Способ бестраншейного ремонта трубопровода
TRENCHLESS PIPELINE REPAIR METHOD

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано при замене старых трубопроводов (ТП) без вскрытия грунта, укладки или замене неисправных труб, ремонте или соединении труб на поверхности воды или под водой - в мерзлой поверхности или на ней.
Ремонты переходов трубопроводов через искусственные и естественные препятствия являются наиболее затратными и технологически сложными работами при строительстве и восстановлении линейных трубопроводных систем. Использование бестраншейных способов ремонта ТП и замена ТП методом протаскивания «труба в трубе» в местах пересечений с естественными и искусственными препятствиями, позволяет сократить материальные и временные затраты. Кроме того, применение данного способа без разрушения старого ТП, позволяет обеспечить дополнительную защиту для нового ТП в качестве защитного футляра из старого ТП. Наличие загрязнений во внутренней полости, препятствует процессу протаскивания, повышая вероятность заклинивания протаскиваемого ТП в ремонтируемом.
Поэтому, совершенствование существующих и разработка новых способов бестраншейного ремонта участков трубопроводов является актуальной задачей.
Известны способы ремонта переходов ТП через искусственные и естественные препятствия заменой переходов закрытым и открытым способами с демонтажем старого участка и укладки нового ТП в траншеи, разработанные землеройной техникой или протаскиванием с применением способа горизонтально направленного бурения (СТО Газпром 2-2.1-249-2008).
Недостатками подобных способов являются их высокая стоимость и длительное время ремонта при прекращении подачи газа потребителю.
Известен способ бестраншейной замены ТП (Патент РФ 2719417, опубл. 17.04.2020 г.). Способ включает технологию подготовки прокладки нового ТП в разрушаемом ТП, расширение скважины для его прокладки, проталкивание нового ТП в расширенные участки скважины по трассе разрушаемого ТП.
Недостатками этого способа являются: длительное время ремонта и разрушение старого ТП, т.е. отсутствие дополнительной защиты в виде футляра из старого ТП.
Известен способ бестраншейной замены ТП большого диаметра (Патент РФ №2270952, опубл. 27.02.2006 г.), заключающийся в замене старого ТП участками с периодическим протаскиванием на место удаленного участка нового ТП, для чего старый ТП изнутри разрезают кольцевым резом, выполняют продольные резы на удаляемом участке и его демонтируют.
Недостатками этого способа являются: необходимость создания больших тяговых усилий при ремонте протяженных участков ТП, разрушение ремонтируемого ТП, т.е. отсутствие дополнительной защиты в виде футляра из старого ТП.
Известен метод санации ТП (Патент РФ 2744676, опубл. 15.03.2021 г.). Данный метод состоит в нанесении покрытия на внутреннюю поверхность ТП и введение в очищенный ТП рукава и термостойких шлангов, прижатие рукава к стенке ТП давлением воды или воздуха с последующей полимеризацией полимерного связующего рукава горячей водой или паром.
Недостатком данного способа является возможное снижение рабочего давления в ТП, которое будет ограничено значениями прочностных характеристик полимерного материала, покрывающего внутреннюю поверхность старого ТП.
Известен способ протаскивания трубопровода (Патент РФ №2023935, опубл. 30.11.1994 г.), заключающийся в проталкивании ТП при помощи опорных элементов и тягового усилий. Опорные элементы на поверхности ТП располагаются по винтовой линии. К хвостовой части трубы прикладывают осевое усилие и придают ТП вращательное движение.
Недостатками этого способа являются: невозможность контроля скорости вращения ТП в процессе протаскивания, заклинивание нового ТП в процессе протаскивания при наличии загрязнений во внутренней полости старого ТП, а значит низкая надежность и эффективность способа.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является изобретение «Способ бестраншейной замены подземного трубопровода» (Патент РФ №2504708, опубл. 20.01.2014 г.), взятый нами за прототип. Способ включает протягивание через старую трубу посредством тянущего троса оголовка, состоящего из конического наконечника и цилиндрического тела. К задней части цилиндрического тела оголовка присоединяют заменяющий трубопровод, при этом на коническом наконечнике оголовка расположены ролики, оси вращения которых перпендикулярны оси старой трубы. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение проходимости наконечника, уменьшение нагрузок на оборудование, увеличение длины ремонтируемого участка трубопровода.
Недостатками данного способа являются его низкая эффективность и надежность за счет высокой вероятности заклинивания нового ТП с оголовком закрытой конструкции в процессе протягивания при наличии загрязнений во внутренней полости старого ТП, что требует повышения тяговых усилий и выполнения дополнительных проходов при протаскивании нового ТП внутри старого ТП при выполнении ремонтных работ или исключает возможность выполнения ремонта данным способом. Также при реализации данного способа ремонта требуются дополнительные мероприятия по запасовке тягового троса в полость старого ТП.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением - создание надежного, эффективного и простого в исполнении способа бестраншейного ремонта трубопровода.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении надежности, эффективности и упрощении способа бестраншейного ремонта трубопровода.
Указанный технический результат достигается тем, что способ бестраншейного ремонта трубопровода, включающий протягивание через старую трубу оголовка, состоящего из цилиндрического тела, к задней части которого присоединяют заменяющий трубопровод, оголовок протягивают посредством стальных буровых штанг, в передней части цилиндрического тела крестообразно расположены вертикальное и горизонтальное ребра жесткости, выступающие части которых имеют скосы от края передней части цилиндрического тела с образованием зауженного крестообразного наконечника, а в верхней части горизонтального ребра жесткости расположено отверстие, через которое прикрепляют буровые штанги.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется ниже следующими примерами и фиг. На фиг. 1 изображена схема реализации способа, на фиг. 2 - предлагаемая конструкция открытого оголовка.
Оголовок открытой конструкции (1) состоит из полого цилиндрического тела (2), в передней части которого размещены, например, приварены, вертикальное ребро жесткости (3) со скосами и горизонтальное ребро жесткости (4) со скосами и отверстием (5) для крепления стальных буровых штанг (6). Оголовок (1) выполнен из такого же материала, из которого выполнена ремонтируемая труба, например, стали. К задней части оголовка (1) монтируется, например, при помощи сварного соединения, новый заменяющий ТП (7).
Способ осуществляют следующим образом.
На Фиг. 1 представлена схема организации бестраншейного ремонта ТП. Ремонтируемый участок ТП отключают от общей системы. На месте проведения работ разрабатывают два котлована: приемный (8) и рабочий (9) до и после искусственной или естественной преграды (10) соответственно, для доступа к трубе, а также запасовывания и приема протаскиваемого нового ТП (7).
Заранее смонтированный новый ТП (7), протяженностью, соответствующей длине ремонтируемого участка старого ТП и наружным диаметром на 20-40% меньше диаметра ремонтируемого старого ТП, укладывают в направлении протаскивания. Оголовок (1) соединяют с ТП (7), например, с помощью сварки. При помощи установки направленного бурения (11) в полость старого ТП (12) протягивают стальные буровые штанги (6) из рабочего котлована (9) в приемный (8). Штанги (6), длина которых от 6 до 10 метров каждая, соединены между собой резьбовым конусным соединением так, чтобы их общая длина была не менее длины ремонтируемого участка. Штанги (6) закрепляют к оголовку (1) через отверстие (5) при помощи стандартных монтажных соединителей. С применением кранов-трубоукладчиков (13), установкой направленного бурения (11) протягивают новый ТП (7). Во время работы установки направленного бурения (11) штанги (6) тянут за оголовок (1) в сторону рабочего котлована (9) через полость старого ТП (12). После протягивания оголовок (1) демонтируют и отремонтированный участок подключается в работу к общей системе.
При прохождении изгибов старого ТП (12), скосы (3, 4) на вертикальном и горизонтальном ребрах жесткости оголовка (1) не упираются во внутреннюю стенку ТП (11) в местах перегибов, что снижает сопротивление движению открытого оголовка (1) и, соответственно, нового протягиваемого ТП (7).
При наличии в полости старого ТП (12) загрязнений (песок, ил или грунт), которые могут вызывать заклинивание, они попадают в полость нового ТП (7) через открытую переднюю часть оголовка (1), скошенные ребра жесткости (3, 4) снижают сопротивление при движении трубы по загрязненным участкам в полости старого ТП (12).
Пример 1.
На участке подводного перехода трубопровода с наружным диаметром 530 мм и протяженностью 1500 метров, необходимо провести ремонт путем протягивания в него нового заменяющего трубопровода, имеющего наружный диаметр 325 мм и протяженность не менее 1500 метров.
Перед началом проведения работ разрабатывают два котлована до и после водной преграды для доступа к трубе, а также запасовывания и приема нового трубопровода. Полость старого ТП имеет загрязнения в виде песка и ила.
При помощи установки направленного бурения через старый ТП протягивают штанги (6) из рабочего котлована (9) в приемный (8). К заранее смонтированному новому заменяющему ТП диаметром 325 мм и протяженностью 1500 метров, приваривают оголовок открытой конструкции диаметром 325 мм. Оголовок (1) соединяют со штангами (6) с помощью U-образного крепления через отверстие (5). Установка направленного бурения (11) протягивает штанги (6) в направлении от приемного котлована (8) в рабочий (9), увлекая за собой новый заменяющий ТП.
Пример 2.
Защитный футляр на пересечении с автомобильной дорогой, имеющий наружный диаметр 530 мм и протяженность 150 метров, имеет загрязнения полости в виде глины и песка. Новый заменяющий ТП имеет наружный диаметр 325 мм и протяженность не менее 150 метров. При помощи установки направленного бурения через защитный футляр протягивают штанги (6) из рабочего котлована (9) в приемный (8). К заранее смонтированному новому заменяющему ТП диаметром 325 мм и протяженностью не менее 150 метров, приваривают оголовок открытой конструкции (1) диаметром 325 мм, через отверстие (5) оголовок крепят к штангам (6). Установка направленного бурения (11) протягивает штанги (6) в обратном направлении, увлекая за собой новый трубопровод.
Промышленная применимость.
Оголовок открытой конструкции изготавливают из материала, выполненного по техническим условиям или ГОСТ, соответствующего материалу нового заменяющего трубопровода для обеспечения надежности их соединения. Наружный диаметр оголовка открытой конструкции (1) должен быть не более наружного диаметра нового протягиваемого ТП.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет осуществить простой в исполнении способ бестраншейного ремонта трубопровода за счет конструкции оголовка, позволяющей крепить к нему стальные буровые штанги. Открытая конструкция оголовка со скошенной формой его ребер жесткости, позволяющих собирать в полость нового заменяющего ТП загрязнения (песок, грунт, ил и т.п.), уменьшает сопротивление и трение при его движении, нагрузку на установку направленного бурения, тяговое усилие, энергетические затраты при выполнении работ, увеличивает длину нового заменяющего ТП, делая способ бестраншейного ремонта трубопровода надежным и эффективным.