Направленное растачивание

Направленное бурение , также называемое горизонтально-направленным бурением ( ГНБ ), представляет собой бестраншейный метод с минимальным ударным воздействием для прокладки подземных коммуникаций, таких как трубы, трубопроводы или кабели, по относительно неглубокой дуге или радиусу вдоль заданного подземного пути с использованием бурения с поверхности. буровая установка. Направленное растачивание / ГНБ предлагает значительные экологические преимущества по сравнению с традиционными установками трубопроводов / инженерных коммуникаций. Этот метод обычно используется, когда обычное рытье траншей или выемка грунта нецелесообразно или когда требуется минимальное нарушение поверхности. ^[1]

Хотя термины «наклонно-направленное бурение» и «горизонтально-направленное бурение» часто используются как взаимозаменяемые, они отличаются тем, что передают другое чувство масштаба. Термин «направленное бурение» или «канал ствола» обычно используется для буровых установок малого и малого размера, отверстий малого диаметра и длин пересечения в единицах сотен футов. Как правило, термин «горизонтально-направленное бурение» (ГНБ) предназначен для описания буровых установок большого / максимального размера, отверстий большого диаметра и длин пересечения в тысячах футов. Направленное бурение и ГНБ в некоторых отношениях схожи с наклонно-направленным бурением, используемым в нефтяной промышленности, однако равное сравнение не может быть проведено, поскольку процедуры служат заметно разным функциям.Направленное растачивание / ГНБ можно использовать с трубами из различных материалов, таких как ПВХ ,полиэтилен , полипропилен , высокопрочный чугун и сталь при условии, что свойства трубы (толщина стенки и прочность материала) позволяют ее устанавливать и эксплуатировать (если применимо) в допустимых пределах напряжения. ^[2]

Направленное растачивание / ГНБ обычно выполняется в три основных этапа. Сначала просверливается пилотное отверстие малого диаметра по направленной траектории от одной точки поверхности к другой. Затем отверстие, образовавшееся при бурении пилотного отверстия, увеличивают до диаметра, который облегчит установку желаемого трубопровода. Наконец, трубопровод протягивается в увеличенное отверстие, таким образом создавая непрерывный участок трубы под землей, открытый только в двух начальных конечных точках. Направленное бурение / ГНБ можно использовать для преодоления любого количества поверхностных препятствий, включая дороги, железные дороги, водно-болотные угодья и водоемы различного размера / глубины. ^[3]

Процесс подходит для различных почвенных условий, включая глину, ил, песок и камни. Проблемные почвенные условия включают большое содержание зерна в виде крупного гравия, булыжников и валунов. Другие подземные условия, которые могут повлиять на возможность направленного бурения / ГНБ, включают чрезмерную прочность и абразивность горных пород, плохое качество породы и карстовые особенности. ^[4]

Оборудование [ править ]

Малая буровая установка для ГНБ

Буровая установка большого размера

Типичный размер буровой установки для ГНБ максимального размера (приблизительно 50 000 кв. Футов)

Оборудование, используемое для направленного бурения / ГНБ, зависит от длины (предлагаемого) пересечения, свойств трубы (устанавливаемого трубопровода) и (ожидаемых) подземных условий. ^{[ необходима цитата ]}

Для более длительных и сложных переходов можно использовать буровые установки, устанавливаемые на тракторный прицеп, способные выдерживать 1 320 000 фунтов (тяговое усилие / обратное усилие) и 150 000 фут-фунтов (вращательное усилие) [600 тонн - 204 000 морских миль]. Эти агрегаты используются в сочетании с устройством для регенерации бурового раствора, насосом или насосами большого объема, экскаватором (или аналогичным оборудованием для управления бурильными трубами), а также с ассортиментом другого вспомогательного оборудования (например, резервуаров для воды, контейнеров для отходов и т. Д.) Для облегчить выполнение типичных операций. ^{[ необходима цитата ]}

Для отверстий меньшего диаметра доступно более портативное оборудование пропорционально меньшего размера. Эти устройства могут иметь силу тяги / толчка от 5000 до 100000 фунтов и могут использоваться для перехода между подвалом дома и соседней общей водопроводной трубой. Истощение жидкости, связанное с меньшими отверстиями, также пропорционально меньше. Во многих случаях отверстия меньшего размера не требуют использования бурового раствора, только воду, а в еще менее значительных отверстиях жидкости вообще не требуется. ^[5]

Инструменты, такие как механические устройства, которые устанавливаются на бурильную колонну для проведения операций, доступны в большом количестве различных форм и размеров. Инструмент для направленного бурения / ГНБ включает в себя набор буровых коронок или буровых головок, используемых во время операций пилотного ствола, расширителей и инструментов для открытия отверстий, используемых для расширения ствола, а также тампоновых инструментов, которые используются для подготовки ствола и отвода. В инструментах, предназначенных для навигации в горных породах или в более твердых породах, могут использоваться сплавы карбида вольфрама или поликристаллический алмаз (PCD). Напротив, инструменты, предназначенные для навигации по мягким грунтам, могут быть ограничены высокоуглеродистой сталью (фрезерованной до желаемой формы и размера). Методология продвижения также несколько различается в зависимости от пересечения грунта и скалы. Продвижение инструментов в рыхлых несцементированных грунтах в основном достигается за счет гидравлических земляных работ. Это,почва разрезается и / или удаляется под действием жидкости под высоким давлением. В горных породах до некоторой степени все еще ведутся гидравлические выемки (удаление грунта), но львиная доля резки и дробления материала происходит за счет механической работы, выполняемой самим инструментом.^{[ необходима цитата ]}

Техника [ править ]

Направленное бурение используется для прокладки инфраструктуры, такой как трубопроводы для телекоммуникационных и силовых кабелей, водопроводы, канализационные линии, газопроводы, нефтепроводы, продуктовые трубопроводы и кожухи для восстановления окружающей среды . Он используется для пересечения водных путей, дорог, подходов к берегу, густонаселенных районов, экологически уязвимых районов и районов, где другие методы являются более дорогостоящими или невозможными. Он используется вместо других методов, чтобы обеспечить меньшее нарушение движения, более низкую стоимость, более глубокую и / или более длинную установку, отсутствие ямы для доступа, более короткое время завершения, возможности направления и экологическую безопасность. ^{[ необходима цитата ]}

Этот метод широко используется в городских районах для разработки подземных коммуникаций, поскольку он помогает избежать обширных открытых траншей. Использование требует, чтобы у оператора была полная информация о существующих коммуникациях, чтобы он мог спланировать выравнивание, чтобы избежать повреждения этих коммуникаций. Поскольку неконтролируемое бурение может привести к ущербу, различные агентства / государственные органы, владеющие полосой отвода в городах или коммунальными службами, имеют правила безопасного выполнения работ. Для стандартизации методов различные организации, продвигающие бестраншейные технологии, разработали руководящие принципы для этой техники. ^{[ необходима цитата ]}

Процесс [ править ]

Процесс начинается с приемного отверстия и входных ям. Эти ямы позволят собирать и восстанавливать буровой раствор, чтобы снизить затраты и предотвратить отходы. На первом этапе просверливается пилотное отверстие по заданной траектории, а на втором этапе (развертывание) отверстие увеличивается за счет пропускания большего режущего инструмента, известного как задний расширитель . Диаметр расширителя зависит от размера трубы, которую нужно протянуть через просверленное отверстие. Бурильщик увеличивает диаметр в соответствии с внешним диаметром трубы и для достижения оптимальной производительности. На третьем этапе продукт или обсадная труба помещается в увеличенную скважину через бурильную штангу; он протягивается за разверткой, чтобы обеспечить центрирование трубы на только что развернутом пути. ^{[ необходима цитата ]}

Горизонтально-направленное бурение проводится с помощью вязкой жидкости, известной как буровой раствор . Это смесь воды и, как правило, бентонита или полимера, непрерывно закачиваемая в режущую головку или буровое долото для облегчения удаления стружки, стабилизации ствола скважины, охлаждения режущей головки и смазки прохода в трубе с продуктом. Буровой раствор направляется в машину, называемую регенератором, которая удаляет буровой шлам и поддерживает надлежащую вязкость жидкости. Буровой раствор удерживает шлам во взвешенном состоянии, чтобы предотвратить засорение ствола скважины. Засоренный канал ствола создает противодавление на режущую головку, замедляя производство. ^{[ необходима цитата ]}

Поиск и руководство [ править ]

Расположение и направление буровой головки являются важной частью операции бурения, так как буровая головка во время бурения находится под землей и, в большинстве случаев, не видна с поверхности земли. Неконтролируемое или неуправляемое бурение может привести к значительным разрушениям, которые можно устранить, правильно расположив и направив буровую головку. ^{[ необходима цитата ]}

Есть три типа размещения оборудования для размещения головки отверстия: прогулка над расположением системы, то проводной линия система определения местоположения и гироскоп руководствоваться бурения, где полная инерциальная навигационная система расположена близко к буровой головке.

• Система определения местоположения - зонд или передатчик, расположенный за головкой ствола скважины, регистрирует данные об угле, вращении, направлении и температуре. Эта информация кодируется в электромагнитный сигнал и передается через землю на поверхность в системе обхода. На поверхности приемник (обычно ручной локатор ) вручную помещается над зондом, сигнал декодируется, и указания направления движения передаются оператору бурильной машины.
• Проволочная система локации - Проволочная система представляет собой магнитную систему наведения. С магнитной системой наведения (MGS) инструмент считывает наклон и азимут. MGS также имеет вторичные средства проверки местоположения с использованием проволочных сеток, проложенных на поверхности земли. Это единственная система, которая может определять местоположение. Эта информация передается через трос, установленный внутри бурильной колонны. На поверхности штурман в кабине буровой выполняет необходимые расчеты, чтобы убедиться, что параметры соблюдены. MGS, даже без использования проволочной сетки, имеет точность более 2 км с точностью 2% на глубине. Оператор MGS связывается с бурильщиком и направляет его по заранее заданной траектории бурения.
• Система определения местоположения на основе гироскопа - система на основе гироскопа является полностью автономной и, следовательно, является одной из самых точных систем, где доступен достаточный диаметр (200 мм) и где большие расстояния (до 2 км) должны проходить с минимальным отклонением (менее Ошибка положения 1 м ). В настоящее время фактическая глубина не поддается проверке без использования поверхностных катушек, приповерхностного транспондера или зонда, используемых в системах обхода.

У всех трех систем есть свои достоинства, и конкретная система выбирается в зависимости от требований объекта. ^{[ необходима цитата ]}

См. Также [ править ]

• Бестраншейная технология
• Подземное пневматическое бурение

Ссылки [ править ]

• PR-277-144507-Z01 Монтаж трубопроводов методом горизонтально-направленного бурения, Руководство по инженерному проектированию , подготовленное при спонсорской поддержке Комитета по исследованию трубопроводов Американской газовой ассоциации, 15 апреля 1995 г., пересмотрено при спонсорстве Международного совета по исследованиям трубопроводов. , Inc., 2015.
• Целевой комитет по руководству по проектированию ГНБ Технического комитета по бестраншейной прокладке трубопроводов (TIPS) Подразделения трубопроводов Американского общества инженеров-строителей. Проектирование трубопровода для установки методом горизонтально-направленного бурения - Руководства и отчеты по инженерной практике (MOP) ASCE № 108 : Практическое руководство ASCE. Американское общество инженеров-строителей, 2005 г. Рестон, Вирджиния. ISBN 978-0-7844-0804-9 
• Сконберг, Эрик Р. и Теннисон М. Муинди. Проектирование трубопроводов для установки методом горизонтально-направленного бурения - Руководства и отчеты по инженерной практике (MOP) ASCE № 108 (2-е издание). Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей, 2014. ISBN 978-0-784413-50-0 
• ASME, Геологические опасности трубопроводов, планирование, проектирование, строительство и эксплуатация , второе издание геоэкологического проектирования трубопроводов и управления геологическими опасностями, Нью-Йорк: Американское общество инженеров-механиков, 2019. ISBN 978-0791861790 
• Уиллоуби, Дэвид (2005). Горизонтально-направленное бурение , стр. 1-263. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк. ISBN 0-07-145473-X . 
• Коротко, Джим (1993). Введение в наклонно-направленное и горизонтальное бурение , стр. 1-222. PennWell Books, Талса, Оклахома. ISBN 0-87814-395-5 . 
• против Хайнюбера, Эдгар (iMAR Navigation) (2006). Наиболее точное наведение при бурении за счет точного счисления с использованием высокоточных оптических гироскопов , Proceedings NoDig Conference of Horizontal Directional Drilling, Brisbane 2006.
• Ризкалла, Монесса. Геолого-экологическое проектирование трубопроводов и управление геологическими опасностями. Нью-Йорк, Нью-Йорк: ASME, 2008. ISBN 978-0-791802-81-6 

Внешние ссылки [ править ]

• Преимущество направленного растачивания описывает используемые методы с помощью диаграмм.