5.3 Существующие способы проведения и технологические схемы бурения горизонтальных скважин
Проведение горизонтальных скважин методом бурения включает разработку массива пород вращающимся и поступательно перемещающимся разрушающим органом и непрерывное (шнеком) или цикличное (совком, желонкой) удаление горной массы из скважины. Наиболее перспективным является шнековый способ транспортирования продуктов разрушения. Метод горизонтального бурения скважин является наиболее универсальным, позволяющим осуществлять проходку в породах с различными физико-механическими свойствами в широком диапазоне диаметров с достаточно высокой производительностью. В зависимости от вида используемого бурошнекового оборудования, а также места и характера приложения нагрузок различают несколько технологических схем бурения горизонтальных скважин (рис. 5.1).
Рис. 5.1 Технологические схемы бурения горизонтальных скважин:
а – на полный диаметр; б – расширение прямым ходом; в,г – расширение обратным ходом: с двумя подающими механизмами (в), с одним подающим механизмом (г).
5.4 Классификация машин и инструмента для бурошнекового способа проведения горизонтальных скважин.
В зависимости от параметров сооружаемого подземного перехода, а именно: длины перехода и возможных, по условиям местности, размеров рабочего и приемного котлованов, бурошнековые установки следует подразделять на установки для бурения на полную длину перехода и для посекционного бурения в стесненных условиях.
По количеству подающих механизмов бурошнековые установки следует подразделять на установки с одним механизмом подачи, осуществляющим все операции при бурении прямым ходом и при разбуривании обратным ходом, и с несколькими механизмами подачи, одни из которых участвует в бурении пионерной скважины, и размещены вместе с установкой в рабочем котловане, а другие проталкивают кожух большого диаметра вслед за расширителем и размещены в приемном котловане.
По способу удаления выбуриваемого грунта от транспортирующего шнекового бурового става различают бурошнековые установки со встроенными средствами для удаления грунта, например, метателями или овальными лопастями, и с дополнительными устройствами для удаления грунта, например, ковшовыми экскаваторами и шнековыми перегружателями, которые позволяют производить выгрузку выбуриваемого грунта со дна рабочего котлована на его бровку или в транспортное средство.
По схеме работы бурошнековые установки подразделяются на перемещающиеся со скоростью прокладки трубопроводов при бурении, на стационарные или неподвижные в процессе бурения, и на комбинированные или полустационарные. Первый тип бурошнековых установок эксплуатируется в навешенном на прокладываемую трубу состоянии и поддерживается при бурении кранами-трубоукладчиками или специальными опорами. У второго типа бурошнековых установок движущимися частями являются шпиндели или полые роторы. У третьего типа бурошнековых установок имеется неподвижная постельная рама большой длины, по которой с определенным ходом по циклам бурения может перемещаться несущая рама бурошнековой установки.
По типу привода бурошнековые установки следует подразделять на установки с электроприводом, с приводом от двигателей внутреннего сгорания, с гидроприводом и с комбинированным приводом. Выбор типа привода следует производить в зависимости от предполагаемого места эксплуатации. В случае эксплуатации бурошнековых установок в местах со значительным удалением от точек электроснабжения, целесообразно установки комплектовать приводами от двигателей внутреннего сгорания. В случае бурения в обводненных местах целесообразно для основных буровых движений - вращения шнековой колонки и подачи ее на забой - применять гидродвигатели, как это известно из работ зарубежных специалистов.
Комплект базового бурошнекового оборудования включает в себя следующие основные узлы и элементы: рабочие органы прямого хода и для бурения пионерных скважин, расширители обратного хода для достижения требуемого диаметра подземного перехода, шнековый буровой став одного бурового типоразмера, обсадные трубы или защитные кожухи, буровые замки и другие присоединительные элементы.
Шнековый буровой став является связующим звеном между рабочими органами прямого хода или расширителями обратного хода и шнекобуровой установкой. Конструктивно он выполняется из секций определенной длины и диаметра, которые стыкуются между собой в процессе наращивания через различные буровые замки.
Основным транспортирующим элементом в шнековом буровом ставе является шнековая спираль, которая в зависимости от категории транспортируемого материала может быть сплошной, ленточной, фасонной и лопастной.
По типу рабочего режима шнековые буровые ставы можно подразделить на реверсивные и нереверсивные, а по способу транспортирования - на шнековые ставы с простым, только шнековым транспортированием и комбинированными способами транспортирования.
По способу взаимодействия со стенками скважин или с обсадными трубами-кожухами шнековые буровые ставы можно подразделить на безопорные, т.е. свободноплавающие, и имеющие опорные элементы, размещенные либо на шнековых спиралях, либо на буровом валу.
Все узлы бурового оборудования, а также секции шнекового бурового става стыкуются друг с другом посредством соединительных элементов, которые могут быть выполнены в виде: клиновых буровых замков, податливых буровых замков и якорно-прицепных устройств различного назначения.
Шнековый буровой став при бестраншейной прокладке трубопроводов может быть размещен внутри обсадной трубы-кожуха, которая в зависимости от горно-геологических условий перехода может быть выполнена либо цельной, сразу на всю длину перехода, либо секционно-свариваемой или стыкуемой-инвентарной.