Горизонтально-направленное бурение (ГНБ) является эффективным методом прокладки подземных коммуникаций, позволяющим создавать трубопроводы по криволинейной траектории. Это особенно полезно при обходе существующих подземных объектов, таких как коммуникации, валуны, реки или водоемы. Угол бурения и траектория прокладки напрямую влияют на сложность работ и требуют точного контроля и выполнения соответствующих расчетов.
Подготовительные мероприятия
Прежде чем начать бурение, необходимо провести несколько подготовительных этапов:
-
Расчет трассы буровой скважины — необходимо точно определить точки входа и выхода из грунта, а также рассчитать радиус вертикального изгиба на каждом криволинейном участке.
-
Закрепление буровой установки — установка должна быть зафиксирована с наклоном рамы, соответствующим проектному углу входа.
-
Ориентирование локационного зонда — настройка системы с точным вводом данных в компьютер для контроля траектории бурения.
-
Калибровка локационной системы — проверка работоспособности системы, которая отслеживает направление и глубину бурения.
Процесс бурения и контроль за траекторией
Бурение начинается с поверхности земли или стартового котлована. В случае, если старт происходит с поверхности, бурение сначала идет по технологическому отрезку до котлована. После достижения нужной глубины начинается горизонтальное движение по направлению к приемному котловану.
-
Вход в грунт происходит под заданным углом. Начальный участок бурения должен быть прямолинейным, поскольку верхний слой грунта обычно менее плотный, и трудно соблюдать нужный радиус изгиба. Если бур приблизится слишком близко к поверхности, существует риск прорыва бурового раствора.
-
Буровая головка соединяется с установкой через гибкую колонну из отдельных штанг, которая удлиняется по мере продвижения бурения.
-
В головке бурового инструмента размещен зонд с передатчиком, который передает сигнал на приемник, позволяя оператору отслеживать точное положение бурового инструмента и корректировать его траекторию.
-
Если бур отклоняется от заданного пути или сталкивается с препятствием, оператор приостанавливает вращение и изменяет скос лопатки буровой головки, после чего продолжается «руление» (вдавливание бура без вращения) до восстановления правильного направления.
Угол входа и выхода
Угол входа в грунт и выход из него в значительной степени зависит от условий прокладки трубопровода и используемого оборудования. Обычно вход в грунт осуществляется под углом от 7° до 23°. Угол на выходе может колебаться от 1° до 45°.
-
Для ГНБ под водными объектами (реки, водоемы) угол входа часто составляет от 8° до 15°. При перепаде глубин между входом и выходом в 30–45 м, а диаметре трубы до 500 мм, угол входа может быть увеличен до 20°, в то время как угол выхода обычно составляет от 5° до 8°.
Радиус изгиба
Одним из важнейших факторов при выполнении ГНБ является радиус изгиба скважины, который должен превышать минимально допустимые значения для буровых штанг и труб, с учетом коэффициента надежности.
-
Минимальный радиус изгиба буровых штанг (rш) обычно составляет от 30 до 250 метров, в зависимости от их материала и конструкции. При чрезмерном изгибе штанга может сломаться.
-
Минимальный радиус изгиба труб (rт) зависит от материала трубы, диаметра и толщины стенок. Например:
-
Для стальных труб минимальный радиус изгиба можно вычислить по формуле, принимая во внимание модуль упругости стали, диаметр трубы и прочностные характеристики материала.
-
Для труб из ВЧШГ (высокочастотного чугуна) радиус изгиба зависит от длины трубы и угла отклонения в соединениях. Примерные значения радиусов изгиба приведены в таблице.
-
Для труб ПНД (полиэтилен низкой плотности) минимальный радиус изгиба зависит от SDR (отношения наружного диаметра трубы к толщине стенки) и температуры воздуха.
| Стандартное SDR | Мин. радиус изгиба при температуре 0–10°C (м) | Мин. радиус изгиба при температуре >20°C (м) |
|---|---|---|
| 9–17 | 50 × dн | 20 × dн |
| 21–26 | 75 × dн | 30 × dн |
| 33–41 | 125 × dн | 50 × dн |
Для пучков труб ПНД, где несколько труб укладываются в одном канале, радиус изгиба пучка рассчитывается как произведение минимального радиуса изгиба одной трубы на количество труб в пучке (rтn = rт × n).
Если в процессе ГНБ предполагается одновременно изгибать трассу как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, общий радиус изгиба рассчитывается по формуле:
Заключение
Правильный расчет и контроль углов и радиусов изгиба при горизонтально-направленном бурении являются критически важными для успешного выполнения работ. Соблюдение технических требований по углу входа, выходу и радиусу изгиба помогает избежать повреждения оборудования и трубопроводов, а также гарантирует надежную и безопасную прокладку подземных коммуникаций.
