Перспективы развития технологии и техники горизонтально-направленного бурения пилотных скважин для бестраншейной прокладки трубопроводов

Abstract

Актуальность. В процессе реализации технологии горизонтально-направленного бурения скважин нередко возникают проблемы, связанные с необходимостью преодоления включений или горных пород высокой твердости, что требует использования рационального способа разрушения их ударом. Однако существующие ударные механизмы современных буровых установок формируют силовые импульсы нерациональной формы, не учитывающей свойства горной породы к сопротивлению для её разрушения. Такая форма силовых импульсов и кратковременность их воздействия на горную породу снижает глубину внедрения в нее коронки, формируя волну растяжения, разрушающую буровой инструмент, прежде всего соединения бурильных труб. В связи с этим возникла необходимость в научном обосновании и разработке принципиально нового формирователя силовых импульсов, соответствующих процессу сопротивления горной породы внедрению в нее породоразрушающего инструмента, а также резьбовых соединений бурильных труб, учитывающих волновой характер распространения силовых импульсов по бурильной колонне. Цель: научное обоснование и разработка принципиально нового формирователя силовых импульсов в бурильной колонне, учитывающего характер изменения сопротивления внедрению породоразрушающего инструмента в грунт, и новой конструкции резьбовых соединений бурильных труб, учитывающей волновой характер распространения через них энергии силовых импульсов на забой применительно к бурению пилотной скважины при бестраншейной прокладке трубопроводов. Объекты: технология и техника процесса горизонтально-направленного бурения пилотных скважин с использованием энергии силовых импульсов, распространяющихся по бурильной колонне. Методы: обобщение и анализ научно-технической информации; методы теоретической и прикладной механики; тензометрирование процессов передачи упругих волн деформаций на стенде, имитирующем искусственные скважины; математическое моделирование работы системы формирования силовых импульсов и процесса распространения их через резьбовые соединения бурильной колонны. Результаты. Приведен обзор способов бестраншейной прокладки трубопроводов. Определены перспективы совершенствования технологии и техники горизонтально-направленного бурения пилотных скважин как начального этапа технологии бестраншейной прокладки трубопроводов. Предложены технические решения по совершенствованию технологии и техники горизонтально-направленного бурения пилотных скважин, обеспечивающих существенное увеличение механической скорости проходки скважины.

The relevance. In the process of horizontal directional drilling, it is often necessary to overcome solid inclusions or hard rocks, that requires the use of a rational way of their destruction by an impact. However, the existing percussion mechanisms of modern drill rigs form power impulses of irrational form, which do not take into account the properties of the rock to resist destruction. This form of power pulses and the short duration of their impact on the rock reduces the drilling deeper, forming a tensile deformation wave that destroys the drilling tool. Therefore, there was a need for scientific substantiation and development of a conceptually new technique to improve the technology of pilot bores horizontal directional drilling. The main aim of the research is scientific substantiation and development of a fundamentally new former of power impulses in the drill string, taking into account the behavior penetration resistance into the rock, and new design of thread joints of drill pipes, taking into account the wave nature of the power impulses propagation through them for pilot bores horizontal directional drilling. Object: facilities of horizontal directional drilling of pilot wells using the energy of power pulses propagating through the drill string. Methods: review and analysis of scientific and technical information; methods of theoretical and applied mechanics; strain measurement of the drill string during elastic deformation waves propagation via a bench simulating artificial bores; mathematic simulation of the power pulses forming system and the process of their propagation through thread joints of the drill string. Results. The paper introduces the overview of trenchless technology. The authors have identified the prospects for improving the technology of horizontal directional drilling of pilot bores as the initial stage of trenchless pipe laying technology and proposed the techniques to improve the horizontal directional drilling of pilot wells, providing a significant increase in penetration drilling rate.