Прокладка трубопроводов методом горизонтального бурения

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ИНСТИТУТ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ТЮМЕНСКОГО

ГОСУДАРСТВЕННОГО НЕФТЕГАЗОВОГО УНИВЕРСИТЕТА»

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

по рабочей профессии «   Трубопроводчик линейный,  Оператор МГ   »

 

на тему «Прокладка трубопроводов методом горизонтального бурения»

 

 

 

 

Выполнил: / А.П. Шабашов/

 

Проверил:/      В.Н. Фуфаев       /

 

 

 

 

 

Тюмень, 2014 г.

Содержание

1. Введение

2. Основная часть

   2.1. Горизонтально-направленное  бурение

   2.2. Этапы строительства  подземных коммуникаций

   2.3. Методы горизонтального  бурения

   2.4. Установки ГНБ

   2.5. Система локации в ГНБ как инструмент управления

   2.6. Основные преимущества эксплуатации

3. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Горизонтально-направленные метод бурения был разработан и впервые внедрен в 1971 году в США корпорацией "Titan Contractors" под рекой Педжейро в Калифорнии. Был проложен трубопровод диаметром 115,3мм протяженностью 231,6 метра. С этого времени метод горизонтально-направленного бурения завоевал большую популярность за рубежом. Уже 30 лет на западе используют горизонтально-направленное бурение, поэтому никому и в голову не придет для прокладки коммуникаций в городских условиях вскрывать асфальт, разбирать рельсовые пути, менять транспортные потоки и создавать таким образом массу неудобств людям. Обходной маршрут может быть достаточно велик и экономически не выгоден.

Между тем, технология горизонтально-направленного бурения (ГНБ) проста и понятна. В нужной точке входа трубопровода (на берегу реки, на одной из сторон дороги) ставится установка ГНБ, которая по заданной траектории бурит пилотную скважину и выходит с высокой точностью на другой стороне препятствия. В зависимости от требующегося диаметра скважины для протяжки одной или нескольких труб или труб-футляров, бурение выполняется в один или несколько этапов. Преимущество горизонтально-направленного бурения неоспоримы. Существующие на данный момент комплексы в состоянии не только выполнить "прокол" под дорогой, но и в процессе выполнения "прокола" обходить возникающие препятствия. Кроме того, при необходимости есть возможность уходить на значительную глубину, что позволяет прокладывать коммуникации даже под фундаментами зданий. Кроме того, существенным фактором при производстве работ является низкий производственный шум - это очень благосклонно воспримут местные жители, которых раздражают звуки строительных механизмов и грохот разгружаемых материалов. Поэтому метод горизонтально направленного бурения получил целый ряд преимуществ перед методом прокладки коммуникаций в траншее.

Горизонтально-направленное бурение(ГНБ)

Бестраншейные технологии бурения, известные в мире как NO-DIG (не копай) представляют собой вариант выполнения работ по подземному строительству без вскрытия грунта. При использовании бестраншейных способов бурения более 90% всех работ проводится под землей, что исключает:

- необходимость восстановления дорожного покрытия; 
- нарушение существующих коммуникаций; 
- перекрытие транспортных магистралей; 
- нарушение привычного ритма жизни города; 
- уничтожение зеленых насаждений; 
- снос элементов благоустройства; 
- нарушение земляного покрытия и т.д.

Можно выделить четыре традиционных метода бестраншейной прокладки трубопроводов:

- горизонтальное бурение; 
- прокалывание; 
- продавливание; 
- замена труб.

Горизонтально-направленное бурение - это метод бестраншейной прокладки трубопроводов и других коммуникаций на различной глубине под естественными и искусственными препятствиями без нарушения режима их обычного функционирования.

В основном ГНБ применяют при прокладке трубопроводов, канализаций, водопроводов, газопроводов и футляров для кабелей связи без поверхностного вскрытия грунта, сохраняя природный ландшафт.

Горизонтально-направленное бурение не остановят ни скалы, ни плавуны, ни овраги, ни сложнопересеченная местность. Те объемы строительства, которые траншейным методом бурения осваиваются месяцами, бестраншейным методом бурения выполняется за считанные дни.

Очень важна так же и экологическая составляющая: нетронутые насаждения и рельеф местности, сохраненный плодородный слой почвы. При использовании горизонтально-направленного бурения значительно повышется эффективность работ: как правило на объекте задействована одна буровая установка и бригада рабочих из 3-4 человек. Все это дает огромную экономию финансовых средств примерно на 30%.

Технология бестраншейного строительства подземных коммуникаций

Перед началом работ тщательно изучаются свойства и состав грунта, дислокация существующих подземных коммуникаций, оформляются соответствующие разрешения и согласования на производство подземных работ. Осуществляется выборочное зондирование грунтов и, при необходимости, шурфление особо сложных пересечений трассы бурения с существующими коммуникациями. Результаты этих работ имеют определяющее значение для выбора траектории и тактики строительства скважины. Особое внимание следует уделить оптимальному расположению бурового оборудования на строительной площадке и обеспечению безопасных условий труда буровой бригады и окружающих людей. Строительство подземных коммуникаций по технологии горизонтального направленного бурения осуществляется в четыре этапа: бурение пилотной скважины, последовательное расширение скважины, протягивание трубопровода и заключительный этап.

 

 

 

 

 

Этапы строительства подземных коммуникаций

Бурение пилотной скважины

Бурение пилотной скважины — особо ответственный этап работы, от которого во многом зависит конечный результат. Оно осуществляется при помощи породоразрушающего инструмента — буровой головки со скосом в передней части и встроенным излучателем. Буровая головка соединена посредством полого корпуса с гибкой приводной штангой, что позволяет управлять процессом строительства пилотной скважины и обходить выявленные на этапе подготовки к бурению подземные препятствия в любом направлении в пределах естественного изгиба протягиваемой рабочей нити. Буровая головка имеет отверстия для подачи специального бурового раствора, который закачивается в скважину и образует суспензию с размельченной породой. Буровой раствор уменьшает трение на буровой головке и штанге, предохраняет скважину от обвалов, охлаждает породоразрушающий инструмент, разрушает породу и очищает скважину от её обломков, вынося их на поверхность. Контроль за местоположением буровой головки осуществляется с помощью приемного устройства локатора, который принимает и обрабатывает сигналы встроенного в корпус буровой головки передатчика. На мониторе локатора отображается визуальная информация о местоположении, уклоне и азимуте буровой головки. Также эта информация отображается на дисплее оператора буровой установки. Эти данные являются определяющими для контроля соответствия траектории строящегося трубопровода проектной и минимизируют риски излома рабочей нити. При отклонении буровой головки от проектной траектории оператор останавливает вращение буровых штанг и устанавливает скос буровой головки в нужном положении. Затем осуществляется задавливание буровых штанг без вращения с целью коррекции траектории бурения. Строительство пилотной скважины завершается выходом буровой головки в заданной проектом точке.

Рис.1. Схема бурения пилотной сважины

Буровая штанга (БШ) представляет собой трубу диаметром приблизительно 50-80 мм и длиной 2-6 метра. На концах БШ нарезаны КОНИЧЕСКИЕ резьбовые соединения с наружной, и на противоположном конце — с внутренней резьбами. БШ имеет один очень важный элемент (без которого изменение направления пилотной скважины было бы невозможным) это — сильфонная вставка (соединение). На каждой БШ есть два таких соединения. В общем-то, технологически, это больше напоминает накатку на трубе, нежели какую-то вваренную в БШ вставку. В буровой машине БШ вкручиваются, последовательно, одна в другую, по мере продвижения буровой головки. Таким образом, соединённые между собой БШ, похожи на гибкий трос, которым прочищают канализационные трубы.

Принцип изменения направления

Принцип изменения направления движения буровой головки в горизонтальной и вертикальной плоскостях происходит по принципу гибкого троса: если его свободный конец не закреплён (если закреплён, то это уже «гибкий ВАЛ»), то есть он всегда будет немного изогнут. Оператор на дисплее переносного приёмника «видит» угол поворота буровой головки(то есть «свободного конца троса») и её направление, и, если необходимо «повернуть» направление скважины, выдаёт команду оператору бурильной машины «стоп», а затем «Повернуть на N../градусов»(но только в одном направлении-по направлению закручивания резьб БШ!)так, чтоб буровая головка легла в нужном направлении. Далее, по команде оператора выносного пульта, происходит «вдавливание» буровой головки в грунт на угле нужной траектории, затем оператор бурильной машины включает подачу воды(промывочной жидкости)и продольную подачу с вращением. Буровая головка забуривается в грунт на необходимую траекторию. Подача воды(или другой промывочной жидкости) производится под регулируемым давлением через шпиндель бурильной машины в БШ и далее к буровой головке.

Расширение скважины

Расширение скважины осуществляется после завершения пилотного бурения. При этом буровая головка отсоединяется от буровых штанг и вместо неё присоединяется риммер — расширитель обратного действия. Приложением тягового усилия с одновременным вращением риммер протягивается через створ скважины в направлении буровой установки, расширяя пилотную скважину до необходимого для протаскивания трубопровода диаметра. Для обеспечения беспрепятственного протягивания трубопровода через расширенную скважину её диаметр должен на 50-100 % превышать диаметр трубопровода.

Рис.2. Схема расширения сважины

 

 

Протягивание трубопровода

На противоположной от буровой установки стороне скважины располагается готовая к протягиванию плеть трубопровода. К переднему концу плети крепится оголовок с воспринимающим тяговое усилие вертлюгом и риммеру, и в то же время не передает вращательное движение на трубопровод. Таким образом, буровая установка затягивает в скважину плеть протягиваемого трубопровода по проектной траектории.

Рис.3. Схема протягивания трубопровода

Заключительный этап

После окончания основных технологических этапов, инженерно-технический персонал сдает заказчику исполнительную документацию, на которой указано фактическое положение уложенного трубопровода в различных плоскостях, с обязательным указанием «привязок» к ориентирам на местности.

 

 

 

 

 

 

Методы горизонтального бурения

В настоящее время, благодаря мощному развитию бестраншейных технологий, сложилось несколько направлений в ГНБ методах. В целом их можно классифицировать по таким параметрам, как управляемость, ГНБ методы с обсадными трубами и без них, промывочное бурение, микротоннелирование.

Основные методы ГНБ структурированы в таблице:

Группа	Тип бурения	Метод ГНБ
Неуправляемый способ	Бурение без обсадных труб	Шнековое бурение
		Вытесняющее бурение. Прессование штанг
		Таранная ракета
	Бурение с обсадными трубами	Таранное бурение
		Ударное бурение
		Бурение проколом
		Буровое нагнетание
Управляемый способ и микротоннелирование	Проходческие машины	Шнековая откатка
		Промывочная откатка
		Откатка с подсосом
	ГНБ (промывочное бурение)	ГНБ. Управление зондом и промывка бентонитом
	Пилотное бурение	Пилотное бурение с последующим сухим расширением
		Пилотное бурение с последующим мокрым расширением
		Пилотное бурение с расширением в скальном грунте

 

Шнековое бурение

Обычно при таком виде горизонтального бурения используются самые простейшие установки, в основе которой буровая голова со следующими за ней шнеками, с гидравлическим, пневматическим или электрическим двигателем. В качестве примера, можно привести буровую установку горизонтального шнекового бурения Taifun, производства Schmidt, Kranz & Co.

Пилотное бурение

Пилотное бурение, как правило, необходимо для создания трассы или маршрута по которой будет проводиться производственный трубопровод. Буровая голова обычно имеет скошенную форму. Сама голова может иметь в наличии сопла для подачи бентонита, который в данном случае оказывает, помимо смазывающего эффекта, еще и режущий. Либо при пилотном бурении, особенно характерно для установок методом прокола или микротоннелирования, головка имеет твердый наконечник, который с усилием запрессовывается в грунт. В виду того, что головки имеют скошенную форму, направление затягивания постоянно меняется и поэтому оператор ГНБ постоянно ее вращает. Чем ровнее производится пилотное бурение при бестраншейной прокладке, тем больше шансов, что при затягивании, производственная труба не будет подвержена деформации.

Вытеснение или отбор грунта при горизонтальном бурении

При достаточно мягком грунте и небольшом диаметре трубопровода его затягивание может сопровождаться вытеснением грунта по окружности запрессовываемого трубопровода. Однако, такой метод не подходит для плотных или скальных грунтов. Поэтому при затягивании трубопровода необходимо  производить отбор породы. Если классические установки ГНБ вымывают грунт с помощью бентонитовых растворов, то при работе с установкой методом прокола, такой грунт может отбираться внутри производственной трубы с помощью шнеков. Хочется заметить, что вымывание грунта не всегда возможно использовать для мягких видов породы или на небольших глубинах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Установки ГНБ

Установки (машины) ГНБ представляют собой комплексную строительную технику. Типичная машина включает в себя — раму, кузов, ходовую часть (гусеничную или колесную) энергетическую установку (дизельный двигатель), гидростанцию, устройство подачи штанг, буровой лафет, панель управления (рабочее место оператора).

Установки классифицируются согласно максимальному усилию протяжки, измеряемому в тоннах. Другой важной характеристикой, которые косвенно связана с ней является максимальный диаметр расширения и максимальная длина бурения. Второстепенные показатели, которые могут характеризовать потребительские качества установки ГНБ — радиус изгиба колонны штанг (показывает, насколько сильно можно изменять траекторию пилотного бурения), а также расход бентонитового раствора (л./мин., показывает, насколько часто необходимо будет пополнять резервуар смесительного устройства для приготовления бурового раствора).

Рис.4. Установка ГНБ

Система локации в ГНБ как инструмент управления

Управление в ГНБ — очень важный момент. Бур в процессе работы находится вне зоны видимости и досягаемости, и неконтролируемое бурение может привести к непредсказуемым последствиям. Поэтому в производстве работ ГНБ для контроля процесса бурения применяются системы локации. Система локации представляет собой зонд, который расположен на буровой головке, и специальный прибор синхронизации с этим зондом, который находится в руках у оператора системы локации(локаторщика) на земной поверхности. Зонд регистрирует всю информацию об угле и направлении бурения, числе оборотов и температуре буровой головки. Эта информация передается в процессе бурения локаторщику и предотвращает нежелательные последствия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные преимущества эксплуатации

Производственно-технический аспект

• Возможность бестраншейного строительства, ремонта и санации подземных коммуникаций:

• под реками, оврагами, лесными массивами; в специфических грунтах (скальные породы, плавуны);

• в охранных зонах высоковольтных воздушных линий электропередач, магистральных газо-, нефте-, продуктопроводов;

• в условиях плотной жилищной застройки городов при прохождении трассы под автомагистралями, трамвайными путями, автомобильными дорогами, скверами и парками;

• Сокращение сроков и объёма организационно-технических согласований перед началом работ в связи с отсутствием необходимости остановки движения всех видов наземного транспорта, перекрытия автомобильных и железных дорог;

• Значительное сокращение сроков производства работ за счет использования высокотехнологичных буровых комплексов;

• Значительное сокращение количества привлекаемой для прокладки трубопроводов тяжелой техники и рабочей силы;

• Уменьшение риска аварийных ситуаций и, как следствие, гарантия длительной сохранности трубопроводов в рабочем состоянии;

• Отсутствие необходимости во внешних источниках энергии при производстве работ в связи с полной автономностью установок.

Финансово-экономический аспект

• Уменьшение сметной стоимости строительства трубопроводов за счет сокращения сроков производства работ, затрат на привлечение дополнительной рабочей силы и тяжелой землеройной техники;

• Минимизация затрат на энергообеспечение буровых комплексов вследствие экономичности используемых агрегатов;

• Отсутствие затрат на восстановление поврежденных участков автомобильных и железных дорог, зеленых насаждений и предметов городской инфраструктуры;

• Сокращение эксплуатационных расходов на контроль и ремонт трубопроводов в процессе эксплуатации.

 

Стоимость работ методом ГНБ (цена за 1 метр прокладки)

Диаметр трубы	Стоимость прокладки 1 м.п., с НДС 18%
63 мм	от 1500 до 2100 руб.
110 мм	от 2000 до 3000 руб.
160 мм	от 2200 до 3800 руб.
225 мм	от 3900 до 5500 руб.
315 мм	от 6000 до 8500 руб.
400 мм	от 7500 до 11500 руб.
500 мм	от 9300 до 14500 руб.
600 мм	от 12500 до 16500 руб.
700 мм	от 17500 до 24000 руб.
800 мм	от 22000 до 28000 руб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Социально-экологический аспект

• Сохранение природного ландшафта и экологического баланса в местах проведения работ, исключение техногенного воздействия на флору и фауну, размыва берегов и донных отложений водоемов;

• Минимизация негативного влияния на условия проживания людей в зоне проведения работ.

 

 

 

 

Заключение

 

  С технической точки зрения технология горизонтально направленного бурения имеет массу преимуществ: 
    • Прокладка трубопроводов и коммуникаций без рытья траншей и разрушения дорожного покрытия и верхнего слоя грунта. 
    • Использование установок для горизонтального бурения упрощает процедуру получения разрешений и согласований на проведение работ по прокладке трубопроводов. Применение этой технологии не требует блокировки движения и перекрытия улиц. 
    • Высокотехнологичные установки для горизонтального бурения позволяют проводить работы в рекордно короткие сроки, не оттягивая согласованный срок сдачи объекта. 
    С экономической точки зрения у горизонтально направленного бурения есть ряд достоинств:    

• Методика прокладки трубопроводов бестраншейным способом позволяет существенно экономить на содержании оборудования и оплате труда рабочим. Для управления установкой и корректировки работ достаточно бригады в составе от 3-х до 5-ти человек. 
    • В связи с тем, что прокладка трубопроводов бестраншейным способом занимает намного меньше времени, чем стандартный способ, можно существенно снизить сметную стоимость проекта. Основными статьями снижения затрат здесь являются отсутствие необходимости привлекать дополнительную рабочую силу, приобретать многочисленное оборудование и инструменты и выплачивать заработную плату за более продолжительный период. 
    • Бестраншейная прокладка труб не требует предварительного рытья траншей и последующей заделки поврежденных участков автомобильных дорог, и путепроводов.

Метод ГНБ - это уникальный метод, который уже в ближайшее время в строительстве подземных коммуникаций будет вне конкуренции.

Список литературы

1. СниП 2.05.06-85* Магистральные трубопроводы М: 1985
2. Березин В.Л., Бобриций Н.В. «Сооружение насосных и компрессорных станций»: Учебник для вузов. – М: Недра, 1985
3. А.Е. Татура «Компрессорные станции магистральных газопроводов»,

Учебное пособие, Ижевск, 2002г.

4. П.И.Тугунов, В.Ф. Новоселов и др. «Типовые расчеты при проектрировании и эксплуатации нефтебаз и нефтепроводов». – Уфа, 2002