Устройство для протаскивания трубопровода при строительстве переходов через препятствия методами наклонно направленного и горизонтально направленного бурения

Предлагаемая полезная модель относится к строительству трубопроводов и может применяться при протаскивании трубопровода методами наклонно направленного и горизонтально направленного бурения через естественные и искусственные препятствия.
Процесс бурения скважины и протаскивания трубопровода отличается значительной степенью неопределенности геологических условий, что создает определенные риски при выполнении работ.
При проведении таких работ следует различать сопротивление, вызванное трением стенок трубы о стенки скважины, и сопротивление, связанное с «неправильным» положением головной части трубы относительно стенок скважины.
При движении трубы вдоль скважины имеют место следующие негативные явления:
- отклонение головной части трубы от оси скважины и «зарывание» в стенку скважины. Это явление заметно повышает сопротивление протаскиванию и, как следствие, усилие, которое должна создавать бурильная установка. Отклонение головной части трубы возможно из-за наличия неровностей в поперечных сечениях скважины и вследствие деформации трубы при прохождении криволинейных участков;
- заполнение скважины буровым раствором и наличие воздуха в протаскиваемом трубопроводе создает условия для всплытия трубы и прижатия ее боковой поверхности к стенке скважины, что заметно повышает сопротивление протаскиванию. Балластировка труб (заполнение их водой для уменьшения плавучести) не всегда дает удовлетворительный результат;
- отдельные проседания грунта под зданиями и сооружениями, создающими значительную нагрузку на пласты и, как следствие, локальные искривления профиля скважины, несимметричность поперечного сечения, влекущие к увеличению сопротивления протаскиванию трубопровода;
- потери бурового раствора через трещины в пластах, что ухудшает смазку боковых поверхностей трубопровода и стенки скважины.
Анализ негативных явлений, имеющих место при протаскивании трубопровода, показывает, что часть из них может быть частично нейтрализована предлагаемым техническим решением для протаскивания трубопроводов.
Прототипом заявленной полезной модели является устройство для протаскивания трубопровода, включающее запорное устройство с приводом дистанционного управления в головной части трубопровода и рычаги (Патент РФ №141435, МПК F16L 1/00, опубл. 10.06.2014 г., Бюл. №16).
Недостатком прототипа является то, что применение его дает положительный результат только на тех участках скважины, где возможно изменение плавучести головной части трубопровода, то есть только на горизонтальных участках. Также заявленная величина выступания рычагов не может влиять на усилие протаскивания, потому что в реальных условиях зазор между стенками трубопровода и стенками скважины зачастую заметно превышает указанные 2 см.
Задачей полезной модели является создание устройства с возможностью центрирования головной части трубопровода относительно стенок скважины и максимально точного определения местоположения головной части трубопровода, что обеспечивает любые заданные смещения головной части трубы в пределах сечения скважины, уменьшение сопротивления протаскивания трубопровода в скважине и предоставление информации о состоянии поперечного сечения скважины для высокой технологичности и надежности процесса протаскивания.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для протаскивания трубопровода при строительстве переходов через препятствия методами наклонно направленного и горизонтально направленного бурения, включающем запорное устройство с приводом дистанционного управления в головной части трубопровода и рычаги, согласно полезной модели, корпус запорного устройства состоит из передней и задней силовых плит, соединенных полым цилиндрическим корпусом, во внутренней полости которого расположены стяжной шток как центрирующий опорный элемент для деталей устройства, которые прикреплены к нему гайками, гидронасос и электромотор привода гидронасоса, установленные на полке и получающие электроэнергию через гермоввод, гидробак для хранения гидрожидкости, который через гидроаккумулятор соединен с гидрокранами, на которые из блока дистанционного управления подается сигнал о дальнейших действиях штоков каждого из гидроцилиндров, фиксируемых с помощью линейных энкодеров, а рычаги в количестве шести штук ограничены кромкой обтекателя, соединенного с корпусом запорного устройства с помощью кольца. Привод дистанционного управления входит в блок дистанционного управления.
На фиг. 1 представлена конструкция устройства для протаскивания трубопровода при строительстве переходов через препятствия методами наклонно направленного и горизонтально направленного бурения, на фиг. 2 представлен вид А фиг. 1.
В конструкцию устройства входят следующие элементы: передняя 1 и задняя 2 силовые плиты, полый цилиндрический корпус 3, кольцо 4, обтекатель 5, шесть рычагов 6. Перечисленные элементы, соединенные между собой, образуют корпус устройства с герметичной полостью внутри. Для того, чтобы элементы устройства не испытывали силу тяги от троса при протаскивании трубопровода, устройство также снабжено стяжным штоком 7, который воспринимает усилие от троса и передает его через заднюю силовую плиту 2 непосредственно на протаскиваемый трубопровод. Стяжной шток 7 выполняет роль центрирующего опорного элемента для остальных деталей устройства, которые крепятся к нему гайками 8 и 9.
Во внутренней полости устройства расположены гидронасос 10, электромотор 11 привода гидронасоса, установленные на полке 12, гидробак 13, гидроаккумулятор 14, блок дистанционного управления 15, а также двенадцать гидрокранов 16.
Передняя силовая плита 1 имеет шесть радиальных цилиндрических колодцев, в которых установлено шесть гидроцилиндров 17. Между штоками 20 гидроцилиндров 17 и рычагами 6 имеется кинематическая связь через проушину на нижней поверхности рычага 6. Перемещение штока 20 каждого из гидроцилиндров 17 фиксируется с помощью линейных энкодеров 18.
Ввод силового электрического кабеля внутрь устройства осуществляется через гермоввод 19.
Рычаги 6 имеют возможность отклоняться от начального положения на некоторое расстояние, которое ограничивается кромкой обтекателя 5.
Устройство работает следующим образом. Перед протаскиванием трубопровода устройство монтируется на передней кромке трубопровода. После заведения в скважину устройства подается сигнал на гидрокраны 16 и происходит выход штоков 20 гидроцилиндров 17 и отклонение рычагов 6 в сторону стенок скважины до касания стенок. При этом через блок дистанционного управления 15 отслеживается одинаковый выход штоков 20, что гарантирует расположение устройства вдоль оси скважины. Сила прижатия (соприкосновения) рычагов 6 со стенками скважины контролируется по величине давления в трубопроводе подачи гидрожидкости на выпуск штока 20 каждого из гидроцилиндров 17.
При протаскивании трубопровода вдоль скважины узлы устройства функционируют следующим образом. В случае симметричного, т.е. одинакового на всех рычагах, нарастания усилия, а, следовательно, одинакового увеличения давления в трубопроводах подачи гидрожидкости на выпуск штока 20 каждого из гидроцилиндров 17, из блока дистанционного управления 15 подается сигнал на гидрокраны 16 и происходит частичное втягивание штоков 20, которое приводит к перемещению рычагов 6 от стенки скважины и, как следствие, уменьшение усилия, действующего на рычаги 6 со стороны стенки скважины. Если при дальнейшем протаскивании усилие на рычаги 6 продолжает нарастать, т.е. скважина продолжает сужаться, то после того как штоки 20 полностью втянулись, протаскивание прекращается и принимается решение об извлечении трубы.
В случае несимметричного нарастания усилия на рычагах 6 устройства, подается сигнал на втягивание штоков 20 гидроцилиндров 17 симметричных тем, на рычагах которых возросло усилие. Происходит отклонение оси устройства с учетом изменения конфигурации стенки скважины. При дальнейшем протаскивании, когда поперечное сечение скважины восстанавливается, и усилие на рычагах 6 становится меньше, подается сигнал на выпуск штоков 20 и устройство снова центрируется относительно стенок.
В тех случаях, когда протаскивание идет по криволинейным участкам, т.е. по определению нагружение рычагов будет несимметричным, производится блокирование втягивания штоков 20 тех гидроцилиндров 17, рычаги которых испытывают наибольшие усилия. Тем самым устройство удерживает головную часть трубы на некоторой постоянной дистанции от стенки скважины, не давая трубе «зарываться» в стенку скважины.
Конструкция устройства позволяет обеспечить любые заданные смещения головной части трубы в пределах сечения скважины.