ЕСВА-СНГ Русский
  • Азиатско-тихоокеанский регион

Расширение сважины в скальной породе с помощью системы направленного бурения AXIS

сен-2011

Решение проблемных ситуаций является обычным делом для опытных экспертов в области бестраншейной прокладки труб компании Midwest Mole. С момента создания в 1982 году подрядчик, расположенный в Индианаполисе, завоевал хорошую репутацию в области инноваций в проведении монтажных работ, преодолевая препятствия и бросая вызов судьбе. Поэтому, эти профессионалы в области бестраншейной прокладки без колебания принимают вызов, несмотря на признание того, что на пути они, скорее всего, столкнутся с рядом неизвестных и неожиданных трудностей.

Компания Midwest Mole была нанята генеральным подрядчиком Dudley Construction от имени заказчика Northern Kentucky Sanitation District No. 1 (SD1). Компания SD1 отвечает за сбор и очистку сточных вод, а также противопаводочные мероприятия и является второй, крупнейшей в штате, государственной канализационной службой. Районная зона обслуживания составляет примерно 220 кв. миль в трех округах северного Кентукки, при этом обслуживается более 30 муниципалитетов и нескольких территорий за пределами городской черты. SD1 осуществляет обслуживание канала раздельной системы канализации протяженностью 2575 км, более 140 насосных станций сточных вод, нескольких заводов по очистке и примерно 17 800 коллекторов ливневой канализации.

Этот проект, расположенный вблизи Флоренс, шт. Кентукки, предполагал монтаж 154,2 метровой секции диаметром 45,7 см DR11 из полиэтилена высокой плотности, которая позволила бы исключить насосную станцию и превратить существующую канализацию из напорной магистрали в самотечную. Она должна была быть установлена с уклоном 1,3%, с применением в качестве метода бурения шнекового бура. Самой большой проблемой были не уклон и не материал или, даже, не ограниченный доступ к площадке, который потребовал осуществления горизонтальной прокладки в холмистой, густо заросшей лесом местности, а, как часто бывает, самую большую проблему представлял характер грунта. После анализа проекта у Дэвида Хоуэлла (David Howell), руководителя проекта, появилась идея об альтернативном подходе.

«Это был участок, расположенный в жилой зоне, с большим количеством деревьев, на холме и очень ограниченным доступом, – говорит Хоуэлл. – Помимо этого, там была твердая скальная порода. Согласно проекту SD1 прокладка должна была осуществляться путем бурения через холм, применяя метод шнекового бурения. Ранее мы уже применяли систему направленного бурения AXIS корпорации Vermeer при выполнении другого проекта и полагали, что она может подойти и для реализации этого проекта. Нашим самым большим беспокойством было расширение канала в скальном грунте».

Как она работает
Система AXIS состоит из вакуумного силового блока, вакуумного бака и силового блока реечного механизма, а также буровой колонны и буровой головки. За пределами стартового колодца размещается высокопроизводительный жидкокольцевой вакуумный силовой блок, который используется для удаления экскавационного материала из скважины. При попадании в стартовый колодец экскавационный материал перетекает из буровой колонны в шланг диаметром 15,2 см, который ведет из стартового колодца в вакуумный бак.

За пределами колодца размещается автономный силовой блок, оснащенный дизельным двигателем мощностью 104,4 кВт и гидравлическими насосами, подключенными к реечному механизму (который располагается в стартовом колодце). С помощью этого блока также осуществляется вращение, продавливание и обратная протяжка буровой головки и колонны.

Конструкция консоли машиниста позволяет осуществлять централизованное управление различными компонентами с помощью простого в использовании интерфейса. Она состоит из монитора отображения цели, дисплея для отображения параметров, рычага для направления буровой головки, рычага управления механизмом продавливания / обратной протяжки, а также рычага управления механизмом вращения и органов управления вакуумными устройствами. Сегменты буровой колонны (длиной 2 м) закрепляются в каретке реечного механизма. Каждый сегмент имеет смотровой канал лазера и вакуумный канал, через который осуществляется удаление экскавационного материала из скважины.

Система направления имеет лазер, который определяет направление и уклон скважины, она позволяет обеспечивать высокую точность на протяжении процесса бурения. В буровой головке установлена алмазная коронка с плоским резцом, которая, при оснащении ее лазерной системой наведения, позволяет бурить скважины с высочайшей точностью и соблюдением погрешностей по уклону. На устойчивом грунте ее можно извлекать в процессе проходки, что позволяет проходчикам менять резцы в случае изменения состояния проходимого грунта.

Исключение этапа помогает повысить эффективность
Скальная порода состоит из слоев сланца с жилами, заполненными известняком толщиной от 2,5 до 12,7 см и требующих для прохода давления продавливания 827,4 бар. Кроме того, необходимо было учитывать, что воздушные линии электропередач и существующая насосная станция расположены в непосредственной близости от того места, где по проекту должен был размещаться стартовый колодец. Однако, после уточнения местонахождения канализационных труб, входящих и выходящих из насосной станции, а также сопоставления окончательных размеров для установки различных компонентов системы AXIS, Хоуэлл был уверен, что метод направленного бурения с использованием системы с лазерным наведением, был действительно самым лучшим. С этим согласились и официальные лица SD1.

«Несмотря на наше согласие, что работы можно было бы выполнить с применением шнекового бурения, мы смогли найти ряд преимуществ в пользу применения системы AXIS и представили результаты нашего анализа официальным лицам нашего клиента SD1, с которым мы сотрудничаем на протяжении длительного времени. Они были недостаточно знакомы с эти методом, но мы работали с ними по нескольким проектам в прошлом и были рады, что они поверили нашим рекомендациям и дали нам „зеленый свет“».

Хоуэлл обратил внимание на три важных фактора, которые перевесили чашу весов в пользу системы AXIS, начав со скальной породы. Изменчивость формации и перемежающиеся слои известняка и сланцевой породы затрудняли обеспечение точности бурения канала и уклона при использовании шнекового метода бурения. Согласно Хоуэллу, обеспечение точного угла уклона, часто менее 1%, является основным преимуществом системы AXIS, так как система лазерного наведения позволяет оператору постоянно контролировать процесс бурения и вносить корректировки, когда изменения плотности и твердости грунта изменяют направление буровой головки, хотя и очень незначительно.

Еще одним преимуществом системы AXIS, учитывая скальный характер грунта в северном Кентукки, а также сочетание маленького диаметра трубы, которая должна быть установлена по проекту Флоренс, является способность выполнить эту работу за одну проходку.

«При использовании метода шнекового бурения для этого бы потребовалось выполнение двух проходов, – пояснил Хоуэлл. – Сначала было бы необходимо установить обсадную колонну, а затем ввернуть внутри ее рабочую трубу. И, скорее всего, такой подход потребовал бы также, чтобы мы зафиксировали трубу на месте цементным раствором. При использовании системы AXIS этого не требуется. Кроме того, рабочая труба может быть установлена непосредственно в скважину без стальной обсадной колонны. Таким образом, мы фактически исключили один этап, как результат, мы сократили затраты времени и расходы».

Midwest Mole использовала трехшарошечное долото (34,3 см) для пилотной скважины и достигла средней производительности проходки 4,3 метра в час в этой сложной комбинации слоев скальной формации. После того, как труба из полиэтилена высокой плотности была сварена и установлена со стороны выходного отверстия, пришло время столкнуться с неизвестным и начать предусмотренный проектом этап расширения.

Одна из неизвестных касалась способности системы AXIS выполнить расширение в сложном грунте, состоящем из известняка, сланцевой породы и породы высокой плотности, ведь при работе на предыдущих проектах рабочий трубопровод просто протягивался обратно по скважине. Команда Хоуэлла выбрала трехшарошечную буровую головку (48,9 см) для продвижения по скважине 154,2 м. Параметры инструментов считались эффективными для удаления грунта и позиционирования расширителя при обратной протяжке.

«Система AXIS тогда впервые использовалась для выполнения расширения в скальном грунте, поэтому в начале были пробы и ошибки, – сказал Хоуэлл. – Во время проходки мы сделали ряд корректировок для определения расстояния между резцами, обеспечивающими оптимальные размеры измельченного материала, что гарантировало более эффективную работу расширителя. Мы прикрепили вытягивающую головку к задней части расширителя с помощью вертлюга, что помогало очищать скважину, поэтому мы протягивали трубу одновременно с расширением скважины. Мы использовали стандартную конструкцию расширителя с изготовленными под заказ шарошечными буровыми головками».

Нервы спокойны, в историю вошли
Хоуэлл признал, что перед обратным протягиванием был ряд моментов, которые заставили понервничать. «Нам было известно, что мы продумали проект максимально тщательно, но, тем не менее, было несколько напряженных моментов, когда пришло время расширения, – отметил Хоуэлл. – Представитель корпорации Vermeer присутсвовал на месте проведения работ, чтобы поддержать нас и, естественно, всегда волнительно делать что-то впервые, но, в конце концов, все прошло замечательно. Нам пришлось сделать несколько регулировок, но к концу рабочего дня установка начала расширять скважину в скальном грунте очень хорошо, и мы остались довольны этими результатами. Средняя производительность расширения составила 2,4 метра в час».

Хоуэлл и его команда с нетерпением ожидают новой возможности пробурить землю и войти в историю по еще одному проекту бестраншейной прокладки труб. Однако, в тот момент знающие профессионалы Midwest Mole испытывали чувство удовлетворения от успешной прокладки еще одной исторической скважины, но еще больше они были довольны укреплением взаимоотношений с клиентом.

«Мы гордимся большим количеством успешно выполненных проектов монтажа, – сказал Хоуэлл. – Но еще большее чувство гордости у нас вызывают отношения доверия и надежности, которые нам удалось установить с клиентами, такими как SD1. Мы рисковали при выполнении этого проекта, но, к счастью, все прошло хорошо, т.е. они [SD1] были вполне довольны результатами. Фактически, владелец составил краткий отчет о проекте и использовании системы AXIS. Одним из ключевых аспектов для нас было признание ими, что проект мог бы быть выполнен с применением шнекового бурения, но с меньшей эффективностью и за больший срок. Именно это выгодно отличает систему AXIS».