Горизонтально-направленное бурение (ГНБ): технология и оборудование

Что такое горизонтально-направленное бурение

Горизонтально-направленное бурение (ГНБ, англ. HDD — Horizontal Directional Drilling) — бестраншейная технология прокладки подземных коммуникаций (трубопроводов, кабелей, футляров) без вскрытия грунта. Метод позволяет прокладывать трубы под реками, автодорогами, железнодорожными путями, зданиями и другими препятствиями, где открытая траншея невозможна или экономически нецелесообразна.

Технология ГНБ появилась в США в 1970-х годах для прокладки нефтегазопроводов через водные преграды и с тех пор получила широчайшее распространение. Современные установки ГНБ способны бурить переходы длиной до 3000 м с протяжкой труб диаметром до 1200 мм и более.

Преимущества метода ГНБ

• Минимальные нарушения ландшафта: не требуется рытьё траншей, рекультивация земель, восстановление дорожного покрытия
• Экологичность: сохранение русла рек, береговой линии, корневых систем деревьев, среды обитания
• Скорость: прокладка перехода длиной 200–500 м занимает 2–5 дней против недель при открытом способе
• Экономичность: для переходов длиной более 30–50 м ГНБ, как правило, дешевле открытого способа
• Безопасность: отсутствие открытых котлованов, минимум работ вблизи действующих коммуникаций
• Возможность работы в сложных условиях: пересечение водоёмов, автомагистралей, городской застройки

Этапы выполнения работ ГНБ

1. Пилотное бурение

Первый и самый ответственный этап. Буровая головка (пилотное долото) с навигационной системой (зонд) углубляется в грунт под заданным углом входа (8–20°), проходит по расчётной траектории и выходит на поверхность в точке выхода. Оператор контролирует положение буровой головки с помощью локационной системы и корректирует траекторию, управляя углом наклона скоса (bent housing).

2. Расширение скважины

После завершения пилотного бурения через скважину протягивается расширитель (бэк-ример), который увеличивает диаметр скважины до размера, достаточного для протяжки рабочей трубы. Обычно диаметр скважины должен на 30–50% превышать наружный диаметр трубы. При необходимости расширение выполняется в несколько проходов с последовательным увеличением диаметра.

3. Протяжка трубопровода

К головке протяжки присоединяется вертлюг (предотвращающий закручивание трубы), затем сам трубопровод. Буровая установка вытягивает трубу через расширенную скважину. Бентонитовый раствор обеспечивает смазку и поддержание стенок скважины от обрушения.

Оборудование для ГНБ

• Буровая установка ГНБ: тяговое усилие от 5 до 500 тонн (мини-ГНБ: 5–20 т, средние: 20–100 т, макси-ГНБ: 100–500 т)
• Система навигации: зонд в буровой головке + локатор на поверхности (TensTrac, DCI, Subsite)
• Смесительная установка: приготовление и подача бентонитового раствора
• Насосная станция: подача раствора по бурильным трубам давлением 30–100 бар
• Система рециклинга: очистка и повторное использование бурового раствора

Долота для ГНБ

Выбор долота для пилотного бурения ГНБ зависит от грунтовых условий:

• Лопастные долота (blade bits): для мягких грунтов — глины, суглинки, торф, рыхлые пески. Простая конструкция с режущими лопастями.
• Шарошечные долота: для грунтов средней плотности и смешанных условий — плотные глины с прослоями камней, мергели, слабые известняки. Серия WaterDrill и TechnoPro от Волгабурмаш.
• Скальные долота: для крепких пород — известняков, песчаников, гранитов. Шарошечные с ВК-вооружением или PDC, работающие с забойным двигателем.
• Комбинированные системы: долото + забойный двигатель для управления траекторией в скальных грунтах.

Расширители (бэк-римеры)

Расширители для ГНБ выпускаются в различных конфигурациях:

• Fly cutter: простой расширитель для мягких грунтов, одна или несколько режущих пластин
• Barrel reamer: цилиндрический расширитель с твердосплавными зубками для средних грунтов
• Шарошечный расширитель: с вращающимися шарошечными секциями для скальных пород

Диаметр расширителей варьируется от 150 до 1500 мм. Секции долот Волгабурмаш устанавливаются на шарошечные расширители для работы в скальных грунтах.

Буровой раствор в ГНБ

Бентонитовый раствор в ГНБ выполняет несколько функций: стабилизирует стенки скважины, транспортирует шлам к точкам входа/выхода, охлаждает инструмент, смазывает протягиваемую трубу. Типичные параметры: плотность 1,02–1,10 г/см³, вязкость 35–60 с (по Маршу), фильтрация не более 15 мл за 30 мин.

ГНБ на Ближнем Востоке

В ОАЭ, Саудовской Аравии, Катаре и Омане ГНБ активно используется для прокладки городских коммуникаций (водоснабжение, канализация, электрокабели, оптоволокно), нефтегазовых и продуктовых трубопроводов, а также при строительстве промышленных объектов. Особенность региона — преобладание скальных и полускальных грунтов (известняки, кальцилютиты), требующих применения шарошечных и PDC-долот.