Горизонтальная проходка грунтов и протаскивание трубопроводов

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПРОХОДКА ГРУНТОВ И ПРОТАСКИВАНИЕ ТРУБОПРОВОДОВ
 

Проходка горизонтальных (наклонных) скважин и протаскивание в них трубопроводов могут производиться следующими методами:

горизонтальным (наклонным) направленным бурением;

продавливанием (микротоннелированием);

проколом (прокалыванием, пробивкой);

раскаткой.

Метод горизонтального (наклонного) направленного бурения. Сущность метода состоит в использовании специальных буровых станков (буров, штанг), которые осуществляют предварительное (пилотное) бурение по заранее рассчитанной траектории с последующим расширением скважины (с помощью набора расширителей) и протаскиванием в образовавшуюся полость трубопровода. На рис.1 показан общий вид установки, позволяющей бурить скважины диаметром до 500 мм с последующим протаскиванием в них трубопроводов.

Рис.1. Общий вид установки горизонтального бурения фирмы Vermeer

При необходимости изменение направления бурения достигается с помощью определенной конструкции буровой головки, которая на небольших и средних буровых установках напоминает граненый заступ.

Большинство установок горизонтального (наклонного) направленного бурения работает с буровым раствором, который необходим для смазки образующейся скважины, ее стабилизации и удаления отходов бурения. В качестве бурового раствора может применяться вода, однако в большинстве случаев используются растворы на основе бентонита или полимеров (рис.2).

Рис.2. Схема направленного бурения гидроразмывом с образованием лидерной скважины:

1 - установка направленного бурения; 2 - земляное сооружение; 3 - радиолокатор; 4 - проектная ось коммуникаций; 5 - струя жидкости; 6 - буровая головка; 7 - лидерная скважина; 8 - штанга

При использовании традиционных расширителей происходит частичное уплотнение стенок скважины, что увеличивает силу торможения расширителя о грунт. Фирмой Ditch Witch разработана конструкция расширителя, получившая название "бобровый хвост" (рис.3). В расширителе данного типа используются два овальных крыла для непрерывного смешивания разработанного грунта и буровой жидкости. В результате почти вся грунтовая стружка смешивается с текучей суспензией. Заменяемые форсунки, направленные на все плоские поверхности, способствуют процессу перемешивания, смазывают резцы, предотвращают накопление в расширителе разработанной породы и увеличение силы торможения.

Рис.3. Расширитель "бобровый хвост"

Диапазон использования машин для проходки скважин методом горизонтального направленного бурения при диаметре труб от 100 до 150 мм при оснащении новым расширителем может быть увеличен до 300 мм.

Фирмой Pipe Equipment Specialists Ltd (Великобритания) используются пластмассовые буксировочные головки, предназначенные главным образом для направленного и управляемого бурения (рис.4). Головки включают уникальное устройство с захватывающими (зажимными) зубьями, которые обеспечивают прочное соединение с трубопроводом, исключая попадание в трубопровод буровой жидкости и побочных веществ. К центральной герметично закрытой оси прикреплено большое буксировочное ушко, выдерживающее несоосные напряжения. Головки предназначены для труб диаметром от 150 до 600 мм.

Рис.4. Буксировочные головки для направленного бурения фирмы Pipe Equipment Specialists Ltd

В последние годы стали использоваться установки сухого направленного бурения, в том числе для скальных грунтов, работающие без использования бентонитового раствора. В таких установках буровой раствор заменяется сжатым воздухом и небольшим количеством биоразлагающейся добавки (разработка фирмы Powermole) или водяным распылением (разработка фирмы Steve Vick International).

Другой разновидностью аппаратов направленного бурения являются установки горизонтального шнекового бурения, которые обеспечивают одновременное бурение скважины и задавливание трубопровода, как правило, стального диаметром 200-1400 мм (рис.5).

Рис.5. Общий вид установки горизонтального шнекового бурения

Установки имеют прочную конструкцию, позволяющую вести непрерывное бурение в самых сложных геологических условиях и при высокой скученности различных инженерных сооружений и коммуникаций.

Наибольшее применение для протаскивания трубопроводов из полиэтилена и стали (при толщине стенки не менее 2% от диаметра трубы) диаметром до 300 мм и длиной до 50 м находят малые установки направленного бурения с тяговым усилием до 4 тс. Средние установки с тяговым усилием до 30 тс позволяют осуществлять прокладку коммуникаций диаметром до 500 мм на расстояние до 400 м. Большие установки способны прокладывать трубопроводы диаметром до 1400 мм и длиной до 2000 м (в основном это подводные переходы магистральных трубопроводов).