Гнб что это такое
Издается с 2007 года
Особенности метода ГНБ — описание технологии и основные принципы
Технология горизонтально направленного бурения (международное сокращение HDD) была разработана и впервые внедрена Мартином Черрингтоном (Martin Cherrington) в середине 60-х годов прошлого века. Однако популярность она приобрела только в 70-х, после прокладки коммуникаций под рекой Паджаро (Pajaro River) в районе залива Монтерей в Калифорнии.
Виды бестраншейных технологий прокладки коммуникаций
Бестраншейные технологии прокладки коммуникаций, известны в мире как Trenchless technologies или NO-DIG (не копай). Они представляют собой работы по подземному строительству трубопровода без вскрытия грунта.
Существует несколько способов горизонтального бурения для прокладки коммуникаций:
Что такое метод ГНБ
Одним из наиболее эффективных и популярных способов является именно горизонтально-направленное бурение. Метод ГНБ – это способ бурить прямолинейные и криволинейные скважины диаметром до 1720 мм. При этом длина такого непрерывного тоннеля может достигать 2 км. Среди всех технологий бестраншейной прокладки коммуникаций именно ГНБ обеспечивает максимальную длину скважины.
Обратите внимание! Многие считают ГНБ синонимом бестраншейных технологий. Это ошибочное утверждение. Метод горизонтального направленного бурения более распространённый и популярный.
Точность прокладки трубопровода по заданной траектории обеспечивает расположенный в буровом снаряде передатчик. Его сигналы принимаются приемником на поверхности, позволяя непрерывно отслеживать направление, глубину и другие параметры проходки.
Особенности технологии ГНБ и основные принципы
Горизонтальное направленное бурение — это метод бестраншейной прокладки трубопроводов и других коммуникаций на различной глубине под естественными и искусственными препятствиями без нарушения режима их обычного функционирования.
Технология бурения ГНБ достаточно проста и эффективна. В нужной точке «А» (например, на одной из сторон дороги или реки) ставится буровая установка. По заданной траектории она бурит скважину с выходом в точке «Б». В зависимости от диаметра скважины работа выполняется в один или несколько этапов расширения. В полученную скважину с использованием специального бурового раствора, как смазывающего и формирующего канал, затягивается труба.
Буровое оборудование
Прокладка труб методом гнб является технически сложным процессом, для которого нужно специальное оборудование. Выбор оборудования для горизонтального бурения широк – от недорогих китайских установок до премиальных американских и немецких. Отрадно, что производство этого типа коммунальной техники налажено и в России.
Буровая установка для ГНБ может быть стационарной или самоходной, обычно на гусеничном ходу. Она оснащена:
Важной частью современных установок для горизонтального бурения является система локации. В ходе работ бур находится вне зоны видимости. Чтобы контролировать точность прохождения и его процесс, на головку бура устанавливается специальный зонд. Этот детектор обеспечивает оператора необходимой информацией о ходе работ – угол и направление бурения, обороты бура, температуру в рабочей зоне.
Кроме того, в состав бурового оборудования входит дополнительный инструмент: расширители разного диаметра, штанги, насосы, доталкиватель для удаления бурового раствора.
Единая классификация оборудования для прокладки коммуникаций методом ГНБ была разработана в Германии в 2000 году. Установки классифицируют по максимальной тяговой силе выделив четыре основные группы:
Этапы горизонтального направленного бурения
Работы по прокладки коммуникаций с помощью бестраншейных технологий начинаются с подготовки проектной документации. Здесь нужно учесть многие нюанса, включая уже проложенные коммуникации, чтобы избежать их повреждения.
Затем выбирается метод ГНБ и готовят участок для оборудования. Для некоторых установок необходимо обустройство приямка или котлована на входе и выходе.
После установки оборудования приступают непосредственно к процессу горизонтального бурения, который состоит из нескольких этапов:
Пилотное бурение
Пилотная скважина при ГНБ – это то, что задает вектор всей разработки. Для первичного бурения на штангу устанавливается зонд – буровая головка. Его вводят в породу, если работы ведутся с земли под углом 10-20 градусов, и продвигают по заданной проектом траектории.
При пилотном бурении в скважину подается буровой раствор, который уменьшает трение на буровой головке и штанге, а также предохраняет скважину от обвалов. Кроме того, состав разрушает породу, отчищает скважину от обломков, вынося их на поверхность и служит охлаждающей жидкостью для буровой головки.
Направление по оси бурения осуществляется при помощи локационной системы, основанной на компьютерной обработке информации в режиме реального времени. Сигнал о траектории движения бурового инструмента поступает от передатчика, расположенного в буровой головке. Оператор сопоставляет данные с планом бурения и поворачивают зонд на нужный угол. Это обеспечивает высокую точность проведения работ.
Диаметр пилотной скважины для горизонтально направленного бурения не превышает 10 см. Для прокладки коммуникаций этого обычно не достаточно. Поэтому, по достижении точки выхода, от штанги отсоединяют буровую головки и надевают расширитель обратного действия.
Предварительное расширение
Расширение идет постепенно: диаметр расширительных насадок меняется с шагом 10-15 см до тех пор, пока сечение скважины не достигнет нужного размера. Обычно это 1-3 прохода, в зависимости от структуры грунта и мощности установки.
Стоит отметить, что для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода диаметр скважины должен на 25—30% превышать диаметр трубы.
Затягивание трубопровода
После создания необходимого диаметра коммуникационного тоннеля осуществляется затягивание трубы. Плеть трубопровода располагается на противоположной стороне от буровой установки (у точки выхода бура). На неё одевается специальный скважинный оголовок и крепится к буровой штанге.
Вертлюг вращается с буровой нитью и риммером, оставляя трубопровод неподвижным. Таким образом осуществляется затягивание трубы в скважину от выходного отверстия к буровой установке. Для облегчения процесса во время затягивания осуществляется подача бурового раствора. Когда труба полностью оказывается внутри скважины, на ее концы одеваются заглушки, а затем она подключается к магистрали.
Заключительный этап работ
По завершении буровых работ оборудование сворачивают. При помощи специальных машин откачивают остатки бентонитового раствора для утилизации. Площадку демонтируют, засыпают приямок или колодец, в зависимости от использованного оборудования. По завершении объект сдают заказчику.
Технические характеристики оборудования ГНБ
Основными техническими характеристиками установки ГНБ являются тяговая сила (сила протяжки), крутящий момент и вес оборудования. Именно эти три параметра легли в основу единой классификации установок. Однако не менее важными являются:
Преимущества и недостатки метода ГНБ
Для определения методов прокладки коммуникаций, важную роль играет их эффективность. Бестраншейные технологии, это касается всех методов, обладают рядом преимуществ перед открытым способом:
Кроме того, метод ГНБ позволяет сделать максимальную длину коммуникационных сетей и проложить трубы наибольшего диаметра в сравнении с другими бестраншейными технологиями.
Однако у горизонтального бурения есть и свои минусы. Во-первых, трудности возникают при работе с твёрдыми, каменистыми породами и грунтами. Во-вторых, дорогостоящее оборудование можно использоваться только по прямому назначению, тогда как при работах традиционным открытым способом используется более универсальная техника.
Не применима технология горизонтального бурения и в случаях слишком мягких, сыпучих и влагосодержащих грунтов. В этом случае более подходящим будет ГНБ методом прокола. Он же будет предпочтителен в холодное время года, когда использование традиционного метода направленного бурения затруднительно из-за замерзания бентонитового раствора.
Стоит отметить, что метод прокола не является бурением. Грунт просто продавливается трубой или расширителем. Затем на выходе к инструменту крепится трос, который протягивает полиэтиленовые трубы к началу прокола.
Для горизонтального бурения можно также использовать шнековую буровую установку, переведя бур в горизонтальное положение. Максимальная длина скважины в это случае составит примерно 100-150 м.
Что такое ГНБ: технология горизонтального направленного бурения
Горизонтальное направленное бурение (ГНБ) – прогрессивная технология бестраншейной прокладки подземных инженерных коммуникаций. Трубопровод протягивается в скважине, пробуренной по изогнутой траектории под контролем радиолокационных систем. Еще одно название метода – гидравлическое направленное бурение, так как в процессе работы скважину промывают напорной струей бурового раствора.
Область применения
Методом ГНБ прокладывают самотечные и напорные трубопроводы для подачи воды, канализации или теплоснабжения, защитные футляры для кабельных сетей, газо- и нефтепроводы. Технология может использоваться для очищения, ремонта или замены ранее проложенных водопроводных и канализационных труб.
Горизонтальное бурение применимо при обустройстве технических скважин – водозаборных, геотермальных, предназначенных для очищения загрязненных участков местности или вытаскивания из грунта действующих трубопроводов.
Преимущества и ограничения
Бестраншейные технологии безальтернативны при проведении работ в условиях плотной городской застройки и насыщенной дорожной сети, прокладке сетей глубокого заложения.
ГНБ бурение не требует перекрытия движения транспорта, перекладки действующих коммуникаций или укрепления фундамента зданий. Работы могут вестись круглый год. Технология позволяет снизить стоимость и сократить сроки строительства.
В отличие от прокладки открытым траншейным способом не нужно организовывать водоотливные мероприятия. При строительстве подводных переходов отпадает необходимость углублять дно или укреплять берега.
Площадки для проведения работ компактны, прокладка труб методом ГНБ ведется с минимальным вскрытием земной поверхности. Земляные работы ограничены рытьем приямков для ввода инструмента и подачи трубопровода в скважину, сбора бурового раствора, а также технологических шурфов на концах трубопровода. Если надо обеспечить определенный уровень заглубления скважины, может потребоваться стартовый котлован для размещения буровой установки.
ГНБ бурение снимает проблемы при наличии следующих преград:
Технология горизонтального бурения эффективна в песчаных или глинистых грунтах при устойчивости стенок скважины. В неустойчивых грунтах или при наличии подземных вод с сильным напором ставят обсадные трубы на участках входа/выхода, укрепляют грунт инъектированием, устраивают разгрузочные скважины или дозиметрические колодцы.
Применение технологии ГНБ затруднено в валунных или гравийно-галечниковых грунтах, техногенных грунтах с металлическими включениями. Бурение скальных или содержащих особо твердые включения грунтов требует использования мощного оборудования и усиленного бурового инструмента.
Подготовительные работы
Перед началом бурения проводятся инженерно-геологические изыскания или геофизическое обследование для определения характеристик грунта в районе строительства. На основании полученных данных подбирают наиболее подходящее буровое оборудование и состав бурового раствора.
Изучаются условия прокладки под естественными преградами и препятствиями искусственного происхождения. Целесообразность применения технологии ГНБ подкрепляют технико-экономическими расчетами путем сравнения альтернативных вариантов, затем приступают к разработке проектной документации и сбору необходимых разрешений.
Прокладка трубопровода
Профиль трассы зависит от вида инженерных коммуникаций, типа и диаметра трубопровода, используемого бурового оборудования. Технология позволяет при необходимости изменить направление скважины, чтобы обогнуть встреченное подземное препятствие. Форма траектории ограничена радиусом изгиба колонны буровых штанг.
Допустимый диаметр трубопровода 25–2000 мм, длина прокладки – от нескольких метров до нескольких километров. Скорость бурения составляет до 100 м за смену. В одной скважине может располагаться сразу несколько трубопроводов.
Прокладка трубопроводов пучком
На всех этапах в скважину подается буровой раствор для разрушения грунта, удаления измельченной породы, укрепления и смазки стенок скважины. При среднесуточной температуре ниже +5 °C или бурении в вечной мерзлоте принимают меры по предохранению раствора от замерзания. При температуре воздуха ниже −20 °C работы не ведутся.
Трубопровод собирают из стальных, полимерных или чугунных (ВЧШГ) труб. Возможность применения каждого вида труб и требования к характеристикам зависят от типа прокладываемых коммуникаций. Отдельные секции соединяют муфтами или сваркой.
Обрезка полимерной трубы после выхода в технологический шурф
После завершения прокладки отработанный буровой раствор и выбуренную породу утилизируют. Котлованы засыпают, восстанавливают дороги и территорию в зоне строительства. На концах трубопровода устраивают колодцы, дренажные системы, ставят запорные устройства.
Состав бурового оборудования
Существует четыре класса установок для ГНБ бурения, каждому из которых соответствует определенная сила тяги. При выборе класса учитывают инженерно-геологические условия, тип, длину и диаметр трубопровода. Самоходные установки ставятся на гусеничное или колесное шасси, модульная конструкция монтируется на опорной раме.
В состав оборудования входят агрегаты и приспособления для приготовления, подачи и регенерации бурового раствора. Сборная колонна из штанг служит для передачи вращающих или тяговых усилий от установки и подачи раствора. При сложной геологии грунта либо большой длине и диаметре трубопровода на установке ставится усилитель тяги, а в точке выхода размещается доталкиватель.
Буровая установка на гусеничном ходу с комплектом штанг
Пилотную скважину бурят долотами или твердосплавным буром либо применяют универсальный бур со сменными насадками. Расширяют скважину римерами с режущими кромками высокой прочности и породоразрушающими насадками. Инструмент подбирают с учетом свойств грунта. Для повышения производительности при разрушении скальных пород используют забойный двигатель.
Локационная система для наблюдения за положением бурового инструмента включает излучающий зонд, локатор для приема сигнала и дисплей для вывода информации. При наличии сильных помех сигнал от зонда на дисплей поступает по кабелю.
Отличие от других бестраншейных технологий
Горизонтальное направленное бурение имеет сходство с щитовой проходкой, управляемым проколом, раскаткой грунта и другими бестраншейными способами прокладки труб. Основное отличие технологии ГНБ заключается в промывке скважины буровым раствором. Состав раствора определяется свойствами грунта, от верного подбора зависит успешность бурения.
По возможной протяженности трубопровода горизонтальное направленное бурение в разы превосходит прокол или микротонеллирование. В отличие от прокола ГНБ способно справиться со всеми категориями грунта. Технология лидирует по значению минимально допустимого диаметра труб (25 мм).
Цена прокладки с учетом земляных работ ниже по сравнению с альтернативными методами. С увеличением диаметра трубопровода экономическая эффективность снижается из-за повышенного расхода раствора.
Описание технологии горизонтально-направленного бурения
Наклонно-горизонтальное бурение – технология бурения скважин, пространственное положение которых отклоняется от вертикальной линии по любому направлению, вплоть до полного горизонтального расположения. Наклонными принято считать скважины, которые отклоняются от вертикали больше, чем на 2 градуса.
Процесс горизонтально-наклонного бурения
Наклонно-направленное бурение выполняется с помощью специальной конструкции буровой штанги и головки с гибким соединением, что позволяет изменять направление движения бура внутри грунта, в процессе работы.
1 В чём назначение и преимущество технологии ГНБ?
В промышленности наклонное бурение скважин востребовано в нефте-газовой сфере, в строительстве, также метод широко применяется для создания подземных коммуникаций.
Наклонно направленное бурение применяется для выполнения таких работ:
На сегодняшний день, наклонно направленное бурение является наиболее экономичным способом создания подземных коммуникаций и выполнения любых подземных работ. Наклонно направленное бурение, в сравнении с рытьем траншей своими руками, обладает следующими преимуществами:
2 Применяемое оборудование
Оборудование для горизонтального бурения можно условно разделить на несколько видов: машина для ГНБ, локационная система для ГНБ, вспомогательные устройства – буровые вертлюги, скобы, фиксаторы.
Применение локационной системы при ГНБ
Локационная система для ГНБ. Без наличия такой системы невозможно в полной мере контролировать наклонно направленное бурение, так как в процессе работы бур находится вне зоны видимости.
Чтобы бурение не привело к непредсказуемым последствиям (разрушение существующей прокладки коммуникаций, поломка оборудования из-за подземных преград), и для того, чтобы в полной мере контролировать точность бурения скважины, используется специальная геолокационная система.
Такое устройство состоит из двух основных частей: мини зонд, который устанавливается на буровую головку, и аппарат для отслеживания его показателей. Когда осуществляется наклонно направленное бурение, этой системой управляет оператор, который считывает всю информацию, поступающую с мини зонда, и на её основе корректирует процесс бурения.
Применение мини зонда является незаменимой частью процесса ГНБ.
Буровая машина. Наклонно направленное бурение выполняется дорогостоящим профессиональным оборудованием. Промышленные машины для ГНБ имеют рамные конструкции: они состоят из кузова, двигателя, работающего на дизельном топливе, и ходовой части. В свою очередь функциональная часть имеет следующие элементы: буровой лафет, гидростанция с шлангом для подачи воды, и панель для управления процессом.
Классификация буровых установок выполняется в зависимости от граничного усилия протяжки, которое измеряется в тоннах. Помимо этого, ключевыми характеристиками любой установки являются максимально возможные диаметр и длина бурения.
Вторичными факторами, на которые необходимо обращать внимание при выборе устройства для бурения скважины и прокладки труб, являются показатели расхода бетонита (л\мин), и радиус изгиба буровых штанг – он влияет на возможность изменять направление бурения по ходу работы.
Также можно выделить технологию горизонтально шнекового бурения, которое выполняется с помощью достаточно простых буровых установок, состоящих из буровой головы, штанги, двигателя, и каркаса, который соединяет их в один механизм.
В сравнении с промышленными буровыми машинами, такая конструкция обладает мини размерами. К тому же она достаточно проста в управлении – после краткого вводного курса, бурение может быть выполнено своими руками кем угодно.
Буровая установка для горизонтально-наклонного бурения
Вспомогательные устройства. К этой категории относятся все элементы фиксации для прокладки ПВХ обсадных труб, переходники, расширители, насосы для откачивания излишков бетонита, электрогенераторы, системы освещения и инструмент устранения аварийных ситуаций.
к меню ↑
3 Этапы работ
Перед тем как начать бурение горизонтальных скважин необходимо выполнить следующие подготовительные работы:
Выполняется бурение пилотной скважины (мини тоннеля, диаметром до 100 мм). Изначально процесс бурения наклонных и горизонтальных скважин начинается под углом в 10-20 градусов, который, в процессе выхода на заданную глубину, корректируется к нужным показателям.
В процессе ГНБ изменение движения бура возможно во всех плоскостях. Чем ближе бурильная головка находится к точке выхода, тем сильнее бур направляется вверх, для того чтобы на выходе из грунта скважина получила необходимый угол.
Схематическое изображение траектории выработки при ГНБ
Технология горизонтально направленного бурения требует использования специальных устройств для мониторинга процесса, которые отслеживают местоположение бура под землей, и дают возможность точно определить глубину его заглубления в почву.
Для того чтобы расширить скважину, буровая головка своими руками заменяется на ример (специальное устройство для расширения), после чего на буровой машине включается режим обратных оборотов, и выполняется обратное движение римера, по направлению от точки выхода скважины, до буровой установки.
Количество проходов, необходимых для выполнения расширения скважины до нужного диаметра, может колебаться от 1 до 3. Это зависит от особенностей грунта и от того, какое устройство бурения используется. Если для расширения необходимо несколько проходок, то римеры последовательно меняются на устройства большего диаметра.
Прокладка труб выполняется с применением системы вертлюг и скоб, которые подсоединяются к трубе, и выполняют функцию креплений и фиксаторов, с помощью которых происходит затягивания труб в скважину.
Для фиксации труб вертлюгом на её край монтируется специальный скважинный оголовок, к которому присоединяется буровая колонна. В мелкогабаритных скважинах, обсадка которых выполняется полимерными трубами с небольшим весом, прокладки могут выполняться своими руками, в противном случае – усилие для затягивания труб придает буровая машина.
После того как труба смонтирована нужным образом, она отсоединяется от буровой колонны, после чего процесс ГНБ можно считать законченным.
Схематическое изображение пролегания трубопровода при ГНБ
Метод наклонно направленного бурения подразумевает необходимость обязательного использования бетонита. Бентонит – это специальный раствор, который применяется для укрепления стенок скважины, так как риск обвалов грунта при ГНБ достаточно большой. Также бетонит уменьшает трение бура и улучшает процесс извлечение выбуренной почвы наружу.
Бентонит во много определяет эффективность всего процесса бурения, так как раствор плохого качества, который не будет обладать необходимыми промывочными свойствами, будет являться причиной дополнительных временных затрат, необходимых для очистки скважины от грунта.
Так как в процессе ГНБ используется большое количество бентонитного раствора, на входе и выходе в скважину могут скапливаться его излишки, которые, после завершения бурения, нужно извлечь своими руками, либо откачать с помощью насоса. Все остатки бетонита необходимо утилизировать.
Существуют определенные ограничения, которые препятствуют применению ГНБ: