Метод ГНБ (горизонтально – направленного бурения) применяется не только в прокладке водопроводных сетей, газопроводов и канализации, а так же широко используется и в строительстве энергетики и связи (переходы через автодороги, реки, преграды и др.). В 2010 году был выполнен ряд работ и в Белгородской области (в г. Щебекино – Заказчик ОАО «Мехколонна 26», в п. Прохоровка Белгородской области – Заказчик ОАО «Белгородэнергоремонт», в п. Губкин, Белгородская область – ОАО «БЭР», в г. Белгороде – ОАО «Мехколонна 77»).
Заказчик: ОАО «Мехколонна 77» г. Белгород.
Одним из объектов выполненных нашей компанией была прокладка футляров бестраншейным методом горизонтально направленного бурения (ГНБ) по улице 5 Августа г. Белгород. Необходимо было выполнить 8 проколов ПЭ трубой диаметром 110 мм по шесть труб в одной скважине для прокладки в них электрического кабеля.
Необходимо проложить футляры под дорогами въезды к домам, а так же под автодорой по ул. 5 Августа.
Пересекали несколько видов коммуникаций: оптоволоконная связь, безнапорная канализация и водопровод. Часть трассы прокладывалась вдоль действующего газопровода.
Работы нужно было выполнить оперативно в течение 3 дней, накануне праздника Дня Освобождения г. Белгорода ВОВ (одноименная улица 5 Августа).
Для бурения используется буровой раствор (бентонит). Основные задачи, которые он выполняет это:
1. Гидравлическая размывочная работа и очистка места бурения с помощью дюз.
2. Смазка буровых штанг и охлаждение зубила буровой жидкости.
3. Транспортировка частиц грунта по буровому отверстию на поверхность.
4. Закрепление стенок бурового отверстия благодаря образованию защитного
слоя (который препятствует также потере буровой жидкости).
5. Производство гидравлического противодавления, препятствующего попаданию
воды (земли) из окружающей формации в буровое отверстие.
6. Перенос гидравлической энергии буровому мотору.
Бентонитовый раствор представляет собой смесь воды с глиной (бентонитом). Она обладает высокими скользящими свойствами, благодаря своей вязкости. Благодаря наличию этой смеси в канале туннеля, во много раз уменьшается сила трения между трубой, кабелем, другими прокладываемыми коммуникациями и окружающим грунтом. Бентонит — экологически чистый продукт. Стенки бурового отверстия в рыхлых, неплотных почвах обычно нестабильны, что часто приводит к осыпанию. Пустоты и диагональное прохождение скважины приводят к дальнейшему ослаблению формации. Глинистые почвы имеют тенденцию разбухать за счет впитывания воды. Твердые частицы в жидкости помогают укреплять и уплотнять стенки. Самые плотные взвеси получаются, когда частицы распределены в зависимости от размера (т.е. большие, средние и много маленьких). Феномен бентонита — его свойство уплотнять породу — зачастую понимается неправильно. Он может удерживать горизонтальный канал открытым, когда структура грунта не прочна и имеются пустоты, он укрепляет грунт. Бентонит проникает в грунт — и там, где это необходимо — укрепляет его.
Жидкостной базой бурового раствора является вода.
Важно учитывать свойства воды, например, жесткость содержание кальция т.к. это может оказать влияние на разбухание. (Кальций можно погасить с помощью золы или соды, РН-фактор воды обязательно должен контролироваться; чем он выше, тем меньше связывающие возможности воды.) Другими компонентами воды могут быть соли, микроорганизмы, различные растворенные вещества. Все они могут мешать, поэтому зачастую их необходимо удалять или нейтрализовывать. Растворы делятся на соленые и пресные. Т.к. горизонтально направленным бурением пользуются преимущественно вдали от морей, то в основном, применяют буровые жидкости на пресной основе. Пресная вода может быть подсолена, если бурение проходит в формации с соленой водой.
Инородные соли могут вредить структуре буровой жидкости. Если они выступают (или ожидается подсоление воды), то, для снижения негативных эффектов, могут быть использованы полимеры.
Применяемая для растворов глина является трехслойной. Впервые подходящую глину нашли в штате Техас в городе Бентон, отсюда произошло название — Бентонит. Бентониты содержат в качестве основного минерала Монтмориллонит, также названный по месту своего происхождения — городу во Франции — Монтмори. Основной характеристикой этой глины является то, что их структура не зернистая, а пластинообразная. Такая глина в состоянии вобрать в себя очень много воды. Такой процесс называется разбуханием. Он зависит от способности глины связывать воду.
Глина разбухает за счет воды, она распадается на мельчайшие отрицательно заряженные пластинки глины, окруженные водяной оболочкой. Способность пластин принимать воду снижается в зависимости от увеличения содержания соли в воде. Соответственно в сильно электролитных водах разбухание незначительно. Влияние солей (электролитов) в буровом отверстии может привести к разрушению буровой жидкости.
Поверхность пластинок заряжена отрицательно, края — положительно. Между поверхностью и краями возникает электромагнитное притяжение. Из-за этого возникает структура, напоминающая карточный домик. Если буровая жидкость находится в неподвижном состоянии, «карточный домик» становится более прочным из-за дальнейшего прикрепления частичек, что уже можно назвать телевой основой. Этот процесс (гидратация) зависит от плотности ионов на поверхности пластинок, размера ионов и общего заряда поверхности пластинок, большая энергия гидратации требует незначительного покрытия поверхности пластинок ионами. Поверхность пластинок может иметь ионы натрия или ионы кальция. Ионы кальция, по сравнению с ионами натрия, имеют почти вдвое большую атомную массу и являются двухвалентными. Отсюда следует, что натриевые бентониты обладают лучшей способностью разбухания. Огромные молекулы, объединенные в длинные цепи, являются существенной составляющей частью буровой жидкости. Такие соединения молекул обычно кругообразные. Полимеры различаются степенью своей полимеризации. Чем длиннее или больше цепь молекул в объединении, тем выше степень полимеризации.
С увеличением полимеризации повышается возможность полимера связывать воду, увеличивается вязкость, поэтому полимеры различаются по своей вязкости:
Полимеры, применяемые в буровых жидкостях, отличаются числом заряженных, функциональных групп (валентные электроны). Благодаря этому они могут быстро вступать в соединение со свободной водой. Полимеры при реакции окружены гидрооболочкой, поэтому, чтобы повысить вязкость буровой жидкости, нужен быстрый процесс объединения.
С другой стороны, полимеры в состоянии насытить отвечающие за химическое соединение внешние электроны на пластинках буровой жидкости. Т. е. предотвращается выпадение частиц глины. Особенно усиливается влияние электролитов при прохождении солевых формаций. Поэтому полимеры используются не только для повышения вязкости, но и как защитное средство для предотвращения негативных воздействий внешней среды.
Полимеры различаются по своему происхождению, или составу на три группы:
Активированные полимером жидкости (или полимерные жидкости) применяются в соотношении от 10 до 30 кг на 1 м3 воды. Время набухания минимально, жидкость может применяться сразу после смешивания. Полимеры, в основном, подвергаются температурному воздействию. При бурении в скальных грунтах от трения могут возникнуть высокие температуры. Из-за высоких температур цепочки молекул полимеров могут разрушиться, и в этом случае полимеры не смогут выполнить поставленные перед ними задачи.
Природные полимеры подвергаются воздействию температур от 90°. Из-за таких высоких температур может возникнуть необратимая химическая реакция и они разрушатся. Большим преимуществом природных полимеров является то, что они нетоксичны и полностью биологически разлагаются.
Полусинтетические полимеры могут применяться как в сочетании с глинистой суспензией, так и с чистой полимерной жидкостью. Полусинтетические полимеры используются не только для повышения вязкости, но и как защитное средство – для предотвращения негативных воздействий. Синтетические полимеры обладают особыми свойствами. С возрастающей несущей способностью они становятся более текучими.