Методы горизонтально-направленного бурения

1. Welcome Добро пожаловать

2. Семинар по горизонтально-направленному бурению

Семинар по горизонтальнонаправленному бурению
Минск 2016
®
®

3. Методы горизонтального (горизонтально направленного) бурения

Установки
котлованого типа
Микротуннелирование
Продавливание
труб

4. Методы горизонтального (направленного) бурения

Установка ГНБ
Шнековое бурение
Пневмопробойники & кроты

5. Установка ГНБ

6. Основы

«пилотная» скважина от «А» до «Б»
Увеличение диаметра бурового канала до
нужного размера, который дает возможность
проложить трубу от «Б» до «А»
Протаскивание трубы (или др.) от «Б» до «А»

7. Основы

• Не контролируемое состояние превращаем в
контролируемые условия
– ПЕСОК > в жидкость с маленьким % песка
– Глина > в жидкость с маленьким % глины
– Скала > в жидкость с маленьким % скальных
частиц
• Создание идеального бурового канала
для прокладки труб (или др.)
– Способом уплотнения грунтов
– Техника стабилизации грунтов
– Техника транспортировки грунта !!!!
Вынос грунта из канала !!!!

8. Компоненты системы

• Базовый комплект для маленьких и
средних установок ГНБ
Сама установка ГНБ
Смесительные установки
Буровые штанги
Буровой инструмент
Локационные
системы

9.

• Базовый комплект для
средних и больших установок ГНБ
Установка ГНБ
Смесительная система
Установки регенерации
Дополнительные баки для хранения
или приямки для пульпы
Насосы подающие пульпу из котлованов
Бентониты в Бигбэгах
Генераторы
Буровой инструмент
Буровые штанги в боксах
Баки для очищенного раствора
Мастерские
Локационные системы Steering tool
Экскаваторы
Краны
Трубоукладчики
Вакуумные насосы с ёмкостями
Офисы / кладовые
Роликовые опоры
Конструкция опоры установки

10. Возможности буровых установок

MACHINE CAPABILITIES
FLOWRATE(L/min)
MAX Pilot bore
MAX Hole
Navigator model
PULLBACK(Kg)
TORQUE(Nm)
STD.
OPT.
DISTANCE(m)
DIAMETER(mm)
D6x6
McLaughin-10H
D7X11 series II
D10X14
D16x20 II
D16X20A
D20x22 II
D20X22
D24X33
D24X40A
D24X40 series II (r.a.t.t.)
D33X44
D36X50 series II (r.a.t.t.)
D50X100
D55X100
D80X100 series II
D100X120 series ll
D200X300
D330X500
2052
7711
4082
4536
7258
7258
9071
8200
10796
10796
10796
15015
16380
22750
25025
36400
45500
91000
149685
746
1354
1763
2031
2711
2708
2982
2950
4468
5415
5415
5940
6725
13538
13538
13538
16200
40350
67791
23
36/68
34
51
95
95
95
95
159
144
200
189
200
568
568
770
770
36/68/100
100/200
200
200
200
200
200
200
500
500
500
1000
1000
1000
1000
1000/2500
2500/5000
50
100
120
150
250
250
300
300
330
360
360
400
450
600
650
700
800
1100
1300
200
300
350
400
450
450
450
450
500
600
600
700
750
1000
1000
1000
1100
1300
1600

11. Зависимости

• Длина = Пилотное бурение в зависимости от силы
проталкивания
необходимое тяговое усилие при
протаскивания
• Диаметр расширения = крутящий момент машины
• Скорость = в зависимости от производительности
бентонитового насоса в л/мин

12. Смесители, насосы и регенерационные системы

D24X40A
D24X40 series II
D33X44
D36X50
D36X50 II
D50X100
D55X100
D75X100
D80X100 II
D100X120 II
D200X300
D330X500
Vermeer Products
MX250/MX850
MX250/MX850
MX250/MX850
MX250/MX850
MX250/MX850
MX250/MX850
MX250/MX850
MX850/M2000E
MX850/M2000E
MX850/M2000E
M2000E/2 X M2000E
M2000E/2 X M2000E
MP200DH
MP500DH
MP500DH
MP500DH
MP500DH
MP1000DH/P1000
MP1000DH/P1000
MP1000DH/P1000
MP1000DH/P1000
MP1000DH/P1000
MP1000DH/P1000/P2500
P2500/2 X P2500
Sitetec products
R400E
R400E
R400E/R1000E
R400E/R1000E
R400E/R1000E
R1000E
R1000E
R1000E
R1000E
R1000E
R1000E/R3000E
R3000/2 X R3000
PS3D
PS3D
PS3D/PS4D
PS3D/PS4D
PS3D/PS4D
PS4D/PS6D
PS4D/PS6D
PS4D/PS6D
PS4D/PS6D
PS4D/PS6D
PS6D
PS6D

13. Возможности ГНБ

Самое длинное протаскивание 2626 м (current world record *)
Самое длинное пилотное бурение 2400 м (current world record *)
макс. диаметр трубы 1422 мм (current world record *)
макс. диаметр раширителя 1828 мм (current world record *)
Комбинация макс. Ø 1220 мм сталь / длина 1760 м (current
world record *)
• протаскивают: - одну трубу – пучек труб - разные
• в разных грунтах : болотистые – твердые скальные
породы

14. Прокладывают

• Полиэтилен, сталь, сталь с изоляцией, сталь с бетонным
покрытием, чугун, ПВХ, дренажные трубы, электрические
кабели, чугун лит., бетон, оптиковолокно

15. Области применения ГНБ

Трубы или кабели под дорогами, водными переградами, ж.д., зданиями и т.д.
Замена канализационных труб
Бурение в море

16. Области применения ГНБ

Дренажные трубы при очистки загрязненных грунтов
Канализация, и самотечная
Дренажные трубы, геотермальные проекты

17.

Основные факторы для
успешного проекта ГНБ
Немного
везения!!
Контроль всех параметров
Опыт
Успешное
бурение
Внимательность
и Терпение
Знания

18.

• Контроль
Буровые растворы
Пилотное управление буром
Организация труда
Проверка общей ситуации на
стройке
• Знания
Информация о грунтах
Выбор рецептуры бурового раствора
Характеристики самой бурилки
Вид и характеристики труб
Расчеты
• Опыт
• Терпение
адаптироваться к данной
ситуацией
Условия грунта
Работа машины – резерв
иметь!
Расположение компонентов на
стройке
Не спешить
Не допускать стреса и паники
Правильное использование
времени
Сделать перерывы, ждите,
подумайте и пробуйте ещё раз

19. 3 этапа бурения

Пилотное
бурение
Расширение
Протаскивание

20. Пилотное бурение

B
A
• Проверка пяти параметров:
глубина, азимут, уклон,
направление, расстояние

21. Гибкость

• Рекомендовано бурить
по возможности
плавную кривую из
точки «А» в точку «Б».
– Пилотка: меньше износа
штанг и буровой головки
и локации.
– Расширение: меньше
износа штанг,
инструмента и на трубе
– В сумме: меньше
износа самой машины
• Технология дает
большую гибкость, но
чем меньше мы ее
используем, тем лучше!
A
B
A
B

22.

Что происходит в буровом канале ?
B
R
R
S
• Чтобы получить циркуляцию – R - необходимо СОЗДАТЬ жидкость !
• Для того в – R - может находится только определенное количество
частиц грунта !
• ПРАВИЛО: Обратка (100%) = Буровой раствор (75 %) + Грунт (25%)
• В нормальном случае нам необходимо для
одного кубометра грунта / три кубометра бурового раствора
• Маленькие частицы грунта легче транспортировать
(Грунт = отдельные частицы )

23. Пилотное бурение

Буровая
головка
с зондом
Резак

24. Пилотное Бурение

• Вращение и продавливание
– Не меняем направление и уклон

25. Пилотное бурение

Только
проталкивание
– Изменеиние
уклона и
направления в
зависимоси от
положения
буровой
головки
– Осторожно !
Есть
ограничения
управления на
каждую штангу

26. Пилотное бурение

12 часов
вверх

27. Пилотное бурение

3 часа
направо

28. Пилотное бурение

6 часов
вниз

29. Пилотное бурение

9 часов
налево

30. Буровые головки

Tooling
Soft terrain
Clay
Sand
Gravel Cobble
< 30 mm
Soft rock
< 20Mpa
Soft rock Medium rock
20 to 70 Mpa 70 to 140 Mpa
Standard
Trihawk I
Trihawk II
Trihawk III
Trihawk IV
Trihawk V
Roller bit / Bend-sub
RS 6/RS 8
Mudmotor
Rockfire
R.A.T.T.
•Various tools for various conditions
Hard rock
>140 Mpa

31. Локационная система типа «walk over»

Параметры
• Глубина
• Уклон
• Направление
• Положение по часам
• Температура
• Состояние баттереек
• Цель
• Ошибки
• По глубине ± 5%
- по уклону 0.1 - 1%
- по часам ± 30°
• Помехи
Пассивные (сталь, соленная
вода, бетон, и т.д.)
Aктивные (кабели, телефон, и
т.д.)

32. Расширение

• Предварительное расширение
– Ступенчатое расширение
– За расширителем идут буровые штанги
• Расширение и Протаскивание трубы
- Комбинация создания канала и протаскивания

33. Расширители

• Режущие
расширители.
– Режут маленькие
частицы.
– Хорошо
перемешивают с
буровым раствором.
– Частицы
транспортируются в
потоке жидкости.
• Уплотняющие расширители.
– Объём раствора >
коэфф. раствора /
грунта
(3 x объём грунта)
– Частицы грунта уплотняются.
– Объём раствора = Объёму уплотненного
грунта
!

34. Требования к буровым растворам

Тиксотропные свойства
– В движении жидкость
– Стабильно в неподвижном
состоянии
Транспорт частиц (ВЯЗКОСТЬ)
Уменьшение потерь воды в формацию
(фильтрационный пирог)
– Нестабильная формация
– Меньше воды для транспорта
– Стабилизация канала
Удержание частиц в подвешенном
состоянии (Прочность Гели)
Изоляция частиц
– Уменьшение разбухания частиц

35. Сможем мы бурить водой ?

• Не тиксотропные свойства
– В движении жидкость
– Жидкость и в неподвижном
состоянии
• Нет транспорта частиц (нет
вязкости)
• Потерие воды в формацию
(нет фильтрационного пирога)
– Разрушение канала
– Нет транспорта
– Нет стабилизации канала
• Нет суспенсии (нет прочности
геля)
• Нет изоляции частиц
– Разбухание продолжается,
прилипание к инструменту

36. Гидростатическое давление для стабилизации канала

Уровень чем
выше, тем лучше
Слишком низкий
уровень

37. Тюмень 2013

38. Тюмень 2013

39. Разгрузочный котлован

40. Расчеты Объемов

Hole diameter
Length (m)
Depth (m)
2
Soil volume (m3) = Hole diameter(m) x 0.785 x ( length (m) + Depth (m) )
Fluid volume(m3) = 3 x Soil volume(m3)
Fluid volume(liters) = 1000 x Fluid volume(m3)
Коэфф. раствора зависит только от свойств и типа грунтов
1 > 3 для не связных грунтов (песок, гравия, щебень)
4 > 10 для связных грунтов (глина, суглинки, мелкий
песок)

41.

«Насосное время»
Length (m)
Hole diameter
Depth (m)
Fluid volume (liters)
Pumping time(minute) = -----------------------------------------Pump capacity (liters/minute)
Hole diameter (mm)
Rule: Pump should provide 1 liter/minute per mm in diameter
eg 500 mm hole > 500 liters/minute

42. Параллельное бурение

• Расстояние между двумя бурениями должен быть
минимум 10 х диаметр большого канала!!
Minimum 10 x hole dia
Based on the biggest size bore

43. Глубина бурения

Compaction reamer
minimum 10 x Od
Cutter reamer
minimum 7 x OD
Правила, чтобы предовратить деформации поверхности
-Минимальная глубина при применении уплотняющих расширителей = 10 x OD.
-Минимальная глубина при применении режущих расширителей = 7 x OD.

44. Расширение / диаметры предварительных шагов расширения

Hole size related to installation length
Length
Overcut
0 > 50 m
20%
50 > 100 m
30%
100 >300 m
40%
300+ m
50%
Condition/product
ROCK
50%
STEEL
50%
C B A
Pre-reaming
Target surface A = B = C
Same surface means same Torque/Horsepower and same speed
d = final hole diameter (mm)
n = amount of reaming stages
m = number of ream
Pre ream diameter(mm) =
m x final hole diameter(mm)
n
2

45. Протаскивание & расширение*

Протаскивание & расширение*
(* комбинированный метод)

46. Усилия протаскивания в канале / на поверности

• Это сумма двух составляющих:
– Усилие, необходимое чтобы тащить трубу на
земле
– Усилие, необходимое внутри бурового канала

47.

Установки ГНБ
MACHINE CAPABILITIES
Machine Pull Force TORQUE(Nm)
4 ton
12 ton
20 ton
50 ton
1500
5000
15000
20000
FLOWRATE
MAX Pilot bore
MAX Hole
(L/min)
DISTANCE(m)
DIAMETER(mm)
40
200
600
1000
120
350
360
600
650
1000
800
1100
varies with soil conditions
Длина бурения:
– Полотное бурение зависит от силы проталкивания и от штанг
– Протаскивание зависит от усилия установки
Диаметр канала пропорционален крутящему моменту установки
Скорость зависит только от производительности бентонитового насоса
Параметры установки и характеристики штанг определяют
параметры возможного бурового канала. Не определяют
возможные длины определенной трубы с определенным
весом!

48. Усилие на поверхности

На поверхности
Pullforce (Kg) = 0.5 x Product weight (Kg/m) x Length (m)
На роликовых опорах
Pullforce (Kg) = 0.1 x Product weight (Kg/m) x Length (m)
Not applicable when using sectionalized product!
Длина 200м, 315мм сталь 9,525мм толщина стенки, вес 70kкг/м
Условия
труба лежит на поверхности
труба лежит на роликовых опорах
Вес (кг/м)
70
70
коэфф. трения необх. сила тяги (кг)
0,5
0,1
7000
1400

49. Усилия в буровом канале

Трение жидкости
угол
Тяговое усилие
Трение грунта
Подъёмная сила
• Усилия, которые надо учитывать :
-Трения (подъёмная сила, в канале, на поверхности)
-усилия трубы (от изгиба трубы в канале)
-Гидрокинетические усилия (трение жидкости)

50. Условия в канале & ситуация

Условия в канале & ситуация
• Стабильный канал
• Циркуляция
Air or fluid or ....
Product
Return fluid
Soil/rock
Filtercake
– Фильтрационный пирог для
уменьшения потерия воды
– Гидростатическое давление
достаточное
– Обратка с удельным весом
< 1.4 кг/л (1,25 кг/л!!!!)
– Частицы все в суспенсии
– Контроль скорости течения в
канале и давления на
форсунках
• Механика грунтов
– Минимальная глубина = 5 х
диаметр канала
• Прочность грунта
• Целостность поверхности
Cuttings

51. Устаревшие Правила определения ожидаемого необходимого тягового усилия

Pullback force (Kg)
Pullback force = 1.5 times the total weight of the product
Pullback force (Kg) = 1.5 x Product weigth (Kg/m) x Length (m)

52. Реакции на трубу в канале

Lifting force (Kg/m)
Weight (Kg/m)
• Подъёмная сила
– Сила Архимеда
– Пропорционально
наружному диаметру и
Return fluid
плотности пульпы
Air or fluid or ....
– Не зависит от
материала трубы
Product
• Результирующая !!!
= подъёмная сила минус
вес трубы в кг/м

53. Архимед

If the buoyancy forces are higher/lower then the density (weight) of the product
will this cause a in-hole force (“pulling” friction) against ceiling or bottom of the
tunnel.

54.

Расчет подъёмной силы
Lifting force (Kg/m)
Return fluid
Air or fluid or ....
Product
Lifting force (Kg/m)=
Product outside diameter (mm)
1000
2
• Подъёмная сила
пропорциональна
плотности пульпы
• Формула учитывает
плотность пульпы
1,25 кг/л !!!!!
• Дополнительное
расширение приведет
к уменьшению
плотности и тем
самым уменьшает
подъёмную силу!

55. Пример – одинаковый диаметр ПЭ и сталь

315 mm STEEL 0.375" wall 70 Kg/m
315 mm HDPE PN10 18.3 Kg/m
Lifting force (Kg/m)=
Lifting force (Kg/m)=
Lifting force ( 99.2 Kg/m)
Product outside diameter (mm)
2
1000
315
2
1000
= 99.2 Kg/m
Lifting force (99.2 Kg/m)
80.9 Kg/m
29.2 Kg/m
Weight (18.3 Kg/m)
Weight (70 Kg/m)

56. Трубы большого диаметра

Lifting force (Kg/m)
• Трубы большого
диаметра заполняют
Return fluid
водой или пульпой
чтобы создать
Water
дополнительный вес
– компенсация
Product
подъёмной силы.
Product weight + Water weight

57.

Пример – труба ПЭ пустая и
заполненная водой
315 mm HDPE PN10 18.3 Kg/m
277.6 mm Inside diameter
Empty
Water weight (Kg/m)=
Water weight (Kg/m)=
Lifting force ( 99.2 Kg/m)
80.9 Kg/m
Weight (18.3 Kg/m)
Water filled
2
Product inside diameter (mm)
1270
277.6
1270
2
= 60.7 Kg/m
Lifting force (99.2 Kg/m)
19.8 Kg/m
Weight ((18.3 + 60.7)= 79 Kg/m)

58. Ожидаемое тяговое усилие в канале

Pullback force (Kg)
Length (m)
In hole force (Kg/m)
Depth (m)
Pullback force (Kg) = In hole force (Kg) x 0.5 x ( length (m) + Depth (m) )
Труба
ПЭ 100 315 мм PN10 пустая
315мм сталь пустая
ПЭ 100 315 мм PN10 заполненная
Подъемная сила (кг/м) Вес (кг/м)
99,2
99,2
99,2
18,3
70
79
Усилие в канале(кг/м) тяговое усилие в канале (кг)
80,9
29,2
20,2
8276
2987
2066

59. Суммарное тяговое усилие

Pullback force (Kg)
Тяга = 1 x тяга на поверхности
Тяга = 0.5 x тяга на поверхности + 0.5 x тяга в канале
Тяга = 1 x тяга в канале

60. Пример 200м 315 мм труба стальная, без роликовых опор

C
На поверхности (кг)
Усилие в канале (кг)
Суммарное усилие (кг)
Суммарное усилие (кг)
C
0
2987
2987
2557
B
B
3500
1494
4994
4275
A
A
7000
0
7000
7000
плотность пульпы 1,25 кг/л
плотность пульпы 1,07 кг/л

61. Пример заполнения трубы водой

• Расчет количество
необходимого
количества воды на
метр
• пример
• ПЭ - 315 мм Ø
• Внутр. диам. = 277,6 мм Ø
315 mm HDPE PN10 18.3 Kg/m
277.6 mm Inside diameter
Empty
Water weight (Kg/m)=
Water weight (Kg/m)=
Lifting force ( 99.2 Kg/m)
80.9 Kg/m
60,7 л/м
1 труба 315мм, 50 м = 3035 л
= 3 м3
7 труб 315mm, 50 м = 21,25 m3
и т.д.
Weight (18.3 Kg/m)
Water filled
2
Product inside diameter (mm)
1270
277.6
1270
2
= 60.7 Kg/m
Lifting force (99.2 Kg/m)
19.8 Kg/m
Weight ((18.3 + 60.7)= 79 Kg/m)

62. Пример заполнения

Нанести маркировки на трубы

63. Пример заполнения водой

Точные расчеты

64. Пример заполнения водой

Longer bores than 100 mtr could be
done by blowing a rope inside the pipe

65. Пример заполнения водой

Pulling the fill pipe inside the product pipe

66. Пример заполнения водой

Filling during the pullback
or

67. Пример для уменьшения трения на поверхности

(и создания радиуса входа – over bend)

68. Ролики & Саньки

Ролики & Саньки

69.

Ролики & Саньки

70.

Ролики & Cаньки

71.

Ролики & Cаньки

72. Пример УИР-701, Одинцово

73. Опускание трубы в воду

Floating is not always possible, but will lower your surface friction to almost zero.

74. Заключение

• Технические характеристики
установки определяют параметры
возможного бурового канала.
• Тяговое усилие требуется для
протаскивания трубы и зависит от
трубы и от свойств пульпы.
• Баластировка трубы помогает
снизить необходимое тяговое усилие!

75. Comments from the field