СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЮКЕРА МЕТОДОМ ПРОТЯГИВАНИЯ ПОЛИМЕРНО-ТКАНЕВОГО РУКАВА
PROCEDURE FOR RECOVERY OF PIPE SUBWAY BY DRAWING POLYMER-CLOTH HOSE

Изобретение относится к способам ремонта труб под водой посредством специальных приспособлений.
Наличие в России обширной сети рек, по дну которых проложены тысячи километров дюкерных переходов трубопроводов различного назначения, делает актуальной задачу их восстановления по мере окончания сроков безопасной эксплуатации. Некоторые дюкеры построены 40-60 лет назад и нуждаются в срочном ремонте или замене. До недавнего времени все изношенные дюкеры выводились из эксплуатации и заменялись новыми. Прогрессивным способом восстановления дюкера, обеспечивающим значительную экономию средств и трудозатрат, является протягивание в полость трубы полимерно-тканевых рукавов (см. источник: Гибкие полимерно-тканевые рукава и относящиеся к ним соединители для газопроводов с рабочим давлением свыше 16 бар. Технические правила. ISSN 1436-9796 © DVGW, Бонн, 2004).
Рукава на основе слоев нетканого материала Кевлар с внутренним покрытием из полиуретана и внешним покрытием из полиэтилена поставляются в широком ассортименте диаметров с набором аксессуаров, в том числе втягивающих головок для протяжки в трубопроводы и соединителей для сочленения рукав-рукав или рукав-труба. Узел крепления соединителя, как правило, выполняется в виде внутреннего цилиндрического полого сердечника и пресс-муфты, содержащей жесткую наружную часть с подваренным изнутри стальным листом. Рукав заправляют в просвет между сердечником и муфтой. В ходе опрессовки в полость между частями муфты нагнетают смолу, вдавливающую лист и рукав в кольцевые проточки сердечника.
Известен способ восстановления дюкера методом протягивания полимерно-тканевого рукава марки "Primus line" по технологии компании «Э.ОН Рургаз АГ» (см., например, информационный ресурс http://www.ctf-m.ru/content/view/128/140/). Способ включает очистку внутренней полости дюкера, пропуск втягивающей головки, монтаж втягивающей головки на конце рукава, протягивание рукава посредством тягового устройства с элементом передачи усилия. Тяговое устройство и элемент передачи усилия по известному способу представлены лебедкой и тросом, а втягивающая головка представлена стандартным поставляемым элементом с заделкой рукава согласно инструкции. При осуществлении данного способа конец рукава разделывают, выполняя клинообразный вырез, надевают муфту, снабженную внутренней резьбой, вводят в просвет рукава сердечник с наружной резьбой, снабженный проушиной на конце, и навинчивают муфту на сердечник поверх рукава. При этом рукав деформируется между нитками наружной и внутренней резьбы, чем обеспечивается его фиксация на втягивающей головке. Проушина служит для соединения втягивающей головки с элементом передачи усилия тягового устройства. В ходе осуществления данного способа для уменьшения силы трения в полость трубопровода со стороны тягового устройства закачивают жидкость, в качестве которой используется вода, а также смазывают поверхность втягиваемого рукава. В качестве смазки по стандартной технологии используют мыльный раствор.
Недостатком способа является малая допустимая длина восстанавливаемого участка, обусловленная малым допустимым усилием, развиваемым лебедкой, - до 10 т, и низкой прочностью соединения рукава с втягивающей головкой, определяемой возможностью срыва резьбовой нарезки, продавленной по поверхности рукава резьбовыми нарезками муфты и сердечника. Вследствие указанных недостатков допустимая длина восстанавливаемого участка не превышает 1000 метров, максимальное фактическое достижение составляет 830 м при ремонте горизонтального подземного участка газопровода Ру25 «Э.ОН Рургаз АГ» (Германия). Дальнейшее увеличение длины протягивания ограничено возможностями лебедки и большой вероятностью обрыва рукава, происходящего обычно в месте крепления втягивающей головки. Кроме того, при осуществлении данного способа отсутствует возможность контроля тягового усилия, приложенного к рукаву.
Технический результат заявляемого изобретения - увеличение допустимой длины восстанавливаемого участка за счет увеличения тягового усилия, повышения прочности соединения рукава с втягивающей головкой и обеспечения контроля тягового усилия, приложенного к рукаву.
Заявленный технический результат достигается тем, что при осуществлении способа восстановления дюкера методом протягивания полимерно-тканевого рукава, включающего очистку внутренней полости дюкера, пропуск втягивающей головки, монтаж втягивающей головки на конце рукава путем разделки конца рукава с закреплением его между сердечником и наружной муфтой и протягивание рукава посредством тягового устройства с элементом передачи усилия, причем в полость дюкера со стороны тягового устройства закачивают жидкость, а также смазывают поверхность втягиваемого рукава, отличие состоит в том, что в качестве тягового устройства с элементом передачи усилия используют установку наклонного бурения с колонной буровых труб, пропускаемых в полость дюкера, при этом в ходе монтажа втягивающей головки на наружной цилиндрической поверхности сердечника выполняют кольцевые проточки, а в качестве наружной муфты используют пресс-муфту крепления соединительного устройства, которую штатно фиксируют нагнетанием смолы во внутреннюю полость. Для снижения силы трения в процессе работы буровой установки в колонну труб нагнетают бентонитовый буровой раствор, а поверхность рукава в месте его запасовки в трубу дюкера смачивают водным раствором полимерной добавки, входящей в рецептуру бентонитового раствора. С целью обеспечения контроля тянущего усилия в ходе проталкивания колонны труб непрерывно замеряют усилие проталкивания, а в ходе протягивания рукава замеряют тянущее усилие, вычитают из него соответствующее данной длине колонны труб усилие проталкивания и принимают полученную разность за усилие, приложенное к рукаву в месте фиксации втягивающей головки, при этом в случае достижения номинального значения прочности рукава останавливают протягивание на время, необходимое для релаксации продольного растяжения рукава. Для снижения вероятности обрыва рукава в месте крепления втягивающей головки при разделке рукава на его конце выполняют два диаметрально расположенных прямоугольных продольных выреза.
Достижимость заявленного эффекта поясняется следующим.
1. Использование в качестве тягового устройства с элементом передачи усилия установки наклонного бурения с колонной буровых труб обеспечивает повышение втягивающего усилия до величины, недоступной для стандартно поставляемой тросовой лебедки. Конкретно буровая установка, как правило, развивает усилие не менее 30 т, в то время как стандартно поставляемая лебедка развивает до 10 т. В соответствии с повышением втягивающего усилия обеспечивается увеличение допустимой длины восстанавливаемого участка.
2. Выполнение на наружной поверхности сердечника втягивающей головки кольцевых проточек обеспечивает наличие зон вдавливания полимерно-тканевого рукава, существенно повышающих прочность соединения.
3. Использование пресс-муфты крепления соединительного устройства в качестве наружной муфты при монтаже втягивающей головки обеспечивает возможность штатной фиксации (опрессовки) путем закачивания смолы согласно инструкции, что также существенно повышает прочность соединения рукава с втягивающей головкой в сравнении с резьбовым креплением.
4. Нагнетание в полость дюкера бентонитового бурового раствора обеспечивает, наряду со снижением силы трения, отсутствие сухого трения при остановках. Остановки имеют место в двух случаях: при свинчивании буровых труб и при необходимости выдержки времени для релаксации продольного растяжения рукава, если тяговое усилие превышает номинальное значение. Вследствие естественной вязкости и плотности раствора между поверхностями трубы дюкера и пропущенных в нее буровых труб остается слой раствора, не допускающий возникновения непосредственного контакта, характеризуемого большой величиной сухого трения.
5. Смазывание поверхности рукава в месте его запасовки в трубу дюкера водным раствором полимерной добавки из рецептуры бентонитового раствора обеспечивает снижение силы трения в сравнении с обычно используемым мыльным раствором, что установлено опытным путем. Адгезивные свойства раствора указанной полимерной добавки обеспечивают наличие вязкого слоя раствора между трубой дюкера и поверхностью рукава как в режиме протягивания, так и при остановках. Кроме того, в отличие от традиционного раствора такой раствор устойчив к смыванию, что имеет существенное значение в случаях нарушения герметичности трубы подводного дюкера и ее заполнения водой.
6. Замеры усилия проталкивания и тягового усилия обеспечивают контроль усилия, приложенного к рукаву в месте фиксации втягивающей головки, путем вычитания замеренных усилий, соответствующих одному и тому же положению конца колонны труб. Адекватность результата обусловлена жесткостью колонны труб, благодаря чему сила ее трения при любой конкретной длине одинакова как при проталкивании, так и при протягивании.
7. Остановка протягивания при достижении усилием, приложенным к втягивающей головке, номинального значения прочности рукава обеспечивает снижение усилия при последующем возобновлении протягивания, поскольку во время остановки происходит релаксация продольного растяжения рукава. С возобновлением протягивания в первую очередь начинается растяжение рукава, при этом в движение поочередно вовлекаются участки, все более отстоящие от втягивающей головки. Соответственно, втягивающее усилие на рукав с возобновлением протягивания нарастает после остановки от меньшего порога, чем при непрерывном протягивании. Время для установления равновесного состояния рукава определяется по остаточному усилию на втягивающую головку, передаваемому колонной труб к указателю тягового усилия буровой установки. Поскольку протягивание неизбежно сопряжено с регулярными остановками для свинчивания буровых труб, на начальных этапах дополнительных остановок, как правило, не требуется. На заключительных же этапах при большой длине восстанавливаемого участка дополнительные остановки позволяют снизить усилие на 4-5 тонн.
8. Выполнение при разделке рукава двух диаметрально расположенных прямоугольных продольных вырезов на его конце создает преимущество большей прочности соединения рукава с втягивающей головкой благодаря более равномерному распределению тянущего усилия по периметру рукава, чем при штатном способе разделки. Штатный способ разделки включает выполнение одного клинообразного выреза, при этом вследствие эксцентричности тяговое усилие распределяется по периметру неравномерно, что повышает вероятность разрыва в области максимальной концентрации усилия.
Таким образом, комбинация перечисленных отличительных признаков заявляемого способа обеспечивает достижение заявленного технического результата.
Способ поясняется графическими иллюстрациями фиг.1-4.
На фиг.1 изображен разрез восстанавливаемого дюкера с прилегающими береговыми участками и техническими средствами для протягивания рукава. Тяговое устройство представлено установкой наклонного бурения, содержащей станину 1, каретку 2 и тисы 3. Средство передачи усилия представлено колонной буровых труб 4, пропускаемой в трубу дюкера 5. На конце колонны труб закреплена втягивающая головка, смонтированная на конце рукава 6, сматываемого с барабана 7.
На фиг.2 изображена втягивающая головка, представленная по заявляемому способу сердечником 8 стандартной втягивающей головки с выполненными на наружной поверхности цилиндрическими проточками 9, а также пресс-муфтой крепления соединительного устройства из набора аксессуаров к полимерно-тканевому рукаву "Primus line". Пресс-муфта содержит жесткую наружную часть 10 с подваренным изнутри стальным листом 11. На конце рукава 6 выполнены два диаметрально расположенных продольных прямоугольных выреза 12, один из которых виден на фигуре.
На фиг.3 изображена втягивающая головка, смонтированная на конце рукава 6, после фиксации (опрессовки). Опрессовка производится нагнетанием в патрубок 13 смолы 14, в результате чего стальной лист 11 и рукав 6 вдавливаются в кольцевые проточки 9 сердечника 8.
На фиг.4 изображена усредненная диаграмма усилий при проталкивании буровой колонны и протягивании рукава. Кривая А соответствует этапу проталкивания колонны буровых труб, кривая В - общему усилию на этапе протягивания рукава, кривая С - разности между усилиями протягивания и проталкивания, принимаемой за усилие, действующее на рукав в месте соединения с втягивающей головкой.
Способ восстановления дюкера методом протягивания полимерно-тканевого рукава включает очистку внутренней полости дюкера, пропуск втягивающей головки, монтаж втягивающей головки на конце рукава, протягивание рукава посредством тягового устройства с элементом передачи усилия, причем в полость дюкера со стороны тягового устройства закачивают жидкость, а также смазывают поверхность втягиваемого рукава.
Отличительными особенностями заявляемого способа являются:
- впервые предложенное при протягивании полимерно-тканевого рукава использование в качестве тягового устройства установки наклонного бурения, а в качестве элемента передачи усилия - колонны буровых труб;
- модификация втягивающей головки, включающая выполнение на наружной поверхности сердечника кольцевых проточек и использование в качестве наружной муфты пресс-муфты крепления соединительного устройства с нагнетанием смолы;
- впервые примененное при протягивании полимерно-тканевого рукава закачивание в полость дюкера бентонитового бурового раствора в ходе работы буровой установки;
- впервые примененное использование водного раствора полимерной добавки из рецептуры бентонитового раствора при смазывании поверхности рукава в месте его запасовки в трубу;
- непрерывные замеры усилий при проталкивании и протягивании с вычислением разности усилий, соответствующих одному и тому же положению конца колонны труб, причем указанную разность принимают за величину тянущего усилия, приложенного к рукаву в месте фиксации втягивающей головки;
- остановка протягивания при достижении номинальной величины тянущего усилия на конце рукава на время, необходимое для релаксации продольного растяжения рукава;
- выполнение на конце рукава при его разделке двух диаметрально расположенных продольных прямоугольных вырезов.
Пример практического осуществления заявляемого способа. На р.Обь в районе г.Колпашево Томской области проведены работы по восстановлению подводного дюкера длиной 2289 м со сложным рельефом, характеризующимся многочисленными изгибами, создающими дополнительное сопротивление протягиванию. Стандартное оборудование, поставляемое в комплекте с полимерно-пластиковым рукавом Primus line, включая тросовую лебедку с усилием до 10 тонн, втягивающую головку и соединительные устройства, предусматривает максимальную длину в пределах 1000 м, фактически рекордным достижением является 830 м на прямолинейном участке.
В соответствии с заявляемым способом после вскрытия прибрежных концов дюкера на одном из берегов развернута установка наклонного направленного бурения Ti Drill 350. На первом этапе восстановительных работ проведена прочистка дюкера путем прогонки поршня под давлением, после чего произведено проталкивание колонны буровых труб 4 сквозь дюкер 5 (фиг.1). В ходе проталкивания непрерывно производились замеры усилия проталкивания посредством штатного измерительного устройства, входящего в состав установки. Равенство между усилиями, приходящимися на колонну труб при проталкивания и протягивании, периодически подтверждалось кратковременной обратной подачей (подтягиванием) в паузах, связанных с установкой очередной трубы.
На втором этапе проведено соединение колонны буровых труб 4 с рукавом 6, при этом проведена модификация штатной втягивающей головки (фиг 2), а именно: на наружной поверхности сердечника 8 втягивающей головки выполнены две кольцевые проточки 9, а вместо штатной резьбовой наружной муфты использована пресс-муфта соединительного устройства, содержащая наружную муфту 10 и подваренный изнутри стальной лист 11, образующие совместно замкнутую полость. При монтаже модифицированной втягивающей головки конец рукава 6 был разделан путем выполнения двух диаметрально расположенных прямоугольных вырезов 12. После этого конец рукава был заправлен между сердечником и пресс-муфтой и произведена опрессовка путем нагнетания смолы в полость муфты. При опрессовке происходит вдавливание внутреннего стального листа 11 пресс-муфты вместе с рукавом 6 в кольцевые проточки 9 сердечника 8 (фиг 3), чем достигается повышенная прочность соединения.
На третьем этапе проведена вытяжка колонны труб 4 с закрепленным на ее конце рукавом 6 вплоть до выхода из дюкера 5. В ходе работы буровой установки производилось закачивание в полость дюкера бентонитового бурового раствора посредством штатного оборудования буровой установки, а поверхность рукава в месте запасовки в трубу дюкера смазывалась водным раствором полимерной добавки из рецептуры бентонитового раствора. Благодаря этим действиям была обеспечена минимизация силы трения. В ходе протяжки непрерывно измерялось общее тянущее усилие и вычислялась разность между ним и соответствующим данной длине буровой колонны усилием проталкивания. Данная разность принималась за усилие, приложенное к концу рукава в месте соединения с втягивающей головкой. В случае достижения номинальной величины 20 т, установленной для данного рукава, протягивание приостанавливалось на время релаксации продольного растяжения рукава, что контролировалось по остаточному тяговому усилию и по прекращению самопроизвольного втягивания растянутого рукава во входное отверстие трубы. Усредненная диаграмма усилий приведена на фиг.4. Кривая А на диаграмме соответствует усилию на колонну труб, кривая В - суммарному усилию, кривая С -усилию на рукав. Из диаграммы видно, что в начале протягивания усилие, приложенное к концу рукава, монотонно возрастает и достигает номинальной допустимой величины 20 тонн на длине порядка 800 метров. Это приблизительно соответствует вышеприведенному ранее полученному рекордному результату по длине восстанавливаемого участка 830 м. На уровне 800 м сделана первая остановка, в результате релаксации растяжения рукава усилие протягивания снизилось на 5 тонн. В дальнейшем остановка была сделана на уровне 1600 м, после чего тянущее усилие после релаксации уменьшилось на 4 тонны. В итоге было осуществлено восстановление участка длиной 2289 метров, что свидетельствует о высокой эффективности заявляемого способа и реализации заявленного технического результата.