ТРУБЧАТАЯ БУРОВАЯ ШТАНГА, А ТАКЖЕ СИСТЕМА И СПОСОБ ПРОКЛАДКИ ТРУБОПРОВОДА
TUBULAR DRILL ROD, AS WELL AS SYSTEM AND METHOD OF PIPELINE LAYING

Изобретение относится к трубчатой буровой штанге для использования при сооружении скважины в грунте от начальной точки до конечной точки вдоль заданной линии бурения, прежде всего для близкой к поверхности прокладки подземных кабелей или подземных трубопроводов в грунте, причем проходку скважины проводят посредством бурового приспособления с буровым инструментом для отделения грунта при подаче (продвижении вперед) трубчатых буровых штанг. Также изобретение относится к устройству для перемещения по меньшей мере одной трубчатой буровой штанги в буровое отверстие или из него, прежде всего при сооружении близкой к поверхности скважины в грунте от начальной точки до конечной точки и/или при введении трубопровода, подземного трубопровода или подземного кабеля в грунт от начальной до конечной точки или в противоположном направлении, имеющему по меньшей мере одно основание, по меньшей мере одну контропору, по меньшей мере один исполнительный орган для перемещения по меньшей мере одной трубчатой буровой штанги, которая кинематически связана с основанием, передаточный элемент, который кинематически связан с исполнительным органом, для передачи обусловленного по меньшей мере одним исполнительным органом перемещения по меньшей мере на одну трубчатую буровую штангу, а также к системе и способу сооружения скважины от начальной до конечной точки в грунте вдоль заданной линии бурения, прежде всего для близкой к поверхности прокладки подземных кабелей или подземных трубопроводов в грунте, причем проходку скважины проводят посредством бурового приспособления с буровым инструментом для отделения грунта посредством подачи трубчатых буровых штанг.
При строительстве электросети, например при сооружении магистрали на 380 кВ, наряду с сооружением магистралей электропередач, эти магистрали необходимо прокладывать также в грунте.
При близкой к поверхности прокладке подземных кабелей, подземных трубопроводов, а также трубопроводов (таких как, например, магистральных трубопроводов) используется открытый траншейный способ. Это ведет отчасти к значительным вмешательствам вдоль трассы и связано с существенными затратами при рытье траншей и при обратной засыпке траншей. Для сооружения кабельной трассы на 380 кВ нужно, например, соорудить два профиля траншеи соответственно шириной 5,5 м и глубиной 2,15 м. Особо трудоемким оказалось разделение отдельных слоев грунта, которое требует несколько разных плат за аренду. Это необходимо, чтобы при последующей обратной засыпке траншеи снова возвратить качество грунта в первоначальное состояние. Также во время строительных работ следует сохранять свободным необходимое для строительства пространство около 40 м, тогда как по окончании нужно сохранять доступной полосу отчуждения кабельной магистрали около 23 м. Такие вмешательства на этапе строительства и последствия по окончании работ в рамках открытой прокладки обосновывают необходимость разработки соответствующего потребностям способа подземной прокладки.
Чтобы в дальнейшем сохранять вмешательства в природу на этапе строительства и строительные затраты низкими, необходимо достичь больших расстояний прокладки. При этом следует стремиться к расстояниям прокладки до 1500 м или больше. Проблематичным при близкой к поверхности прокладке является малое перекрытие магистрали и, при известных условиях, также малое расстояние отдельных скважин друг с другом (то и другое, например, иногда соответственно лишь 2-6 м). Диаметр подлежащих прокладке магистралей здесь колеблется в диапазоне менее 500 мм, зачастую менее 300 мм.
Уже существуют способы бестраншейного бурения в строительстве магистральных трубопроводов. (Микротоннелирование, горизонтально направленное бурение [ГНБ]) однако до сих пор невозможно без затруднений посредством этих способов охватить необходимые параметры.
Так, уже существуют способы бурения, которыми можно прокладывать желаемый диапазон диаметров, однако по техническим причинам эти способы ограничены значительно более короткими протяженностями подготовительных горных выработок, что, прежде всего, связано с подачей буровой жидкости. При этом речь идет, например, о технике микротоннелирования до 300 мм. Для расстояний прокладки более 1,5 км в настоящее время приходится еще прибегать к технике микротоннелирования с диаметром около 1000 мм. Однако занимаемая площадь оборудования строительной площадки и затраты с увеличением диаметра значительно повышаются. Поэтому такая техника до сих пор нерентабельна в применении. Также трубопроводы в технике микротоннелирования только вдавливаются, так что могут передаваться только сжимающие, но не растягивающие усилия.
Посредством способа Horizontal DireBtional Drilling (HDD) [горизонтально направленное бурение (ГНБ)] прокладка относительно требований по диаметру и протяженности подготовительных горных выработок допустима. Этот способ уже применяется, прежде всего, при пересечении речных русел или дорог. При этом способе сначала сооружается пилотная скважина с использованием вращающейся буровой головы и буровых штанг из начальной точки в направлении конечной точки. Точность расположения обеспечивается при этом телеметрической системой, которая установлена позади буровой головы. Отделенный материал транспортируется на поверхность посредством бентонитовой суспензии. Бентонитовая суспензия посредством буровых штанг нагнетается непосредственно к установленным на буровой голове соплам. Суспензия смешивается с отделенным грунтом и течет через кольцевое пространство между буровыми штангами и грунтом к начальной точке. Однако для чистого удаления отделенного грунта необходимы высокие давления промывки. Для предотвращения нежелательного выхода раствора на поверхность, в способе ГНБ в таком случае необходимы глубины прокладки и, тем самым, перекрытия более 30 м. Трубчатые буровые штанги пилотной бурильной колонны связаны друг с другом соединением с силовым замыканием, причем трубчатые буровые штанги непосредственно соединены друг с другом посредством резьбового присоединительного отверстия. С его помощью происходит также соединение с приводом так называемой установки ГНБ. Резьбовое соединение элементов бурильной колонны требует соответственно времени, затрачиваемого на установку.
Благодаря разработкам в области техники бурения и насосной техники в отношении обеспечения бурового приспособления рабочей и промывочной жидкостью стало возможно преодолеть барьер диаметра в 1000 мм для использования, например, способа микротоннелирования. Однако последовательное монтирование трубчатых буровых штанг проблематично в отношении регулярного удлинения инженерных коммуникаций для бурового приспособления и для отвода буровой мелочи. Это при расстояниях прокладки до 1500 м и более влечет за собой значительные потери производительности вследствие времени, затрачиваемое на установку.
Также в отношении близкой к поверхности прокладки магистралей необходимо после сооружения скважины или же во время него вводить трубопровод, прежде всего, предпочтительно, из пластика (другие материалы, такие как полимербетон, стеклопластик или т.п.также возможны), в грунт, чтобы потом в него потом проложить магистраль. При этом проблематично, чтобы без затруднений было возможно сооружать скважину непосредственно с введением пластиковых труб в грунт, т.к. пластиковая труба, прежде всего при больших расстояниях прокладки, не пригодна для передачи необходимых усилий без повреждений. Поэтому необходимо применять трубчатые буровые штанги, которые пригодны для получения необходимых усилий, которые нужны для бурения. Здесь также ранее описанное последовательное введение проблематично.
По достижении конечной точки приспособление для бурения удаляется. Также проложенные трубчатые буровые штанги снова извлекаются и пластиковая труба одновременно или с задержкой по времени вводится в грунт. При этом необходимо передавать растягивающие усилия на трубчатые буровые штанги и их посредством, и соответственно после извлечения трубчатой буровой штанги из бурового отверстия отделять ее от бурильной колонны, чтобы иметь возможность соответственно снова ее использовать.
Поэтому задача изобретения состоит в том, чтобы преодолеть вышеназванные недостатки, прежде всего сократить затрачиваемое на установку время, и сделать возможной передачу растягивающих усилий в бурильной колонне.
Эта задача в отношении первого решения посредством трубчатой буровой штанги в первой форме выполнения решается тем, что трубчатая буровая штанга на ее концах имеет соответственно по меньшей мере один стыковочный участок для жесткого на растяжение, разъемного соединения с другим элементом бурильной колонны, что трубчатая буровая штанга имеет, по меньшей мере, элемент для установления жесткого на растяжение соединения с соответствующим элементом подающего устройства для подачи трубчатой буровой штанги в буровое отверстие и/или вытягивания назад, и что внешняя стенка трубчатой буровой штанги выполнена монолитной.
Удивительным образом оказалось, что посредством такой трубчатой буровой штанги простым образом можно получить жесткую на растяжение бурильную колонну, рассчитанную для подачи и/или вытягивания назад.
Следующее решение задачи в отношении трубчатой буровой штанги во второй форме выполнения предусматривает, что трубчатая буровая штанга на ее концах имеет соответственно по меньшей мере один стыковочный участок для жесткого на растяжение, разъемного соединения с другим элементом бурильной колонны, что трубчатая буровая штанга имеет, по меньшей мере, элемент для установления жесткого на растяжение соединения с соответствующим элементом подающего устройства для подачи трубчатой буровой штанги в буровое отверстие и/или вытягивания назад, и что трубчатая буровая штанга состоит по меньшей мере из двух элементов обшивки, которые выполнены с возможностью аксиального соединения относительно трубчатой буровой штанги.
Посредством разделения трубчатой буровой штанги на элементы обшивки возможно укладывать инженерные коммуникации бурового приспособления связанными как шланг-пакет в нижнюю часть элементов обшивки и закрывать другими элементами обшивки наподобие крышки. Поэтому, инженерные коммуникации можно предусмотреть, например, намотанными на барабан на полную длину бурения. Сборка инженерных коммуникаций по частям при микротоннелировании становится ненужной или сокращается, вследствие чего затрачиваемое на установку время существенно уменьшается.
Следующая сущность изобретения предусматривает, что по меньшей мере одна область соединения элемента обшивки снабжена по меньшей мере одним уплотнением. За счет этого можно простым образом получить непроницаемость под давлением трубчатой буровой штанги.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что соединение посредством соответствующих стыковочных участков трубчатой буровой штанги с другим элементом бурильной колонны происходит в форме соединения с геометрическим и/или силовым замыканием. Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что трубчатая буровая штанга на ее первом конце имеет первый стыковочный участок, а на ее противоположном втором конце имеет соответствующий первому стыковочному участку второй стыковочный участок.
При этом является предпочтительным, чтобы первый стыковочный участок и второй соответствующий стыковочный участок образовывали в смонтированном состоянии фланцевое соединение, имеющее соединительные элементы и/или отверстия для получения болтового соединения. За счет этого можно просто и экономично получить соединение, жесткое на растяжение, между трубчатыми буровыми штангами.
В качестве альтернативы является предпочтительным, чтобы первый стыковочный участок и второй соответствующий стыковочный участок образовывали жесткое на растяжение раструбное соединение, причем один стыковочный участок является гладким концом, а второй стыковочный участок - соответствующим ему раструбом, которые соответственно на взаимно противоположной поверхности имеют по меньшей мере одну соответствующую канавку, которые в собранном состоянии образуют паз, в который является вставляемым работающий на срез элемент для удерживающего жестко на растяжение соединения. Здесь также простым образом можно получить простым образом соединение, жесткое на растяжение, между трубчатыми буровыми штангами. Удивительным образом оказалось, что такое соединение может быть использовано также в случае трубчатых буровых штанг.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что элемент для получения жесткого на растяжение соединения с соответствующим элементом подающего устройства является канавкой во внешней стенке трубчатой буровой штанги. За счет этого простым образом возможно обеспечить перемещение трубчатой буровой штанги посредством жесткого на растяжение перемещающего устройства, например, прессовой рамы, при значительном сокращении времени, затрачиваемого на установку.
Следующая техническая идея предусматривает, что канавка выполнена с возможностью снабжения облицовкой. Это является предпочтительным, чтобы предотвратить зажимание камней и т.п. в канавке в грунте.
Следующая техническая идея предусматривает, что элемент для получения жесткого на растяжение соединения с соответствующим элементом подающего устройства является элементом раструбного соединения, жесткого на растяжение. За счет этого простым образом возможно обеспечить перемещение трубчатой буровой штанги посредством жесткого на растяжение перемещающего устройства, например, прессовой рамы, при значительном сокращении, затрачиваемого на установку времени.
Следующая техническая идея предусматривает, что трубчатая буровая штанга имеет по меньшей мере один проходящий во внешней стенке и/или расположенный во внутренней полости трубчатой буровой штанги на внешней стенке, проходящий параллельно вдоль внешней стенки магистральный участок, причем по меньшей мере один магистральный участок на его концах имеет соответственно соединительный элемент для установления соединения между магистральными участками соединенных друг с другом трубчатых буровых штанг или элементов бурильной колонны. Магистрали служат, например, для транспортировки бентонита, как трубопровод жидкости для размыва породы для приведения в действие насоса, как питающий трубопровод для отвода буровой мелочи, для введения электропроводов, как трубопровод высокого давления или как отводящий трубопровод для смеси промывочной жидкости и буровой мелочи/отделенного грунта. Магистрали имеют, например, систему раструбных соединений с уплотнениями в случае необходимости, так что магистрали можно вставлять одну в другую. За счет этого затрачиваемое на установку время при предусмотренных инженерных коммуникациях можно значительно сократить.
Предпочтительным образом, трубчатые буровые штанги согласно изобретению имеют длину более 8 м. Это также значительно сокращает затрачиваемое на установку время.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что трубчатая буровая штанга имеет по меньшей мере одну канавку в своей стенке для установления соединения с подающим устройством для подачи трубчатой буровой штанги в буровое отверстие и/или вытягивания назад. За счет этого может быть достигнуто геометрическое замыкание для более простой передачи усилий подачи на внешнюю поверхность.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что имеется по меньшей мере один манипуляционный элемент с элементом для установления соединения с элементом обшивки, например в форме захватного элемента, который, предпочтительно, заходит в канавку на поверхности элемента обшивки, магнитного элемента или же всасывающего или вакуумного элемента. За счет этого простым образом можно получить удерживающее соединение для подъема элемента обшивки.
Следующее решение изобретения предусматривает в отношении устройства для перемещения, что предусмотрен выполненный с возможностью перемещения относительно основания и кинематически связанный с передаточным элементом направляющий элемент, что передаточный элемент имеет по меньшей мере один служащий для геометрического замыкания элемент для передачи движения, который выполнен таким образом, что между передаточным элементом и трубчатой буровой штангой существует жесткое на растяжение разъемное соединение.
За счет этого можно просто передавать на бурильную колонну, состоящую, помимо прочего, из трубчатых буровых штанг, прежде всего, как описано ранее, растягивающие усилия на бурильную колонну.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что по меньшей мере один исполнительный орган является гидроцилиндром и/или реечным приводом. При этом, предпочтительно, речь идет о простых исполнительных органах, которые при минимальном техобслуживании способны предоставить необходимые усилия. Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что служащий для геометрического замыкания элемент имеет по меньшей мере один захватный элемент, который посредством вхождения в зацепление с участком зацепления трубчатой буровой штанги, предпочтительно на ее внешней стенке, обеспечивает жесткое на растяжение разъемное соединение. При этом является предпочтительным, что по меньшей мере один захватный элемент выполнен таким образом, что он охватывает трубчатую буровую штангу, причем, предпочтительно, служащий для геометрического замыкания элемент имеет по меньшей мере два захватных элемента, которые, особо предпочтительно, расположены с возможностью горизонтального и/или вертикального перемещения в служащем для геометрического замыкания элементе. За счет этого простым образом можно получить разъемное соединение, требующее мало времени, затрачиваемого на установку, для силовой передачи. Прежде всего, посредством горизонтального/вертикального перемещения захватных элементов можно значительно сэкономить затрачиваемое на установку время.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что по меньшей мере один захватный элемент является стыковочным участком, соответствующим стыковочному участку трубчатой буровой штанги.
Предпочтительно, при этом, чтобы стыковочные участки образовывали жесткое на растяжение раструбное соединение, причем захватный элемент представлял собой гладкий конец или соответствующий гладкому концу раструб, которые соответственно на взаимно противоположных поверхностях имеют по меньшей мере одну соответствующую канавку, которые в собранном состоянии образуют паз, в который является вставляемым по меньшей мере один работающий на срез элемент для получения удерживающего жестко на растяжение соединения. За счет этого простым образом можно получить разъемное соединение, требующее мало времени, затрачиваемого на установку, для силовой передачи. Прежде всего, посредством введения или же извлечения по меньшей мере одного работающего на срез элемента можно значительно сэкономить затрачиваемое на установку время.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что предусмотрено уплотнение проходки, предпочтительно соединенное с основанием.
Следующее решение изобретения предусматривает устройство для монтажа описанной ранее трубчатой буровой штанги для использования при сооружении скважины от начальной точки до конечной точки в грунте вдоль заданной линии бурения, прежде всего для близкой к поверхности прокладки подземных кабелей или подземных трубопроводов в грунте, причем проходку скважины проводят посредством бурового приспособления, имеющего буровой инструмент для отделения грунта посредством подачи трубчатых буровых штанг, область подачи для элементов обшивки, область сборки для соединения элементов обшивки, манипуляционные элементы для захватывания, перемещения и позиционирования элементов обшивки в области сборки, по меньшей мере один подающий элемент и/или по меньшей мере один поворотный элемент для позиционирования элементов обшивки в области сборки.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что элементы обшивки выполнены с возможностью позиционирования вокруг инженерных коммуникаций бурового приспособления.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что имеется по меньшей мере один манипуляционный элемент с захватным элементом для установления соединения с элементом обшивки, который, предпочтительно, заходит в канавку на поверхности элемента обшивки.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что манипуляционные элементы выполнены с возможностью горизонтального и вертикального перемещения, так что элементы обшивки являются перемещаемыми от области подачи к области сборки.
Следующее решение изобретения предусматривает в отношении системы, что в случае трубчатых буровых штанг речь идет о ранее описанном подающем устройстве для перемещения бурового приспособления посредством подачи бурильной колонны.
При этом при применении состоящих из двух частей трубчатых буровых штанг является предпочтительным, чтобы было предусмотрено ранее описанное устройство для монтажа трубчатой буровой штанги.
Следующая сущность изобретения предусматривает, что трубчатые буровые штанги в бурильной колонне расположены таким образом, что аксиальные области соединения элементов обшивки расположены с взаимным смещением.
Следующее решение изобретения предусматривает в отношении способа, что применяются ранее описанные трубчатые буровые штанги, которые в собранном в бурильную колонну виде посредством ранее описанного подающего устройства перемещаются в буровом отверстии.
При этом при применении состоящих из двух частей трубчатых буровых штанг является предпочтительным, чтобы применялось ранее описанное устройство для монтажа трубчатой буровой штанги.
Следующая техническая идея изобретения предусматривает, что трубчатые буровые штанги в бурильной колонне расположены таким образом, что аксиальные области соединения элементов обшивки расположены с взаимным смещением.
Ранее описанные решения согласно изобретению не ограничиваются близкой к поверхности прокладкой трубопроводов, подземных кабелей или подземных трубопроводов в грунте. Более того, вышеназванная задача является применимой также при классическом микротоннелировании с большими диаметрами, например, с бетонными трубами. Здесь также посредством решений согласно изобретению можно сократить периоды времени, затрачиваемого на установку, и по существу устранить проблемы удлинения инженерных коммуникаций и монтирования труб для подачи в области бурения применительно к оборудованию и инженерным коммуникациям.
Также в случае трубчатой буровой штанги речь может идти одновременно об основной трубе, которая как таковая остается в грунте и не удаляется снова из грунта для затягивания основной трубы.
Ниже изобретение подробнее поясняется на основании варианта осуществления в сочетании с чертежами.
Показано на:
Фиг. 1А, 1Б - боковая проекция первой формы выполнения трубчатой буровой штанги согласно изобретению,
Фиг. 2А - первый стыковочный участок трубчатой буровой штанги согласно изобретению,
Фиг. 2Б - второй стыковочный участок трубчатой буровой штанги согласно изобретению,
Фиг. 2В - стыковочный участок согласно фиг. 2А без облицовки,
Фиг. 2Г - боковая проекция согласно фиг. 2В,
Фиг. 3А - соединительный элемент двух соединенных друг с другом трубчатых буровых штанг согласно изобретению,
Фиг. 3Б - вид в разрезе согласно фиг. 3А,
Фиг. 4А - объемный вид первой формы выполнения устройства согласно изобретению для перемещения трубчатой буровой штанги в первом положении,
Фиг. 4Б - объемный вид устройства согласно изобретению для перемещения трубчатой буровой штанги во втором положении,
Фиг. 5А - объемный вид аналогично фиг. 4А с первой формой выполнения трубчатой буровой штанги согласно изобретению,
Фиг. 5Б - объемный вид аналогично фиг. 4Б с первой формой выполнения трубчатой буровой штанги согласно изобретению,
Фиг. 5В - вид сверху согласно фиг. 5А,
Фиг. 5Г - вид сверху согласно фиг. 5Б,
Фиг. 6А - боковая проекция первого передаточного элемента первой формы выполнения устройства согласно изобретению с захватными элементами в первом положении,
Фиг. 6Б - вид аналогично фиг. 6А с захватными элементами согласно изобретению во втором положении,
Фиг.7 - схематическое изображение первой системы согласно изобретению в объемном виде по окончании процесса бурения,
Фиг. 8 - схематическое изображение в объемном виде в начале затягивания става труб, и
Фиг. 9 - вид в разрезе второй формы выполнения согласно изобретению двух соединенных друг с другом трубчатых буровых штанг согласно изобретению во второй форме выполнения,
Фиг. 10 - схематическое изображение второй формы выполнения системы согласно изобретению в боковой проекции,
Фиг. 11 - вид сверху согласно фиг. 10,
Фиг. 12 - объемный вид согласно фиг. 10,
Фиг. 13-19 - схематическое изображение формы выполнения монтажного приспособления согласно изобретению с отдельными шагами монтажа,
Фиг. 20 - объемное схематическое изображение третьей формы выполнения трубчатой буровой штанги согласно изобретению,
Фиг. 21 - сюда же объемное схематическое изображение двух соединенных трубчатых буровых штанг,
Фиг. 22 - боковая проекция согласно фиг. 21, и
Фиг. 23 - объемное схематическое изображение элемента обшивки.
На фиг. 1А, 1Б показана боковая проекция первой формы выполнения трубчатой буровой штанги 10 согласно изобретению.
Трубчатая буровая штанга 10 имеет на первом конце первый стыковочный участок 11, а на своем противоположном втором конце - второй стыковочный участок 12, причем первый стыковочный участок 11 настолько соответствует второму стыковочному участку 12, что они могут соединяться друг с другом или вставляться один в другой.
Первый стыковочный участок 11 и второй стыковочный участок 12 предусмотрены при этом таким образом, что они в первой форме выполнения согласно изобретению образуют фланцевое соединение, причем первый стыковочный участок 11 имеет несущий участок 13, в котором предусмотрены отверстия 14. Позади несущего участка 13 предусмотрена канавка 15 во внешней стенке трубчатой буровой штанги 10 (см. фиг. 2А-2Г). В канавке 15 предусмотрены соответствующие отверстиям 14 выемки 17. Также в несущем участке 13 предусмотрены отверстия 18, выполненные таким образом, что центрирующие штифты 19, предусмотренные на втором стыковочном участке 12, могут входить в них.
Второй стыковочный участок 12 также имеет несущий элемент 20, на котором или неподвижно расположены болты 21, или в котором предусмотрены отверстия 31, содержащие резьбу, по которой незакрепленные болты 21 завинчиваются в резьбовые отверстия 31 на несущем участке 20.
Канавка 15 может быть закрыта облицовкой 22. Облицовка 22 при этом крепится в канавке 15, например посредством винтов. Облицовка служит при этом для того, чтобы в канавке 15 или в выемках 17 не могли скапливаться предметы, в то время как трубчатая буровая штанга 10 перемещается в буровом отверстии.
Внутри трубчатой буровой штанги 10 неподвижно расположены несколько ставов труб. Речь при этом идет об отводящем трубопроводе 23 для откачки отделенного грунта или буровой мелочи в сочетании с буровым раствором/буровой или бентонитовой суспензией, о линии 24 опрессовки, например с бентонитовой суспензией для введения в качестве смазки между трубчатыми буровыми штангами и буровым отверстием, о трубопроводе 25 жидкости для размыва породы, по которому, например, жидкость для размыва породы транспортируется к приспособлению для бурения, чтобы, при известных условиях, приводить в действие имеющийся там струйный насос (не показан), о питающем трубопроводе 26, по которому, например, бентонитовая суспензия транспортируется к буровой голове, по которому затем буровая мелочь или же отделенный грунт транспортируется из бурового отверстия и грудь забоя поддерживается перед буровым инструментом, а также о канале 27, в котором, например, предусматриваются трубопроводы высокого давления для смачивания режущих инструментов или электропровода для электроснабжения бурового станка.
Ставы труб соединяются посредством системы раструбных соединений, причем здесь первый стыковочный участок 11 имеет гладкие концы 28, снабженные уплотнениями, тогда как второй стыковочный участок 12 имеет раструбы 29, в которые входят гладкие концы 28 ставов 23-26 и, при известных условиях, 27 труб. Это видно, например, на фиг. 3Б.
На фиг. 3А и фиг. 3Б показана первая трубчатая буровая штанга 10, соединенная со второй трубчатой буровой штангой 10' фланцевым соединением 30. Первый стыковочный участок 11 первой трубчатой буровой штанги 10 при этом соединен со вторым стыковочным участком 12 трубчатой буровой штанги 10'. Несущий участок 13 и несущий участок 20 при этом соприкасаются. Болты 21 через отверстия 14 завинчены в резьбовые отверстия 31. Для этого болты 21 вставляются в выемки 17 и в отверстия 14 несущего участка 13 первого стыковочного участка 11.
Для соединения первого стыковочного участка 11 со вторым стыковочным участком 12 трубчатые буровые штанги 10, 10' взаимно располагаются таким образом, чтобы центрирующие штифты 19 могли быть вставлены в соответствующие отверстия 18. В таком случае гладкие концы 28 ставов 23-27 труб должны соответствовать раструбам 29 ставов 23-27 труб. Затем трубчатые буровые штанги 10, 10' вставляются одна на другую, так что гладкие концы 28 фиксируются в раструбах 29. Затем болты 21 вводятся в выемки 17 и вставляются в отверстия 14. Болты 21 завинчиваются тогда в резьбовые отверстия 31 несущего участка 20 второго стыковочного участка 12. Отделение трубчатой буровой штанги 11' от трубчатой буровой штанги 10 происходит тогда посредством вывинчивания болтов 21 из резьбовых отверстий 31 и извлечения болтов 21 из выемок 17. После этого трубчатую буровую штангу 10' можно удалить из бурильной колонны, причем гладкие концы 28 ставов 23-26 или же 27 труб отделяются от раструбов 29 ставов 23-26 или же 27 труб.
На фиг. 4А и фиг. 4Б показан объемный вид устройства 40 согласно изобретению для перемещения по меньшей мере одной трубчатой буровой штанги в буровое отверстие или из него, прежде всего при сооружении близкой к поверхности скважины в грунте 100 от начальной точки 101 до конечной точки 102 и/или при введении трубопровода, подземного трубопровода или подземного кабеля 105 в грунт 101 от начальной 101 до конечной точки 102 или в противоположном направлении. Ниже оно называется прессовой рамой 40. Прессовая рама 40 имеет основание 41, имеющее конструкцию в виде рамы. На основании 41 предусмотрены рельсы 42, на которых предусмотрены направляющие элементы 43, которые являются перемещаемыми по рельсам 42. На направляющих элементах 43 расположен передаточный элемент 44.
Непосредственно или же кинематически связанная с основанием 41 контропора 45 расположена на контропоре 45. С ней соединены два исполнительных органа 46, которые здесь выполнены как двухходовые цилиндры 47. Двухходовый цилиндр 47 имеет два гидроцилиндра 48, которые посредством плиты 49 соединены друг с другом. Цилиндры 48 в данном случае выполнены как телескопические гидроцилиндры. Плита 49 также соединена с направляющим элементом 43, так что за счет этого плита 49 на рельсах 42 является перемещаемой и направляемой. Двухходовые цилиндры 47 при этом выполнены так, что они в полностью выдвинутом состоянии могут перемещать передаточный элемент 44 по существу до переднего конца основания 41 на противоположной контропоре 45 стороне.
На основании 41 предусмотрены опоры 50, на которые могут быть уложены трубчатая буровая штанга 10 или другой элемент бурильной колонны. Опоры 50 ориентированы вертикально, если на них должна быть размещена трубчатая буровая штанга 10. Во время перемещения передаточного элемента 44 относительно основания 41 опоры 50 откидываются горизонтально (см. фиг. 4Б).
На фиг. 5А-5Г показана трубчатая буровая штанга 10, которая своим вторым стыковочным участком 12 указывает в направлении скважины. Здесь на обращенном к буровому отверстию конце основания 41 следовало бы также предусмотреть уплотнение проходки (не показано). Первый стыковочный участок 11 или же его канавка 15 образует с захватным элементом 53 передаточного элемента 44 соединение с геометрическим замыканием тем, что захватный элемент 53 заходит в канавку для обеспечения перемещения трубчатой буровой штанги 10.
Передаточный элемент 44 имеет монтажную плиту 51, на которую воздействуют двухходовые цилиндры 47. Передаточный элемент 44 имеет монтажную плиту 52, на которую воздействуют двухходовые цилиндры 10. Также предусмотрен служащий для геометрического замыкания элемент, который в данном случае имеет два захватных элемента 53. Захватные элементы 53 соответственно соединены с гидроцилиндрами 54, которые ориентированы горизонтально. Захватные элементы 53 относительно передаточного элемента 44 предусмотрены горизонтально подвижными. Здесь, предпочтительно, происходит движение посредством гидроцилиндров 54. Захватные элементы 53 могут перемещаться из открытого положения (фиг. 6А) в закрытое захватное положение (фиг. 6Б). В изображенном здесь захватном положении захватные элементы 53 входят в канавки 15 трубчатой буровой штанги 10 и создают за счет этого соединение с геометрическим замыканием между трубчатой буровой штангой 10 и прессовой рамой 40. Посредством исполнительных органов 46 передаточный элемент 44 может перемещаться по рельсам 42 к буровому отверстию или от него. Посредством соединения с геометрическим замыканием захватных элементов 53 с канавкой 15 могут прилагаться как сжимающие, так и растягивающие усилия, так что трубчатая буровая штанга 10 может перемещаться как из бурового отверстия, так и в него. В качестве альтернативы захватные элементы 53 могут состоять также из нескольких элементов, которые перемещаются в пространстве, или же при двух захватных элементах 53 возможно вертикальное движение в качестве альтернативы.
На обратной стороне передаточного элемента 44 предусмотрены места 55 подсоединения для ставов 23-26 или же 27 труб, которые функционируют как быстроразъемные замки со ставами 23-26 или же 27 труб. Применительно к каналу 27 может быть необходимо вручную ввести перед соединением шланги или ставы труб в новую подлежащую соединению трубчатую буровую штангу и сопрягать их со шлангами или же ставами труб предыдущей трубчатой буровой штанги 10' в канале 27. При этом возможно также поддерживать сопряжения наименьшими, в то время как эти ставы труб или же шланги выполнены более длинными, чем трубчатая буровая штанга 10.
На фиг. 7 представлено схематическое изображение системы согласно изобретению в объемном виде. При этом в грунте 100 предусмотрен стартовый котлован 101, из которого сооружается скважина (не показана) к финишному котловану 102. В стартовом котловане 101 предусмотрена прессовая рама 40. Расстояние между стартовым котлованом 101 и финишным котлованом 102 может при этом составлять до 1500 м и более. На фиг. 7 видно, как приспособление 103 для бурения вошло в финишный котлован 102. Приспособление 103 для бурения затем отделяется от бурильной колонны и удаляется из финишного котлована 102. На первой трубчатой буровой штанге 10 бурильной колонны расположен переходник 104, который соединяется с прокладываемой обсадной трубой или, если она не нужна, непосредственно с подземным трубопроводом или подземным кабелем. В стартовом котловане в данной форме выполнения прессовая рама 40 поворачивается таким образом, что контропора 45 находится возле точки заложения бурового отверстия (не показана) и опирается здесь. В качестве альтернативы возможно также, что прессовая рама 40 выполнена таким образом, что необходимые усилия имеются как в направлении выдвижения гидроцилиндров 48, так и в направлении втягивания гидроцилиндров 48, так что прессовую раму поворачивать не нужно.
При сооружении скважины отдельные трубчатые буровые штанги 10 или несколько уже соединенных друг с другом трубчатых буровых штанг соединены с бурильной колонной и вталкиваются в грунт 100 через прессовую раму 40. Извлечение трубчатых буровых штанг 10 происходит таким образом, что они вынимаются через прессовую раму 40 из бурового отверстия. Если трубчатая буровая штанга 10 полностью вынута, она отделяется от бурильной колонны и удаляется, например, как описано ранее. В качестве варианта могут быть демонтированы также несколько трубчатых буровых штанг, соединенных в секцию бурильной колонны. При вынимании трубчатых буровых штанг обсадная труба 105 или же подземный трубопровод или подземный кабель одновременно вводятся в буровое отверстие в грунте 100.
Альтернативой фланцевому соединению 30 является раструбное соединение 32, жесткое на растяжение, для соединения двух трубчатых буровых штанг 10, 10' второй формы выполнения, изображенное на фиг. 9. Раструбное соединение 32, жесткое на растяжение, имеет при этом гладкий конец 33 и раструб 34. На фиг. 9 они показаны соединенными. Гладкий конец 33 имеет поверхность 35 соединения, а раструб 34 имеет поверхность 36 соединения. На поверхности 35 соединения имеется по меньшей мере одна канавка 37, а на поверхности 36 соединения также соответственно предусмотрена по меньшей мере одна канавка 38. Если гладкий конец 33 вставляется в раструб 34, поверхности 35, 36 соединения и канавки 37, 38 образуют паз 39. Для получения жесткого на растяжение соединения в паз 39 вставлен работающий на срез элемент 60. В качестве альтернативы могут быть предусмотрены несколько пазов 39 и работающих на срез элементов 60. Дополнительно, в случае необходимости между поверхностями 35, 36 соединения можно предусмотреть по меньшей мере одно уплотнение 61. Внутри трубчатых буровых штанг 10, 10' с жестким на растяжение раструбным соединением 32 соответственно могут быть предусмотрены также неподвижно расположенные ставы труб/каналы 23-27.
В зависимости от того, какой стыковочный участок 11, 12 должен быть соединен с передаточным элементом 44, альтернативная форма выполнения в связи с прессовой рамой 40 предусматривает, что в качестве передаточного элемента 44 или же его захватного элемента 53 предусматривается или гладкий конец 33, или раструб 34 для получения раструбного соединения 32, жесткого на растяжение.
На фиг. 10-12 представлено схематическое изображение следующей формы выполнения системы согласно изобретению в боковой проекции. В грунте 100' предусмотрен стартовый котлован 101', из которого способом микротоннелирования выполняется скважина 102' от начальной точки к финишной точке (не показана). В стартовом котловане предусмотрен каркас 104', который, при известных условиях, функционирует как крепь стартового котлована 101' и в котором предусмотрены компоненты системы согласно изобретению.
В стартовом котловане 101' расположен узел 103' подачи, например доталкиватель (Pipe Thruster) или прессовая рама 40, посредством которого бурильная колонна 110 проталкивается в буровое отверстие 102' или же вытягивается. На передней стороне 105' бурильной колонны 110 предусмотрено приспособление 106 для бурения, посредством которого сооружается буровое отверстие 102'. Приспособление 106 для бурения снабжается по инженерным коммуникациям 108 энергией и буровой суспензией для отвода отделенной буровой мелочи. Инженерные коммуникации 108 предусмотрены вне стартового котлована 101', например намотаны на барабан (не показан), и сматываются с барабана, связываются в пучок (позиция 109) и вводятся в буровое отверстие, в то время как скважина продвигается вперед.
Бурильная колонна состоит здесь из трубчатых буровых штанг 10'' третьей формы выполнения, которая показана на фиг. 20-23.
Показанная здесь в качестве примера трубчатая буровая штанга 10'' состоит из двух элементов 11', 12' обшивки, которые здесь, предпочтительно, выполнены идентичными. Можно без ограничений применять более двух элементов 11', 12' обшивки, если это окажется предпочтительным.
На своем переднем конце 13' и на своем заднем конце 14' трубчатая буровая штанга 10'' имеет соединительный фланец 15'. Для этого в стенке 16' элемента 11', 12' обшивки вырезаны канавки 17'. Соответственно канавкам 17' предусмотрены отверстия 18', в которые могут быть вставлены стяжные болты 20'. На них завинчиваются гайки 19'. За счет этого между отдельными трубчатыми буровыми штангами 10'' устанавливается соединение с силовым замыканием. В предусмотренной во фланце 15' в области отверстий 18' канавке 21' можно установить уплотнение (не показано). В качестве альтернативы соединение трубчатых буровых штанг 10'' может, например, происходить с геометрическим замыканием посредством захватных элементов (не показаны). Неразъемное соединение также возможно, правда тогда простое отделение трубчатых буровых штанг друг от друга после извлечения будет невозможным без дополнительных усилий.
Также в стенке 16' предусмотрена канавка 22', которая служит точкой приложения силы для подачи или вытягивания назад бурильной колонны 110 посредством узла 103' подачи.
Также в стенке 16' предусмотрены канавки 23', которые с одной стороны ограничены перемычкой 24'. В канавках 23' и перемычке 24' предусмотрены отверстия 25'. При этом речь также идет о возможности соединения фланцевого типа для элементов 11', 12' обшивки, расположенных один на другом. Здесь также могут быть вставлены болты 26', на которые завинчиваются гайки 27'. За счет этого происходит осевое соединение элементов 11', 12' обшивки вдоль соединительной линии 28'. В перемычке 24' предусмотрена также канавка 29', в которую также может быть вставлено уплотнение (не показано).
Для обеспечения улучшенного позиционированя трубчатых буровых штанг 10'' относительно друг друга или же элементов 11', 12' обшивки относительно друг друга, отверстия 30' и установочные штифты 31' расположены на перемычке 24' или же в ней, или в переднем конце 13', 14' трубчатой буровой штанги 10'', которые при корректном позиционировании заходят друг в друга. Для достижения улучшенной устойчивости бурильной колонны 110, трубчатые буровые штанги 10'' располагаются соответственно, например, с взаимным смещением на 90 градусов, как показано на фиг. 21, 22.
Сборка трубчатых буровых штанг 10'' и последующее соединение трубчатых буровых штанг 20, 10'' друг с другом в бурильную колонну 110 происходит в монтажном приспособлении 400. Оно, как показано на фиг. 13-19, содержит станину 410, в которой предусмотрены область 430 подачи и область 420 сборки. Через область 420 сборки проходят инженерные коммуникации 108. Область 430 подачи содержит внешнюю область 440 и внутреннюю область 450. Во внешней области 440, как показано здесь для примера, трубчатая буровая штанга 10'', которая собрана из двух элементов 11', 12' обшивки, но еще не зафиксирована, расположена на тележке 460, которая по направляющим элементам 470 имеет возможность перемещения из внешней области 440 во внутреннюю область 440. Это положение показано на фиг. 13.
Монтажное приспособление 400 содержит здесь, например, два манипуляционных элемента 500, 510. Верхний манипуляционный элемент 500 и нижний манипуляционный элемент 510 расположены соответственно с возможностью вертикального перемещения на раме 410. Верхний манипуляционный элемент 500 содержит захватные элементы 520, которые захватывают верхний элемент 12 обшивки. Нижний манипуляционный элемент 510 содержит подставку 530, на которой лежит нижний элемент 11' обшивки.
На фиг. 14 верхний манипуляционный элемент 500 опущен на верхний элемент 12' обшивки, и захват 520 находится в зацеплении. Одновременно был поднят нижний манипуляционный элемент 510, так что трубчатая буровая штанга 10'' выходит из тележки 460, чтобы она снова могла быть перемещена во внешнюю область 440. Затем верхний манипуляционный элемент 500 вместе с верхним элементом 12' обшивки поднимается, и нижний манипуляционный элемент 510 опускается (фиг. 15). Затем оба манипуляционные элементы 500, 510 перемещаются из области 430 подачи в область 420 сборки и перемещаются так, что элементы 11', 12' обшивки снова находятся один на другом (фиг. 16). Элементы 11', 12' обшивки трубчатой буровой штанги 10'' фиксируются и затем соединяются друг с другом. Трубчатая буровая штанга 10'' затем, при известных условиях, поворачивается, перемещается в направлении бурового отверстия 102' к бурильной колонне 110, и соединяется с ней. Все компоненты устройства 400 освобождают затем трубчатую буровую штангу 10'', и бурильная колонна 110 вдавливается посредством узла 103' подачи в буровое отверстие 102'.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
10, 10', 10'' трубчатая буровая штанга
11 первый стыковочный участок
11' элемент обшивки
12 второй стыковочный участок
12' элемент обшивки
13 несущий участок
13' передний конец
14 отверстие
14' задний конец
15 канавка
15' соединительный фланец
16 внешняя стенка
16' стенка
17 выемка
17' канавка
18, 18' отверстие
19 центрирующий штифт
19' гайка
20 несущий участок
20' стяжной болт
21 болт
21' канавка
22 облицовка
22' канавка
23 отводящий трубопровод
23' канавка
24 линия опрессовки
24' перемычка
25 трубопровод жидкости для размыва породы
25' отверстие
26 питающий трубопровод
26' болт
27 канал
27' гайка
28 гладкий конец
28' соединительная линия
29 раструб
29' канавка
30 фланцевое соединение
30' отверстие
31 резьбовое отверстие
31' установочные штифты
32 жесткое на растяжение раструбное соединение,
33 гладкий конец
34 раструб
35 поверхность соединения
36 поверхность соединения
37 канавка
38 канавка
39 паз
40 устройство/прессовая рама
41 основание
42 рельс
43 направляющий элемент
44 передаточный элемент
45 контропора
46 исполнительный орган
47 двухходовой цилиндр
48 цилиндр
49 плита
50 опора
51 монтажная плита
52 отверстие
53 захватный элемент
54 гидроцилиндр
55 стык
60 работающий на срез элемент
100, 100' грунт
102 финишный котлован
102' скважина/буровое отверстие
103 приспособление для бурения
103' узел подачи
104 переходник
104' каркас
105 обсадная труба/подземный кабель/подземный трубопровод
105' передняя сторона
106 приспособление для бурения
108 инженерные коммуникации
109 положение
110 бурильная колонна
400 монтажное приспособление
410 станина, рама
420 область сборки
430 область подачи
440 внешняя область
450 внутренняя область
460 тележка
470 направляющий элемент
500 верхний манипуляционный элемент
510 нижний манипуляционный элемент
520 захватный элемент
530 подставка