RU2495198C1

RU2495198C1 - Method to produce wells in soil for trenchless installation of utilities (versions)

Info

Publication number: RU2495198C1
Application number: RU2012114574/03A
Authority: RU
Inventors: Борис Николаевич Смоляницкий; Борис Борисович Данилов; Ярослав Ильич Поветьев
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: method in accordance with the first version includes formation of a pilot well along a design axis of the installed utility, expansion of the pilot well to the design diameter by damage of soil with the help of a working element connected with a drilling rod, and transportation of products of damage by means of a pipeline connected with a free end of the working element as the latter rotates around the longitudinal axis, for this purpose pressure is pulled at the open end of the pipeline below the atmospheric pressure with the help of a vacuum-forming device. The method in accordance with the second version differs from the method in accordance with the first method by the fact that transportation of damage products is carried out with the help of a drilling rod.

EFFECT: increased efficiency of a working process due to usage of process equipment, principle of operation of which provides for rational use of installed capacity.

3 cl, 2 dwg

Description

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к технологии направленного горизонтального бурения скважин в грунте, и может найти применение при бестраншейной прокладке и ремонте подземных коммуникаций.The technical solution relates to mining and construction, namely to the technology of directional horizontal drilling of wells in the ground, and can find application in trenchless laying and repair of underground utilities.

Известен способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием, реализованный в устройстве для бестраншейной прокладки трубопроводов по а.с. СССР №1159989, E02F 5/18, опубл. 07.06.1985 г., согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами бурят пилотную скважину, в которой после бурения остается колонна бурильных труб. К колонне бурильных труб крепят расширитель, которым расширяют скважину. Затем в скважину устанавливают колонну обсадных труб, соединенную с расширителем для образования скважины с проектным диаметром. К расширителю с помощью шпинделя крепят шток, к которому подведена магистраль высокого давления. Колонной бурильных труб передают к расширителю крутящий момент и тяговое усилие, создаваемые любым известным способом, по ней же прокачивают очистной агент, поступающий в расширитель, проходящий через его промывочное отверстие и транспортирующий из скважины продукты разрушения по затрубному пространству.A known method of forming wells in the ground when laying underground utilities under an obstacle, implemented in a device for trenchless laying of pipelines along the AS USSR No. 1159989, E02F 5/18, publ. 06/07/1985, according to which a pilot well is drilled along the design axis of the communication between the working and receiving pits, in which a drill string remains after drilling. An expander is attached to the drill pipe string, with which the well is expanded. Then, a casing string is installed in the well, connected to an expander to form a well with a design diameter. A rod is connected to the expander using a spindle, to which a high-pressure line is connected. The drill pipe string transfers the torque and traction generated by any known method to the expander, and the cleaning agent is pumped through it, entering the expander passing through its flushing hole and transporting the fracture products from the well through the annulus.

Недостатками известного способа является низкая эффективность работы и большая энергоемкость процесса разрушения, которая обусловлена необходимостью разрушения грунта до частиц, размер которых позволяет осуществить их транспортировку через затрубное пространство. При этом транспортировка продуктов разрушения по затрубному пространству может привести к необходимости образования скважины увеличенного диаметра и к нарушению целостности стенок скважины из-за абразивного воздействия на них продуктами разрушения. Большая площадь проходного сечения затрубного пространства приводит к снижению скорости потока очистного агента и способствует выпадению в осадок транспортируемых им продуктов разрушения, в результате чего эти продукты разрушения вдавливаются в стенки скважины, что приводит к увеличению энергоемкости технологического процесса. Кроме того, удаление поступивших из затрубного пространства продуктов разрушения требует дополнительных средств и временных затрат, чтобы избежать ухудшения экологической обстановки.The disadvantages of this method is the low efficiency and high energy intensity of the destruction process, which is due to the need to destroy the soil to particles, the size of which allows them to be transported through the annulus. At the same time, transportation of fracture products through the annulus may lead to the necessity of forming an enlarged borehole and to disrupt the integrity of the borehole walls due to the abrasive action of fracture products on them. A large flow area of the annulus leads to a decrease in the flow rate of the treatment agent and contributes to the precipitation of the fracture products transported by it, as a result of which these fracture products are pressed into the borehole walls, which leads to an increase in the energy consumption of the technological process. In addition, the removal of destruction products from the annulus requires additional funds and time to avoid environmental degradation.

Известен способ образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций под препятствием по патенту РФ №2127348, Е02F 5/18, опубл. 10.03.1999 г., согласно которому по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами проходят пионерную скважину, размещают в пионерной скважине штангу, которую соединяют с рабочим органом, перемещают рабочий орган по пионерной скважине приложением к штанге осевого усилия и с помощью рабочего органа производят расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта, а транспортировку продуктов разрушения осуществляют с помощью рабочего агента, который подают в зону разрушения. При разрушении грунта для расширения пионерной скважины его предварительно измельчают и направляют в грунтоприемную камеру рабочего органа, причем при измельчении грунта на него дополнительно воздействуют струями рабочего агента, а в грунтоприемной камере продукты разрушения перемешивают с рабочим агентом до образования пульпы, транспортировку которой осуществляют с помощью расположенного в грунтоприемной камере эжекторного насоса по расположенному в образованной скважине пульпопроводу, а по мере образования скважины в нее подают тиксотропный раствор.A known method of forming wells in the ground when laying underground utilities under an obstacle according to the patent of the Russian Federation No. 2127348, E02F 5/18, publ. 03/10/1999, according to which a pioneer well passes along the design axis of the communication between the working and receiving pits, a rod is placed in the pioneer well, which is connected to the working body, the working body is moved along the pioneer well by applying axial force to the rod and using the working body they expand the pioneer well to the design diameter by soil destruction, and the destruction products are transported using a working agent, which is fed into the destruction zone. When the soil is destroyed to expand the pioneer well, it is first crushed and sent to the soil receiving chamber of the working body, and when grinding soil it is additionally exposed to the working agent jets, and in the soil receiving chamber, the destruction products are mixed with the working agent until a pulp is formed, which is transported using in the soil receiving chamber of the ejector pump through the slurry pipe located in the well formed, and as the well is formed, I feed it into it thixotropic solution.

Недостатками данного способа являются низкие эффективность и надежность работы. Производительность эжекторного насоса мала. Струя чистого рабочего агента увлекает за собой часть пульпы, находящейся в грунтоприемной камере. Концентрация твердой фазы, то есть грунта, в пульпопроводе будет низкой. Следовательно, будет низкой и пропускная способность пульпопровода. Кроме того, для транспортирования определенного объема продуктов разрушения необходим большой объем рабочего агента. В местах прокладки подземных коммуникаций часто встречается неоднородный по составу грунт с включениями в виде обломков камней, кирпича, щебня и прочего строительного мусора. При попадании таких твердых нерастворимых в рабочем агенте включений внутрь грунтоприемной камеры происходит закупоривание эжекторного насоса или пульпопровода. Это приводит к аварийной остановке процесса. Если при этом подачу рабочего агента в грунтоприемную камеру не прекращают, он выходит наружу и размывает грунт, образуя каверны. Это приводит к провалу поверхности над скважиной.The disadvantages of this method are low efficiency and reliability. Ejector pump performance is low. A stream of a clean working agent carries with it a part of the pulp located in the soil receiving chamber. The concentration of the solid phase, i.e. soil, in the slurry pipeline will be low. Consequently, the capacity of the slurry pipeline will also be low. In addition, a large volume of working agent is needed to transport a certain volume of destruction products. In places where underground utilities are laid, the soil is often heterogeneous in composition with inclusions in the form of fragments of stones, bricks, rubble and other construction waste. If such solid insoluble inclusions in the working agent get into the soil receiving chamber, the ejector pump or slurry pipeline becomes clogged. This causes the process to crash. If at the same time the supply of the working agent to the soil receiving chamber is not stopped, it goes outside and erodes the soil, forming caverns. This leads to a dip in the surface above the well.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является 1 вариант способа бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте по патенту РФ №2344241, Е02F 5/18, опубл. 20.01.2009 г, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим и приемным котлованами и одновременную прокладку в ней буровой штанги, которую соединяют с рабочим органом, последующее расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа и транспортировку продуктов разрушения, осуществляемую потоком очистного агента через трубопровод, причем трубопровод размещают в расширенной части скважины, соединяют с рабочим органом и вращают вместе с ним вокруг продольной оси.The closest in technical essence and the set of essential features to the claimed technical solution is 1 variant of the method of trenchless laying of communications in the soil according to the patent of the Russian Federation No. 2344241, E02F 5/18, publ. 01/20/2009 g, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication between the working and receiving pits and the simultaneous laying of a drill rod in it, which is connected to the working body, the subsequent expansion of the pioneer well to the design diameter by soil destruction using the working body and transportation of destruction products carried out by the flow of the cleaning agent through the pipeline, the pipeline being placed in the extended part of the well, connected to the working body and rotated with it around the longitudinal axis.

Недостатком данного способа является низкая эффективность работы за счет использования технологического оборудования для обеспечения транспортировки продуктов разрушения (компрессора), принцип действия которого обеспечивает нерациональное использование установленной мощности.The disadvantage of this method is the low efficiency due to the use of technological equipment to ensure the transportation of destruction products (compressor), the principle of which ensures the irrational use of installed capacity.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности рабочего процесса за счет использования технологического оборудования, принцип действия которого обеспечивает рациональное использование установленной мощности.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the workflow through the use of technological equipment, the principle of which ensures the rational use of installed capacity.

Поставленная задача по первому варианту достигается тем, что в способе образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством трубопровода, соединенного со свободным концом рабочего органа при вращении последнего вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце трубопровода давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.The task according to the first embodiment is achieved by the fact that in the method of producing wells in the ground for trenchless laying of communications, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication, expanding the pioneer well to the design diameter by destroying the soil using a working body connected to the drill rod, and transportation destruction products, according to the technical solution, the transportation of destruction products is carried out by means of a pipeline connected to a free the end of the working body during rotation of the latter around the longitudinal axis, for which create a pressure below the atmospheric pressure at the open end of the pipeline using a vacuum-generating device.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность рабочего процесса за счет использования технологического оборудования (например, промышленных пылесосов), принцип действия которого обеспечивает рациональное использование установленной мощности за счет создания тягового усилия.The specified set of features allows you to increase the efficiency of the workflow through the use of technological equipment (for example, industrial vacuum cleaners), the principle of which ensures the rational use of installed power by creating traction.

По второму варианту решение поставленной задачи достигается тем, что в способе образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающем образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, согласно техническому решению транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством буровой штанги при ее вращении вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце буровой штанги давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.According to the second option, the solution of the problem is achieved by the fact that in the method of producing wells in the ground for trenchless laying of communications, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication, expanding the pioneer well to the design diameter by destroying the soil using a working body connected to the drill rod, and transportation of destruction products, according to the technical solution, transportation of destruction products is carried out by means of a drill rod during its rotation in round the longitudinal axis, which create at the open end of the drill rod below atmospheric pressure via vakuumobrazuyuschego device.

Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность рабочего процесса за счет использования технологического оборудования, принцип действия которого обеспечивает рациональное использование установленной мощности за счет создания тягового усилия. Кроме того, предлагаемый вариант эффективен при сооружении тупиковых горизонтальных скважин в стесненных городских условиях, где невозможно иметь приемный котлован.The specified set of features allows you to increase the efficiency of the workflow through the use of technological equipment, the principle of operation of which ensures the rational use of installed power by creating traction. In addition, the proposed option is effective in the construction of horizontal dead-end wells in cramped urban environments where it is impossible to have a receiving pit.

Целесообразно при этом осуществлять расширение пионерной скважины разрушением грунта с помощью рабочего органа, выполненного с направляющим выступом в виде конуса или клина. Это способствует стабилизации курса проходки скважины, повышая эффективность рабочего процесса.It is advisable to carry out the expansion of a pioneer well by destroying the soil with the help of a working body made with a guide protrusion in the form of a cone or wedge. This helps to stabilize the rate of penetration, increasing the efficiency of the workflow.

Сущность предлагаемых способов образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций поясняется примерами их реализации и чертежами фиг.1, 2. На фиг.1 изображена схема реализации способа по первому варианту, на фиг.2 - то, же по второму варианту.The essence of the proposed methods of forming wells in the ground for trenchless laying of communications is illustrated by examples of their implementation and the drawings of figures 1, 2. Figure 1 shows a diagram of the implementation of the method according to the first embodiment, figure 2 is the same according to the second embodiment.

Способ образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций по первому варианту реализуют следующим образом. По проектной оси прокладываемой коммуникации между рабочим 1 (фиг.1) и приемным 2 котлованами образуют пионерную скважину 3. Проходка пионерной скважины 3 может быть осуществлена любым известным инструментом (например, с помощью пневмопробойника или буровой колонны установки горизонтального бурения). Диаметр образуемой пионерной скважины 3 значительно меньше проектного диаметра скважины для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте. С образованием пионерной скважины 3 в ней размещают буровую штангу 4, после чего в приемном котловане 2 к ней присоединяют рабочий орган 5, диаметр корпуса которого равен проектному диаметру скважины. К свободному концу рабочего органа 5 присоединяют трубопровод 6, который монтируют звеньями. Буровую штангу 4 вращают вместе с рабочим органом 5 и трубопроводом 6 и одновременно перемещают поступательно в направлении, обратном проходке пионерной скважины 3, с помощью бурового станка 7, расположенного в рабочем котловане 1. При перемещении рабочего органа 5 по пионерной скважине 3 происходит ее расширение до проектного диаметра разрушением грунта. По мере продвижения рабочего органа 5 периодически осуществляют демонтаж звеньев буровой штанги 4 и наращивание звеньев трубопровода 6, при этом буровая штанга 4 укорачивается, а трубопровод 6, соответственно, удлиняется. Рабочий орган 5, вращаясь, измельчает продукты разрушения Пр, которые под действием воздушной тяги, создаваемой давлением -Р ниже атмосферного на открытом конце трубопровода 6 с помощью вакуумобразующего устройства 8, перемешиваясь, движутся по трубопроводу 6 по направлению к вакуумобразующему устройству 8, установленному в приемном котловане 2. После прохождения по трубопроводу 6 продукты разрушения попадают в емкость 9 вакуумобразующего устройства 8. Направление движения продуктов разрушения Пр на фиг.1 показано стрелками. После образования скважины рабочий орган 5 извлекают из рабочего котлована 1, демонтируют трубопровод 6, размещают в скважине коммуникацию.The method of forming wells in the ground for trenchless laying of communications according to the first embodiment is implemented as follows. On the project axis of the communication being laid between the worker 1 (Fig. 1) and the receiving pit 2 form a pioneer well 3. The pioneer well 3 can be drilled using any known tool (for example, using a pneumatic punch or a drill string of a horizontal drilling rig). The diameter of the pioneer well 3 being formed is much smaller than the design diameter of the well for trenchless laying of communications in the ground. With the formation of a pioneer well 3, a drill rod 4 is placed in it, after which a working body 5 is attached to it in the receiving pit 2, the diameter of the casing of which is equal to the design diameter of the well. To the free end of the working body 5 is attached a pipe 6, which is mounted by links. The drill rod 4 is rotated together with the working body 5 and the pipe 6 and simultaneously move translationally in the reverse direction of the pioneer well 3, using the drilling machine 7 located in the working pit 1. When moving the working body 5 along the pioneer well 3, it expands to design diameter by soil destruction. As the working body 5 advances, the links of the drill rod 4 are periodically disassembled and the links of the pipeline 6 are expanded, while the drill rod 4 is shortened, and the pipeline 6, respectively, is extended. The working body 5, rotating, grinds the products of destruction Pr, which under the action of air traction created by a pressure -P below atmospheric pressure at the open end of the pipeline 6 using the vacuum-forming device 8, mixing, move along the pipeline 6 towards the vacuum-forming device 8 installed in the receiving foundation pit 2. After passing through the pipeline 6, the destruction products fall into the container 9 of the vacuum-forming device 8. The direction of movement of the destruction products Pr in Fig. 1 is shown by arrows. After the formation of the well, the working body 5 is removed from the working pit 1, the pipeline 6 is dismantled, communication is placed in the well.

По второму варианту способ реализуют следующим образом. По проектной оси прокладываемой коммуникации со стороны рабочего котлована 1 (фиг.2) образуют пионерную скважину 3. Проходка пионерной скважины 3 может быть осуществлена любым известным инструментом (например, с помощью реверсивного пневмопробойника или буровой колонны установки горизонтального бурения). Диаметр образуемой пионерной скважины 3 значительно меньше проектного диаметра скважины для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте. После образования пионерной скважины 3 инструмент, производящий ее проходку, извлекают со стороны рабочего котлована 1. После этого в рабочем котловане 1 на забой ориентируют рабочий орган 5, диаметр корпуса которого равен проектному диаметру скважины, соединяют рабочий орган 5 с буровой штангой 4. Рабочий орган 5 может иметь направляющий выступ в виде конуса или клина. Буровую штангу 4 вращают вместе с рабочим органом 5 и одновременно перемещают поступательно в направлении проходки пионерной скважины 3. Вращение и перемещение буровой штанги 4 с рабочим органом 5 может быть осуществлено буровым станком 7, расположенным в рабочем котловане 1. При перемещении рабочего органа 5 по пионерной скважине 3 происходит ее расширение до проектного диаметра разрушением грунта. По мере продвижения рабочего органа 5 периодически осуществляют монтаж звеньев буровой штанги 4. Рабочий орган 5, вращаясь, измельчает продукты разрушения Пр, которые под действием воздушной тяги, создаваемой на открытом конце буровой штанги 4 давлением -Р ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства 8, перемешиваясь, движутся по буровой штанге 4 по направлению к вакуумобразующему устройству 8, установленному в рабочем котловане 1.In the second embodiment, the method is implemented as follows. On the project axis of the communication being laid, from the side of the working pit 1 (Fig. 2), a pioneer well 3 is formed. The pioneer well 3 can be drilled using any known tool (for example, using a reversible air punch or a drill string of a horizontal drilling rig). The diameter of the pioneer well 3 being formed is much smaller than the design diameter of the well for trenchless laying of communications in the ground. After the formation of the pioneer well 3, the tool making it sinking is removed from the side of the working pit 1. After that, in the working pit 1, the working body 5 is oriented to the bottom, the diameter of the casing of which is equal to the design diameter of the well, the working body 5 is connected to the drill rod 4. The working body 5 may have a guide protrusion in the form of a cone or wedge. The drill rod 4 is rotated together with the working body 5 and simultaneously move progressively in the direction of penetration of the pioneer well 3. The rotation and movement of the drill rod 4 with the working body 5 can be carried out by the drilling machine 7 located in the working pit 1. When moving the working body 5 along the pioneer well 3, it expands to the design diameter by soil destruction. As the working body 5 advances, the assembly of the links of the drill rod 4 is periodically carried out. The working body 5 rotates and crushes the products of destruction Pr, which, under the action of the air draft created at the open end of the drill rod 4, have a pressure -P below atmospheric pressure using a vacuum generating device 8, mixing move along the drill rod 4 in the direction of the vacuum-forming device 8 installed in the working pit 1.

После прохождения по буровой штанге 4 продукты разрушения попадают в емкость 9 вакуумобразующего устройства 8. Направление движения продуктов разрушения Пр на фиг.2 показано стрелками. После образования скважины демонтируют буровую штангу 4, рабочий орган 5 извлекают из рабочего котлована 1, размещают в скважине коммуникацию.After passing through the drill rod 4, the destruction products fall into the tank 9 of the vacuum-forming device 8. The direction of movement of the destruction products Pr in figure 2 is shown by arrows. After the formation of the well, the drill rod 4 is dismantled, the working body 5 is removed from the working pit 1, communication is placed in the well.

Claims

1. Способ образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, отличающийся тем, что транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством трубопровода, соединенного со свободным концом рабочего органа при вращении последнего вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце трубопровода давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.1. The method of formation of wells in the ground for trenchless laying of communications, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication, expanding the pioneer well to the design diameter by destroying the soil using a working body connected to the drill rod, and transporting the fracture products, characterized in that the transportation destruction products are carried out by means of a pipeline connected to the free end of the working body when the latter rotates around a longitudinal axis, d To do this, create a pressure below the atmospheric pressure at the open end of the pipeline using a vacuum-forming device.

2. Способ образования скважин в грунте для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающий образование пионерной скважины по проектной оси прокладываемой коммуникации, расширение пионерной скважины до проектного диаметра разрушением грунта с помощью рабочего органа, соединенного с буровой штангой, и транспортировку продуктов разрушения, отличающийся тем, что транспортировку продуктов разрушения осуществляют посредством буровой штанги при ее вращении вокруг продольной оси, для чего создают на открытом конце буровой штанги давление ниже атмосферного с помощью вакуумобразующего устройства.2. The method of forming wells in the ground for trenchless laying of communications, including the formation of a pioneer well along the design axis of the laid communication, expanding the pioneer well to the design diameter by destroying the soil using a working body connected to the drill rod, and transporting the fracture products, characterized in that the transportation destruction products are carried out by means of a drill rod when it rotates around a longitudinal axis, for which pressure is created at the open end of the drill rod below atmospheric using a vacuum generating device.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расширение пионерной скважины разрушением грунта осуществляют с помощью рабочего органа, выполненного с направляющим выступом в виде конуса или клина. 3. The method according to claim 2, characterized in that the expansion of the pioneer well by the destruction of the soil is carried out using a working body made with a guide protrusion in the form of a cone or wedge.