Направленное бурение

Направленное бурение , также называемое горизонтально-направленным бурением ( ГНБ ), представляет собой бестраншейный метод с минимальным воздействием на прокладку подземных коммуникаций, таких как трубы, кабелепроводы или кабели, по относительно небольшой дуге или радиусу вдоль заданного подземного пути с использованием бурения с поверхности. установка. Направленное бурение дает значительные экологические преимущества по сравнению с традиционными установками трубопроводов и инженерных коммуникаций с разрезом и закрытием. Этот метод обычно используется, когда обычные траншеи или земляные работы нецелесообразны или когда требуется минимальное нарушение поверхности. ^[1]

Хотя термины «направленное бурение» и «горизонтально-направленное бурение» часто используются как синонимы, они различаются тем, что передают разное ощущение масштаба. Термин «направленное бурение» или «скважина» обычно применяется к буровым установкам мини-/малого размера, скважинам малого диаметра и длинам пересечений, исчисляемым сотнями футов. Как правило, термин «Горизонтально-направленное бурение» (ГНБ) предназначен для описания буровых установок больших/максимальных размеров, скважин большого диаметра и длины пересечений в тысячах футов. Наклонно-направленное бурение и ГНБ в некоторых отношениях схожи с наклонно-направленным бурением, используемым в нефтяной промышленности, однако невозможно провести равное сравнение, поскольку эти процедуры выполняют совершенно разные функции. Направленное растачивание можно использовать для труб из различных материалов, таких как ПВХ , полиэтилен , полипропилен , ковкий чугун и сталь, при условии, что свойства трубы (толщина стенки и прочность материала) позволяют ее устанавливать и эксплуатировать (если применимо) при приемлемых пределах напряжения. . ^[2]

Направленное бурение/ГНБ обычно выполняется в три основных этапа. Сначала бурят пилотную скважину небольшого диаметра по направлению от одной точки поверхности к другой. Далее скважину, созданную при бурении пилотной скважины, расширяют до диаметра, который облегчит монтаж нужного трубопровода. Наконец, трубопровод протягивается в увеличенное отверстие, создавая тем самым непрерывный участок трубы под землей, обнаженный только в двух начальных конечных точках. Направленное бурение можно использовать для преодоления любого количества поверхностных препятствий, включая дороги, железные дороги, водно-болотные угодья и водоемы различного размера/глубины. ^[3]

Этот процесс подходит для различных почвенных условий, включая глину, ил, песок и камни. К проблемным почвенным условиям относится большое содержание зерна в виде крупного гравия, булыжника и валунов. Другие подземные условия, которые могут повлиять на целесообразность наклонно-направленного бурения, включают чрезмерную прочность и абразивность горных пород, плохое качество горных пород и наличие карстовых особенностей горных пород. ^[4]

Оборудование

Оборудование, используемое при наклонно-направленном бурении, зависит от длины (предполагаемого) перехода, свойств трубы (подлежащего прокладке трубопровода) и (предполагаемых) подземных условий. ^{[ нужна ссылка ]}

Для более длинных и сложных переходов можно использовать сеялки, установленные на прицепе-тягаче, способные развивать 1 320 000 фунтов (сила тяги/обратного хода) и 150 000 фут-фунтов (вращательная сила) [600 тонн – 204 000 НМ]. Эти устройства используются в сочетании с устройством для регенерации бурового раствора , насосом или насосами большого объема, экскаватором (или аналогичным оборудованием для управления бурильными трубами), а также рядом другого вспомогательного оборудования (например, резервуаров для воды, контейнеров для отходов и т. д.) для облегчить типичные операции. ^{[ нужна ссылка ]}

Для отверстий меньшего диаметра доступно пропорционально меньшее и более портативное оборудование. Эти агрегаты могут выдерживать усилие тяги/толкания от 5000 до 100 000 фунтов и могут использоваться для перекрытия между подвалом дома и близлежащей общей водопроводной трубой. Истощение жидкости, связанное с меньшими отверстиями, также пропорционально меньше. Во многих случаях скважины меньшего размера не требуют использования бурового раствора, а только воды, а в еще менее крупных скважинах вообще не требуется использование жидкостей. ^[5]

Инструменты, как и механические устройства, которые устанавливаются на бурильную колонну для проведения операций, доступны в большом количестве различных форм и размеров. Инструменты для направленного бурения включают в себя набор сверл или буровых головок, используемых во время операций с пилотными скважинами, расширителей и открывателей отверстий, используемых для расширения отверстий, а также тампонных инструментов, которые используются для подготовки и отвода скважины. В инструментах, предназначенных для перемещения по горным породам или более прочным породам, могут использоваться сплавы карбида вольфрама или поликристаллический алмаз (PCD). Напротив, инструменты, предназначенные для перемещения по мягким грунтам, могут быть ограничены использованием высокоуглеродистой стали (фрезерованной до желаемой формы и размера). Методика продвижения также несколько различается в зависимости от грунтовых и скальных переходов. Продвижение оснастки в рыхлых несцементированных грунтах в основном осуществляется за счет гидроэкскавации. То есть грунт разрезается и/или удаляется под воздействием жидкости под высоким давлением. В горных породах все еще в некоторой степени производятся гидравлические раскопки (эвакуация грунта), но львиная доля разрезания и разрушения материала происходит за счет механической работы, выполняемой самим инструментом. ^{[ нужна ссылка ]}

Техника

Направленное бурение используется для установки инфраструктуры, такой как телекоммуникационные и силовые кабельные каналы, водопроводы, канализационные линии, газопроводы, нефтепроводы, продуктопроводы и кожухи для восстановления окружающей среды . Он используется для пересечения водных путей, дорог, подходов к берегу, перегруженных территорий, экологически чувствительных территорий и территорий, где другие методы являются более дорогостоящими или невозможными. Он используется вместо других методов, чтобы обеспечить меньшее нарушение дорожного движения, более низкую стоимость, более глубокую и/или более длительную установку, отсутствие ямы для доступа, более короткие сроки завершения, возможности направления и экологическую безопасность. ^{[ нужна ссылка ]}

Этот метод широко используется в городских районах для разработки подземных коммуникаций, поскольку он помогает избежать обширных открытых траншей. Для использования требуется, чтобы оператор имел полную информацию о существующих инженерных коммуникациях, чтобы он мог спланировать выравнивание и избежать повреждения этих инженерных сетей. Поскольку неконтролируемое бурение может привести к ущербу, различные ведомства/государственные органы, владеющие городской полосой отвода , или коммунальные предприятия имеют правила безопасного выполнения работ. Для стандартизации методов различные организации, продвигающие бестраншейные технологии, разработали руководящие принципы для этого метода. ^{[ нужна ссылка ]}

Процесс

Процесс начинается с приемной ямы и входных ям. Эти ямы позволят собирать и утилизировать буровой раствор, чтобы снизить затраты и предотвратить отходы. На первом этапе бурится пилотное отверстие по заданной траектории, а на втором этапе (расширение) отверстие увеличивается за счет прохождения более крупного режущего инструмента, известного как обратная развертка . Диаметр расширителя зависит от размера трубы, которую необходимо протянуть через отверстие. Бурильщик увеличивает диаметр в соответствии с внешним диаметром трубопровода и для достижения оптимальной добычи. На третьем этапе продукт или обсадную трубу помещают в увеличенное отверстие посредством бурильной колонны; его тянут за расширителем, чтобы центрировать трубу на только что расширенном пути. ^{[ нужна ссылка ]}

Горизонтально-направленное бурение осуществляется с помощью вязкой жидкости, известной как буровой раствор . Это смесь воды и, как правило, бентонита или полимера, непрерывно подаваемая в режущую головку или буровое долото для облегчения удаления шлама, стабилизации скважины, охлаждения режущей головки и смазки прохода трубы для продукта. Буровой раствор отправляется в машину, называемую реклаймером, которая удаляет буровой шлам и поддерживает необходимую вязкость жидкости. Буровой раствор удерживает шлам во взвешенном состоянии, предотвращая его засорение ствола. Засоренное отверстие создает противодавление на режущую головку, замедляя производительность. ^{[ нужна ссылка ]}

Обнаружение и руководство

Расположение и наведение буровой головки являются важной частью операции бурения, поскольку во время бурения буровая головка находится под землей и в большинстве случаев не видна с поверхности земли. Неконтролируемое или ненаправленное бурение может привести к существенным разрушениям, которые можно устранить, правильно расположив и направив буровую головку. ^{[ нужна ссылка ]}

Существует три типа локационного оборудования для определения местоположения головки бура: система локации с обходом , система локации с помощью троса и бурение с гироскопическим наведением, при котором полная инерциальная навигационная система расположена рядом с буровой головкой.

Система локации с обходом. Зонд или передатчик, расположенный за буровой головкой, регистрирует данные об угле, вращении, направлении и температуре. Эта информация кодируется в электромагнитный сигнал и передается через землю на поверхность в системе пешеходного перехода. На поверхности приемник (обычно ручной локатор ) вручную позиционируется над зондом, сигнал декодируется, и указания направления движения передаются оператору буровой машины.
Проводная система локации. Тросовая система представляет собой магнитную систему наведения. Благодаря магнитной системе 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 имеет возможность проверки местоположения. Эта информация передается по кабелю, установленному внутри бурильной колонны. На поверхности штурман в буровой кабине выполняет необходимые расчеты для подтверждения соответствия параметрам. MGS, даже без использования проволочной сетки, имел точность более 2 км с точностью 2% на глубине. Оператор MGS связывается с бурильщиком и направляет его по заранее заданной траектории бурения.
Система локации на основе гироскопа. Система на основе гироскопа полностью автономна и, следовательно, является одной из наиболее точных систем, где достаточный диаметр (200 мм) доступен и где большие расстояния (до 2 км) необходимо преодолевать с минимальным отклонением (менее ошибка позиционирования 1 м ). В настоящее время фактическую глубину невозможно проверить без использования поверхностных катушек, приповерхностного транспондера или зонда, используемых в системах обхода.

Все три системы имеют свои преимущества, и конкретная система выбирается в зависимости от требований объекта. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 3)
^ PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 29)
^ PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 19)
^ PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 12)
^ «Найдено новое решение, обеспечивающее бестраншейное подключение домов к магистральному водопроводу» . Технический еженедельник . 18 октября 2017 г. Проверено 20 октября 2017 г.

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., пересмотренное при спонсорской поддержке Международного совета по исследованию трубопроводов. , Инк., 2015.
Целевой комитет по руководству по проектированию ГНБ Технического комитета по бестраншейной прокладке трубопроводов (TIPS) Отделения трубопроводов Американского общества инженеров-строителей. Проектирование трубопровода для установки методом горизонтально-направленного бурения - Руководства и отчеты ASCE по инженерной практике (MOP) № 108 : Практическое руководство ASCE. Американское общество инженеров-строителей, 2005. Рестон, Вирджиния. ISBN 978-0-7844-0804-9
Сконберг, Эрик Р. и Теннисон М. Муинди. Проектирование трубопровода для установки методом горизонтально-направленного бурения - Руководства и отчеты ASCE по инженерной практике (MOP) № 108 (2-е издание). Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей, 2014. ISBN 978-0-784413-50-0
ASME, Опасные геологические процессы на трубопроводах, планирование, проектирование, строительство и эксплуатация , Второе издание книги «Геоэкологическое проектирование трубопроводов и управление опасными геологическими процессами», Нью-Йорк: Американское общество инженеров-механиков, 2019. ISBN 978-0791861790
Уиллоби, Дэвид (2005). Горизонтально-направленное бурение , с. 1-263. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк. ISBN 0-07-145473-X .
Коротко, Джим (1993). Введение в наклонно-направленное и горизонтальное бурение , с. 1-222. PennWell Books, Талса, Оклахома. ISBN 0-87814-395-5 .
против Хинуэбера, Эдгара (iMAR Navigation) (2006). Наиболее точное управление бурением путем точного счисления с использованием высокоточных оптических гироскопов , Материалы конференции NoDig по горизонтально-направленному бурению, Брисбен, 2006 г.
Ризкалла, Монесс. Геоэкологическое проектирование трубопроводов и управление геологическими опасностями. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: ASME, 2008. ISBN 978-0-791802-81-6

Внешние ссылки

Преимущество направленного бурения, заархивированное 16 августа 2022 г. на сайте Wayback Machine, описывает используемые методы с диаграммами.
Направленное бурение представляет собой примеры шести типов инженерных коммуникаций, установленных методом направленного бурения.
Направленно-направленное растачивание содержит подробную информацию о различных типах доступных станков горизонтально-направленного бурения.

https://ppdrillingfluids.in/

[1] PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 3)

[2] PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 29)

[3] PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 19)

[4] PR-277-144507-Z01 Руководство по проектированию монтажа трубопроводов с помощью горизонтально-направленного бурения (Арлингтон, Вирджиния: Совет по исследованию трубопроводов). International, Inc., 2015, стр. 12)

[5] «Найдено новое решение, обеспечивающее бестраншейное подключение домов к магистральному водопроводу» . Технический еженедельник . 18 октября 2017 г. Проверено 20 октября 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]