Установки для горизонтального направленного бурения

Сущность бестраншейной технологии про­кладки коммуникаций с применением устано­вок горизонтального направленного бурения

(ГНБ) состоит в следующем.

Вначале на расчетной глубине пробуривает­ся пилотная скважина (рис. 12.7) буровой го­ловкой (резцом) диаметром от 60 до 150 мм, смонтированной на приводной полой штанге. После выхода буровой головки в заданной точ­ке ее снимают и к приводной штанге присоеди­няют расширитель диаметром от 200 до 1420 мм (в зависимости от диаметра затягиваемой в скважину коммуникации), к которому с помо­щью вертлюга (серьги) присоединяют трубо­провод или кабель. Затем при вытягивании с вращением штанги производят расширение пилотной скважины и одновременное затягавание в расширенную скважину трубопровода. В процессе бурения пилотной скважины и ее расширителя по полым приводным штангам к буровой головке и расширителю подается под высоким давлением (до 800 атм) бентонитовый раствор, который предотвращает обрушение стенок скважины и облегчает затягивание б скважину коммуникации.

Управление движением буровой головки по заданной траектории при образовании пилот­ной скважины осуществляется с помощью ло­кационной системы, включающей зонд, вмон­тированный внутри буровой головки и подсо­единенный кабелем к компьютерной системе, установленной в кабине оператора. Высокочас­тотные компьютерные системы контроля отби­рают необходимую информацию о траектории движения буровой головки, которая передается на дисплей оператора и трансформируется в цифровые значения места нахождения буровой головки. При ее отклонении от проектной тра­ектории оператор приостанавливает вращение приводных штанг и осуществляет их задавливй-ние без вращения, за счет чего происходит от­клонение буровой головки в нужном направлении..

Для разных видов грунта существуют раз­личные оптимальным образом к ним подходя­щие конструкции буровых головок со струйны­ми соплами на конце. Они отличаются как по форме, так и по используемому для их изготов­ления металлу (рис. 12.8).

Буровая головка имеет асимметричную форму со скошенной поверхностью управле­ния, что позволяет в сочетании со статической вдавливающей силой осуществлять управление направлением бурения и перемещение по раз­личным заданным траекториям. Это происходит следующим образом.

При изменении направления враще­ния буровой штанги возникают посто­янно чередующиеся по направлению от­

клоняющие силы: вверх, налево, вниз и направо. Они компенсируют друг друга, и таким образом возникает прямолиней­ное движение. При отсутствии вращения буровых штанг головка под действием статической силы отклоняется в направ­лении, определяемом ее срезом, и изме­няет направление траектории ее движе­ния (рис. 12.9).

Для точного управления головкой необходимо знать все три координаты ее положения, угол наклона наконечника и направление его среза. С этой целью в головку встраивается передатчик, чьи импульсы принимаются и оцениваются на поверхности. Кроме того, представля­ется информация о температуре и уров­не зарядки питаюших передатчик батарей. В соответствии с данной информацией буровой мастер имеет возможность немедленно пред­принять необходимые меры по корректировке процесса проходки скважины.

Способ бурения с помощью гидроразмыва стандартными буровыми установками приме­няется для проходки скважин в мелкозернис­тых плотных почвах (песок, глина, суглинок), разрыхляемых и вытесняемых режушими стру­ями жидкости, подаваемой под высоким давле­нием к отверстиям головки.

Рис. 12.8. Конструкции буровых головок со струйными соплами:

1 — тип А — буровая головка для песка; 2 — тип В — ак­тивная буровая головка: 3 — Тип С - универсальная бу­ровая головка; 4 — Тип Р — буровая головка для движе­ния по прямым

Стандартные буровые установки позволяют осуществлять проходку по кривым с мини­мальным радиусом 8 м. При помощи мощных установок возможна непрерывная проходка го­ризонтальной скважины длиной до 2000 м, контроль и управление направлением проход­ки целесообразно осуществлять и на глубине большей, чем 10 м. Наличие местных помех, оказывающих воздействие на магнитное поле земли, например ЛЭП или расположенных

Рис. 12.9. Принцип изменения направления движения управляемой головки

вблизи трассы проходки металлических конст­рукций, в состоянии оказывать значительное влияние на результаты измерений, связанных с определением положения бурового элемента в грунте. Для исключения подобных помех по поверхности вдоль трассы проходки протягива­ется электрический кабель создающий искусст­венное магнитное поле, что позволяет измери­тельному зонду без искажений передавать сиг­налы о своем местонахождении под землей.

На рисунке 12.10 изображена модель «Тегга-Jet« М 500 , предназначенная для управляемо­го горизонтального бурения скважин диамет­ром до 300 мм, на глубине до 10 м и на рассто­янии до 300 м. При помощи гидроцилиндров установки развивается усилие втягивания кабе­ля в Юти усилие бурения в 5 т. Применяемая головка «Schlagkopf 2000» при­водится в действие гидравли­ческим ударником.

Фирмами по выпуску уста­новок наклонного горизон­тального направленного буре­ния на российском рынке яв­ляются немецкие Veermeer, Herrenknecht, Tracto-technik и американские Case, Ditch Witch. Robbins, StraighLine.

Фирма «\feermeer» выпуска­ет установки \feermeer Navigator пятнадцати видов с тяговым усилием от 3,5 т до 68 т.

Самыми популярными уста­новками у российского покупателя являются D7xlla, Dl6x20a, D24 x 40a, D34x40a. Уста­новки работают в различных грунтовых услови­ях с системами локации. Фирма предлагает раз­личный буровой инструмент: специальные ша­рошечные турбобуры и систему для бурения в скальных грунтах, буровые головки различных видов для тяжелых грунтов.

Машины ГНБ производства компании «Case» малого размера, предназначенные для бурения скважин прежде всего в городской сре­де, в стесненных условиях. Максимальные пара­метры скважины составляют примерно 300 м по дальности и 600 мм по диаметру расширения.

Американские компании «Robbins» и «StraighLine» выпускают весь спектр комплек­сов ГНБ — от минимального класса (втягиваю щее-вытягивающее усилие установки ГНБ от 4.2 т) до максимального класса (втягивающее-вытягивающее усилие до 500 т, а немецкая фир­ма «Herrenknecht» для заполнения российско­го рынка начала производить установки гори­зонтального направленного бурения только тяжелого класса — силой тяги от 100 т до 400 т <НК 100М, НК 200М, НК 300 М, НК 400 М)

Т ехиическал характеристика

Длина, м	5
Ширина, м	1,2
Высота при наклоне в 28°, м	2,6
Высота в горизонтальном положении, м	1,Н
Масса, кг	1720
Бурильные трубы, 0 мм	Змх 34
Число оборотов буровой штанги, мин"1	3 мх45
	140
Максимальный вращательный момент, Н	1200

Рис. 12.10. Буровая установка горизонтального направленного бурения «Тегга-Jet» М 500

1 — ящик с буровым инструментом; 2 — емкость с бу­рильной жидкостью; 3 — приводной агрегат; 4 — бу­рильный агрегат; 5 — буровые штанги

Отечественный производитель представлен покалишь опытными партиями бурильных ус­тановок и раскатчиков, выпущенными Военно-промышленным комплексом «Московское авиационно-промышленное объединение» (ВПК«МАПО») по лицензии Института горно­го дела. В отличие от бурового инструмента за­рубежных установок, который выбирает грунт и извлекает его из скважины, российский рас­катчик ввинчивается в породу и раздвигает ее в радиальном направлении. Стенки скважины уп­лотняются настолько, что их не надо укреплять бентонитовым раствором, скважина становится такой же прочной как бетонная труба. После про­хождения раскатчика грунт вокруг коммуника­ций не оседает. С помощью этого инструмента можно также ремонтировать трубопроводы: рас­катчик ввинчивается в старую трубу, разрушая ее, и одновременно затягивая внутрь новую.