ГНБ - технология горизонтально направленного бурения

Технология горизонтально направленного бурения (ГНБ, HDD) – бестраншейная прокладка подземных коммуникаций с использованием бурового оборудования. При бурении по технологии ГНБ ландшафт остаётся нетронутым, что подходит для монтажа коммуникаций в сложном рельефе, сверхплотной городской застройки, под магистральными нефте- и газопроводами, жд-путями и автострадами.

Скважины, выполняемые методом ГНБ, не всегда горизонтальные – это отверстия с отклонением от вертикали более двух градусов. Обычные буровые установки такие операции не выполняют, поэтому им требуется особое оборудование, где буровая штанга крепится на подвижном механизме с гибким соединением.

Особенности ГНБ:

1. Допустимый диаметр трубопровода для прокладки методом ГНБ – 25–2000 мм,
2. Длина прокладки – от нескольких метров до нескольких км.
3. Скорость бурения – до 100 м за день.
4. В одной скважине может располагаться несколько трубопроводов.

Области применения ГНБ

Горизонтально направленное бурение используется везде, где полезны наклонные скважины:

• добыча нефти, газа и любых полезных ископаемых
• прокладка подземных трубопроводов и кабельных магистралей
• отвод сточных и канализационных вод в пересечённой местности
• прокладка строительных коммуникаций при возведении многоэтажных и частных домов.

Установки ГНБ

1. Буровая установка

Состоит из кузова, ходовой части (обычно с дизельным двигателем и на гусеничном ходу), устройства для подачи воды в зону бурения и панели управления. Бывают компактные мини-установки – используются при частном и малоэтажном строительстве, промышленные машины – они больших размеров. 

Основные характеристики буровых машин – максимальная сила протяжки (в тоннах) и параметры буровой штанги (диаметр и максимальная длина прокола).

2. Геолокационная система

Это зонд, которым оператор буровой машины контролирует процесс бурения, т.к. наблюдать работу самого бура невозможно. Геолокационная система показывает наличие по ходу бура твёрдых включений или уже проложенных коммуникаций, чтобы обеспечить безопасность прокола и свести к минимуму поломку оборудования.

3. Дополнительные приспособления

Осветительные приборы, насосы для откачки бентонита из рабочей зоны, расширители разного диаметра, переходники и другие устройства и приспособления, что облегчают бурение и прокладку коммуникаций.

Как прокладывать трубы по методу ГНБ

Перед началом работ исследуют свойств и состав грунта, выясняют, где проходят подземные коммуникации, получают разрешения и согласования на подземные работы. При необходимости проводится выборочное зондирование грунта и шурфление пересечений трассы бурения с существующими коммуникациями. Исходя из этого, выбирают траекторию будущей скважины.

Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтального направленного бурения делают в четыре этапа:

1. бурение пилотной скважины,
2. последовательное расширение скважины,
3. протягивание трубопровода и цементирование,
4. заключительный этап.

Подробнее про каждый из этапов бурения ниже.

1. Бурение пилотной скважины

На первом этапе буровая головка проходит по проектной траектории, прокладывая так называемую пилотную скважину. Положение буровой головки контролируют встроенным в неё передатчиком и приёмным устройством геолокационной системы, которое показывает оператору положение, уклон и азимут головки. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и корректирует траекторию.

Буровая установка имеет отверстия для подачи буровой смеси на основе бентонита. Она охлаждает и смазывает буровую установку, уменьшает трение, облегчает продвижение бура и способствует извлечению грунта, поскольку делает почву стабильнее и предупреждает обвалы.

Прокладка пилотной скважины завершается выходом буровой головки в определённой проектом точке.

2. Расширение скважины

После этого буровую головку отсоединяют от буровых штанг и вместо неё присоединяют риммер – расширитель обратного действия. При помощи обратной тяги и вращения риммер протягивают через пилотную скважину обратно к установке, расширяя скважину до диаметра, необходимого для протяжки трубопровода. Для этого диаметр скважины должен быть в полтора-два раза больше диаметра трубопровода.

Количество проходок зависит от диаметра прокладываемого трубопровода, но обычно их не больше трёх.

Протягивание трубопровода и цементирование

Также начинается с противоположной от буровой установки стороны скважины. Там располагается готовая к протягиванию плеть трубопровода – несколько сваренных вместе секций. К переднему концу плети крепится риммер, передающий на трубы только тяговое усилие, без вращения (вращательное усилие гасится при помощи вертлюга). Таким образом, плеть протягивают в скважину по проектной траектории. Затянутая труба закрывается заглушкой или подключается к магистральному трубопроводу.

Если трубопроводов несколько, протягиваются все сразу. При прокладке в сложных геологических условиях в околотрубное пространство дополнительно заливается цементирующий раствор.

Заключительный этап

На этом этапе оборудование демонтируют, буровой раствор утилизируют, вспомогательные скважины и отверстия засыпают. Персонал сдаёт заказчику исполнительную документацию, на которой указано положение проложенного трубопровода в различных плоскостях, с привязкой к ориентирам на местности.

Основные преимущества горизонтально направленного бурения

1. время и ресурсы. Работу можно выполнить за один-два дня небольшой группой до пяти человек, без привлечения другой дорогостоящей техники, кроме буровых установок.
2. Автономность установок ГНБ. Для буровых установок не требуются дополнительные источники питания.
3. Пересечения с преградами. Технология ГНБ позволяет сделать прокол под преградами, которые не обойти обычным методом – под шоссе, рекой или оврагом. Это не требует перекрытия дорог и прерывания транспортных потоков.
4. Сохранение ландшафта. Не нарушается ландшафт местности и ее благоустройство – дорожное покрытие, клумбы, скамейки.
5. При прокладке труб методом ГНБ не нужно снижать уровень высоких грунтовых вод.
6. Высокая точность и безопасность в условиях плотной застройки. Коммуникации методом ГНБ прокладывают в местах, где наземные работы невозможны и запрещены. Современные системы радиолокации обеспечивают высокую точность бурения, исключая разрушение подземных коммуникаций. Часто скважина ГНБ — единственно возможный способ подключения телефонных линий и кабелей (например, стекловолокна) под офисами, промышленными предприятиями и ТЦ.

Минусы технологии ГНБ

1. Экономическая целесообразность. При глубине закладки труб менее полутора метров и отсутствии сооружений на территории работ выгоднее прокладывать трубопровод обычным траншейным способом.
2. Типы грунта. Наклонное бурение не проводится на монолитных скальных участках и в грунтах где много твёрдых включений либо грунтах мягких, сыпучих или переувлажнённых.
3. Геометрия скважины. Изгиб буровой штанги установки ГНБ недостаточен, чтобы изменить направление тоннеля больше одного раза на коротком участке (несколько метров).
4. Дороговизна и уникальность буровых установок. Их используют только для наклонного бестраншейного бурения, для других методов прокладывания подземных коммуникаций они неприменимы.
5. Погодные условия. Технология ГНБ допустима при температуре воздуха не ниже -10°С. Бетонит на водной основе кристаллизуется при температуре ниже ноля, поэтому нужны водные растворы, нагретые до +50°С. А после завершения работ или при перерывах на ночь жидкость сливают, насосная станция и шланги промывают антифризом, предотвращающим формирование ледяных пробок.

Отличия технологии ГНБ от других бестраншейных технологий

Помимо горизонтального направленного бурения, существуют щитовая проходка, управляемый прокол, раскатка грунта и другие бестраншейные способы прокладки труб и кабелей. Основное отличие технологии ГНБ – промывка скважины буровым раствором и минимально допустимый диаметр труб (25 мм).