Буры для горизонтального бурения. Описание технологии горизонтально-направленного бурения.

С самого начала нужно сказать, что горизонтальное бурение скважин - это бурение не только в строгой плоскости горизонта, но и под уклон. Чисто геометрически, если взять за основу прямой угол, где горизонтальная часть - горизонтально направленное бурение, а вертикальная часть - классическое, то в действительности горизонтально направленное бурение - это пробивка грунта с возможным отклонением от абсолютной горизонтали на 45 градусов в любую сторону.

На практике технология горизонтального бурения реализуется с помощью специализированной установки с подвижным механизмом выбора угла входа в грунт. Движущая сила бура может быть разной - от сетевого электричества с напряжением 220 В и мощностью в 1,5 - 2 кВт до компрессоров на дизельном или газообразном топливе с мощностью на выходе в несколько десятков кВт (для шахт, нефте- и газопроводов существуют установки с мощностью в несколько сотен киловатт.

Очень важной особенностью бурения является регулярное наращивание длины бура, а значит и механизм вращения должен проделывать поступательные движения, оказывая давление на рабочую поверхность бура. В идеале, длина бура в своем максимуме не ограничена, вернее - ограничена, но она намного больше, чем длина необходимого прохода.

Важно:
Есть в горизонтальном бурении один очень неприятный нюанс, причем, чем длиннее пробуренный канал - тем заметнее эта самая особенность. Речь о законах физики и динамики:
- чем длиннее бур, тем его сильнее притягивает земля по закону всемирного тяготения (I закон Ньютона);
- как следствие - положение бура в грунте не идеально прямое, а согнутое (гиперболическое), что при вращении инструмента дает большое радиальное биение.
На практике это выглядит так: чем длиннее бур - тем большее в диаметре отверстие Вы получите на выходе, тем более значительным будет обвал выходной кромки. В принципе, ничего особо страшного не случится, но если после бурения необходимо вставить стальные трубы, то могут возникнуть проблемы с калибровкой отверстия под диаметр.

Применение метода горизонтального бурения на практике

Изначально, этот вид бурения использовался только в добывающей промышленности (нефтяные и газовые скважины, горизонтальные шурфы угольных и солевых шахт), но с появлением более компактных агрегатов стало возможным применение данной технологии в дорожном строительстве и при прокладке инженерных коммуникаций.

Совет:
Если горизонтальное бурение производится не профессиональными работниками сервисной организации, а владельцем участка, то следует помнить о том, что от характера грунта и его принципиального состава зависит скорость вращения бура, поступательное усилие, которое на него подается, и выбор самой головки бура (если совсем точно, то коронарной фрезы, часто просто называемая коронкой).
Чтобы не сжечь установку для горизонтально направленного бурения, необходимо запомнить очень простое правило по применению коронок:
- рыхлые почвы, песчаник и дерн берутся любым буром (естественно подходящего диаметра);
- плетняк, глина и встречающиеся солевые отложения - двухконечной коронкой;
- если присутствует отсыпка щебня, природный камень и другие твердые вещества, то не обойтись без четырехглавой фрезы с победитовыми или твердосплавными пластинами (марок Т5К10 или Т15К6).

Важно:
Бурение горизонтальных скважин сопровождается достаточно мощной вибрацией, от чего грунт может проседать и обваливаться, делая бурение бесполезным. Для предотвращения этого необходимо проводить укрепление полученного канала параллельно с буровыми работами. То есть бур по длине, кроме непосредственного наконечника, находится в рубашке, что способствует сохранению необходимого результата.

Сельская мастерская: горизонтальное бурение своими руками

Нарушать идиллию, выполненную ландшафтным дизайнером, или разрушить только что отремонтированную дорогу для того, чтобы выкопать траншею, конечно, можно, но есть более дешевый и относительно простой способ.

Для того, чтобы изготовить установку горизонтального бурения своими руками, необходимо обзавестись нужным материалом (трубами). Выбрать одну из них подходящей длины (если Вы собираетесь сделать канал под дорогой, то длина трубы должна быть не менее половины ширины дороги) и сделать на одном торце зубья. Их не нужно точить или каким-то образом заострять - достаточно выпилить обычной болгаркой. Полученный инструмент называется «шлямбур». На другом его конце строго по диаметру сверлятся два сквозных отверстия (от 16 до 25 мм), в которые вставляется соответствующий металлический пруток.

Хотите почувствовать себя силачом? Крутите за торчащие из труб ручки самостоятельно! Надоело? Тогда горизонтальное бурение своими руками получает бонус в виде небольшой механизации - к штырю, вдетому в трубу, приваривается в середину еще один - так, чтобы ось его совпадала с осью трубы. Теперь свободный конец необходимо закрепить на перфораторе (желательно промышленном) или электродвигателе (с редуктором понижения оборотов и повышения мощности) и начать вращение.

Горизонтальное бурение под дорогой, в открытом грунте, бурение с уклоном - то же самое, только с ручным управлением.

Важно:
При проведении самостоятельных работ обязательно помните о безопасности, и не пытайтесь изменить направление бурения, если хотя бы треть бура уже вошла в грунт.
Следует обратить внимание, что при работе шлямбура вся выработанная порода попадает внутрь инструмента, поэтому не забывайте своевременно его прочищать для легкости и точности работы.

Совет:
Чтобы шлямбур работал легче, а отверстие получалось более аккуратным - вырезайте зубья на торце трубы с ориентацией в сторону предполагаемого вращения. После этого разведите зубы немного в стороны, чтобы диаметр рабочей части с зубами был чуть больше (на 5-7 мм), чем основной диаметр трубы. Это облегчит процесс бурения и сбережет стенки канала от осыпания.

Идея сделать предлагаемый вниманию читателей бур пришла мне в следующей житейской ситуации: вселившись в усадебный дом, не успел до начала зимы провести водопровод из колодца. Копать же траншею хотя и не длинную (около 5 м), но довольно глубокую (около 2 м) в промерзшей земле представлялось делом непростым. Чтобы не ждать следующего лета, решил пробурить немного ниже глубины промерзания грунта горизонтальный шпур (скважину относительно небольшого диаметра) для прокладки в нем стальной трубы в 3/4″ для подвода воды из колодца через подполье в дом. Конструкция бура несложная. Состоит он из пары ножей, направляющего кольца корпуса, штанги и втулки. Все эти детали сварены в единую конструкцию. Но есть у бура и отделяемая часть, состоящая, в свою очередь, из нескольких. Первая - вороток. Он представляет собой Т-образную сварную деталь, состоящую из стойки и рукоятки. Недалеко от свободного конца стойки просверлено отверстие диаметром 4,2 мм-через него с помощью штифта-гвоздя вороток соединяется с втулкой. На концы рукоятки воротка для удобства можно надеть ручки из подходящего резинового шланга.

Ножи изготовлены из хорошей рессорной стали (можно и из старой дисковой пилы по дереву) и приварены к кольцу симметрично относительно его центра. Заточить и соответственно приварить ножи можно как для вращения бура по часовой стрелке, так и против-кому как удобнее.

С другой стороны к кольцу приварены концы дугообразного корпуса, выгнутого, как и кольцо, из стальной полосы толщиной 3 мм. К изгибу дуги корпуса приварена штанга-отрезок стальной полудюймовой водопроводной трубы. Длина штанги может быть до двух метров, однако для удобства хранения бура больше одного метра делать ее не стоит.

Бур для шпуров:

1-нож (рессорная сталь, 2 шт.); 2-кольцо (сталь, лист s3); 3 - корпус (сталь, полоса 30×3); 4-штанга (труба 1/2″); 5-втулка (труба 3/4″); 6-штифт(гвоздь Ø4); 7- стойка воротка (труба 1/2″); 8-рукоятка воротка (труба 1/2″); 9-дополнительная штанга; 10 - втулка дополнительной штанги (труба 3/4″)

На свободный конец штанги надета и приварена втулка, выполненная из водопроводной трубы в 3/4″. Еще во втулке близ свободного конца просверлено диаметральное отверстие (такое же, как в стойке воротка) под штифт для подсоединения воротка.

Есть у бура и другая, а точнее-другие подсоединяемые части-дополнительные штанги (одна или несколько), выполненные по подобию основной штанги. Длина дополнительных штанг может достигать двух метров.

Перед началом бурения определил поточнее направление из подполья к колодцу. Шпур наметил на высоте около 250 мм от дна подполья и с уклоном около 10° в сторону колодца. Технология бурения проста: установив бур в требуемом направлении, подвернуть рукоятку 10 - 15 раз с нажимом. Затем бур нужно вытащить и вытряхнуть из корпуса и кольца набившийся грунт. Процедура повторяется многократно, с удлинением бура дополнительными штангами. Замечу, что с помощником дело здесь идет раза в полтора быстрее.

Добурив до стенки колодца, пробил в ней отверстие. В шпур вставил сначала обсадную трубу наружным диаметром немногим меньше 60 мм, а в нее протянул в колодец шланг, который подсоединил к насосу.

Наклонно-горизонтальное бурение – технология бурения скважин , пространственное положение которых отклоняется от вертикальной линии по любому направлению, вплоть до полного горизонтального расположения. Наклонными принято считать скважины, которые отклоняются от вертикали больше, чем на 2 градуса.

Наклонно-направленное бурение выполняется с помощью специальной конструкции буровой штанги и головки с гибким соединением, что позволяет изменять направление движения бура внутри грунта, в процессе работы.

1 Назначение и преимущество технологии ГНБ

В промышленности наклонное бурение скважин востребовано в нефте-газовой сфере, в строительстве, также метод широко применяется для создания подземных коммуникаций.

Наклонно направленное бурение применяется для выполнения таких работ:

• Создания скважин для добычи нефти и газа;
• Бурение для добычи полезных ископаемых;
• Прокладки труб водоснабжения и канализации;
• Прокладки коммуникаций газоснабжения;
• Монтажа нефтепроводов и газопроводов;
• Обустройства кабельных магистралей.

На сегодняшний день, наклонно направленное бурение является наиболее экономичным способом создания подземных коммуникаций и выполнения любых подземных работ. Наклонно направленное бурение, в сравнении с рытьем траншей своими руками, обладает следующими преимуществами:

• Минимизация затрат времени и финансовых средств.
• Возможность прокладки коммуникаций без разрушения асфальтового покрытия.
• Бурение скважин (как нормальных, так и мини — на небольшую глубину) может осуществляться под водоемами, транспортными путями и в местах, где запрещены наземные строительные работы.
• Работы могут выполняться мини бригадой из 3-5 человек.

2 Применяемое оборудование для ГНБ

Оборудование для горизонтального бурения можно условно разделить на несколько видов: машина для ГНБ, локационная система для ГНБ, вспомогательные устройства – буровые вертлюги , скобы, фиксаторы.

Локационная система для ГНБ. Без наличия такой системы невозможно в полной мере контролировать наклонно направленное бурение, так как в процессе работы бур находится вне зоны видимости .

Чтобы бурение не привело к непредсказуемым последствиям (разрушение существующей прокладки коммуникаций, поломка оборудования из-за подземных преград), и для того, чтобы в полной мере контролировать точность бурения скважины, используется специальная геолокационная система.

Такое устройство состоит из двух основных частей: мини зонд, который устанавливается на буровую головку, и аппарат для отслеживания его показателей. Когда осуществляется наклонно направленное бурение, этой системой управляет оператор, который считывает всю информацию, поступающую с мини зонда, и на её основе корректирует процесс бурения.

Применение мини зонда является незаменимой частью процесса ГНБ.

Буровая машина. Наклонно направленное бурение выполняется дорогостоящим профессиональным оборудованием. Промышленные машины для ГНБ имеют рамные конструкции: они состоят из кузова, двигателя, работающего на дизельном топливе, и ходовой части. В свою очередь функциональная часть имеет следующие элементы: буровой лафет, гидростанция с шлангом для подачи воды, и панель для управления процессом.

Классификация буровых установок выполняется в зависимости от граничного усилия протяжки, которое измеряется в тоннах. Помимо этого, ключевыми характеристиками любой установки являются максимально возможные диаметр и длина бурения.

Вторичными факторами, на которые необходимо обращать внимание при выборе устройства для бурения скважины и прокладки труб, являются показатели расхода бетонита (л\мин), и радиус изгиба буровых штанг – он влияет на возможность изменять направление бурения по ходу работы.

Также можно выделить технологию горизонтально шнекового бурения, которое выполняется с помощью достаточно простых буровых установок, состоящих из буровой головы, штанги, двигателя, и каркаса, который соединяет их в один механизм.

В сравнении с промышленными буровыми машинами, такая конструкция обладает мини размерами. К тому же она достаточно проста в управлении – после краткого вводного курса, бурение может быть выполнено своими руками кем угодно.

Вспомогательные устройства. К этой категории относятся все элементы фиксации для прокладки ПВХ обсадных труб , переходники, расширители, насосы для откачивания излишков бетонита, электрогенераторы, системы освещения и инструмент устранения аварийных ситуаций.

2.1 Этапы ГНБ

Перед тем как начать бурение горизонтальных скважин необходимо выполнить следующие подготовительные работы:

1. Уточняется расположение подземных коммуникаций, которые расположены в пределах участка, где будет выполняться ГНБ. Места существующих коммуникаций – трубопроводы, кабельные линии, должны быть отмечены опознавательными знаками.
2. Исходя из особенностей грунта, и других важных факторов, выбирается оптимальная трасса прокладки.
3. Подготавливается площадка для буровой установки (уравнение грунта, создание освещения), и пути подъезда к ней.
4. Буровая машина занимает исходную позицию, на площадку доставляется необходимое количество бентонита (раствора для укрепления скважины), и буровых штанг.

Выполняется бурение пилотной скважины (мини тоннеля, диаметром до 100 мм). Изначально процесс бурения наклонных и горизонтальных скважин начинается под углом в 10-20 градусов, который, в процессе выхода на заданную глубину, корректируется к нужным показателям .

В процессе ГНБ изменение движения бура возможно во всех плоскостях. Чем ближе бурильная головка находится к точке выхода, тем сильнее бур направляется вверх, для того чтобы на выходе из грунта скважина получила необходимый угол.

Технология горизонтально направленного бурения требует использования специальных устройств для мониторинга процесса, которые отслеживают местоположение бура под землей, и дают возможность точно определить глубину его заглубления в почву.

Для того чтобы расширить скважину, буровая головка своими руками заменяется на ример (специальное устройство для расширения), после чего на буровой машине включается режим обратных оборотов, и выполняется обратное движение римера, по направлению от точки выхода скважины, до буровой установки.

Количество проходов, необходимых для выполнения расширения скважины до нужного диаметра, может колебаться от 1 до 3. Это зависит от особенностей грунта и от того, какое устройство бурения используется. Если для расширения необходимо несколько проходок, то римеры последовательно меняются на устройства большего диаметра.

Прокладка труб выполняется с применением системы вертлюг и скоб, которые подсоединяются к трубе, и выполняют функцию креплений и фиксаторов, с помощью которых происходит затягивания труб в скважину.

Для фиксации труб вертлюгом на её край монтируется специальный скважинный оголовок , к которому присоединяется буровая колонна. В мелкогабаритных скважинах, обсадка которых выполняется полимерными трубами с небольшим весом, прокладки могут выполняться своими руками, в противном случае – усилие для затягивания труб придает буровая машина.

После того как труба смонтирована нужным образом, она отсоединяется от буровой колонны, после чего процесс ГНБ можно считать законченным.

Когда все этапы бурения наклонных и горизонтальных скважин завершены - осуществляется свертывание буровой установки и уборка рабочей площадки.

Метод наклонно направленного бурения подразумевает необходимость обязательного использования бетонита. Бентонит – это специальный раствор, который применяется для укрепления стенок скважины, так как риск обвалов грунта при ГНБ достаточно большой . Также бетонит уменьшает трение бура и улучшает процесс извлечение выбуренной почвы наружу.

Бентонит во много определяет эффективность всего процесса бурения, так как раствор плохого качества, который не будет обладать необходимыми промывочными свойствами , будет являться причиной дополнительных временных затрат, необходимых для очистки скважины от грунта.

Так как в процессе ГНБ используется большое количество бентонитного раствора, на входе и выходе в скважину могут скапливаться его излишки, которые, после завершения бурения, нужно извлечь своими руками, либо откачать с помощью насоса. Все остатки бетонита необходимо утилизировать.

Существуют определенные ограничения, которые препятствуют применению ГНБ:

• Подземные препятствия могут стать причиной невозможности продолжения ГНБ;
• Ограниченный изгиб буровых штанг для ГНБ не дает возможность выполнять короткие и неглубокие изменения направления скважины (до 5 м);
• Наклонно направленное бурение не может осуществляться в монолитных скальных породах, либо в грунтах, с высокой концентрацией валунов.

2.2 Описание технологии ГНБ (видео)

Очень часто возникает необходимость прокладывать различные коммуникации под проезжей частью или железнодорожным полотном. Технология, позволяющая сделать это, называется «прокол под дорогой» и чаще всего представляет собой бурение в горизонтальном направлении. Этот способ имеет явные преимущества перед другими видами прокладывания коммуникаций. В отличие от прокол под дорогой не нарушает целостности дорожного покрытия и не повреждает зеленых насаждений. Кроме того, не требуется выполнять большой объем землекопных работ. Такой метод известен как коммуникаций.

Что нужно для самостоятельного устройства прокола под дорогой

Сделать прокол под дорогой своими руками - вполне выполнимая задача. При этом его длина не должна превышать десяти метров. Прежде чем приступить к работе, подготовьте все необходимое. Вам понадобится:

• болгарка;
• большой тяжелый молот или кувалда;
• прочные стальные прутья, длина которых в совокупности превышает ширину дороги на 10-20 см;
• насос, шланг и воронка;
• большая емкость для воды на 100-200 литров;
• отрезки стального трубопровода, общая длина которых превышает ширину проезжей части на 15-20 см;
• аппарат для сварочных работ.

Порядок действий при работе

Для начала необходимо выкопать небольшие котлованы с обеих сторон дороги. Их глубина должна быть больше глубины залегания трубы. Из одного котлована будет осуществляться продвижение трубы вглубь грунта. Второй приямок будет приемным.

Используя стальной прут, наметьте траекторию трубопровода. С помощью болгарки заострите один конец штыря и начинайте вколачивать его в грунт по ходу залегания будущего трубопровода. Чтобы прут не гнулся от ударов, его длина не должна превышать 1,5-2 метра. Вбив один отрезок, приварите к его концу очередной штырь и снова забивайте его. Продолжайте работу до тех пор, пока острие первого отрезка не появится в приемном котловане.

Теперь можно приступать к основной работе. На осевой прут наденьте первый отрезок трубопровода, передний край которого обработайте болгаркой, придав ей форму заостренной короны. Это обеспечит более легкое вхождение в грунт. На другую сторону трубы наденьте стальной стакан и начинайте ударять по нему кувалдой.

Затем погрузите насос в бочку с водой, а шланг протолкните в трубу до конца. Напор воды выполняет функцию смазки и облегчает движение стали, а также способствует вымыванию отработанного грунта из трубы.

Вся последующая работа заключаются в чередовании двух действий - вымывание и проталкивание трубопровода с помощью молота. Продолжайте до тех пор, пока в приямке на противоположной стороне дороги не появится первый отрезок трубы.

Как видно, устроить прокол под дорогой своими руками не так уж и сложно. В результате должна получиться полая труба с тем самым направляющим прутом внутри. Этот штырь теперь можно легко извлечь, так как вода вымыла весь грунт наружу в процессе работы. Полученный трубопровод используйте как футляр для проведения второй герметичной трубы меньшего диаметра.

Если длина планируемой коммуникации превышает 10 метров, то более рациональным вариантом будет обращение к специалистам.

Метод горизонтально направленного бурения

Данный метод прокола под дорогой заключается в создании пилотной горизонтальной скважины или сквозного отверстия заданного диаметра, в которое протягивается футляр или труба для коммуникаций. ГНБ никогда не проводится в сухом грунте. В процессе бурения производится постоянная подача воды для того, чтобы сделать почву более пластичной и податливой, а также предотвратить обрушение стенок образующейся скважины. После того как отверстие создано, в него затягивается трубопровод. Для этого с одной стороны на него надевается специальный наконечник или колпак, который прочно фиксируется. С другой стороны этого футляра закреплен бур. С помощью специального оборудования, установленного на противоположной стороне дороги, осуществляется втягивание трубы в прокол. После завершения работы небольшая часть трубопровода, на которой был закреплен тянущий колпак, обрезается. Исходя из этого, необходимо с запасом рассчитывать его длину. Протяжка коммуникационной трубы также сопровождается подачей воды для лучшего скольжения по скважине.

Преимущества метода

Метод горизонтально направленного бурения экономит время и рабочие ресурсы, так как при его использовании не возникает необходимости в демонтаже асфальтового или бетонного покрытия дороги. Такой способ не оказывает разрушающего воздействия на природный ландшафт. Применять метод ГНБ можно в самых разных условиях - под автомагистралями, под водоемами, под парковыми насаждениями, железнодорожными путями и другими объектами. Выгодно использовать этот вид бестраншейного бурения и в экономическом смысле.

Управляемый прокол

Участок, на котором планируется проводить прокол грунта под дорогой, предварительно исследуется. После этого создается проект, в соответствии с которым по намеченной траектории осуществляется безопасное бурение горизонтальной скважины с обходом всех возможных препятствий. снабжена специальной лопаткой с режущей насадкой. В нее встроен зонд системы локации, который позволяет точно контролировать движение бура, направление и глубину будущего трубопровода. Положение зонда отслеживает специалист с локатором, двигаясь по поверхности дороги и наблюдая за показаниями монитора локатора. Человек, управляющий машиной для бурения, также получает всю необходимую информацию для точности проведения манипуляций. Для предотвращения осыпания скважины ее стенки могут обрабатываться специальной смесью глины и полимерных веществ. Такая смазка называется бетонитом.

Стоимость услуги

Какова стоимость прокола под дорогой? Уровень цены зависит от нескольких факторов. Управляемый прокол с использованием локационного оборудования обойдется дороже, чем неуправляемый. Если вам необходимо проложить короткий трубопровод, то с этой работой справится обычная буровая машина, не снабженная системой отслеживания траектории бура. Устройство протяженной скважины, напротив, требует постоянного контроля и корректировки с помощью локационного устройства. Российские компании предлагают услуги по созданию прокола под дорогой по ценам от 1000 рублей за погонный метр, что, как правило, дешевле открытых способов прокладывания коммуникаций под проезжей частью.

Какой бы вид коммуникаций ни требовалось создать, будь то трубы для воды или газа, футляры для электрических или оптиковолоконных кабелей, прокол под дорогой - оптимальный способ сделать это быстро и надежно.