Спосіб безтраншейного прокладення трубопроводів

1. Спосіб безтраншейного прокладення трубопроводів, що включає проходку горизонтальної свердловини буровим пристроєм, затягування до неї трубопроводу та нарощування його довжини при зворотній проходці бурового пристрою, який відрізняється тим, що проходку горизонтальної свердловини проводять бурошнековим пристроєм - обертовим буровим ставом з нарощуваними у міру його переміщення свердловиною змінними шнековими секціями та буровою коронкою, до якої шарнірно герметично приєднують трубу-лідер, а нарощування трубопроводу, що затягується до свердловини, здійснюють у міру демонтажу змінних шнекових секцій бурового ставу, при тому, що довжина кожної наступної труби, яка нарощується, є кратною сумарній довжині демонтованих шнекових секцій. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що з'єднання труб трубопроводу проводять за допомогою зварювання. Винахід належить до будівництва, а саме до безтраншейного прокладення трубопроводів, і може бути використаний при прокладанні трубопроводів крізь наземні перешкоди, зокрема крізь породні відвали діючих шахтних териконів. На цей час актуальною є проблема використання та утилізації теплової енергії шахтних териконів, горіння яких триває протягом десятиріч. У зв'язку з цим виникає необхідність прокладе;, трубопроводів, що відводять тепло із зони териконів, які горять. Прокладення трубопроводів залежно від умов проходки в ґрунті, в скельних породах, в місцевості, яку перетинають наземні перешкоди (шосейні дороги, залізничні насипи, водойми та інше), може проводитись різними способами: проколюванням, протягуванням з ударно-вібраційним супроводом, горизонтальним бурінням, щитовою проходкою та інше. Оскільки структура шахтних териконів являє собою неоднорідну, пухку відвальну породу, то найбільш прийнятним способом прокладення металевих трубопроводів в тепловій зоні шахтних териконів, які горять, є проходка способом горизонтального буріння з вибіркою породи за допомогою бурошнекових установок та наступним протягуванням трубопроводу на висоті 1,5-3,0м від основи терикону. Відомий спосіб безтраншейного прокладення трубопроводів (пат. РФ №2169235, Ε 02 F 5/18, 1999), який включає проходку горизонтальної свердловини ударним пристроєм і затягування до неї трубопроводу та нарощуванням його довжини при зворотній проходці бурового пристрою. Проведення проходки свердловини ударним пристроєм з використанням стислого повітря суттєво обмежує діаметр самої проходки, а отже, діаметр протягуваних труб, а також протяжність трубопроводу. Проходка свердловини під прокладеення довгопротяжних трубопроводів з використанням пневмовузла, тим більше в умовах нестійкого ґрунту, є неефективною та ненадійною, (19) UA (11) 88230 (13) (21) a200801904 (22) 14.02.2008 (24) 25.09.2009 (46) 25.09.2009, Бюл.№ 18, 2009 р. (72) МАЦЕВИТИЙ ЮРІЙ МИХАЙЛОВИЧ, ЦЕНЦИПЕР АДОЛЬФ ІСААКОВИЧ, КОСТІКОВ АНДРІЙ ОЛЕГОВИЧ, РЕЗНІКОВ СТАНІСЛАВ ЮРІЙОВИЧ, ІЛЬЯШОВ МИХАЙЛО ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ЛУКАЧ ЛЕОНІД МАТВІЙОВИЧ, СОЛДАТОВ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОБУДУВАННЯ ІМ. А.М.ПІДГОРНОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, ЗАКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "ДОНЕЦЬКСТАЛЬ"- МЕТАЛУРГІЙНИЙ ЗАВОД" (56) US 6682264 B1, 2004 US 2004/0184885 A1, 2004 US 4679637 A, 1987 SU 1276769 A1, 1986 RU 2075574 C1, 1997 RU 2282774 C2, 2006 C2 1 3 оскільки є можливим часткове або повне засипання свердловини та робочого механізму в товщі ґрунтової породи, що може призвести до невиправданих трудовитрат, пов'язаних з видаленням пневмоударного механізму. Відомий спосіб безтраншейного прокладення трубопроводів (пат. РФ №2103445, E02F5/18, 1998), який включає проходку горизонтальної свердловини силовим зусиллям гідросистеми, затягування до неї трубопроводу з нарощуванням його довжини та вибірку ґрунту буровим пристроєм. Прокладення трубопроводу здійснюють продавлюванням труб на довжину ходу гідроциліндрів від гідросистеми екскаватора. Вибірку ґрунту з порожнини секції продавлюваної труби проводять встановленим по її осі гідравлічним буром, з шнеком та бурильною голівкою, що дорівнюють довжині продавлюваної труби. При цьому, після кожного продавлювання гідроциліндри виводять в початковий стан, а бур і трубопровід нарощують наступними секціями, після завершення процесу продавлювання шнекові секції видаляють з прокладеного трубопроводу за допомогою троса. Спосіб призначений для прокладки трубопроводів крізь перешкоди малої довжини в слабких обводнених заболочених ґрунтах. Продавлювані труби опускають в ґрунт разом з встановленими в середині шнековими секціями, що перешкоджає наступному стикуванню і зменшує надійність прокладки трубопроводу. Крім того, спосіб відрізняється низькою продуктивністю прокладення через високу трудомісткість операції продавлювання, внаслідок необхідності розбурювання ґрунту у вдавлених трубах та наступного видалення шнекових секцій тяговим механізмом. Відомий спосіб безтраншейного прокладення трубопроводів (пат. РФ №2070302, F16L1/028, Бюл. №34,1996), що включає продавлювання трубопроводу зусиллям силового механізму або сумісною дією ударного механізму з протяжним або проштовхним силовим механізмом і вибіркою ґрунту. Зусилля продавлювання створюють силовим або ударним механізмами та тяговим засобом, або їх сукупністю, продавлювання здійснюють з робочого котловану до приймального з нарощуванням труб. Недоліком способу є те, що його реалізація можлива тільки у дрібнозернистому (пухкому) ґрунті, який не містить каміння під перешкодами, і дозволяє здійснювати продавлювання на довжину не більш ніж 30м. Відомий спосіб безтраншейного прокладення трубопроводів (пат. РФ №2101421, E02F5/18, 1998), що включає проходку горизонтальної свердловини силовим зусиллям пневмопробійного пристрою, а прокладення трубопроводу здійснюють динамічним і статичним зусиллями продавлювання з наступною очисткою порожнини труби від ґрунту шляхом протягування очисників. Спосіб є неефективним для прокладе протяжних трубопроводів, оскільки відрізняється високими трудовитратами, пов'язаними з проведенням проходки ударним вузлом і лебідкою, а також складною вибіркою ґрунтової породи з внутрішньої 88230 4 порожнини труби до тогож з використанням для розпушування ґрунтової породи у вдавленій трубі стисненого повітря та рідини, що є ненадійним через можливість виникнення вибухонебезпечної ситуації. Найбільш близьким за технічним результатом, є спосіб безтраншейної прокладе трубопроводів (а.с. СРСР №1276769, E02F5/18, Бюл. №46, 1986), що включає проходку горизонтальної свердловини буровим пристроєм та затягування до неї трубопроводу з нарощуванням його довжини при зворотній проходці бурового пристрою. Спосіб також включає проходку пілотної дугоподібної свердловини, обробку свердловини буровим розчином з ущільненням стінок, затягування шарнірно герметично з’єднаного з буровим пристроєм трубопроводу та остаточною промивкою вибуреної ґрунтової породи. Недоліком цього способу є високі трудовитрати, пов'язані з затягуванням трубопроводу зусиллям тягової лебідки та використання води для видалення грунта, що не дозволяє широко використовувати відомий спосіб при прокладанні трубопроводів для відведення тепла з теплової зони териконів, які горять. В основу винаходу поставлено задачу створення способу безтраншейного прокладення трубопроводів, в якому завдяки використанню заходів і прийомів прокладення в умовах рухомих слабких ґрунтів терикона, що горить досягнуто безпечних режимів ведення процесу проходки у межах обґрунтованих трудовитрат, за рахунок чого підвищена надійність та ефективність проведення робіт з прокладення трубопроводу. Поставлена задача досягається тим, що в способі безтраншейного прокладення трубопроводів, який включає проходку горизонтальної свердловини буровим пристроєм, затягування до неї трубопроводу та нарощування його довжини при зворотній проходці бурового пристрою, згідно з винаходом, проходку горизонтальної свердловини проводять бурошнековим пристроєм - обертовим буровим ставом з нарощуваними у міру його переміщення свердловиною змінними шнековими секціями та буровою коронкою, до якої шарнірно герметично приєднують трубу-лідер, а нарощування трубопроводу, що затягується до свердловини, здійснюють у міру демонтажу змінних шнекових секцій бурового ставу, притому що (при цьому) довжина кожної наступної нарощуваної труби є кратною сумарній довжині демонтованих шнекових секцій, а з'єднання труб трубопроводу проводять за допомогою зварювання. Використання задля проведення проходки свердловини в тепловій зоні терикона, що горить бурошнекового пристрою - обертового шнекового бурового ставу з нарощуваними по мірі його переміщення свердловиною змінними шнековими секціями та буровою коронкою дає можливість при зворотній проходці за умов вибухобезпечності підвищити надійність та ефективність процесу проходки та прокладення трубопроводу в цілому. Шарнірне приєднання труби-лідер до бурової коронки бурового ставу забезпечує надійність їх стикування під час ведення протягування. 5 Герметичність такого з'єднання забезпечує захист від попадання в середину трубопроводувибурюваної ґрунтової породи при обертовопоступовому русі бурошнекового пристрою, що дає можливість уникнути додаткового її видалення. Одночасне нарощування трубопроводу, що затягується, і демонтаж шнекових секцій дозволяє скоротити час за рахунок суміщення цих операцій, зменшити трудовитрати при прокладці трубопроводу та підвищити ефективність робіт. Число шнекових секцій, що демонтуються, розраховується при проектуванні і є кратним довжині кожної нарощуваної труби трубопроводу, що обумовлено їхніми стандартними розмірам, за рахунок чого підвищується ефективність. З'єднання труб трубопроводу здійснюють за допомогою зварювання, що є найбільш надійним порівняно з іншими способами з’єднання. На Фіг.1 і 2 показані горизонтальна та фронтальна проекції пристрою для прокладення трубопроводу (момент завершення буріння при проходці горизонтальної свердловини); Фіг.3 - загальний вигляд вузла з'єднання бурової коронки з трубоюлідер; Фіг.4 - горизонтальна проекція установки для прокладення трубопроводу на зворотному ході бурошнекового пристрою; Фіг.5 - розміщення протягнутого трубопроводу в тепловій зоні терикона. Спосіб реалізується установкою для прокладення трубопроводу в териконі 1 (Фіг.1, 2), що містить бурошнековий став 2, який складається з розбірних шнекових секцій 3 і бурової коронки 4. Буровий став 2 за допомогою конічного редуктора 5 з'єднано з електродвигуном 6 і силовим гідроциліндром 7. Трубу-лідер 8 (Фіг.3) і бурову коронку 4 бурошнекового пристрою з'єднано між собою з'єднувальним вузлом 9, з концентрично установленим на його осі в порожнині бурової коронки 4 радіально-упорним підшипником 10. За бурошнековим пристроєм з боку входу в терикон 1 розміщено реверсивний скребковий конвеєр 11 для транспортування до місця осипу 12 відвальної породи, робоче полотно якого встановлено перпендикулярно напрямній руху бурового ставу 2. Рольганг 13, що служить для подачі труби-лідера 8 і наступних труб 14 трубопроводу, що затягується, встановлено з боку терикона 1, протилежному вводу в масив терикона 1 бурового ставу 2. Довжину шнекових секцій 3 для зручності проведення процесу прокладеним вибирають кратною довжині стандартної труби 14, що використовується для подальшого нарощування трубопроводу. Спосіб прокладення трубопроводу полягає в наступному. Проходку горизонтальної свердловини здійснюють зусиллям бурошнекового пристрою, який оснащено секційно нарощуваним у процесі просування в масиві терикона 1 буровим шнековим ставом 2 з буровою коронкою 4. У міру обер 88230 6 тально-поступового просування бурошнекового пристрою в масиві терикона 1 відбувається руйнування відвальної териконової породи та транспортування її шнековими секціями 3 бурового шнекового ставу 2 із зони проходки горизонтальної свердловини. Вибурена порода відводиться на реверсивний скребковий конвеєр 11, який транспортує її поперемінно з двох боків осипу 12. Після виходу із масиву терикона 1 частини шнекового ставу 2 з буровою коронкою 4 з боку, протилежного вводу бурошнекового пристрою (Фіг.1, 2), проходку горизонтальної свердловини в тепловій зоні терикона 1 завершують. Трубу-лідер 8 шарнірно пристиковують до бурової коронки 4 бурошнекового ставу 2 за допомогою з'єднувального вузла 9 з радіально-упорним підшипником 10. У результаті торець труби-лідера 8 виявляється герметично захищеним від попадання в середину трубопроводу відвальної териконової породи. Затягування трубопроводу в теплову зону терикона 1 здійснюють при зворотній проходці бурошнекового ставу 2 (Фіг.4). При цьому крутильний момент і радіальні навантаження бурошнекового ставу 2 через радіально-упорний підшипник 10 з'єднувального вузла 9 не передаються і зістикована з буровою коронкою 4 через з'єднувальний вузол 9 труба-лідер 8 не обертається, чим забезпечується тільки поступальне її переміщення вслід за буровим ставом 2, що обертається. Затягування трубопроводу здійснюється за декілька прийомів кожного разу після виведення з зони проходки та демонтажу шнекових секцій 3 бурового ставу 2 і одночасного нарощування трубопроводу наступними трубами 14 на довжину, кратну довжині виведених шнекових секцій. Таким чином, по мірі просування бурового ставу 2 при зворотній проходці, останні з нарощуваних при (прямій) проходці горизонтальної свердловини, секції 3 бурового ставу 2, що виводяться з масиву терикона 1, демонтують і одночасно на протилежному боці терикона 1 на таку ж довжину зварним способом нарощують трубопровід наступними трубами 14. На Фіг.5 показано завершений процес безтраншейного прокладення трубопроводу в тепловій зоні Т° терикона 1, з параметрами трубопроводу, що визначені за розрахунками проекту, де d - діаметр, l - довжина, h - висота від основи терикона. При цьому, вибір териконів для прокладення трубопроводів обмежено териконами з інтервалами температур у тепловій зоні, що не перевищують 600-700°С, за умов, при яких помітних змін з металевим трубопроводом не відбувається. Запропонований спосіб дозволяє в межах обґрунтованих трудовитрат і безпечних режимів проведення процесу надійно та ефективно здійснювати безтраншейного прокладення протяжних трубопроводів будь-яких діаметрів в масиві терикона незалежно від структури відвальної породи. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 88230 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601