Успешный ввод в эксплуатацию установки ГНБ Herrenknecht HK150T

22 января 2014 года

Об истории проекта

Ситуация, связанная с появлением на свет данного проекта в г. Калуге, является достаточно распространенной для современной России и имеет немало аналогов в других регионах. Речь идет о необходимости экстренного обеспечения необходимой коммунальной инфраструктурой динамично развивающихся городов и, в первую очередь, новостроек. Необходимость решения этой задачи во многом подтверждает официальное название проекта: «Строительство меж-поселкового газопровода к микрорайону «Правгород», г. Калуга, переход через р. Оку методом наклонно-направленного бурения».  Калужский «Правгород» – поселок городского тип, в архитектурном ансамбле которого местные власти отдали предпочтение «малоэтажному строительству» в попытке решения пресловутой жилищной проблемы областного центра.

По состоянию четвертый квартал 2013 г. строительство жилых домов шло полным ходом. Здесь отрадно отметить, что решение комплекса задач по обеспечению будущего поселка необходимой инфраструктурой не было отложено «на потом», что случается достаточно часто, а воплощалось в жизнь опережающими темпами. Кстати говоря, городские власти уделяют этому вопросу самое пристальное внимание.

В данном контексте газоснабжение строящегося поселка стояло особняком. И не только потому, что этот процесс по традиции является наиболее сложным и ответственным. Помимо всего прочего, здесь имеют место внушительные объемы строительно-монтажных работ, а следовательно, под давлением находятся сроки сдачи объекта. 

Дело в том, что обеспечение газом межпоселкового газопровода должно осуществляться посредством забора голубого топлива из магистрального газопровода, проходящего в нескольких десятках километров от города на правом берегу р. Оки. Именно это обстоятельство стало «узким местом» в намеченных планах строительства межпоселкового газопровода – необходимость сооружения подводного перехода выглядела более чем очевидно.

Так появился на свет проект по пересечению р. Оки.

Генеральным подрядчиком строительства выступило ООО «СТРОЙГАЗМОНТАЖ», подрядчиком по сооружению подводного перехода газопровода — ООО «Волгоспецмонтаж», г. Саратов. К основным характеристикам подводного перехода можно отнести следующие параметры:

• протяженность трассы — 525 м;
• максимальная глубина заложения трассы — 22 м;
• диаметр трубы — 426 мм (сталь, толщина стенки 17 мм);
• изоляция трубы — «полипропилен» в заводском исполнении (толщина 3,5 мм).

Для полного представления особенностей сооружения перехода необходимо привести имевшиеся в нашем распоряжении данные инженерных изысканий района строительства.  В плане топографии, можно сказать, что все сложилось достаточно удачно. Ширина р. Оки в месте пересечения трассой колебалось в диапазоне 120-160 м. Несмотря на то, что и левый, и правый берег имели значительную крутизну, возможность выбора места, где точки входа и выхода имели бы несильно различающиеся высотные отметки (отсутствовал перепад высот) имелись.

Например, если бы переход необходимо было построить ниже по течению реки на участке Коломна-Нижний Новгород, где правый берег — холмистый с высотой до 60 м от уровня водного зеркала, а левый – сплошь Мещерская низменность с необъятными заливными лугами, задача значительно усложнялась.

Однако, по завершении анализа горно-геологических условий, в частности, физико-механических свойств вмещающих проектную трассу перехода грунтов, говорить о каком-либо везении не приходилось. В точке входа на левом берегу реки (равно,  как и в точке выхода на правом берегу) с увеличением глубины плотные суглинки, выходящие на поверхность, сменялись среднезернистыми песками, а наиболее протяженный горизонтальный участок непосредственно в русловой части был сложен прочными известняками. Причем, степень трещиноватости известняков изменялась на различных участках от монолита до сильно-трещиноватых образований, скорее напоминающих залежи плотного гравия.

Как следует оценивать данный переход с точки зрения практики «большого бурения»? Насколько его следует признать простым или сложным? Предлагаем пока не торопиться с ответом на этот вопрос, исходя из того, что каждый проект имеет свои особенности. Тем более, что безупречное выполнение буровых работ в Калуге было приоритетной, но не единственной задачей специалистов ООО «Волгоспецмонтаж», о чем речь пойдет далее. А в защиту точки зрения, что объект был не совсем простым, приведем следующий аргумент: две компании, бравшиеся за строительство перехода до нашего появления на объекте, со своей задачей не справились, потерпев фиаско.

«С места в карьер»

В силу независящих от нас обстоятельств подготовку к выполнению буровых работ на объекте в г.Калуге пришлось начинать, когда на дворе уже стоял ноябрь — календарный месяц, неустойчивый в плане сюрпризов погоды в средней полосе России. Ситуация складывалась таким образом, что заказчик был крайне заинтересован в скорейшем завершении строительства перехода, да и нам, как подрядной организации, несущей всю полноту ответственности за прокладку дюкера газопровода под р.Окой, начинать готовится в бурению «в зиму» было нежелательно по понятным причинам.

В этой связи подготовительные работы пришлось выполнять, как говорится, «не торопясь, но поспешая»: с одной стороны хотелось использовать последние погожие дни, с другой – обеспечить высокое качество, памятуя о том, что в «большом бурении» мелочей не бывает. Работа по устройству стройплощадок на обоих берегах стартовала и проводилась синхронно. В районе точки входа обустройство стройплощадки включало ограждение территории и планировку поверхности, размещение бытового комплекса и укладку ж/б дорожных плит.

На ограниченной площадке также разместились смесительный узел с временным складом компонентов для бурового раствора, силовой агрегат, НВД. наконец, зона буровой установки включала площадку для машины Herrenknecht HK150T, контейнер управления и временный склад буровых штанг. Для ведения работы в темное время суток было организовано искусственное освещение строительной площадки. Компоновка отдельных блоков и узлов была выполнена таким образом, чтобы обеспечить максимальный комфорт и эффективность выполнения каждой технологической операции, а также взаимодействие всех подразделений в процессе ведения буровых работ, включая доставку и перемещение грузов. Буровая установка НК150Т была тщательно выставлена в заданное положение и закреплена в заранее возведенное металлическое шпунтовое ограждение.

Одновременно на противоположном берегу был установлен просторный ангар для удобства выполнения мелких ремонтных работ, организованна подача электроэнергии. Стальные трубы были состыкованы в единую плеть, после чего готовый дюкер был размещен на роликовых опорах и геометрически выставлен точно в соответствии с направлением оси будущей скважины. До начала выполнения буровых работ готовность всех механизмов была проверена самым тщательным образом. Кроме того, рабочий и инженерный персонал, который должен принимать участие в реализации проекта был исчерпывающе проинструктирован в отношении персональных задач и системы взаимодействия на рабочем объекте.

Задача — идеальная скважина!

Пилотное бурение на объекте стартовало 09.11.2013г. Задача, которую мы поставили всем без исключения участникам строительства перехода, выглядела лаконично — скважина должна быть идеальной. Причем, это касалось всех параметров: соответствия геометрии проектной оси, «чистоты» (удаления продуктов бурения), соблюдения формы поперечного сечения и устойчивости на всех участках.

С учетом того обстоятельства, что в плане качества готовой скважины пилотное бурение является во многом определяющей проходческой операцией, отношение к ее выполнению на месте было соответствующим. Решение по выбору бурового инструмента для пилотного бурения было принято исходя из главной особенности трассы — ее наибольшая часть проходила в прочных известняках. В этой связи в работе была использована шарошечная буровая головка типа tri-cone диаметром 300 мм с одной форсункой для подачи бурового раствора.

Столь значительный диаметр буровой головки был принят, исходя из условия необходимости обеспечить нужную циркуляцию бурового раствора и, одновременно, эффективный вынос продуктов бурения, в особенности на значительном расстоянии от точки входа. Целью использования одной форсунки было исключить избыточный расход бурового раствора в забойной зоне. В колонне следовало поддерживать давление, необходимое для того, чтобы форсунки не забивались обломочной породой. Давление зависит от расхода бурового раствора, диаметра и количества форсунок. Так как на особо сложных участках скорость проходки снижалась, это означало, что необходимо снижать подачу бурового раствора до рациональных значений. Но при трех рабочих форсунках минимальный порог подачи раствора был слишком велик для низкой скорости проходки. Поэтому было принято решение заглушить две из трёх форсунок, что позволило увеличить поле для манёвра и при любых обстоятельствах использовать рациональный режим подачи раствора.

Темпы пилотного бурения варьировались в зависимости от грунтовых условий проходимого участка. При этом на отдельных интервалах для продвижения буровой головки приходилось прибегать к проталкивающему усилию буровой машины НК150Т значением до 30 т. В качестве средства локации использовалась система навигации SNS-100. Исходя из данных показаний приборов, пилотную скважину удалось пройти практически идеально, без отклонений в плане/профиле от заданной оси проектной трассы. На выполнение этой операции потребовалось пять рабочих смен (2,5 сут).

Расширение пилотной скважины до проектного диаметра осуществлялось в два этапа: сначала до 400 мм, затем до 600 мм. В обоих случаях применялся шарошечный ример, предназначенный для работы в скальном грунте. С первым этапом расширения удалось справиться за две смены, второй этап (до 600 мм) занял не намного больше времени. В целом, процесс расширения скважины прошел в штатном режиме. Для того, чтобы снять последние сомнения в том, что готовая скважина близка к идеалу, было решено выполнить заключительную операцию по очистке ствола. Для этого был использован ример диаметром 600 мм.

Когда удалось убедиться в том, что из скважины удалены остатки шлама, после дополнительного обследования было принято решение о полной готовности к протяжке дюкера газопровода.  Причем, исходя из единодушной высокой оценки качества выполненных буровых работ, все сошлись во мнении, что на завершающем этапе машина НК150Т не использует и трети своих возможностей в плане необходимого тягового усилия.

Не обошлось без добавок

Рецептура бурового раствора рассчитывалась исходя из постановленной задачи с учетом характеристик грунтового массива, вмещающего проектную трассу проходимой скважины, о которых уже говорилось. Проблемными участками в нашем случае следует считать интервалы, проходимые в песке, и самое главное, в протяженном горизонтальном отрезке трассы, представленном известняками различной степени трещиноватости.

В качестве базового компонента бурового раствора был выбран бентонит UNI-GEL американского производства. Параметры и свойства раствора регулировались посредством использования добавок UNI-VIS (биополимер) и UNIPAC (полианионная целлюлоза). Расход бентонита составил 25 кг/м³; концентрация добавок варьировалась от 200 до 300 г/м³ (UNI-VIS) и от 200 до 500 г/м³ (UNIPAC) в зависимости от условий прохождения конкретного участка трассы.

Инженер по буровым растворам ГК «ЮНИРУС» Аминов Руслан

Обоснование выбора представленных добавок, регулирующих свойства бурового раствора, заключается в следующем:

• UNI-PAC должна забирать свободную воду и, таким образом, препятствовать проникновению бурового раствора за пределы контура скважины, что особо актуально при проходке участков, представленных песками;
• UNI-VIS — должна способствовать очищению ствола скважины от продуктов механической разработки обломочной породы буровым инструментом, а также препятствовать их осаждению во время технологических перерывов (замена буровых штанг и т.д.).

Обеспечение рациональных параметров ведения буровых работ (обеспечение эффективного выноса продуктов бурения из ствола скважины при достижении расчетных темпов проходки) осуществлялось за счет изменения производительности подачи бурового раствора в диапазоне от 300 до 750 л/мин. Очень хорошо проявила себя в работе новая смесительная установка (НСУ), имеющая ряд позитивных конструктивных отличий от аналогов, используемых в «большом бурении». В традиционном варианте, как правило, НСУ состоит из непосредственно зоны смешивания и буферной емкости для хранения компонентов.

В нашем случае компоновка выполнена из емкости объемом 20 м³ (с возможностью разделения на две емкости по 10 м³) и двух насосов, один из которых был использован в качестве «подпорного» при подаче готового бурового раствора к HВД. Возможность разделения емкости на две автономных, равных по объему, позволяет, например, выполнять замес в одной из них и вести подачу бурового раствора из другой. В случае необходимости можно при замешивании использовать общий объем – 20 м³. При этом осуществлять подачу можно с помощью любого из двух имеющихся в конструкции насосов из левой или правой части смесительной установки, что, в свою очередь, обеспечивает большой диапазон возможностей для маневра в процессе ведения буровых работ.

На одном дыхании

Рано утром 26.11.2013 г. на объекте началась завершающая стадия подготовки к протяжке дюкера. На стройплощадке в точке выхода колонна буровых штаг была соединена с расширителем, который, в свою очередь, был заранее состыкован с рабочим концом плети трубопровода через вертлюг. Далее прошли последние организационные мероприятия, в ходе которых мы имели возможность убедиться, что все готово к выполнению завершающей технологической операции.

В 12:50 прозвучала команда «Старт»! Через несколько минут оголовок дюкера не спеша занял заданное положение, углубившись внутрь скважины. Единственным неудобством в этот день стала погода, которая на протяжении двух последних недель буквально радовала необычным для того времени года теплом и стабильностью. Но буквально накануне начался сильный продолжительный дождь при температуре 0..+ 2 °С при резком северо-восточном ветре порывами до 20 м/с. Чувствовалось, что зима делала последнее предупреждение. Хотя данное обстоятельство усложнило работу, но повлиять на конечный результат уже не могло: за годы, проведенные специалистами ООО «Волгоспецмонтаж» в полях, погодные условия бывали и хуже. Причем намного.

Вернемся к протяжке трубопровода. Здесь все шло в полном соответствии с выполненными заранее расчетами, и общая картина выглядела следующим образом: со стороны буровой установки извлеченные штанги монотонно укладывались рядом с машиной, а на противоположном берегу дюкер плавно скользил по роликовым опорам, быстро «уменьшаясь в длине» на поверхности. Забегая вперед, надо отметить, что по-другому не могло быть. Как уже отмечалось, абсолютно все были уверены в конечном успехе. Скважина была построена практически идеально — на каждой из выполненных промежуточных стадий (пилотное бурение, промежуточное расширение и протяжка) все было выполнено безупречно, без единой помарки и в полном соответствии с условиями проекта.

В нашем случае уместна пословица «худо без добра не бывает»: пришлось «помучиться» при бурении в известняке, но в результате получили устойчивую готовую скважину в скальном грунте, за «сохранность» которой можно было не волноваться. Нагрузка на буровую установку росла плавно, ожидаемо увеличившись при начале прохождения участка подъема, и, в общем случае, не превышала значения 20-25 % от установленной мощности машины HK150Т. Вечером в 17:15 протяжка дюкера под р. Окой была успешно завершена, а спустя буквально две минуты дождь перешел в снег, и температура воздуха стала уверенно набирать «минус». Но это уже было неважно.

Давайте подведем некоторые итоги строительства перехода. Вынуждены немного повториться, но в первую очередь необходимо отметить, что успешное выполнение прокладки дюкера под рекой стало следствием правильного выполнения всех отдельных видов работ, включая подготовку. Задействованная на объекте техника отработала без малейших нареканий. По понятным причинам выделяем буровую установку HK150Т — превосходная машина! Её главные достоинства — надежность, доступность в эксплуатации и обслуживании, комфорт в ходе управления оператором. Мы уверены, что все понимают — переход в г. Калуге во многом был для этой машины пуском в эксплуатацию, своего рода, «пробой пера». На самом деле её возможности намного шире. В этом нам предстоит убедиться в ближайшее время.

В самом начале мы говорили, что успешная реализация проекта в г. Калуге для нас не являлась единственной целью. Были и другие задачи. В качестве приоритета здесь следует выделить необходимость освоить технологию, с чем мы успешно справились на объекте. Вопрос обязательного освоения «большого бурения» ставился в компании ООО «Волгопецонтаж» задолго до начала выполнения работ. До сегодняшнего дня в нашей практике имелся опыт эксплуатации буровых установок класса «mini» и «midi». Но существует огромная разница между «большим бурением» и работой с упомянутыми машинами; состоящая в величине рисков, уровне ответственности за конечный результат, внутрикомандным и внешним взаимодействием, словом, в самом понятии «технологии».

Решить весь комплекс сложных вопросов, связанных с освоением «большого бурения» своими силами было бы очень сложно и отняло бы у предприятия много сил и времени. И мы благодарны нашим партнерам — ГК «ЮНИРУС» — официальному эксклюзивному представителю компании Herrenknecht AG в России и странах СНГ за всестороннюю поддержку на всех этапах нашего нового направления. В ходе командировки в Германию для посещения крупнейшей международной строительной выставки BAUMA-2013 мы имели возможность ознакомиться с буровой техникой различных производителей. Но приглянулась именно машина HK150Т, как наиболее соответствующая производственным задачам и удобная в обслуживании. ГК «ЮНИРУС» обеспечила нам возможность ведения переговоров с руководством завода, которые далее продолжились в Шванау. Все происходило открыто, исчерпывающе в информационном плане. Кроме того, наши партнеры предложили собственный вариант таможенной очистки машины, что оказалось экономически более целесообразным, чем аналогичная процедура у нас в г. Саратове.

Однако, машина — это еще далеко не вся технология. Одним из наших основных условий была комплексная поставка техники, оборудования и инструмента, необходимого для эффективного выполнения буровых работ. В этой связи ГК «ЮНИРУС» поставила нашему предприятию помимо машины НК150Т: комплект буровых штанг диаметром 5.1/2 дюйма (100 штук — 1000 м, плюс «немагнитную» штангу), силовой агрегат, контейнер управления, смесительную установку, автономный гидравлический агрегат, шламовый насос, буровой инструмент.

Также надо обязательно отметить техническую поддержку нашей компании со стороны казанских партнеров, которая оказывалась на протяжении всего времени. Непосредственно на объекте в г. Калуге буровые работы велись под патронажем инженера-механика завода Herrenknecht AG Андреаса Кербера а все вопросы, связанные с нюансами применения бурового раствора на объекте курировал инженер по буровым растворам ООО «Волгаспецстрой» (ГК ЮНИРУС) Р.Ф.Аминов.

В заключение в качестве главного итога необходимо отметить тот факт, что по результатам успешного завершения строительства перехода через р. Оку, можно говорить о достижении поставленного стратегического для компании результата — освоении нового направления, связанного с выполнением сложных проектов методом ГНБ.

Это может быть подтверждено следующими положениями:

• В техническом плане удалось освоить работу сложного оборудования, составляющего буровой комплекс для объектов «большого бурения».
• В организационном плане была налажена тактика взаимодействия подразделений и отдельных специалистов: мы имеем представление о том, какие требования следует предъявлять к себе, как к руководству компании, что и в каких объемах спрашивать с подчиненных.
• В финансово-экономическом плане мы получили возможность аргументированно обосновывать свою ценовую политику в ходе переговоров с заказчиками, включая необходимость учета возможных рисков в ходе предстоящего бурения.

И последнее. Нам очень приятно осознавать, что успешное завершение строительства первого сложного перехода, выполненное установкой ГНБ класса «mega» — НК150Т, буквально совпало с датой десятилетнего юбилея нашей компании. Согласитесь, это хороший подарок для каждого сотрудника!

Статья опубликована по материалам журнала «РОБТ», фотографии - Нильва С.Э.