Новости

 

В начале 1990-х, когда горизонтальное направленное бурение (ГНБ) только набирало популярность в качестве метода прокладки коммуникаций, основным препятствием для его использования являлись пласты горных пород.

 

Компактные буровые установки для прокладки трубопроводов и кабелей имели достаточную прочность и мощность для работы в этих пластах, но операторы не имели возможности изменять курс бурения с помощью скошенной лопатки, используемой на большинстве буровых установок для управления буровой головкой. Проталкивание буровой головки в скальных грунтах для управления колонной часто невозможно: если буровая головка попадает в скальную породу, то такой прием не приносит желаемого результата.

 

Технология ГНБ для небольших установок, прокладывающих именно коммуникации, получила свое развитие в середине 90-х. Тогда же производители инструментов и оснастки занялись разработкой различных буровых коронок для бурения в скальном грунте. Некоторые подрядчики занимались разработкой такого оборудования под свои нужды самостоятельно. Особенно это касалось тех подрядчиков, которые были заняты бурением на нефтепромысле.

 

Модернизация буровых головок для ГНБ проходила с переменным успехом, но спустя почти десятилетие в промышленности укрепилось мнение, что единственным методом бурения скальных пород является бурение с применением гидравлического забойного двигателя. Тем не менее, у небольших моделей для ГНБ отсутствовали мощность и производительность бурового насоса, необходимые для такого двигателя. Крупногабаритные буровые установки, используемые для прокладки труб большого размера на длинные расстояния, имели слишком большие размеры, а их использование стоило недешево.

 

В 1995 году была представлена система с механическим приводом через двойные буровые штанги с усилием обратной тяги чуть более 10-ти тонн. В дальнейшем она была усовершенствована и стала наиболее эффективным инструментом для бурения скальных пород с помощью среднегабаритных установок ГНБ. В настоящее время система (All Terrain®) с постоянно модифицируемыми шарошками и пневмомолотами для ГНБ предлагает различные решения для направленного бурения грунта в скале. Данный инструмент предназначен для буровых установок с усилием обратной тяги до 45 тонн. Гидравлические забойные двигатели используются на больших моделях (более 45 тонн) для прокладки трубопровода в скалах, на длинных переходах под водными преградами и в работах с трубами большого диаметра.

 

Гидравлические забойные двигатели приводятся в действие с помощью бурового раствора, подаваемого через буровые штанги на мотор, который превращает силу потока жидкости в силу вращения и крутящего момента. Забойные двигатели используются для бурения на нефтепромыслах с 1920-х годов. Обычно забойные двигатели для ГНБ вместе с большими буровыми установками используют подрядчики, работающие с длинными и сложными скважинами в твердых породах. Не так давно для направленного бурения были разработаны двигатели для установок с меньшей производительностью бурового насоса.

 

Забойный двигатель представляет собой гидравлический мотор, соединенный с буровой штангой. Буровая жидкость приводит в действие мотор и, соответственно, буровую шарошку. Буровая штанга в свою очередь обеспечивает управление, направленность и вращение всей колонны. Инструмент из-за длинны и жесткости управляется в скважине не очень точно.

 

Невысокая эффективность забойных двигателей ограничивает мощность скважинного инструмента и требует нагнетания большого количества бурового раствора, что может обеспечить не каждая малогабаритная установка ГНБ. Высокое давление бурового раствора, необходимое для эффективной работы, может привести к разрушению скважины и выбросу буровой жидкости в окружающую среду через поверхность грунта или же в воду при бурении через водную преграду.

 

Скошенные лопатки с модифицированными резцами зачастую являются самым приемлемым вариантом для работ в плотном, твердом грунте и скальных породах. Существует масса конструкций со съемными карбидными насадками для долбления и скобления грунта. Однако работа с ними кардинально отличается от работы в мягких грунтах. Головка управляется с помощью «карвинга» отверстия, то есть методом поступательных полукруговых движений бура туда-обратно, стачивающих породу для отклонения в сторону необходимого направления. В зависимости от состава грунта работы могут сильно замедлиться. Для выполнения таких работ следует назначить квалифицированного и крайне уравновешенного оператора. Облегчить его труд могут функции автоматического управления «карвингом», которыми снабжены некоторые современные буровые установки.

 

Модифицированные скошенные буровые коронки наиболее эффективны при работах в твердом грунте, грунте со скальными включениями и в рыхлых горных породах. Существует огромное множество головок для бурения твердых пород в различных конфигурациях для малых и больших буровых установок. Они есть в арсенале многих производителей бурового инструмента для ГНБ.

 

Не так давно широкое применение для бурения твердых скальных пород получили пневмолоты с прочностью на сжатие до 25 000 pci. Ударное бурение обычно эффективнее, чем бурение вращением, если мы говорим о крайне твердых породах. Молоток работает от подачи больших объемов сжатого воздуха. И еще большие объемы воздуха требуются для прочистки скважины. Сложности при извлечении грунта зачастую критически снижают производительность. Пневмомолоты используются как с обычным буровым оборудованием ГНБ с одинарными штангами, так и в моделях, оборудованных двойными штангами.

 

Управление может показаться сложным, если Вы используете одинарные штанги и пневмомолот с наклоненным наконечником. Хотя если необходимо бурить методом колебания или карвинга, новейшие установки ГНБ снабжены функциями, которые облегчают работу оператора. Не так давно функцией пневмомолота были оснащены системы ГНБ с двойными штангами. Такие системы показали хорошую производительность с изгибом первой штанги для обеспечения управления и внутренней штангой для обеспечения вращения пневмомолота.

 

Пневмомолот не подходит для проходки в мягких грунтах и не используется на длинных переходах. Пневмомолоты подходят для бурения пилотной скважины диаметром около 150 мм в скальных породах (более 15 000 pci) и в определенных сверхтвердых породах (свыше 25 000 pci). Минусы пневмомолота заключаются в сложном направлении в рыхлых средах, а также в трудноосуществимой очистке буровой скважины.

 

Механические буровые системы с двойными штангами обеспечивают средние модели для ГНБ с обратной тягой от 13 до 45 тонн. Они обладают производительностью, достаточной для бурения в каменистых породах, что недоступно обычным машинам с сопоставимой обратной тягой. Системы с механическим мотором имеют внутреннюю штангу, которая приводит в движение буровую головку/шарошку, а внешняя штанга обеспечивает управление. В отличие от гидравлического забойного двигателя зонд локации механической системы располагается в буровой головке (первой штанге), а не на расстоянии 4-5 метров от нее, что является обычным для забойного двигателя. Механическая система обеспечивает максимальную мощность вращения шарошки, одновременное бурение и управление направлением в скальных и каменистых породах, расходуя буровой жидкости не больше, чем обычное оборудование ГНБ такого размера с одинарными штангами.

 

Кроме скального грунта, механические системы эффективны при работах в глине и в других типах почвы. Ход бурения не изменится, если каменистый грунт сменится на мягкий грунт. Грунт вперемешку с валуногаличником является одним из самых неудобных сред для направленного бурения, так как изменить направление бурения в такой почве крайне сложно. Система бурения с двойными штангами зачастую являются самой эффективной при прокладке коммуникаций в подобных условиях.

 

Если машина ГНБ оснащена механической системой, это значит, что каменистая почва не станет преградой для проведения направленного бурения, как это было ранее. В настоящее время механические системы бурения скальных пород предлагаются двумя производителями, и их продукция имеет существенные различия.

 

Успешное бурение в скальных породах – это не только своевременное использование соответствующего оборудования.

 

Горизонтально-направленное бурение в скальных породах требует планирования, правильно подобранного оборудования, терпения и настойчивости.

 

Если Вы ставите перед собой задачу провести бурение в скальных породах, проведите тщательное планирование с учетом структуры и твердости породы. Даже если Вам кажется, что порода рыхлая, она может оказаться твердой, и наоборот. Рыхлые породы могут обладать высокой абразивностью, что может привести к преждевременному износу Вашего инструмента. При бурении Вы можете проходить участки рыхлой, твердой и снова рыхлой породы, а местами бурить мягкую почву.

 

Отсутствие подготовки – это риск. Необходимо провести исследование почвы до начала работ. Успех работы зависит от выбора правильного метода бурения, использования правильного инструмента и бурового раствора.

 

Опытные операторы понимают, что от них требуются неспешные и осторожные действия без попыток ускорения работы. Существует мнение, что выполнение успешного бурения в скальных породах - настоящее искусство.

 

В зависимости от требований проекта и типов и твердости породы, многие небезосновательно отдают работы подрядчикам, специализирующимся в бурении твердых пород, которые располагают должным оборудованием и опытными операторами.

 

Для всех проблем, которые возникают при работе со скальным грунтом и которые были описаны в этой статье, технология горизонтально-направленного бурения становится универсальным бестраншейным методом прокладки коммуникаций для всех видов грунтов. Недостатки и ограничения, существовавшие в недалеком прошлом, компенсируются технологиями, которые увеличили эффективность среднеразмерных систем ГНБ даже при работе в сложных условиях. Сегодня подрядчики могут выбирать из огромного ряда технологий, чтобы выполнить работы, которые не так давно считались невозможными.