Горизонтальное бурение

Горизонтальное бурение (также горизонтально-направленное бурение, ГНБ) — это технология прокладки подземных коммуникаций (трубопроводов, кабелей, футляров) с использованием буровой установки, которая позволяет выполнять проходку скважины по криволинейной траектории с выходом бурового инструмента на поверхность в заданной точке. Метод применяется для строительства переходов под естественными и искусственными препятствиями (реками, дорогами, железнодорожными путями, зданиями, аэродромами) без вскрытия поверхности и нарушения ландшафта.

История

Первые попытки бурения наклонных и горизонтальных скважин предпринимались в нефтегазовой отрасли в начале XX века для увеличения площади дренирования пласта. Однако в качестве самостоятельного метода строительства подземных переходов технология начала развиваться в 1970-х годах в США. В 1971 году компания Titan Contractors (США) впервые применила пилотное бурение с последующим расширением для прокладки стального трубопровода под рекой Пекос (штат Техас). В 1980-х годах метод получил распространение в Европе, а в 1990-х — в России. Первый крупный переход методом ГНБ в России был выполнен в 1995 году при строительстве газопровода «Ямал — Европа» под рекой Волга.

Принцип работы

Процесс горизонтального бурения включает три основных этапа:

Пилотное бурение. Буровая головка с наклонной поверхностью (скосом) и встроенным излучателем (зондом) проходится по заданной траектории. Оператор отслеживает положение головки с помощью локационной системы (обычно электромагнитной или инерциальной) и корректирует направление, вращая или не вращая буровую штангу. При вращении штанги головка движется прямо, при остановке вращения и подаче — отклоняется в сторону скоса.

Расширение скважины. После выхода пилотной головки на поверхность на её место устанавливают риммер (расширитель) обратного действия. Риммер протягивается обратно к буровой установке, расширяя скважину до необходимого диаметра. Для стабилизации стенок скважины и удаления грунта используется буровой раствор (бентонитовая смесь с полимерами).

Протяжка трубопровода. К риммеру через вертлюг (шарнирное соединение) крепят плеть труб (или пучок кабелей). При обратном ходе риммера труба затягивается в готовую скважину. После завершения протяжки производят контроль качества (калибровка, испытания).

Оборудование

Основные компоненты комплекса ГНБ:

Буровая установка — самоходная или прицепная машина с гидравлическим приводом вращения и подачи штанг. Различаются по тяговому усилию (от 5 до 1000 тонн) и крутящему моменту.
Буровые штанги — полые стальные трубы длиной 3–6 метров, соединяемые резьбовыми замками. Внутри штанг проходит канал для подачи бурового раствора и кабель локационной системы.
Буровая головка — сменный инструмент с наклонной режущей кромкой. Для разных грунтов применяются головки с твердосплавными резцами, шарошечные или алмазные.
Локационная система — электромагнитный локатор (например, DigiTrak, Eclipse) или инерциальный гироскоп (для бурения под водой или в зонах помех). Позволяет определять глубину, угол наклона и азимут головки.
Риммеры — расширители различных типов: лопастные, конусные, цепные (для скальных грунтов).
Буровой раствор — смесь воды, бентонита и полимеров. Выполняет функции охлаждения инструмента, выноса выбуренной породы, стабилизации стенок скважины и снижения трения при протяжке.
Вертлюг — устройство, предотвращающее вращение трубы при протяжке.

Классификация

Горизонтальное бурение классифицируется по нескольким признакам:

По типу грунта

ГНБ в мягких грунтах (песок, глина, суглинок) — стандартная технология с использованием бентонитового раствора.
ГНБ в скальных грунтах — требует применения пневмоударников, шарошечных долот или специальных риммеров с высокой износостойкостью.
ГНБ в водонасыщенных грунтах — усложнённый режим с повышенным расходом раствора и использованием герметизирующих добавок.

По диаметру скважины

Микро-ГНБ (до 200 мм) — для прокладки кабелей связи, оптоволокна, газовых труб низкого давления.
Стандартное ГНБ (200–800 мм) — для водопроводов, газопроводов среднего давления, канализации.
Крупнотоннажное ГНБ (свыше 800 мм, до 2000 мм и более) — для магистральных нефте- и газопроводов, водоводов большого диаметра.

По длине перехода

Короткие (до 100 м) — типичны для городских условий.
Средние (100–500 м) — для переходов под дорогами и реками.
Длинные (500–1500 м) — для пересечения крупных водных преград.
Сверхдлинные (свыше 1500 м) — рекордные проекты (до 3000 м и более).

Применение

Горизонтальное бурение используется в следующих областях:

Газоснабжение — прокладка газопроводов низкого, среднего и высокого давления под дорогами, железнодорожными путями, реками.
Водоснабжение и водоотведение — строительство напорных и самотечных водоводов, коллекторов, дюкеров.
Нефтегазовая отрасль — переходы магистральных трубопроводов через естественные и искусственные препятствия.
Электроснабжение — прокладка силовых кабелей (в том числе высоковольтных) в защитных футлярах.
Связь — монтаж оптоволоконных линий, кабелей связи.
Теплоснабжение — строительство теплотрасс в изолированных трубах.
Горное дело — дегазация угольных пластов, вентиляционные скважины.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Отсутствие вскрытия поверхности (не требуется перекрытие дорог, снос зданий, нарушение ландшафта).
Минимальное воздействие на окружающую среду (сохраняется растительный слой, не нарушается гидрологический режим).
Высокая скорость строительства (переход длиной 200 м может быть выполнен за 1–3 дня).
Возможность прокладки под действующими коммуникациями без их повреждения.
Снижение затрат на восстановление благоустройства (газоны, асфальт, тротуары).

Недостатки

Ограничения по диаметру и длине (для сверхбольших диаметров и длин требуются уникальные установки).
Зависимость от геологических условий (плывуны, валуны, карстовые пустоты могут сделать бурение невозможным).
Риск повреждения существующих подземных коммуникаций при ошибках в трассировке.
Высокая стоимость оборудования и квалифицированного персонала.
Необходимость утилизации отработанного бурового раствора.

Интересные факты

Самый длинный переход методом ГНБ в России выполнен в 2014 году при строительстве газопровода «Сила Сибири» под рекой Лена — длина составила 2 450 метров, диаметр трубопровода — 1 420 мм.
В мире рекорд принадлежит переходу под рекой Янцзы (Китай, 2005 год) — длина 3 600 метров, диаметр 1 016 мм.
В 2020 году в Москве методом ГНБ был проложен коллектор диаметром 2 000 мм под МКАД — один из крупнейших в Европе.
Для бурения в скальных породах используются риммеры с алмазными вставками, стоимость которых может достигать нескольких миллионов рублей.
Технология ГНБ позволяет прокладывать трубы с уклоном до 30 градусов, что даёт возможность обходить препятствия сложной формы.

Источники

СНиП 3.05.04-85 «Наружные сети и сооружения водоснабжения и канализации» (раздел «Бестраншейная прокладка»).
СП 42-101-2003 «Общие положения по проектированию и строительству газораспределительных систем из металлических и полиэтиленовых труб».
«Технология горизонтально-направленного бурения» — учебное пособие, МГУП «Мосводоканал», 2008.
«Горизонтальное бурение: теория и практика» — А. В. Белов, В. И. Ковалёв, 2015.
Материалы научно-технических конференций «ГНБ-Россия» (2018–2023).
Отчёт о строительстве перехода под рекой Лена, ООО «Газпром трансгаз Томск», 2014.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →