Метод горизонтального направленного бурения (ГНБ) отличается от других бестраншейных технологий тем, что трубопровод можно протянуть по криволинейной траектории. Прокладку ведут с обходом действующих и брошенных подземных коммуникаций, встречающихся на пути валунов и иных препятствий, с обводом под руслом рек и чашей водоемов.
Менять направление движения можно под определенным углом в плане и профиле (проекции на горизонтальную и вертикальную плоскость). Делать это позволяет изгиб буровой колонны с ориентацией при помощи локационной системы.
Подготовительные мероприятия
- расчет трассы буровой скважины с определением точек входа и выхода из грунта, а также детализацией радиуса вертикального изгиба на каждом криволинейном отрезке бурения;
- закрепление буровой установки с наклоном рамы под углом входа, заложенным в проект;
- ориентирование локационного зонда и ввод данных в компьютер;
- проверка работоспособности и калибровка локационной системы.
Как ведется прокладка и контроль за траекторией
Забуривание происходит с поверхности земли либо из стартового котлована. В первом случае потребуется сначала пройти технологический отрезок до котлована. После достижения требуемой глубины начинается горизонтальное движение по направлению к приемному котловану.
Вход в грунт происходит под расчетным углом. Начальный участок бурения обязательно должен быть прямолинейным, поскольку верхние слои грунта обычно менее плотные, поэтому соблюсти нужный радиус при изгибе непросто. Если же бур окажется слишком близко к поверхности, возникнет угроза прорыва бурового раствора.
Буровая головка соединяется с установкой ГНБ достаточно гибкой колонной, состоящей из отдельных штанг, которая формируется в ходе бурения. Сначала к буру прикручивается полая стартовая штанга, а по мере его продвижения наращиваются очередные звенья.
В головке размещается зонд с передатчиком, излучаемый им сигнал поступает на приемное устройство — локатор. Оператор видит на дисплее, на какой глубине находится бур и в каком направлении перемещается.
Буровой инструмент при вращении движется по прямой. Если произошло отклонение от проектной траектории или повстречалось препятствие, оператор приостанавливает вращение и подает команду на изменение скоса лопатки, которая расположена по центру бура. Затем буровая головка вдавливается в грунт без вращения, осуществляется так называемое руление. После разворота бура в нужном направлении вращение возобновляется.
Бурение завершается выходом буровой головки из грунта в расчетной точке. Скважина расширяется до требуемого диаметра и калибруется, затем в нее втягивается отдельная нитка или целый пучок трубопроводов. Если по результатам бурения зафиксированы отклонения профиля скважины и точки выхода от проектных данных, к последующим мероприятиям приступают только после согласования изменений с проектировщиками и заказчиком работ по ГНБ.
Угол входа и выхода
В грунт забуриваются, как правило, под углом 7–23°. Конкретное значение зависит от условий прокладки трубопровода, назначения коммуникаций, вида труб и используемого оборудования. На выходе уклон составляет 1–45°.
Некоторыми особенностями отличается ГНБ под водными объектами. В этом случае вход в грунт осуществляется под углом 8–15°, уклон зависит от геологических и топографических условий. Если перепад между отметкой забуривания и нижней точкой скважины составляет 30–45 м, а диаметр трубопровода не превышает 500 мм, допускается увеличение угла входа до 20°. Параметры угла выхода находятся в интервале 5–8°.
Радиус изгиба
Конфигурация скважины на криволинейных участках должна быть такой, чтобы радиус ее изгиба rи (м) превышал минимально допустимые значения для радиуса изгиба буровых штанг rш (м) и труб rт (м) с учетом коэффициента надежности:
Коэффициент надежности равен: 1.5 — для буровых штанг, 1.3 — для стальных труб, 2.0 — для труб ПНД.
Минимальный радиус изгиба штанг указывается производителем оборудования и обычно составляет 30–250 м. При чрезмерных изгибающих нагрузках штанга в ходе ГНБ может сломаться.
Минимальный радиус изгиба труб зависит от материала, диаметра и толщины стенок труб. Трубопровод должен выдерживать продольные усилия при протяжке по буровому каналу и эксплуатационные нагрузки. Учитывается также допустимый угол сгиба соединений, основой здесь служат данные изготовителей труб.
Для стальных труб минимальный радиус изгиба rт (м) с учетом прочности на разрыв при внутреннем давлении рабочей среды вычисляется по формуле:
где
- E — модуль упругости стали;
- dн — наружный диаметр труб (м);
- R — расчетное сопротивление труб и стыков по пределу текучести (МПа).
Этот показатель должен быть не меньше 1200 × dн, а для стальных труб диаметром от 820 мм — не меньше 1400 × dн.
Формула расчета минимального радиуса изгиба rт (м) труб из ВЧШГ следующая:
где
- l — длина трубы (м);
- α — допустимый угол отклонения в соединении (°, принимается по данным изготовителя труб).
Рекомендуемые значения для трубопроводов из ВЧШГ с гибким раструбно-замковым соединением типа RJ, собираемых из труб длиной 6 м, приведены в таблице.
| Максимальный угол сгиба соединений, ° | Минимальный радиус изгиба труб, м |
|---|---|
| 3 | 115.8 |
| 3.25 | 107.3 |
| 3.5 | 100.6 |
| 3.75 | 93 |
| 4 | 86.9 |
| 4.25 | 82.3 |
| 4.5 | 77.7 |
| 4.75 | 73.5 |
| 5 | 70.1 |
Минимальный радиус изгиба труб ПНД зависит от характеристик продукции и температуры воздуха при прокладке трубопровода. Соответствующие данные указаны в таблице.
| Стандартное размерное отношение SDR* | Минимальный радиус изгиба, м | ||
|---|---|---|---|
| При температуре 0 °C &hellip +10 °C | При температуре 10 °C &hellip +20 °C | При температуре выше +20 °C | |
| 9–17 | 50 × dн** | 35 × dн | 20 × dн |
| 21–26 | 75 × dн | 50 × dн | 30 × dн |
| 33–41 | 125 × dн | 85 × dн | 50 × dн |
- * — отношение номинального наружного диаметра трубы к номинальной толщине стенки трубы;
- ** — наружный диаметр трубы.
Допустимый угол сгиба стыков труб ПНД – до 2°.
Минимальный радиус изгиба для пучка труб ПНД rтn (м) определяется по формуле:
где
- rт — минимальный радиус изгиба одной трубы;
- n — количество труб в пучке.
Если предусмотрен изгиб трассы ГНБ одновременно в плане и профиле, минимальный радиус изгиба труб rт не должен превышать комбинированного изгиба rкомб. Расчет rкомб ведется по формуле:
где
- rг — радиус изгиба трубопровода в горизонтальной плоскости;
- rв — радиус изгиба трубопровода в вертикальной плоскости.
Параметры буровых установок
| Вид установки ГНБ | Длина буровых штанг, мм | Минимальный радиус изгиба, м | |
|---|---|---|---|
| Tracto-Technik | Grundopit P | 575 | 26.5 |
| Grundodrill 7X plus | 3000 | 33 | |
| Grundodrill 10X | 3000 | 42 | |
| Grundodrill 13X/15X | 3000 | 42 | |
| Grundodrill 20S | 3000 | 75 | |
| Vermeer | D7×11a | 1800 | 17/29 |
| D10×15 | 3000 | 30 | |
| D24×26 | 3000 | 31 | |
| D24×40a | 3000 | 33 | |
| D30×40 | 4600 | 33 | |
| D33×44 | 4600/3000 | 33 | |
| D80×100 | 4600 | 51/61 | |
| Ditch Witch | JT1220 Mach 1 | 3000 | 32 |
| JT2020 Mach 1 | 3000 | 40 | |
| JT2720 Mach 1 | 3000 | 54 | |
| JT4020 Mach 1 | 4500 | 58 | |