. БШ имеет один очень важный элемент, без которого изменение направления пилотной скважины было бы невозможным, это — сильфонная вставка (соединение). На каждой БШ есть два таких соединения. В общем-то, технологически, это больше напоминает накатку на трубе, нежели какую-то вваренную в БШ вставку.

В буровой машине БШ вкручиваются, последовательно, одна в другую, по мере продвижения буровой головки. Таким образом, соединённые между собой БШ, похожи на гибкий трос, которым прочищают канализационные трубы.

Принцип изменения направления

Принцип изменения направления движения буровой головки в горизонтальной и вертикальной плоскостях происходит по принципу гибкого троса: если его свободный конец не закреплён (если закреплён, то это уже «гибкий вал»), то есть он всегда будет немного изогнут.

Оператор на дисплее переносного приёмника «видит» угол поворота буровой головки (то есть «свободного конца троса») и её направление, и, если необходимо «повернуть» направление скважины, выдаёт команду оператору бурильной машины «стоп», а затем «Повернуть на N../градусов» (но только в одном направлении — по направлению закручивания резьб БШ!) так, чтобы буровая головка легла в нужном направлении. Далее, по команде оператора выносного пульта, происходит «вдавливание» буровой головки в грунт на угол нужной траектории, затем оператор бурильной машины включает подачу промывочной жидкости — обычно воды — и продольную подачу с вращением. Подача промывочной жидкости производится под регулируемым давлением через шпиндель бурильной машины в БШ и далее к буровой головке. Буровая головка забуривается в грунт на необходимую траекторию.

Расширение скважины [ править | править код ]

Расширение скважины осуществляется после завершения пилотного бурения. Буровая головка отсоединяется от буровых штанг и вместо неё присоединяется риммер — расширитель обратного действия. Приложением тягового усилия с одновременным вращением риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода через расширенную скважину её диаметр на 50-100 % превышает диаметр трубопровода.

Протягивание трубопровода [ править | править код ]

На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая к протягиванию плеть трубопровода. К переднему концу плети крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммеру, и в то же время не передаёт вращательное движение на трубопровод. Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

Цементирование [ править | править код ]

При прокладке трубопровода в сложных геологических условиях затрубное пространство цементируется путём закачки туда под давлением цементирующего раствора специальной машиной.

Заключительный этап [ править | править код ]

После окончания основных технологических этапов, инженерно-технический персонал сдаёт заказчику исполнительную документацию, на которой указано фактическое положение уложенного трубопровода в различных плоскостях, с обязательным указанием «привязок» к ориентирам на местности.

Установки ГНБ [ править | править код ]

Установки (машины) ГНБ представляют собой комплексную строительную технику. Типичная машина включает в себя — раму, кузов, ходовую часть (гусеничную или колёсную) энергетическую установку (дизельный двигатель), гидростанцию, устройство подачи штанг, буровой лафет, панель управления (рабочее место оператора).

Установки классифицируются согласно максимальному усилию протяжки, измеряемому в тоннах. Другими важными характеристиками, которые косвенно связаны с ним, являются максимальный диаметр расширения и максимальная длина бурения.

Установки мини ГНБ [ править | править код ]

Установки мини ГНБ — это компактные установки ГНБ для управляемого прокола под дорогой. Установки мини ГНБ, позволяют проложить коммуникации без нарушения ландшафта. Подвести коммуникации в труднодоступных местах, из колодца, из котлована в стеснённых условиях. Установки мини ГНБ имеют меньший вес и компактные размеры, усилие тяги до 50 тонн, длина прокола до 100 метров.

Система локации в ГНБ как инструмент управления [ править | править код ]

Управление в ГНБ — очень важный момент. Бур в процессе работы находится вне зоны видимости и досягаемости, и неконтролируемое бурение может привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому в производстве работ ГНБ для контроля процесса бурения применяются системы локации. Система локации представляет собой зонд, который расположен на буровой головке, и специальный прибор синхронизации с этим зондом, который находится в руках у оператора системы локации (локаторщика) на земной поверхности. Зонд регистрирует всю информацию об угле и направлении бурения, числе оборотов и температуре буровой головки. Эта информация передаётся в процессе бурения локаторщику и предотвращает нежелательные последствия.

Буровые растворы при горизонтально направленном бурении [ править | править код ]

Осуществляя работы в песчаных грунтах, специалисты ГНБ часто сталкиваются с проблемой фильтрации и водопоглощения, это обусловлено свойствами самого грунта, так как песок по своей природе порист и высоко проницаем. Что касается сланцевых глин и суглинков, часто встречающихся в местах проведения буровых работ, то под воздействием воды такие виды пород становятся липкими и набухают. Результатом подобных процессов может стать потеря циркуляции жидкости, застревание и заклинивание бурового инструмента, что приводит к невозможности дальнейшего выполнения работ при так называемом «прихвате инструмента».

Для избежания данных проблем используют бентонитовые буровые растворы и различные компоненты для ликвидации осложнений, ингибиторы или стабилизаторы глин, смазочные добавки для смазки инструмента и стенок скважины для облегчения проходки, полимеры, загущающие буровой раствор для поддержания его необходимой вязкости.

Большая часть операторов ГНБ использует «одномешковые» многокомпонентные смеси на основе бентонита для облегчения приготовления промывочной жидкости с низким содержанием твёрдой фазы на объекте выполнения работ.

На крупных объектах раствор готовится индивидуально, согласно геолого-технологическому наряду (ГТН), диаметру протягиваемой трубы, составу грунтов, мощности насоса и тяговому усилию установки.

Гнб установки техника безопасности

еры безопасности при ГНБ обеспечивают снижение риска получения травм обслуживающим персоналом и позволяют выполнить проколы в запланированные сроки. Одновременно уменьшается вероятность преждевременного выхода из строя техники и рабочего инструмента, что положительно сказывается на рентабельности проведения работ.

Общие требования

Основные правила для персонала, обслуживающего буровую установку или находящегося в зоне проведения работ:

1. К обслуживанию и управлению оборудованием допускаются лица от 18 лет. Перед началом работ персонал проходит обучение и инструктаж по работе с оборудованием (со сдачей экзамена). После ознакомления с основными правилами охраны труда сотрудник допускается к управлению, перед началом смены проводится медосмотр. Лица, находящиеся в состоянии алкогольного и наркотического опьянения, не допускаются к выполнению своих обязанностей.
2. Поскольку при бурении возможно обрушение тяжеловесных конструкций или прорыв рабочей жидкости, находящейся под давлением, запрещается допускать к вспомогательным работам людей, находящиеся в состоянии алкогольного и наркотического опьянения.
3. Обслуживающий персонал обязан выполнять регламентные работы, обеспечивающие поддержание работоспособности буровой установки, насосной станции и инструмента.
4. Во время перерывов или отдыха сотрудникам запрещается сидеть на грунте, под которым находится прокол (из-за риска обрушения свода и засыпания людей землей).
5. Запрещается пропускать в зону проведения работ посторонних лиц, даже имеющих опыт работы на установках для ГНБ.
6. На территории обустраивается бытовое помещение, предназначенное для переодевания и отдыха персонала, оснащенное установкой для сушки одежды.
7. В помещении для отдыха должна быть аптечка для оказания первой помощи.
8. Ширина проходов, используемых для перемещения персонала по строительной площадке, не должна быть меньше 600 мм.

Требования перед началом работы

Перед проведением ГНБ необходимо:

1. Доставить персонал к месту выполнения работ, после чего сотрудники изучают проект и проходят соответствующие проверки (например, медосмотр).
2. Перед выходом к буровой установке требуется надеть защитную или специальную одежду и получить ключи от техники и комплект инструментов. Запрещается работа на установках ГНБ без использования защитных костюмов, снижающих риск получения производственных травм.
3. Очистить рабочую зону от посторонних предметов вручную или при помощи подъемно-транспортных приспособлений (экскаватора или подъемного крана на шасси грузового автомобиля).
4. Если необходимо выгрузить буровую установку с трала, то присутствие людей на оборудовании или транспортировочной платформе не допускается.
5. Разровнять площадку для размещения буровой станции бульдозером или экскаватором, рекомендуется утрамбовать мягкий грунт вибрационной установкой. Дополнительно проверяется уклон поверхностей — он не должен превышать допустимых значений для буровой станции (указываются в технической документации).
6. Предусмотреть свободное пространство, необходимое для самостоятельного разворота буровой станции. Грунт обрабатывается трамбовкой, поскольку в сырую погоду возможно застревание самоходной установки на рыхлом основании.
7. Установить защитные ограждения по периметру площадки и предупредительные знаки. В зоне действия буровой станции обустраивается электрическое освещение, питание подается от подстанции или от переносного генератора с двигателем внутреннего сгорания.

Требования во время работы

При бурении соблюдаются следующие правила:

1. Для обеспечения взаимодействия персонала буровой установки и прочей техники разрабатывается отдельная инструкция, ознакомление с которой производится перед началом работ.
2. Спецодежда застегивается в соответствии с правилами ношения. Если используются индивидуальные инструменты поясного ношения, то они крепятся на ремне. Запрещается использовать неисправный или сломанный инструмент.
3. Если в процессе бурения требуется проведение регламентных работ, то для обслуживания установки используются жидкости и комплектующие из списка рекомендованных изготовителем. Применение контрафактных запчастей и дешевых заменителей рабочих жидкостей приводит к поломке агрегатов буровой станции.
4. Если на строительной площадке присутствуют стажеры или работники с низкой квалификацией, то такой персонал работает под присмотром наставников (назначение старших производит бригадир или начальник объекта).
5. При эксплуатации буровой станции запрещается прикасаться к вращающимся элементам. Персонал не допускает в зону бурения посторонних лиц и контролирует ход технологического процесса и соблюдение плана выполнения работ.
6. Если необходимо установить дополнительные штанги при помощи подъемного крана, то грузы переносятся над зоной, в которой отсутствуют люди. Используемые грузозахватные приспособления должны находиться в исправном техническом состоянии и иметь допуск к эксплуатации.
7. Техника расставляется на территории площадки в соответствии с предварительно разработанным планом. Предусматривается отдельная зона для складирования инструмента и труб, которые подаются в прокол. Необходимо обеспечить подъездные пути, по которым доставляются дополнительные материалы (жидкость для ГНБ или запасные части для буровой станции).

Электробезопасность при обслуживании машин и механизмов

Основные правила электробезопасности при ГНБ:

1. Если при производстве работ используется оборудование с электрическими приводами напряжением до 1000 В, то персонал проходит предварительное обучение с проверкой знаний квалификационной комиссией. Повторное тестирование производится через год.
2. Оператор буровой установки может самостоятельно осматривать распределительные щиты, но прикасаться к токопроводящим элементам запрещено. Если на установке имеются рычаги, не покрытые слоем изолятора, то управление осуществляется в диэлектрических рукавицах.
3. В ходе выполнения работ персоналу запрещается прикасаться к оголенным проводам или контактам аппаратуры или применять электрическое оборудование не по назначению.
4. Запрещается эксплуатация установки с поврежденными электрическими агрегатами и включение устройства без предварительного заземления.
5. Вокруг электрических установок обустраиваются ограждения с предупредительными табличками, демонтаж плакатов допускается только после отключения оборудования от электрической сети.
6. Не допускается оставлять электрические приборы и осветительное оборудование во включенном состоянии без присмотра.
7. Горящие электроприборы и кабели запрещено тушить водой или пенными огнетушителями.

Проведение буровых работ в зимний период

Техника безопасности при горизонтально направленном бурении в зимнее время не отличается от проведения работ в летний период. Оператору установки следует помнить, что бетонит на водной основе кристаллизуется при температуре ниже 0°С. Застывшая жидкость увеличивается в объеме, что приводит к разрушению трубопроводов или емкостей для хранения бурового раствора. При остановке работ бетонит сливается из шлангов и бака в отдельный резервуар, который хранится в помещении с положительной температурой воздуха.

Если установка оснащается двигателем с воспламенением от сжатия, то при понижении температуры воздуха следует использовать зимнее дизельное топливо. Для проверки качества горючего используется прозрачная мерная колба, которая заполняется топливом и ставится в холодильник. Помутнение раствора при -18°С указывает на непригодность солярки к эксплуатации зимой. Перед началом сезона производится замена масла в картере мотора на зимний сорт с одновременной установкой новых фильтрующих элементов.

Технология ГНБ применяется при температуре воздуха не ниже -10°С. Если бурение выполняется в мороз до -8°С, то необходимо использование водных растворов, нагретых до +50°С. Перед стартом работ производится прогрев силового агрегата и рабочих жидкостей в гидравлической системе. Время прогрева зависит от конструкции установки, в среднем процедура занимает 20 минут. Одновременно при помощи паяльной лампы прогревается участок грунта, где начинается буровой процесс.

В процессе обустройства каналов в грунте используются предварительно разогретые расширители, температура бетонита поддерживается в пределах +40. +50°С. После завершения работ или при перерывах на ночь жидкость сливается, насосная станция и шланги промываются антифризом, предотвращающим формирование ледяных пробок.

Требования в аварийных ситуациях

При обнаружении неисправностей оборудования работа прекращается, информация доводится до сведения ответственного лица. При возгорании буровой станции тушение производится подручными средствами с одновременным вызовом пожарной охраны. Если при работе буровой установки произошел несчастный случай, то оператор прекращает процесс бурения и принимает меры по оказанию первой помощи пострадавшему. Помимо вызова бригады скорой помощи необходимо уведомить руководителя работ и сохранить обстановку в зоне происшествия.

Требования безопасности по окончании работы

Основные правила при завершении работ:

1. Персонал осматривает буровую установку, обнаруженные загрязнения или следы коррозии удаляются механическим способом. Перед загрузкой оборудования на трал производится частичная разборка (в соответствии с заводской инструкцией). Снятые элементы и шланги укладываются в отдельные контейнеры, которые затем перевозятся на трале или в кузове бортового грузовика.
2. Остатки технологического раствора (бетонита) сливаются из емкости и магистралей, для промывки каналов используется водопроводная вода. Жидкость рекомендуется сливать и при остановке буровых работ на срок более 24 часов. Слитые растворы собираются в отдельные емкости, которые затем вывозятся на утилизацию.
3. Остатки бетонита из котлованов откачиваются в емкости, полости в грунте засыпаются землей с последующим уплотнением вибрационным катком. Площадка разравнивается экскаватором, остатки мусора и отходы вывозятся для утилизации, и производится восстановление озеленения.
4. Заграждения и предупредительные знаки удаляются, производится демонтаж сети освещения (вместе с кабелем, проложенным к подстанции или столбу).

Соблюдение требований техники безопасности при проведении буровых работ снижает риски травмирования или гибели людей и повреждения дорогостоящего оборудования. Персонал необходимо ознакомить с базовыми правилами охраны труда и эксплуатации установок. Также необходимо обучить сотрудников правилам безопасности при возникновении аварийных ситуаций.

Что такое ГНБ

Прокладка методом гнб – это способ закрытого создания наружных инженерных линий и коммуникационных сетей. Горизонтальное направленное бурение производится с помощью специально разработанных гнб установок.

Горизонтально направленное бурение (сокращенно ГНБ) – это относительно новый вид строительных работ по прокладке подземных коммуникаций бестраншейным путем. Проще говоря – это формирование подземных скважин для различных трубопроводов без традиционного рытья траншей. Благодаря целому ряду преимуществ, ГНБ постепенно вытесняет с рынка традиционные землеройные работы. Не смотря на то, что данный способ бурения был изобретен еще в 1960 году, на российском рынке строительных работ он является сравнительно новым и лишь в последние годы приобрел популярность среди отечественных специалистов.

Установка горизонтально направленного бурения

Для осуществления ГНБ необходима специализированная техника, а именно установка горизонтально направленного бурения. С помощью такого оборудования можно относительно быстро и не затратно осуществить прокладку различных коммуникационных соединений:

• тепло, -водо, -нефте, газопроводы;
• канализация;
• коммуникационные и электрические сети и т.п.

Когда используется ГНБ?

Выполнение традиционных землеройных работ в некоторых случаях затруднено, а иногда и вовсе невозможно по ряду объективных причин. В частности, это касается прокладки коммуникаций под железнодорожным полотном или скоростным шоссе. Большой проблемой могут стать и естественные препятствия в виде водоемов, рек, лесных насаждений и оврагов. Именно в таких ситуациях установка горизонтально направленного бурения является просто незаменимой, она справится с задачей прокладки коммуникаций максимально быстро с сохранением природного ландшафта.

Преимущества ГНБ

Сегодня машины ГНБ стали невероятно популярны и есть практически в каждой серьезной строительной компании. Это не удивительно, ведь использование установок горизонтально направленного бурения имеет целый ряд неоспоримых преимуществ над традиционными землеройными работами:

• Экономичность. По данным специалистов, стоимость прокладки коммуникаций с помощью ГНБ минимум на 20% меньше, чем цена таких же работ, выполненных траншейным способом.
• Оперативность. Скорость выполнения работ сокращается приблизительно в 20 раз, что также способствует сокращению общей сметной стоимости.
• Экологичность. При ГНБ работах природный ландшафт остается нетронутым, на поверхности сохраняется первоначальная структура грунта. Если работы ведутся в городских условиях, то на людей, живущих в районе ведения работ, не оказывается никакого негативного воздействиях, их привычный ритм жизни никак не нарушается.
• Безопасность. ГНБ работы являются более безопасными, чем традиционные землеройные. Риски возникновения непредвиденных или аварийных ситуаций значительно снижаются.
• Мобильность. Нет необходимости привлекать дополнительную технику и рабочую силу. Установка горизонтально направленного бурения может самостоятельно справиться с прокладкой подземных коммуникаций. Кроме того, как было сказано выше, такие установки могут использоваться в местах, где землеройные работы выполнить невозможно (под реками, водоемами, оврагами, лесными массивами, транспортными магистралями и т.п.).

Советы по выбору буровой установки

Любая качественная специализированная строительная техника и ГНБ машины, в частности, является достаточно дорогостоящей. Поэтому перед тем как купить установку горизонтально направленного бурения необходимо выяснить ряд важных вопросов:

• для каких работ необходима техника;
• в какой местности планируется бурение (структура почвы, температурный режим и т.д.);
• какие коммуникации, преимущественно, планируется прокладывать (характеристика труб, их диаметр и длина).

Для решения несложных строительных задач можно обойтись установкой для горизонтального прокола грунта. Этот метод подразумевает создание скважины путем утопления грунта. Машины горизонтального прокола, чаще всего используются, при прокладке сложных инженерных коммуникационных сетей (например, при прокладке стальных трубопроводов).

Самое главное, что необходимо знать – универсальных установок горизонтально направленного бурения не существует. Поняв для чего нужна установка, можно ограничить круг поиска до нескольких моделей и быстро выбрать оптимальный вариант. После этого можно приступить к выбору поставщика. Здесь необходимо обращать внимание на следующие моменты:

• Стоимость. Естественно, цена установки горизонтально направленного бурения является одним из приоритетных критериев при ее выборе;
• Срок гарантии и наличие собственного сервиса гарантийного и после гарантийного ремонта;
• Пуско-наладочные работы и обучение персонала. Необходимо выяснить у поставщика оказывает ли он данные услуги, если да, то за дополнительную плату или они уже входят в цену установки горизонтально направленного бурения.

Если строительная организация не может позволить себе купить установку горизонтально направленного бурения, то можно воспользоваться арендой. Существует множество российских компаний, которые предоставляют данные установки в аренду.

Чью продукцию купить?

Выбор производителей буровой техники достаточно обширен. Наиболее дорогостоящими и качественными считаются установки горизонтально направленного бурения западноевропейских и корейских компаний.

Отдельно стоит сказать о китайских ГНБ установках. В последние годы китайские производители строительной техники начали постепенно вытеснять конкурентов из США и Европы. Их техника ничем не уступает по качеству и при этом имеет более доступную стоимость. Наибольшей популярностью пользуется техника китайской компании XCMG. Продукция данной корпорации прекрасно зарекомендовала себя на российском рынке и по праву заслужила доверие среди наших строителей. Подтверждением тому является использование буровых установок XCMG при строительстве ключевых объектов на сочинской олимпиаде.

Купить систему локации и узнать более подробную информацию можно у наших менеджеров.

Обзор рынка техники для горизонтально-направленного бурения

По статистике, на альтернативные методы ведения работ, такие как строительство переходов с помощью установок ГНБ, приходится всего 10%. Чтобы проложить новый трубопровод или получить доступ к существующему, используя традиционный траншейный способ, необходимо извлечь, свалить в кучу и засыпать обратно тонны материала, что требует большого количества энергии. При этом происходит долговременное нарушение ландшафта, приводящее к замедлению трафика и пробкам. Бестраншейный способ требует меньше оборудования, людей и времени, чем открытый способ, поэтому он намного дешевле для города, который оплачивает эти работы. И это даже без учета долгосрочных факторов, таких как ремонт поврежденных дорог. Кроме того, с бестраншейными технологиями вредные выбросы в атмосферу снижаются на 90% по сравнению с традиционными способами ведения работ.

Несмотря на все преимущества и тот факт, что данный прогрессивный метод существует уже несколько десятилетий, бестраншейные технологии по-прежнему остаются в некотором смысле новаторскими. Тем не менее интенсивность использования горизонтально-направленного бурения набирает силу, и репутация этого направления растет. Учитывая высокую стоимость земляных работ, включая социальные издержки, связанные с нарушением бизнеса и повседневной деятельности, ГНБ – это предпочтительный метод решения коммунальных проблем в городских районах. Производители буровых установок, а также поставщики инструмента, систем локации и бурового раствора значительно усовершенствовали технологии горизонтально-направленного бурения, которые позволяют сейчас делать более длинные, глубокие и точные проходы самых сложных грунтов с большей степенью безопасности для существующей инфраструктуры.

Установки ГНБ предлагаются с широким спектром возможностей. Нижнюю часть модельного ряда занимают компактные мини-установки с усилием прямой/ обратной тяги менее 9 т с размерами, которые обеспечивают незаметную работу в жилых кварталах. Это, например, такие буровые комплексы, как Ditch Witch JT5 и Toro DD2024. С другой стороны спектра находятся установки макси с усилием прямой/обратной тяги более 500 т, способные бурить скважины диаметром, превышающим 1500 мм, такие как American Augers DD-1100RS, Vermeer D1320 x 900, старшие модели Prime Direct и Herrenknecht (устанавливаются на специальных рамах или на гусеничном шасси). По спецификациям изготовителей, некоторые из этих крупных буровых установок могут сформировать скважину длиной более 3 км, но на практике мало кто может похвастаться переходом длиннее 1800 м. В случае, когда требуется сверх­длинная скважина, могут использоваться две установки во встречных направлениях. Таким образом, снижается вероятность неудачного бурения.

В повседневной работе большинство подрядчиков использует миди-комплексы. От 70 до 80% существующих скважин сделаны именно с помощью установок среднего класса, которые используются практически во всех отраслях, будь то строительство инженерных сетей, электроэнергетика, телекоммуникации или транспорт нефти и газа. В то время как продажи компактных и тяжелых буровых установок сильно зависят от циклических колебаний телекоммуникационных и нефтегазовых рынков, спрос на миди-установки демонстрирует больше стабильности. Большинство производителей имеют в своем ассортименте установки этого сегмента. Vermeer предлагает такие модели, как D20x22 S3, D23x30 S3, D24x40 S3, D40x55 S3, D40x55DR S3, D60x90 S3, D100x140 S3, D220x300 S3, D330x500. В линейке Ditch Witch шесть средних моделей: JT20, JT20 XP, T25, JT30 All Terrain, JT40 All Terrain, JT 60 All Terrain, JT 100 All Terrain. American Augers предлагает три модели миди: DD110, DD240, DD440.

Одна из последних разработок компании Vermeer в этом классе – установка горизонтального направленного бурения D40x55DR S3 Navigator, которую можно использовать для различных типов грунтов: от твердых, средних и мягких скальных пород до глинистых почв. Для бурения скальных пород используется технология сдвоенной буровой штанги, при которой внутренняя штанга передает вращательное движение буровой головке, а внешняя штанга задает направление и обеспечивает крутящий момент для расширителя. Такая конструкция предоставляет возможность выполнять прокладку коммуникаций в различных условиях с использованием одной и той же единицы техники. По заявлению производителя, буровые установки со сдвоенной штангой намного проще в использовании, чем другие решения, и обеспечивают бóльшую гибкость, когда в одной скважине залегают грунты различной плотности.

С применением новой сдвоенной конструкции бурильной колонны, за счет простого и быстрого внутреннего и внешнего соединения время и объем работ, необходимые для монтажа или демонтажа штанг на D40x55DR S3, сократились на 30% по сравнению с предыдущими моделями Vermeer. Полая внутренняя штанга увеличивает поток воздуха и бурового раствора к буровой головке на пилотных скважинах и к расширителю при обратном проходе. Это означает, что подрядчикам становится доступен более широкий набор оборудования, начиная от шарошечного конического долота до пневмомолота, а также появляется возможность использовать расширители большего диаметра. Vermeer D40x55DR S3 с силой прямой/ обратной тяги 18 т приводится в действие дизельным двигателем John Deere мощностью 140 л.с. Установка может нести на борту до 150 м буровых штанг. Скорость каретки на максимальных оборотах двигателя достигает 35 м/мин.

Аналогичный принцип бурения c механической передачей энергии на буровое долото используется в установках Ditch Witch All Terrain. Установки этой серии используют сдвоенные штанги, при этом наружная штанга направляет буровую колонну при бурении пилотной скважины, а внутренняя постоянно вращает долото. Наружная штанга или медленно вращается для поддержания прямолинейного движения, или остается неподвижной во время подачи для корректировки направления бурения. Внешние штанги имеют коническую резьбу для соединения, а внутренние соединяются с помощью шестигранных муфт. Расход бентонита не превышает необходимого для обычного бурения объема. Одна из новинок этой серии – это установка Ditch Witch’s JT40 All Terrain со 160-сильным двигателем Cummins, которая обеспечивает крутящий момент 8184 Н.м, что на 33% выше, чем у конкурентов в аналогичном классе. Конструкция с внутренней штангой улучшает управление инструментом в условиях твердой породы.

Компания Herrenknecht поставляет установки ГНБ с усилием тяги от 60 до 600 т, в четырех стандартных конфигурациях (на раме, на трейлере, на гусеницах и в модульном исполнении) с отдельной кабиной управления оператора. Автономная гидростанция установки работает от дизельного двигателя, расположенного в отдельном контейнере, мощность которого может варьироваться в диапазоне от 330 до 1440 кВт в зависимости от требований заказчика. Для ввода в эксплуатацию установки, смонтированной на трейлере, не требуется кран. Версия на гусеничном ходу обладает значительными преимуществами в условиях бездорожья. Модульные установки могут быть разделены на две или три части для перевозки в стандартных контейнерах. В качестве опции предлагается гусеничное шасси с дистанционным управлением.

Важную роль при выполнении работ по технологии ГНБ играет высококачественный буровой инструмент. Главной новостью в этом сегменте стало приобретение компанией Sandvik ведущего поставщика инструментов для горизонтально-направленного бурения Inrock. Эта сделка будет способствовать дальнейшему расширению портфеля продуктов для ГНБ, которые предлагаются клиентам Sandvik. Особое внимание при этом компания будет уделять сегменту установок класса миди и ускорению глобального развития своего бизнеса.

Китайские бренды не остаются в стороне и уверенно догоняют лидеров. Китайские установки горизонтально-направленного бурения под маркой XCMG хорошо знакомы российским специалистам. Показатели новой серии E были значительно улучшены в отношении эргономики рабочего места, безопасности, защиты окружающей среды, информационного обеспечения, оптимизации системы управления и дизайна. Инженеры XCMG смотрят вперед и стараются уловить тенденции, которые будут на рынке через 3–5 лет. Значительные инвестиции в исследования и разработки позволяют получить качественный портфель продуктов в широком диапазоне. Комплексы серии E работают эффективнее предшественников на 20% и при этом потребляют на 10% меньше топлива. Благодаря применению автоматической системы замены буровых штанг появилась возможность сократить количество обслуживающего персонала. Отвечая на растущие требования пользователей по всему миру, компания не только постоянно расширяет модельный ряд установок ГНБ, но и добавляет специальные опции, рассчитанные на конкретных заказчиков. Например, буровые установки могут снабжаться сдвоенными буровыми штангами для твердых пород, которые подойдут для работы в ограниченном пространстве. С разбросом усилия тяги от 16 до 660 т, продукты XCMG способны удовлетворить требования практически всех потенциальных заказчиков в любых отраслях. Кроме того, в качестве основного гидронасоса может быть установлен аксиально-поршневой насос для повышения скорости вращения ведущего вала с сохранением тягового усилия. Одна из самых популярных в серии, установка XZ360E, обеспечивает крутящий момент 13 200 Н.м и максимальное тяговое усилие 37 т. Насос бурового раствора с расходом 400 л/мин создает максимальное давление 8 МПа.

Парк буровых комплексов в России на 99% состоит из импортной техники. Доля ведущих производителей Vermeer, Ditch Witch и Universe составляет более 50% рынка. Китайские бренды не остаются в стороне и уверенно догоняют лидеров. Доля импортных расходных материалов и инструмента достигает 80%. Таким образом, импортозамещение на данной отрасли пока не отразилось. Надо отметить, что объем ввоза оборудования для ГНБ с 2013 г. сократился не в разы, а в десятки раз. Но несмотря на экономические трудности, можно уверенно говорить о том, что направление ГНБ в России состоялось как самостоятельная отрасль строительного комплекса.

С формированием цивилизованного рынка ГНБ закончилась эпоха увлечения «новой темой», когда многие пробовали свои силы в этом нелегком ремесле, прикупив установку ГНБ и осваивая ее на ходу. Те, кто остался на плаву, пусть и немногочисленные, но профессионалы своего дела. Результатом деятельности ведущих игроков этого рынка за последние годы стало формирование законодательной базы, регламентирующей ценообразование и правила игры, а также подготовка высококвалифицированного кадрового потенциала. Окончательная редакция Свода правил 341.1325800.2017 «Подземные инженерные коммуникации. Прокладка горизонтальным направленным бурением» была утверждена Минстроем России и введена в действие в мае 2018 г. Этот документ востребован у проектировщиков, заказчиков и подрядчиков. Он распространяется на проектирование, производство, контроль качества и приемку работ по прокладке закрытых переходов при строительстве и реконструкции сетей водоснабжения, тепловых сетей, кабельных линий электроснабжения, связи и телекоммуникаций, сетей газораспределения, а также пересечениях коммуникациями искусственных и естественных преград.

По оценкам специалистов, наиболее перспективны в России проекты со средней и большой длиной скважин и с диаметрами выше среднего. При этом география подобных заказов смещается на север и восток страны. Кроме того, в последнее время растет интерес к добыче сверхвязкой нефти, которую нефтяные компании намерены добывать по максимуму. Один из возможных методов ее извлечения – парогравитационный дренаж (SAGD), который требует применения горизонтально-направленного бурения.

Таким образом, рынок ГНБ не стоит на месте. Дальнейшее его развитие связано с внедреним технологий ГНБ в новые виды работ, что предполагает масштабную модернизацию парка буровых комплексов, инструмента и вспомогательного оборудования.

Буровые установки гнб — машины для строения подземных коммуникаций

Бурильные установки ГНБ (горизонтально направленного бурения) представляют собой мощные комплексы, позволяющие строить подземные коммуникации закрытым бестраншейным методом. Имеют в качестве рабочего органа управляемую бурильную головку, закрепленную на гибкой подвижной штанге и позволяющую сверлить скважины диаметром более 1,2 метра, а длиной от нескольких метров до километров.

Буровые установки ГНБ (горизонтально-направленного бурения)

Назначение

Горизонтальное бурение применяется в местах, где невозможно устройство коммуникативных каналов методом открытой траншеи:

• под автотрассами,
• под железнодорожными путями,
• в местах протекания рек и других водоемов,
• в густонаселенных районах,
• в других ограниченных условиях.

Скважины, получаемые таким способом, используются для проложения трубопроводов для воды, канализации, электрического и связного кабеля, газо-и нефтепровода и многого другого.

Преимущества

Установки ГНБ дают массу возможностей, непосильных для другой землеройной техники и позволяющих значительно экономить средства на устройство сложных подземных путей для прокладки трубопровода:

• В короткое время прокладываются пути длиной до нескольких километров.
• Для устройства коммуникаций требуется минимум рабочей силы: одна машина способна проложить подземный канал, расширить его до нужного диаметра и протянуть в него трубы.
• Землеройные работы с техникой ГНБ при соблюдении правил пользования исключают аварийные ситуации и полностью безопасны для рабочих, обслуживающих процесс бурения.
• Работы могут осуществляться в любых грунтовых и погодных условиях.

Устройство

Стандартная комплектация бурового комплекса ГНБ состоит из следующих элементов:

• Ходовой части на колесном либо гусеничном ходу.
• Двигателя, приводящего в действие все рабочие органы (обычно дизельного).
• Рабочего места оператора и панели управления.
• Гидравлической станции с насосами, подающими в скважину бурильную жидкость.
• Бурового лафета.
• Магазина со штангами с устройством их бесперебойной подачи по мере удлинения скважины.
• Колонны с рабочим оборудованием бурения.
• Промывной техники.
• Оборудования, обеспечивающего безопасность действий.

Принцип работы

Деятельность бурильной установки по горизонтальному устройству скважин проходит в несколько этапов:

• Устройство пилотной скважины – это самая сложная и ответственная часть работы. Здесь буровая головка должна проложить черновой канал, определяя направление прохода, его глубину и длину:
  1. Встроенный излучатель дает возможность локации ее местоположения для управления движением при изменении скоса буровой лопатки с пульта управления оператора.
  2. Приводная штанга для связи с буровой головкой и удаленного управления бурением также используется для подачи жидкости в конец отверстия. Естественный изгиб штанги позволяет обходить препятствия, а размывание жидкостью грунта облегчает процесс, увеличивает его скорость и дает возможность эвакуации земельных пластов из получившегося канала. Также использование жидкости исключает обвалы и обеспечивает охлаждение рабочего инструмента.
  3. Управление проходит с одновременной работой системы локации. При отходе от запланированной траектории и появлении препятствий (неразбиваемые камни и др.) работа останавливается, проводится поворот на заданный угол и затем возобновляется сверление.
• Расширение пилотного отверстия происходит с помощью обратного расширителя – риммера, при движении рабочего инструмента по тоннелю в обратном направлении (риммер устанавливается вместо бурильной головки). При этом расширение идет по достижению диаметра отверстия, в 1,5-2 раза превышающего диаметр устанавливаемой трубы.
• Протяжка трубопровода проходит одновременно с расширительными работами: труба крепится к риммеру через устройство, не дающее ей крутиться вместе с ним, и при обратном движении штанги входит в скважину.

Последовательность работ, выполняемых установкой гнб

Производители и популярные модели

Крупное производство установок налажено на заводах Европы и США, но также существует качественные установки гнб китайского и отечественных производителей.

Vermeer

Американская компания Vermeer и ее представительства в Европе выпускают бурильную технику, которая является настоящим эталоном качества. Продукция Вермер универсальна: используется для прокладки всех видов подземных трубопроводных трасс, имеет широкий ассортимент мощностей и размеров. Среди них наиболее применимы установки Series II, которые работают с наиболее тяжелыми грунтами.

На видео буровая установка Vermeer Navigator D7х11:

Sany Heavy Industry CO

Sany – крупнейший в Китае производитель буровой техники. Его машины – это колоссальная спецтехника большой мощности, способная работать с грунтами всех категорий в любых погодных условиях.

Ditch Witch

Установки горизонтального бурения Ditch Witch не имеют аналогов в мире. Компания была одной из первых, начавших заниматься технологиями бестраншейных коммуникаций, и на сегодня ее продукция – это удобство, высокая производительность и безопасность пользования. Буровые выпускаются в основном среднего класса тяжести (миди).

Видео обзор установки горизонтально-направленного бурения Ditch Witch

МЕМПЭКС

МЕМПЭКС – Белорусский производитель бурильной техники, являющийся одним из пионеров бестраншейного бурения. Производит установки всех классов тяжести, от «мини» до «макси».

На видео принцип работы установки гнб на примере модели УБН-20: