СПОСОБ БЕСТРАНШЕЙНОЙ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF TRENCHLESS LAYING OF PIPELINES AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к бестраншейным способам прокладки и замены трубопроводов с использованием рукавной технологии и подготовкой рукава на месте. Может быть использовано на горных и строительных объектах при невозможности прокладки прямолинейных трубопроводов и кабелепроводов, преимущественно в нескальных грунтах.
Существует проблема бестраншейной прокладки гибких трубопроводов и кабелепроводов сложной конфигурации в скважинах повышенной кривизны.
Известны бестраншейные способы ремонта трубопроводов, включающие очистку и выравнивание стенок старой трубы или удаление старой трубы и введение новой гибкой, например, полиэтиленовой трубы. [К качественной санации ветхих подземных трубопроводов. Отставнов А.А., Примин О.Г., Хренов К.Е., Орлов В.А., Харькин В.А. Сантехника, отопление, кондиционирование. 2012. №1 (121). С. 32-40]. Например, известен способ Compact Pipe, в котором полиэтиленовую трубу перед введением в скважину предварительно размягчают горячим паром, а после введения (протаскивания) наполняют сжатым воздухом с избыточным давлением для восстановления круглого сечения.
Известен способ прокладки при бестраншейном ремонте трубопровода методом санации внутренними рукавными покрытиями, наносимыми путем выворота при помощи пневматического или гидравлического давления, и нанесения облицовки, например, цементно-песчаной на внутреннюю поверхность рукава [Бестраншейная санация трубопроводов путем формирования цементных покрытий с использованием торовых внутритрубных приводов. Давыденко О.В., Акиншина А.В. Механизация строительства. 2012. №4. С. 10-14. http://elibrary.ru].
Указанные известные способы введения в скважину гибких труб и рукавов предназначены для реновации или реконструкции старых труб, включающих их очистку, удаление или разрушение, что обусловливает снижение технологических возможностей.
Прототипом изобретения является способ бестраншейной прокладки трубопроводов [Пат. СССР №1276769 А1, Способ бестраншейной прокладки трубопроводов, 1986 г.], включающий бурение пилотной дугообразной скважины, расширение, введение трубопровода. Последовательно вводят методом обратного затягивания или проталкивания части трубопровода - плети.
Недостатки изобретения связаны со следующим:
1) существуют ограничения кривизны траектории прокладки труб из-за низкой гибкости применяемых буровых труб и трудностей последующего ввода эксплуатационного трубопровода;
2) применяемое оборудование в виде поршня не исключает значительных воздействий на скважину, связанных с силами трения и другими сопротивлениями при протяжке трубы;
3) в ходе реализации способа идет повышенный расход бурового раствора;
4) требуется наличие больших по площади бурильной и трубопроводной площадок;
5) имеется необходимость соблюдения определенного угла ввода трубопровода в скважину.
6) существует необходимость многоразового последовательного прохождения буровой головки между концами захватки для формирования требуемого диаметра скважины;
7) значительные капитальные и эксплуатационные затраты на возведение трубопровода вследствие использования металлических или полимерных труб.
В целом, прототип характеризуется сниженными технологическими возможностями при бестраншейном возведении трубопроводов и кабелепроводов сложной конфигурации в скважинах повышенной кривизны.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей способа бестраншейного возведения трубопроводов и кабелепроводов.
Известно устройство [Пат. РФ №2439420 С2, Устройство для воздушного инвертирования и парового отверждения вкладыша, отверждаемого в месте эксплуатации, 2012 г.], имеющее уплотнение с низким коэффициентом трения, расположенное между движущимся вкладышем (рукавом) и неподвижным сальником инвертирования. Сальник регулируется множеством пальцев, которые перемещаются по существу перпендикулярно инвертируемому вкладышу, для того чтобы зацепляться с движущимся вкладышем при его прохождении через сальник. После того как сальник заранее заданной формы отрегулирован, давление на движущийся вкладыш не увеличивается. Когда вкладыш достигает удаленного конца трубопровода, он входит в шаблон и трубу для проделывания отверстия, снабженную сальником выпускной трубы и выпускной трубой, и прокалывается жестким инструментом для проделывания отверстия. Затем во вкладыш поступает пар для отверждения смолы и выпускается через выпускной шланг, присоединенный к инструменту для проделывания отверстия. После отверждения пар замещается воздухом для охлаждения вкладыша, и концы отрезаются для возобновления эксплуатации существующего трубопровода.
Недостатки изобретения связаны с невозможностью формирования изотропной многослойной композитной оболочки, так как, по крайней мере один из слоев оболочки на момент ввода должен быть герметичным, невозможностью формирования толстых многослойных оболочек за минимальное число проходов рукава, невозможностью одновременного формирования трубной конструкции с отдельными трубами для одновременной транспортировки различных агентов.
Прототипом является пневматическое устройство [Пат. СССР №535642 А1, Пневматическое устройство для затягивания кабельных изделий в трубопроводы, 1976 г.], содержащее поршень из эластичного материала в виде полого перекатывающегося кольца (тор-опалубки) в центральном отверстии которого размещен зажатый внутренними стенками трос, конец которого закреплен на заглушке.
Недостатки изобретения связаны с невозможностью ввода внутрь трубной конструкции сплошных рукавных многослойных оболочек, что обусловливает снижение технологических возможностей устройства.
Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства по формированию многослойных, в том числе, изотропных оболочек за минимальное количество проходов, а так же создание трубных конструкций с отдельными трубами для обеспечения параллельной транспортировки различных агентов.
Задача решается тем, что в способе бестраншейной прокладки трубопровода, включающем бурение пилотной скважины, ее расширение, уплотнение и ввод трубы, согласно изобретению, в скважину одновременно с обратным ходом буровой головки с расширителем водят гибкий рукав импрегнированный полимерным термореактивным связующим в вязко-текучем состоянии с возможностью образования после отверждения в скважине трубчатой конструкции. Рукав вводится отдельно при помощи тороидальной гибкой опалубки (тор-опалубки). Тор-опалубка наполнена воздухом или жидкостью и размещена коаксиально внутри рукава, в области фронта его выворота наизнанку и перемещается посредством гидравлического или пневматического давления, создаваемого устройством для затягивания изделий в трубопроводы.
Для создания гидравлического давления внутрь однослойного рукава, импрегнированного полимерным связующим, через устройство для затягивания изделий в трубопроводы от насоса подается жидкость, которая выворачивает рукав наизнанку, продвигая его вперед.
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей бестраншейного возведения трубопроводов и кабелепроводов сложной конфигурации, в т.ч. содержащих сложные разветвления, в скважинах повышенной кривизны посредством образования трубчатой конструкции непосредственно в скважине.
Задача решается тем, что в устройстве для затягивания изделий в трубопроводы, содержащем поршень из эластичного материала в виде полого перекатывающегося кольца (тор-опалубки), согласно изобретению, тор-опалубка размещается коаксиально внутри рукава, в области фронта его выворота наизнанку, а для последовательного ввода слоев рукава в скважину путем создания в рукаве пневматического давления от компрессора подают сжатый воздух, пар или газ через устройство, в виде обечайки, имеющей прямоугольное или конусообразное сечение, на одном конце которой закреплены и разделены между собой перегородками, обжимные манжеты из эластичного материала, в виде тороидов, внутрь которых через переходники по шлангам подведена подача сжатого воздуха от компрессора, обеспечивающего определенное давление в манжетах, а на другом конце обечайки крепятся через клиновидное уплотнение вывернутый на изнанку рукав, внутрь которого через переходник, закрепленный на обечайке, по шлангу подведена подача рабочего агента, обеспечивающего перемещение рукава в ходе его выворота наизнанку.
В устройстве для затягивания изделий в трубопроводы, согласно изобретению, заглушка выполнена в виде обечайки и состоит из соединенных между собой с помощью разъемного соединения трех сборочных единиц, тоже в виде обечаек, одна из которых имеет обжимные манжеты, другая имеет клиновидное уплотнения для крепления рукава его вывернутой частью, а между ними размещается центральная обечайка с приваренными к ней патрубками такого же либо меньшего диаметра, к которым через соединение с направляющим рукавом крепятся устройства для затягивания изделий в трубопроводы.
Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей устройства по формированию многослойных, в том числе, изотропных оболочек за минимальное количество проходов, а так же создание трубных конструкций с отдельными трубами для обеспечения параллельной транспортировки различных агентов.
Сущность заявленного устройства иллюстрируется графическими материалами, на которых:
на фиг. 1 схематично изображен процесс бурения пилотной скважины;
на фиг. 2 схематично изображен процесс ввода рукава;
на фиг. 3 схематично изображен процесс ввода рукава с кабелем в скважину;
на фиг. 4 схематично изображена симметричная двуствольная насадка;
на фиг. 5 схематично изображена симметричная четырехствольная насадка;
на фиг. 6 схематично изображена асимметричная трехствольная насадка;
на фиг. 7 схематично изображена композиционная труба в разрезе;
на фиг. 8, 10 схематично изображен трубопровод с тремя и четырьмя внутренними трубами одинакового диаметра и одним кабелем по середине, полученный с применением симметричной насадки;
на фиг. 9 схематично изображен трубопровод, полученный с применением асимметричной насадки;
на фиг. 11, 12 схематично изображен процесс расширения рукава.
Для последовательного ввода слоев рукава устройство 8 для затягивания изделий в трубопроводы (фиг. 2) представляет собой обечайку, имеющую прямоугольное или конусообразное сечение, на одном конце которой закреплены и разделены между собой перегородками 17 (фиг. 3), обжимные манжеты 16 из эластичного материала. Обжимные манжеты выполнены в виде тороидов, внутрь которых через переходники 15 по шлангам подведена подача сжатого воздуха или газа от компрессора 6 (фиг. 2), обеспечивающего определенное давление в манжетах 16. На другом конце обечайки крепятся через клиновидное уплотнение 24 вывернутый за изнанку конец рукава 5. Не вывернутая часть рукава 5 зажимается внутренними стенками центрального отверстия тор-опалубки 28 в виде полого перекатывающегося кольца из резиновой оболочки, покрытой тканевой покрышкой. Во внутрь рукава через переходник 21, закрепленный на обечайке, по шлангу подведена подача рабочего агента от компрессора или насоса 12, обеспечивающего перемещение тор-опалубки 28 и рукава 5 в ходе его выворота наизнанку.
Для ведения параллельного ввода слоев в скважину устройство для затягивания изделий в трубопроводы в виде обечайки состоит из соединенных между собой с помощью разъемного соединения трех сборочных единиц, тоже в виде обечаек 18, 22, 23. Обечайка 18 имеет обжимные манжеты 16, другая обечайка 23 имеет клиновидное уплотнения 24 для крепления вывернутого за изнанку конца рукава 5. Между обечайками 18 и 23 размещается центральная обечайка 22 с приваренными к ней патрубками такого же либо меньше диаметра обечайки. К патрубкам центральной обечайки 22 через соединение с направляющим рукавом 11 крепятся аналогичные рукавно-торовые агрегаты, обеспечивающие выворот рукава 25 диаметром, соответствующим диаметру патрубка. Патрубки центральной обечайки 22, к которым устройство для затягивания изделий в трубопроводы не закреплен, заглушены крышками 20.
В зависимости от количества патрубков одинакового диаметра, приваренных через одинаковое угловое расстояние к центральной обечайке 26, называемой так же насадкой, она может представлять собой симметричную двух- или четырехствольную деталь или, по другому, политрубную двух- или четырехствольную насадку (фиг. 5, 6). Если к центральной обечайке 22 приварены патрубки разного диаметра, то такая деталь представляет собой асимметричную насадку (фиг. 6). Использование подобных насадок приводит к образованию трубопровода с несколькими внутренними трубами 5, 25, 29, 31, 32 (фиг. 7), например, размещенными вместе с кабелем 30 (фиг.8, 9, 10).
Способ реализуют следующим образом. Проводят подготовительные и планировочные операции. Бурят пилотную скважину 1 при помощи буровой головки 2 с использованием установки горизонтально-направленного бурения 4 или колтюбинговым буровым агрегатом с вращающейся гибкой трубой 3. Расширяют скважину при помощи расширителя прямым и обратным ходами, (Фиг. 1). Поверхность стенки скважины может быть выполнена гладкой или со спиралевидным профилем, оставшимся после бурения. Готовят гибкий рукав. Покрывают рукав полимерным термореактивным составом путем его пропитки в ванне или наполнения его внутренней поверхности. Происходит импрегнирование ткани рукава. Рукав доставляют на объект строительства в пропитанном полимерной композицией состоянии в рефрижераторе или пропитывают непосредственно на месте ввода в скважину. Одновременно с обратным ходом буровой головки с расширителем 13 вводят гибкий рукав 5 в скважину 1 путем выворота, с вытеснением остатков бурового раствора из скважины и одновременным уплотнением стенок скважины (Фиг. 2.). Во время ввода рукав, уложенный, например, внутри кузова прицепа рефрижератора, постепенно продвигается за счет избыточного давления рабочей газообразной или жидкой среды, подаваемой во внутреннюю полость. Скорость подачи рукава рукавным агрегатом при этом, не должна превышать 3 м/мин. Если рукав доставляется на объект строительства в рефрижераторе, то ее скорость ограничивается только прочностью рукава, и выбирается с учетом зависимостей и рекомендаций. Процесс подачи рукава контролируется с помощью маркировки длины на ее внешней поверхности.
При санации одновременно нескольких ответвлений от ствола скважины различного диаметра (Фиг. 3.) в прицеп укладываются гибкие рукава с шириной, соответствующей диаметрам скважин, каждый из которых выворачивается и закрепляется на наружных политрубных симметричных (Фиг. 4, 5.) и асимметричных насадках (Фиг. 6.). При достижении противоположного конца скважины ввод рукава прекращают. Достижение необходимого диаметра скважины, соответствующее одной или нескольким проходкам расширителя, обеспечивается собственным расширением рукава внутри скважины за счет подачи в нее избыточного давления (Фиг. 15, 16).
При многослойном исполнении вводимого в скважину рукава, для интенсификации объема выполняемых работ, длина каждого слоя рукава, установленного по месту, может в два раза превышать длину скважины, за счет того, что каждый слой сложен в два раза, что более подробно описывается в работе А.А. Азеева [Повышение производительности комплекса агрегатов для бестраншейного ремонта трубопроводов способом комбинированного торообразного рукава. Азеев А.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 2011 г.]. Каждый слой рукава 1 (Фиг. 11), вводят в скважину 3 при помощи тор-опалубки 2, коаксиально размещенной внутри и наполненной воздухом в области фронта выворота, за счет подачи избыточного давления рабочей среды. Размещение каждого последующего слоя рукава ведут после окончания цикла ввода в скважину предыдущего с извлечением тор-опалубки. В качестве последнего используется слой из герметичного хемо- и/или термостойкого материала 29 (фиг. 7), выполняющий функцию ламинирующего или временного обжимающего слоя. Последний слой вводят без использования тор-опалубки совместно с тканевым слоем, для создания дополнительного слоя рукава или без него.
На завершающем этапе происходит отверждение полимерного термореактивного состава, с образованием прочной трубы. Материал полученной трубы является композиционным, включающим армирующую основу из прочной термостойкой и химически нейтральной ткани, например на основе базальта с фиброволокном, карбоновой ткани или полиамидной ткани с набивкой синтепоном, а также полимерной матрицы на основе синтетических смол с ультрафиолетовой или тепловой системой отверждения. Продолжительность затвердевания пропиточной композиции зависит от диаметра и протяженности сооружаемого трубопровода, а также системы отверждения и может составлять от нескольких минут до 8 часов и более. По окончании всех работ, связанных с вводом и отверждением гибкого рукава в скважину, может проводиться проверка качества выполненных работ при помощи видеокамеры. При обнаружении любого видимого дефекта, например, разрыва, слабое место герметизируется известными методами локального ремонта с применением ремонтных бандажей из аналогичного материала. Соединение концов композитной трубы с основной магистралью после окончания отверждения ведется с использованием специальных композитных муфт.
Возможность многократного прямого и обратного выворота, позволяет вести извлечение гибкого рукава из скважины до затвердевания, а также выполнять функции колтюбингового агрегата, доставляя в скважину или вытесняя из нее необходимые материалы. В случае прокладки высоковольтных проводов 14 (Фиг. 14), их крепят к рукаву перед вводом в скважину одним из концов, а другим - наматывают на барабан вместе с рукавом.