Технология направленного бурения
Метод ГНБ исключает ряд негативных явлений, сопутствующих традиционной схеме строительства трубопроводов, потому что позволяет прокладывать нефте-, газопроводы, водоводы, телекоммуникационные системы через естественные и искусственные преграды (реки, озера, автотрассы, железнодорожные ветки, дамбы), просто проходя под ними. При этом не прекращается судоходство, не прерывается работа наземного транспорта, остаются нетронутыми дорожное покрытие и рельсовые пути, не нарушается нормальный ритм жизни людей, что особенно важно в городских условиях. По сравнению с традиционным методом значительно сокращаются сроки строительства. На 30% сокращаются финансовые затраты. Применение современного бурового оборудования Vermeer Navigator D36x50 Series II позволяет прокладывать коммуникации бестраншейным методом.
Перед началом работ необходимо наметить проектную трассу скважины, используя сигнальные флажки, и обустроить стартовую площадку для размещения на ней буровой установки и всего необходимого оборудования. В это же время (в случае большой насыщенности подземного пространства уже имеющимися коммуникациями) выполняют работы по их шурфовке, чтобы исключить возможность повреждения в процессе бурения лидерной скважины или при ее расширении. Следует подготовить необходимый запас труб, так как длина одной трубы составляет 3-4 метра и проколы имеют протяжённость до 500м при помощи сварочного апарата готовим единую плеть из труб, подлежащих затягиванию в скважину, и бентонита полимера, а также определить источники водоснабжения. По окончании всех подготовительных работ буровую установку выкатывают из трейлера, ориентируют вдоль оси скважины и закрепляют на месте при помощи анкеров. Наклон установки и соответственно угол вхождения буровой штанги в грунтовый массив регулируют при помощи направляющей рамы (его принимают в соответствии с проектом, обычно 12-24°).
Бригада, обслуживающая буровую установку, состоит из 4-5 человек: оператора установки, оператора переносного геолокатора и рабочего, приготавливающего бентонитовый раствор и выполняющего другие вспомогательные операции. В обязанности оператора геолокатора входит отслеживание по сигналам передатчика местоположения буровой головки на всем протяжении траектории скважины. Информация с геолокатора непрерывно поступает на дисплей оператора буровой установки. Оба оператора имеют портативные рации для связи между собой и могут оперативно принимать решения по управлению и корректировке движения буровой головки. Принцип управления движением буровой головки, а следовательно, всего бурового става основан на том, что при вращении штанги с нажимом буровая головка движется прямолинейно, а при нажиме без вращения она движется в направлении имеющегося на ней скоса. Используя этот принцип, оператор установки осуществляет процесс бурения скважины в заданном направлении.
Положение буровой головки контролируют по показаниям геолокатора, который находится в руках у его оператора, а также по дисплею на пульте управления оператора буровой установки. Оба прибора показывают глубину заложения скважины в сантиметрах, угол ее наклона в горизонтальной плоскости в градусах и угол поворота в вертикальной плоскости. Перед началом бурения лидерной скважины проводят калибровку геолокатора и приготавливают полную емкость бентонитового раствора, запас которого следует пополнять по мере расходования.
Технологический процесс горизонтально-направленного бурения включает в себя два основных вида работ — создание лидерной скважины и расширение скважины до проектных размеров с одновременным или последующим затягиванием в нее става труб. Первую штангу, оснащенную буровой головкой, забуривают в грунт под фиксированным углом наклона установки в следующей последовательности. Включают подачу бентонитового раствора и привод вращения буровой штанги. Затем подают штангу вперед на забой до тех пор, пока ее резьбовая часть не окажется в зоне действия захвата сцепления — разжима штанг, и выключают подачу бентонитового раствора.
Своевременное отключение подачи раствора играет очень важную роль в технологическом цикле бурения лидерной скважины, так как неоправданное размывание грунта перед буровой головкой приведет к ее худшей управляемости и излишнему расходу бентонита и воды.
Далее извлекают из кассеты (с помощью манипулятора) следующую буровую штангу, соединяют ее с предыдущей, вновь включают подачу бентонитового раствора и подают штангу вперед без вращения постепенно, малыми заходками, до тех пор, пока дисплей, находящийся на пульте оператора, не покажет необходимый угол наклона буровой головки. В такой последовательности выполняют работы до выхода буровой головки в конечной точке траектории лидерной скважины. Затем буровую головку заменяют на расширитель (ример), к которому прикрепляют вертлюг и затягиваемую в скважину плеть трубы. В зависимости от состояния грунта применяют расширители трех типов: режущие, уплотняющие и так называемые «трай-экшн» (тройного действия), совмещающие в себе свойства режущих и уплотняющих римеров. Диаметр применяемого расширителя должен быть приблизительно в 1,5 раза больше диаметра протягиваемых труб. После присоединения готовой плети труб с помощью вертлюга к расширителю оператор установки начинает выполнение второго вида работ, а именно: вытягивает буровые штанги из лидирующей скважины с одновременным ее расширением и затягиванием в нее труб, для чего переключает буровую установку на обратный ход. При этом вращающийся расширитель своими лопастями расширяет скважину, а образующийся буровой шлам выводится наружу бентонитовым раствором, поступающим через сопла римера. Кроме этого, бентонитовый раствор выполняет функции стабилизатора стенок скважины (как и при бурении лидерной скважины) и смазки, облегчающей затягивание труб.
Каждую выходящую из устья лидерной скважины штангу оператор установки отсоединяет от бурового става и складывает обратно в кассету. Выполнение указанных операции продолжают до появления из скважины расширителя с вертлюгом и присоединенной к нему трубой. На этом работы по бурению лидерной скважины и затягиванию в нее става труб заканчивают. Приведенную схему используют при небольшой протяженности скважины и в устойчивых грунтах.
Если длина скважины достаточно велика или нет уверенности в качестве грунта и в том, что расширитель не столкнется под землей с каким-либо препятствием, работы выполняют по другой схеме — с предварительным расширением скважины. Для выполнения предварительного расширения скважины в месте ее выхода на поверхность необходимо создать небольшой запас штанг. После выхода буровой головки на поверхность ее снимают и устанавливают вместо нее расширитель и вертлюг, подсоединяют к последнему штангу из имеющегося запаса и включают установку на обратный ход, подсоединяя и затягивая штангу за штангой в скважину и пополняя их число за счет высвобождающихся штанг со стороны буровой установки. Когда ример пройдет всю скважину, расширив ее до проектных размеров, в ней останется став буровых штанг. Вышедший на поверхность ример отсоединяют от штанг, вновь переносят и привинчивают к концу бурового става, а к поставленному за ним вертлюгу закрепляют плеть труб, предназначенных для затягивания в скважину. При применении этой схемы процесс затягивания труб выполняют значительно быстрее, чем в первом случае, так как его скорость протяжки ограничена лишь временем обратного движения буровой каретки установки и временем выполнения разъема и удаления штанг.
Эффективность рассмотренных технологий направленного бурения скважин доказана не только богатым зарубежным, но и отечественным опытом.