для чего нужен буровой раствор при гнб

Расход бурового раствора при ГНБ

Горизонтальная прокладка инженерных коммуникаций бестраншейным методом доказала свою эффективность и экономичность. Данный метод используется для обустройства коммуникаций в населенных пунктах, труднодоступной местности, через дороги, искусственные и естественные водоемы. Для проходки скважин используются оборудование и растворы, обеспечивающие его безаварийную эксплуатацию в любых типах грунтов. Совокупность инструментов, технологии и смазки позволяет проделывать подземные каналы без нарушения внешней инфраструктуры при минимальных затратах.

Что такое буровой раствор

Использование технологии ГНБ позволяет строителям избежать трудностей, связанных с согласованием вопросов по разрушению поверхностной инфраструктуры местности, по которой прокладывается магистраль. Канал изготавливается с помощью специального режущего и колющего инструмента – буровой головки. В процессе продвижения головка соприкасается с камнем и различными типами грунта. Для охлаждения металла на него подается охлаждающая жидкость – буровой состав.

Основой данного вещества является бетонит, который представляет собой порошок или гранулы, изготовленные из особого сорта глины. Для придания веществу дополнительных характеристик в него добавляются органические и синтетические присадки.

При размешивании в воде бетонит набухает, быстро застывает, образуя твердую и герметичную оболочку на стенках канала. Препараты подразделяются на 3 класса: натриевые, калиевые и кальциевые. Для ГНБ используются кальциевые и натриевые смеси. К каждому типу грунта подбирается отдельная смесь, так как в зависимости от его состава происходит разная реакция на стенках канала.

В процессе бурения используется большой объем жидкости, так как она подается на головку непрерывно. Вместе с жидкостью на поверхность выносится выбранная буром почва. Отработанный материал собирается в специальные резервуары, где происходит его фильтрация.

Универсальных средств не существует. Все они отличаются составом, вязкостью и плотностью. Качества определяются концентрацией бетонита и долей полимерных присадок.

Для чего необходимы буровые растворы

Чтобы оборудование ГНБ работало без поломок, необходимо использовать технические жидкости, соответствующие условиям выполняемых задач. Для того чтобы подобрать нужный состав жидкости, проводятся предварительные геологические изыскания, в процессе которых определяется тип грунта, его химический состав, плотность и твердость.

Кроме бурения горизонтальных скважин средства используются в таких процессах:

Использование бетонита снижает расходы на бурение на 20-25%.

При проведении прокладки подземных каналов техническая жидкость выполняет следующие функции:

При проведении бурения свойства грунта могут изменяться. Обнаружив изменения в извлеченной породе, необходимо замешивать новый состав, соответствующий параметрам почвы.

Классификация буровых растворов

Бентонит входит в состав всех смесей, которые используются при изготовлении скважин. Для достижения заданных параметров в жидкость добавляются полимеры, минералы и пластификаторы.

По своему составу буровые смеси классифицируются на такие категории:

По цели применения продукция делится по таким направлениям:

Из чего состоит буровой раствор

В зависимости от условий проходки буровые растворы изготавливаются в заводских условиях или непосредственно на рабочей площадке. Для приготовления смесей используется ручное или промышленное оборудование.

В состав разных видов технических жидкостей входят такие ингредиенты:

Основные характеристики и свойства таких составов

При выборе жидкости для создания подземных каналов инженерам необходимо учитывать ряд критериев, которые берутся в расчет при планировании работы.

Определение расхода бурового раствора при ГНБ

Расход бурового раствора при горизонтальном бурении зависит от плотности и степени водопроницаемости грунта. Для проведения качественных работ необходимо заблаговременно проводить расчет потребности материалов, в котором учитывать такие критерии, как свойство грунта, длина проходки и время образования круга по Маршу.

Для бурения скважин в различных породах требуется такое количество бентонита (кг/м):

Расход полимерных смесей варьируется в пределах 1-3 л на 1 п.м, в зависимости от их состава и особенностей почвы. Хорошо зарекомендовали себя бентониты Bentolux Horizont PAC-HV (Россия), полимеры PAC Universal PACÒ и PHPA Universal PHPAÒ (США). Компания Техсервис предлагает покупателям установки TS HDD, которые относятся к комплексной технике для строительства. У нас большой опыт продаж установок по всей России.

Источник

Использование буровых растворов при ГНБ. Опыт Электис

Сегодня сложно представить горизонтальное направленное бурение без использования бурового раствора. От качества буровых жидкостей во многом зависят успех бурения, сохранность оборудования и нервов заказчика и подрядчика. Однако даже сейчас есть те, кто совсем не знает, зачем применяются буровые растворы при ГНБ, и какую роль выполняют буровые жидкости в процессе бурения.

Незнание заказчика позволяет ему в некоторых случаях пренебречь такой “мелочью” как бентонит и полимеры, выбрать “что подешевле”, сократить количество расходных материалов, чтобы снизить сметную стоимость проекта, или отказаться от бентонита и полимеров совсем. Так делать нельзя! Сегодня мы расскажем вам почему, а так же покажем, какими полимерами и бентонитами вот уже 10 лет успешно пользуется Электис для бестраншейной прокладки коммуникаций.

Что такое буровой раствор?

Буровой раствор — это сложная многокомпонентная, состоящая из нескольких несмешиваемых фаз система жидкостей (суспензий, эмульгаторов и аэрированных жидкостей). Буровой раствор применяют для промывки скважин в процессе бурения. Также буровая жидкость решает следующие задачи:

Из чего состоит буровой раствор?

В зависимости от сложности прокола и вида грунта, в котором необходимо его сделать, в буровой раствор добавляют разные полимеры и химические реагенты. Каждый из компонентов промывочного раствора имеет свое значение.

Полимеры и химические реагенты позволяют увеличить вязкость раствора препятствуют формированию катышков, делая массу более эластичной и маслянистой в зависимости от характера грунта. Благодаря действию полимеров стабилизируются стенки скважины при сыпучих и неустойчивых грунтах, предотвращается налипание вязкой и глинистой массы на буровую лопатку, улучшаются скользящие и водонепроницаемые свойства раствора, снижается крутящий момент на рабочем инструменте. Добавляют полимеры и реагенты после соединения бентонита с водным кондиционером.

Почему обязательно необходимо использовать бентонит и полимеры при ГНБ?

“Я слышал, что одна буровая компания не использует бентонит и полимеры для ГНБ…”

На тематических форумах часто можно встретить рассказы бурильщиков, в которых они описывают свою работу “всухую”, “на воде” или в крайнем случае “на соленой воде”. Отметим, что чаще всего они говорят о несложных проколах у частных заказчиков или знакомых.

Есть ли современные качественные альтернативы и заменители бентонита и полимеров?

До России новинка еще не дошла, а вот западные компании уже вовсю пользуются этими цветными гелями, и отмечают их высокую надежность и качество. В то же время цена на такие растворы пока остается достаточно высокой. Стоимость гелей для бурения в несколько раз превышает цены на бентонит и полимеры.

Какие полимеры и бентонит использует ЭлектИС в своей работе?

БЕНТОНИТ BENTOLUX HORIZONT UN

Бентонит для ГНБ BENTOLUX HORIZONT UN произведен на основе бентонитовых глин российских месторождений. Помогает подготовить буровой раствор, отличающийся высокой структурной прочностью. Расход подбирается индивидуально для каждого геологического разреза с учетом рекомендуемой рецептуры буровых растворов. Концентрация определяется типом почвы. Для глинистой следует использовать 15–20 кг/м³, для песчаной – от 25 до 30 кг/м³, а для гравия и скальных пород – от 30 до 35 кг/м³.

Область применения:

Bentolux Horizont UN рекомендуется для приготовления бурового раствора при производстве работ методом ГНБ в нормальных и тяжелых условиях, а также при сооружении колодцев.

Преимущества:

BENTOLUX HORIZONT PAC-HV

Полианионная целлюлоза с высокой молекулярной массой, применяется для контроля водоотдачи и вязкости буровых растворов на водной основе.

Область применения:

Контроль фильтрации. Замедление набухания глинистых сланцев. Повышение вязкости в растворах на основе любой воды затворения

(соленой, морской, пресной, с повышенной кальциевой и магниевой агрессией). Создает синергетический эффект с другими химреагентами марки «HORIZONT». Уменьшение липкости и коэффициента трения, бурение в интервалах ММП (многолетне-мерзлых горных породах).

Преимущества :

BENTOLUX HORIZONT PHPA

Реагент, оказывающий инкапсулирующее действие – заключает в оболочку вяжущие, склонные к разбуханию и склеиванию грунты. Предотвращает сужение канала скважины при бурении в глине, склонной к разбуханию и разрушению при других сложных формациях. Совместно с полимерами эффективно снижает липкость фильтрационной корки без добавления смазок.

Область применения:

Закупоривающий материал. Легкорастворимый сухой полимер, используется в качестве ингибитора в глине и сланце, уменьшает силу трения и повышает вязкость. Может применяться в водопроводной воде.

Преимущества :

Источник

Буровые растворы и добавки для выполнения работ методом ГНБ.

Буровой раствор состоит из жидкости-носителя (воды) и добавок (бентонит и/или полимеры). Бентонит это встречающийся в природе глинистый материал (монтмориллонит), который превращается в глинистый раствор при смешивании с водой. При добыче бентонита глинистые пластины (плоские, похожие на листы частицы), которые подвергались высокому горному давлению, плотно сжимаются, и между ними почти нет воды.

Схема глинистых пластин бентонита.

Буровые растворы обладают следующими характеристиками:

Вязкость – это гидравлическое сопротивление жидкости. Промысловые испытания проводятся с помощью воронки и чаши Марша для определения вязкости. Время в секундах, требуемое для воронки Марша с раствором, чтобы сцедить одну кварту жидкости в чашу, является вязкостью по воронке Марша. У воды вязкость по воронке Марша равна 26 ± 1/2 секундам при 70 градусах по Фаренгейту. Обычная вязкость буровых растворов, используемых в ГНБ, варьируется от 40 секунд в высокодисперсном грунте до 65 секунд в песке и гравии. Измерение вязкости важно в ГНБ, но по другим причинам, чем при вертикальном бурении. Прочность геля и гель-фильтрация более важны в ГНБ, чем вязкость. Высокая вязкость может быть побочным продуктом при достижении этих параметров. Так как вязкость определяется как гидравлическое сопротивление, важно принимать во внимание, что в ГНБ целью является поддержание циркуляции жидкости. Таким образом, более важно достичь прочности геля, текучести и контроля над фильтрацией, чем просто поднять вязкость добавлением бентонита. Целью является создание «тощей» жидкости, которая будет работать, как «толстая».

Прочность геля – это мера сил электрического притяжения внутри бурового раствора в неподвижном состоянии. Прочность геля измеряется вискозиметром или широметром для определения переменной скорости после того, как жидкость находилась в статическом состоянии 10 секунд, и затем снова, после прошествия 10 минут. Вискозиметр более точен, особенно если прочность геля увеличивается. Прочность геля измеряется в фунтах на 100 квадратных футов. Слабые статические силы, которые создают прочность геля, также связаны с пределом текучести, потому что силы притяжения между частицами влияют на оба параметра. Однако прочность геля разрушается, как только в буровом растворе начинается движение. Так как прочность геля растет, и разница между 10-секундной и 10-минутной прочностью становится больше, существует потенциал для увеличения прочности геля. Развитие прочности геля напрямую связано со способностью возобновить циркуляцию после того, как буровой раствор или гидросмесь находились в статическом со¬стоянии какое-то время. Чем больше прочность геля, тем больше понадобится начального давления, чтобы заставить этот раствор или гидросмесь прийти в движение (меньше разжижения при сдвиге). Если это давление больше, чем нужно дтя гидравлического разрыва, может произойти прекращение циркуляции или выход жидкости на поверхность. Нужно поддерживать адекватную прочность геля, чтобы взвесить буровой шлам, когда жидкость находится в статическом состоянии для поддерживания буримой скважины. Буровой раствор должен взвесить шлам и держать его в виде суспензии, пока он выводится из скважины. Результирующая пульпа (жидкость и шлам) действует, как конвейерная лента, чтобы удалить достаточное количество шлама для прокладки коммуникационного средства. Прочность геля особенно валена в крупнозернистом грунте, и может быть важна в глине и сланце, особенно при использовании расширителей большого диаметра, которые обычно производят крупный шлам. Шлам будет оставаться взвешенным в пульпе, только если прочность геля адекватная.

Потери бурового раствора.

Контроль над фильтрацией и фильтрационная корка.

Смазывающая способность определяется как способность к сокращению трения. В ГНБ смазывающая способность помогает установке трубы сокращением трения между трубой и грунтом. Максимальная смазывающая способность всегда желательна, она может быть определена в лаборатории с помощью измерителя маслянистости.

Чтобы создать оптимальный буровой раствор для успешного выполнения работ методом ГНБ, нужно учитывать все приведенные выше факторы. Природный грунт оказывает самое большое влияние на выбор смеси для бурового раствора. Когда природный грунт правильно идентифицирован и характеризирован, можно разработать правильную формулу бурового раствора.

Источник

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.

Источник