СПОСОБ КОРРЕКТИРУЕМОЙ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ПРОХОДКИ СКВАЖИНЫ Российский патент 1998 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к области строительства и строительной техники, преимущественно к проходке скважин для прокладки коммуникаций.

Известен способ исправления траектории движения прокладываемой трубы и устройство для его осуществления (а.с. СССР N 1694793, кл. E 02 F 5/18), согласно которому трубу открытым торцем забивают в грунт, очищают полость трубы от грунта, а в случае обнаружения отклонения через внутреннюю полость трубы в грунт запускают пневмопробойник коррекции с клином на длину, меньшую длины его корпуса, таким образом, чтобы его расположение относительно торца было с отклонением в сторону правильного положения трубы и при дальнейшей забивке трубы она, скользя краем торца по корпусу пневмопробойника, выходит на правильное положение, после чего пневмопробойник извлекают наружу и забивка трубы продолжается.

Недостатком способа является то, что отсутствие на стенках трубы каких-либо направляющих не позволяет точно расположить у торца трубы пневмопробойник коррекции и точно выполнить корректировку.

Используемое устройство включает пневмопробойник с трубчатым корпусом с грунтовыми стабилизаторами в хвостовой части и размещенными в нем последовательно поворотным клином с системой контроля углового положения и ударным узлом. Для ориентации пневмопробойника при его введении в забиваемую секцию трубы служат грунтовые стабилизаторы.

Однако стабилизаторы при наличии различных неровностей (например, сварочный шов) могут проскальзывать, пневмопробойник может быть повернут вокруг продольной оси, что приведет к отклонению от необходимой ориентации его перед внедрением в грунт и в процессе внедрения. Отсюда вытекает недостаток этого устройства - низкая надежность и недостаточная точность коррекции.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является способ работы устройства, описанного в а.с. СССР N 487987 кл. E 02 F 5/18.

Способ заключается в использовании вводимых в скважину пневмопробойников сначала без отклоняющего органа, а при необходимости изменения направления скважины - с отклоняющим органом, отсоединяемым у торца скважины, и в который упирается пневмопробойник своей боковой поверхностью при дальнейшем движении, изменяя при этом направление движения.

В данном способе так же, как и в приведенном выше аналоге, не обеспечивается точность направления коррекции ввиду отсутствия каких-либо направляющих на стенках скважины, а оставленный в скважине отклоняющий орган может усложнить проведение дальнейших работ.

Используемое устройство содержит отклоняющий орган в виде клина, который монтируется на носовой части пневмопробойника при помощи центрирующего кольца. Продвигаясь вместе с пневмопробойником, клин упирается в глухой конец скважины, центрирующее кольцо под действием ударной нагрузки освобождает пневмопробойник и далее пневмопробойник передвигается один, скользя по боковой поверхности клина и изменяя при этом направление движения. Для ориентации отклоняющего органа в скважине он снабжен ребрами. Ориентация отклоняющего органа происходит у устья скважины в расчете, что при достижении им глухого конца скважины он не изменит сильно своего углового положения вокруг продольной оси. Однако это гарантировать в данном случае как раз и не представляется возможным. Даже при наличии ребер под действием различных факторов (неоднородность грунта, препятствия, пустоты) отклоняющий орган может повернуться и отклонение движения пневмопробойника произойдет не в нужном направлении.

Кроме того, отклоняющий орган остается в скважине, что исключает его многократное использование.

Технической задачей, решаемой предполагаемым изобретением, является повышение надежности при увеличении точности коррекции направления образуемой скважины.

Для решения данной технической задачи в способе корректируемой по направлению проходки скважины в уплотняемом грунте с использованием поочередно вводимых в скважину рабочих устройств без отклоняющего и с отклоняющим органом, согласно изобретению, каждым размещенным в скважине рабочим устройством формируют скважину некруглой конфигурации, выполняющую роль направляющей при вводе в скважину последующего рабочего устройства, ограничивающую его произвольный поворот вокруг продольной оси на пройденном участке скважины.

Это гарантирует строго определенное положение каждого рабочего устройства в скважине перед началом его работы, что является основой повышения надежности и точности коррекции.

Скважину в поперечном сечении можно выполнять центрально симметричной формы. Это позволяет наиболее просто и надежно реализовать данный способ проходки.

Для определения необходимости коррекции, для контроля коррекции в данном способе целесообразно в скважину по ее направляющим вводить устройство, измеряющее направление скважины. Направляющие скважины позволяют повысить точность измерений.

Целесообразно также контур наружной формирующей скважину части рабочего органа устройства с отклоняющим органом выполнить конгруэнтным такому же контуру рабочего устройства без отклоняющего органа. Это обеспечивает наилучший контакт каждого рабочего устройства со стенками участка скважины, пройденного предыдущим рабочим устройством.

Выполнение скважины некруглой формы, как и в приведенных аналогах, не гарантирует, что при проходке рабочее устройство не будет несколько поворачиваться вокруг продольной оси, но в данном случае гарантируется, что введенное в скважину устройство для коррекции направления займет у глухого торца скважины перед началом коррекции строго такое же положение, как предыдущее рабочее устройство, относительно которого и намечается направление коррекции. То есть, при настройке корректирующего устройства мы можем точно учесть поворот предыдущего устройства и надежно обеспечить нужное направление коррекции. В приведенных же аналогах корректирующее устройство при подходе к глухому торцу скважины может достаточно произвольно изменить свое положение, меняя направление коррекции.

Выполнение скважины в поперечной плоскости некруглой центрально симметричной формы и использование корректирующего устройства с отклоняющим органом, жестко связанным с рабочим органом, с наружной формирующей скважину частью в поперечной плоскости также центрально симметричной формы, позволяет осуществлять коррекцию наиболее надежными и простыми средствами. Так, например, при квадратной скважине и квадратном в поперечном сечении рабочем органе устройства необходимое направление коррекции может быть достигнуто перестановкой с поворотом рабочего устройства относительно граней скважины, без какой-либо настройки отклоняющего органа, а сам отклоняющий орган может быть выполнен заодно с рабочим органом, что является самым надежным и простым вариантом исполнения. Интересно и исполнение с изменяемым положением отклоняющего органа относительно рабочего органа. Возможность установки отклоняющего органа с поворотом относительно рабочего органа позволяет вести корректировку, не меняя положения в скважине всего устройства (скважина в данном случае может не обладать центральной симметрией в поперечной плоскости). Если шаг поворота отклоняющего органа относительно рабочего органа сделать небольшим, то можно повысить надежность корректировки. В этом случае есть еще возможность заменить отклоняющий орган на деталь, не несущую функцию отклонения, т.е. возможно использовать одно и то же устройство для проходки прямолинейного участка и участка корректировки направления.

Выполнение контура наружной формирующей скважину части рабочего органа устройства с отклоняющим органом конгруэнтным такому же контуру рабочего устройства без отклоняющего органа, позволяет использовать направляющее свойство некруглой скважины в полной мере, т.к. каждое рабочее устройство будет иметь контакт практически по всему профилю поперечного сечения скважины, выполненной предыдущим рабочим устройством, а не только по какой-то ее части.

Обеспечение некруглости наружной формирующей скважину части рабочего органа выполнением на ней продольных граней, пазов, выступов или их комбинации не исчерпывает всех вариантов обеспечения некруглости, но является наиболее простым и технологически доступным ее осуществлением.

В предлагаемом способе существует возможность повышения точности контроля направления скважины.

Для этой цели в скважину могут вводить измеряющее устройство, которое может быть как самодвижущееся, так и вводимым при помощи каких-либо толкающих элементов. Вводимое по направляющим скважины измерительное устройство, также, как и рабочие устройства, строго ориентируется относительно пройденного участка скважины и обеспечивает высокую точность измерения. Использование в измеряющем устройстве, например, гироскопических приборов, позволит точно определить и записать координаты каждого участка скважины.

Измеряющее устройство вводится в скважину или между вводом рабочих устройств или вслед рабочему устройству.

На фиг. 1, 2 показаны стадии осуществления способа корректируемой по направлению проходки скважины; на фиг. 3 - рабочее устройство для проходки скважины по предлагаемому способу для криволинейного участка скважины с продольными гранями на рабочем органе; на фиг. 4 - сечение A-A фиг. 3; на фиг. 5 - рабочее устройство для криволинейного участка скважины с продольными пазами на рабочем органе и с отклоняющим органом со сменным положением; на фиг 6 - сечение A-A на фиг. 5; на фиг. 7 - рабочее устройство для прямолинейного участка скважины с продольными выступами на рабочем органе; на фиг. 8 - сечение A-A на фиг. 7.

Способ осуществляется следующим образом. При проходке скважины, например, прямолинейного направления в пределах заданного коридора на участке 1 используют рабочее устройство 1 для прямолинейной проходки. При этом скважина выполняется в поперечной плоскости некруглой конфигурации. При проходке осуществляется контроль направления скважины. Для этой цели устройство 1 может периодически извлекаться из скважины и в нее вводят измеряющее устройство 2. Частота ввода измеряющего устройства в скважину зависит от заданной точности проходки. Измеряющее устройство 2 строго ориентируется в скважине по направляющим, выполненным устройством 1, измеряет и передает наружу данные о направлении скважины. Возможно использование и каких-либо других методов измерения, включая метод с использованием измерительных устройств, связанных с рабочим устройством или введенных вслед за рабочим устройством.

При отклонении направления выше допустимого в скважину по направляющим, выполненным устройством 1, вводят рабочее устройство 3 с заданным направлением коррекции, которое перед вводом нужным образом ориентируют относительно направляющих скважины. При подходе к глухому торцу скважины устройство 3 занимает строго заданное положение, относительно которого и производится коррекция направления. Возможный некоторый поворот самих направляющих скважины выявляется при измерениях, после чего вводят необходимые поправки, гарантирующие точность производимой коррекции. Участок II - это участок коррекции направления скважины. На этом участке также возможен контроль направления измеряющим устройством 2.

При достаточном изменении направления скважины устройство 3 извлекают наружу, а в скважину по ее направляющим, которые продолжены устройством 3, вновь вводят устройство 1 для прямолинейной проходки (участок III). Работа продолжается.

В аналогичной последовательности производится работа и при проходке скважины другого заданного направления, отличного от прямолинейного.

Используемое по предлагаемому способу проходки скважины устройство содержит рабочий орган 4, привод рабочего органа в виде, например, пневматического механизма с ударником 5, отклоняющий орган 6 с косым клином 7.

На наружной формирующей скважину части рабочего органа 4 выполнены продольные грани 8, или продольные пазы 9, или продольные выступы 10. Если наружная формирующая скважину часть рабочего органа 4 имеет в поперечной плоскости центрально симметричное сечение со степенью симметрии 2 и более, то отклоняющий орган может быть выполнен заодно с рабочим. Если не обладает симметрией, то отклоняющий орган выполняется с возможностью различного его расположения относительно рабочего органа путем разной установки в гнезде 11. Отклоняющий орган может быть сменным с возможностью замены не только на другой отклоняющий орган, но и на деталь, не обладающую отклоняющими свойствами, например, симметричный конус 12. В этом случае устройство для выполнения криволинейного участка скважины превращается в устройство для выполнения прямолинейного участка. Наружные контуры устройств для криволинейного и прямолинейного участков могут выполняться конгруэнтными.

При введении в действие привода рабочего органа, например, пневматического механизма, ударник 5 начинает наносить удары по наковальне рабочего органа 4, происходит внедрение рабочего устройства в уплотняемый грунт. При этом конфигурация поперечного сечения скважины образуется такая же, как конфигурация поперечного сечения наружной части рабочего органа 4, то есть стенки скважины формируются гранями 8 или пазами 9 или выступами 10. При работе устройства с отклоняющим органом 6 косой клин 7, расположенный в передней части, создает неравномерное сопротивление движению и устройство движется по криволинейной траектории. Если отклоняющий орган 6 выполнен заодно с рабочим органом 4, а наружная часть последнего в поперечном сечении обладает центральной симметрией со степенью симметрии 2 и более, направление движения задают путем поворота всего устройства относительно направляющих элементов скважины. В других случаях направление коррекции будет определено положением отклоняющего органа 6 в гнезде 11.

При замене отклоняющего органа 6 на симметричную деталь 12 устройство движется прямолинейно.

Изобретение относится к области строительства и строительной техники, преимущественно к проходке скважин для прокладки коммуникаций. Использование изобретения позволяет повысить надежность при увеличении точности коррекции направления скважины при проходке. Способ проходки основан на использовании устройств, имеющих наружную часть рабочего органа некруглой конфигурации и формирующих скважину некруглой конфигурации, элементы формы скважины являются направляющими при поочередном вводе в нее устройства без отклоняющего органа, устройства с отклоняющим органом, а также устройства, измеряющего направление скважины и дающего информацию для поправки на возможный поворот самих направляющих. При этом обеспечивается строго заданное положение рабочего устройства при подходе его к глухому торцу скважины перед началом работы, что является основой повышения надежности и точности коррекции направления проходки. 3 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Способ корректируемой по направлению проходки скважины в уплотняемом грунте с использованием поочередно вводимых в скважину рабочих устройств без отклоняющего и с отклоняющим органом, отличающийся тем, что каждым размещенным в скважине рабочим устройством формируют скважину некруглой конфигурации, выполняющую роль направляющей при вводе в скважину последующего рабочего устройства, ограничивающую его произвольный поворот вокруг продольной оси на пройденном участке скважины. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину в поперечном сечении выполняют центрально симметричной формы. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважину по ее направляющим вводят устройство, измеряющее направление скважины. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контур наружной формирующей скважину части рабочего органа устройства с отклоняющим органом выполняют конгруэнтным такому же контуру рабочего устройства без отклоняющего органа.