Совершенствование метода расчета показателей процесса прокола при создании криволинейных скважин в грунтах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат наук Рыбаков, Александр Сергеевич

• Рыбаков, Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Рыбаков, Александр Сергеевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Способы и средства реализации бестраншейных технологий

1.2. Способы и средства создания криволинейных скважин

1.3. Способы и средства контроля траектории скважины при реализации бестраншейных технологий

1.4. Результаты теоретических исследований взаимодействия рабочего инструмента проходческого става с грунтовым массивом и их анализ

1.5. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия рабочего инструмента проходческого става с грунтовым массивом и их анализ

1.6. Цель и задачи исследований

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРОХОДЧЕСКОГО СТАВА С ГРУНТОМ ПРИ ПРОКОЛЕ

2.1. Задача об обтекании конуса жесткопластической средой

2.1.1. Определяющие соотношения жесткопластической среды

2.1.2. Математическая постановка задачи взаимодействия рабочего инструмента с грунтом

2.1.3. Упрощение исходных соотношений

2.1.4. Решение уравнений математической модели

2.1.5. Определение нагрузки, действующей на конусообразный рабочий инструмент

2.2. Определение направления движения несимметричного рабочего инструмента при проколе

Выводы

3. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Факторы и показатели, определяющие и характеризующие процесс прокола при сооружении криволинейной скважины

3.2. Стендовое оборудование

3.3. Контрольно-измерительная аппаратура

3.4. Общие положения методики

3.5. Характеристика инструмента и грунта

Выводы

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРОХОДЧЕСКОГО СТАВА С ГРУНТОВЫМ МАССИВОМ

4.1. Результаты экспериментальных исследований

4.1.1. Результаты экспериментальных исследований процесса прокола при диаметре рабочего инструмента больше диаметра проходческого става

4.1.2. Результаты экспериментальных исследований процесса прокола при равных диаметрах рабочего инструмента и проходческого става

4.2. Результаты теоретических исследований

4.3. Методика расчета показателей процесса прокола при создании криволинейной скважины в грунтах

4.4. Пример расчета расходуемой мощности при создании криволинейной скважины

Вывод ы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Исходный текст программы расчета показателей процесса криволинейного прокола

Приложение Б. Исходный текст программы контроллера датчика хода

Приложение В. Исходный текст программы мониторинга стендового оборудования

Приложение Г. Акты внедрения результатов исследований в производство

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование метода расчета показателей процесса прокола при создании криволинейных скважин в грунтах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Все более возрастающая плотность городского строительства и прокладываемых подземных коммуникаций привела к широкому применению технических средств, реализующих различные бестраншейные технологии. Наиболее востребованными и, как следствие, распространенными среди них оказались технологии горизонтально-направленного бурения и прокола. Они позволяют проводить выработки малого сечения как прямолинейной, так и криволинейной траекторий. При этом сохраняется общая устойчивость грунтового массива, а влияние развиваемых при уплотнении напряжений распространяется в пределах 5-6 диаметров скважины в направлении, перпендикулярном оси выработки. Увеличивающаяся плотность подземных коммуникаций обусловила необходимость исключения их взаимовлияния, а плотность поверхностной застройки - приоритетность за-буривания с поверхности. Следствием этих факторов являются повышенные требования к точности и управляемости процесса создания криволинейной скважины. Одним из простых и перспективных способов создания таких скважин является использование несимметричного рабочего инструмента цилиндрической формы со скосом (цилиндр рассечен наклонной плоскостью под углом к его оси). Точность в управлении здесь достигается путем совершенствования механизмов обратной связи, определяющих информацию о текущем местоположении и ориентации рабочего инструмента при создании криволинейной скважины в заданных горно-геологических условиях и с учетом режимных и конструктивных параметров как его, так и самой установки. Механизмы обратной связи постоянно совершенствуются и на данном этапе представлены образцами, обеспечивающими высокую точность. Однако в развитии методов расчета показателей процесса прокола существует определенный вакуум, связанный со сложностью учета изменения как траектории, так и нагруженности рабочего инструмента при преодолении препятствий и, как следствие, при прокладке коммуникаций наиболее весомую роль играет

опыт оператора прокалывающей установки. Обусловлено это главным образом отсутствием экспериментально обоснованного и достаточно полного математического описания процесса взаимодействия проходческого става, оснащенного несимметричным рабочим инструментом, с грунтовым массивом на основе современных представлений о механике грунтов и теории пластичности, что, в конечном счете, и определяет актуальность работы.

Цель работы. Обоснование параметров и определение показателей процесса прокола при создании криволинейных скважин на основе установленных закономерностей взаимодействия рабочего инструмента проходческого става с грунтом для совершенствования метода расчета, направленного на повышение эффективности применения прокалывающих установок.

Идея работы. Повышение эффективности прокалывающих установок достигается применением несимметричного рабочего инструмента при создании криволинейных скважин с учетом установленных закономерностей взаимодействия его с грунтом, выявленных как путем математического моделирования на основе современных представлений о механике грунтов и теории пластичности, так и экспериментально.

Метод исследования — комплексный, включающий научный анализ и обобщение опыта использования способов и средств при создании скважин в грунтах, а также результатов ранее выполненных теоретических и экспериментальных исследований процесса прокола; методы механики грунтов и теории пластичности; теоретические исследования на базе математического моделирования взаимодействия рабочего инструмента проходческого става с грунтовым массивом; проведение экспериментальных исследований и обработку экспериментальных данных с применением методов теории вероятности и математической статистики; сопоставление теоретических, расчетных и экспериментальных данных.

Научные положения, выносимые на защиту:

- математическое моделирование взаимодействия рабочего инструмента (конуса) проходческого става с грунтом основывается на рассмотрении

последнего как области течения жесткопластической среды с постоянными начальной плотностью, сопротивлением сдвигу, относительным уплотнением значительно меньшим единицы и радиальным течением, намного превосходящим окружное течение, представляющей собой шар с вырезанным конусом, обусловливающим избыточное давление, характеризующее ее среднее напряжение;

- определение нагруженности симметричного рабочего инструмента (конуса) осуществляется по установленной зависимости, учитывающей геометрию инструмента и прочностные характеристики грунта и на которой базируется расчет несимметричного рабочего инструмента;

- определение нагруженности несимметричного рабочего инструмента достигается решением системы двух уравнений, связывающей усилие уплотнения грунта с нормальными и касательными усилиями, действующими на контактных площадках рабочего инструмента, с учетом его геометрии, одно из которых является трансцендентным относительно угла отклонения рабочего инструмента от прямолинейной оси скважины;

- усилие уплотнения суглинков и угол отклонения рабочего инструмента от прямолинейной оси скважины необходимо определять на основе установленных зависимостей с учетом диаметра рабочего инструмента и угла его заострения, а также скорости его внедрения в грунт и предела текучести последнего на сдвиг;

- усовершенствование метода расчета показателей процесса прокола базируется на его экспериментальных исследованиях, математическом моделировании взаимодействия рабочего инструмента с грунтом и сопоставлении их результатов и заключается в установлении зависимостей усилия уплотнения грунта и угла отклонения рабочего инструмента от прямолинейной оси скважины с учетом влияющих факторов.

Научная новизна работы:

1. Получена теоретическая зависимость для определения усилия уплотнения грунта, взаимодействующего с конусным рабочим инструментом и

учитывающая его геометрию, а также предел текучести грунта при сдвиге и давление инструмента на грунт.

2. Установлены устойчивые корреляционные связи между отклонением рабочего инструмента от оси скважины, усилием уплотнения грунта и мощностью, затрачиваемой на его внедрение в грунт.

3. Усовершенствован метод расчета показателей процесса прокола при создании криволинейных скважин в грунтах.

4. Получены расчетные формулы для определения усилия уплотнения грунта и угла отклонения рабочего инструмента от прямолинейной оси для суглинков с учетом диаметра рабочего инструмента и угла его заострения, а также скорости его внедрения в грунт и предела текучести последнего на сдвиг.

5. Усовершенствована расчетная формула для определения усилия прокола суглинков.

Достоверность научных положений выводов и рекомендаций подтверждается корректностью постановки задач; корректным использованием при математическом моделировании процесса прокола методов механики грунтов и теории пластичности; представительным объемом экспериментальных и теоретических данных; корректным применением методов теории вероятности и математической статистики при обработке и анализе данных; устойчивостью корреляционных связей установленных зависимостей (значения коэффициентов корреляции находятся в пределах 0,81 - 0,99) и удовлетворительной сходимостью расчетных данных с результатами эксперимента.

Научное значение работы заключается в развитии теории процесса прокола грунтов рабочим инструментом проходческого става путем установления физической картины механизма прокола и совершенствования метода расчета показателей процесса при создании скважин.

Практическое значение работы:

- разработан и изготовлен стенд, а также комплекс измерительной аппаратуры и программного обеспечения для изучения процесса прокола при создании как криволинейных, так и прямолинейных скважин;

- усовершенствован метод и разработана методика расчета показателей процесса прокола при создании криволинейных скважин.

Реализация работы. Результаты исследований, стендовая установка, комплекс измерительной аппаратуры и программного обеспечения и методика расчета и рекомендации в полном объеме используются ООО «Скуратов-ский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула) и ООО «БЕЛРА-центр» (г. Тула) при разработке и создании прокалывающих установок.

Кроме того, результаты исследований внедрены в учебные курсы «Математическое моделирование физических процессов» и «Разрушение горных пород» для студентов ТулГУ, обучающихся по специальности 21.05.04 «Горное дело».

Личный, вклад автора состоит в анализе и обобщении результатов теоретических и экспериментальных исследований; формулировании цели и задач исследований; разработке математической модели и стендовой установки, измерительной аппаратуры и программного обеспечения; проведении теоретических и экспериментальных исследований и интерпретации их результатов; совершенствовании метода расчета показателей процесса прокола и подготовке публикаций.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого - взгляд в будущее» (гг. Тула - Минск - Донецк) 28 - 30 октября 2013 г.; научных семинарах профессорско-преподавательского состава кафедры ГиСПС ТулГУ (2012-2015 гг.); технических советах ООО «Скура-товский опытно-экспериментальный завод» (г. Тула, 2013 - 2015 гг.) и ТРО МОО «Академия горных наук» (г. Тула, 2013 - 2015 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 статей, в том числе 8 в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 25 таблиц, список использованной литературы из 105 наименований и 4 приложения.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Способы и средства реализации бестраншейных технологий

На текущем этапе развития подземного строительства в условиях плотной городской застройки ремонт существующих и прокладку новых коммуникаций становится все менее возможным осуществлять традиционными способами с экскавацией вмещающих пород на поверхность. Данное обстоятельство привело к весьма широкому распространению различных способов и средств создания горизонтальных скважин бестраншейным способом. К основным достоинствами таких способов, как правило, относят [1 - 14]:

- сохранение целостности поверхности, например, дорожного полотна;

- значительное расширение области прокладки коммуникаций (под реками, железными дорогами, домами и т.п.);

- возможность работы в зимний период;

- охранение целостности существующих коммуникаций;

- мобильность и высокая производительность;

- значительное уменьшение зоны ведения работ;

- минимальное техногенное воздействие на окружающую среду;

- снижение общей стоимости работ.

Круг инженерных задач, решаемых бестраншейным способом, как правило, включает в себя ремонт и прокладку новых трубопроводов, в том числе газо- и нефтепроводов, канализации и водопроводов, формирование свай и свайных конструкций, создание колодцев и скважин в грунтах и горных породах [2, 5].

Бестраншейные технологии весьма разнообразны. Их можно классифицировать следующим образом (рисунок 1.1) [15]. В первую очередь следует их разделить по способу создания самой скважины: бурением или проколом. К бестраншейным технологиям относится и продавливание. Бурение подразумевает разрушение вмещающих пород буровым инструментом с удалением их из призабойной зоны, либо с уплотнением в стенки скважины.

Прокол же предусматривает создание скважины исключительно за счет уплотнения грунта в ее стенки. Способы создания скважины, в свою очередь, накладывают ограничения на максимальные типоразмеры возводимых коммуникаций и их протяженность. Для уплотнения это, как правило, до 300-500 мм в диаметре при протяженности до 80 метров, для бурения же диаметр возводимых скважин может достигать 1820 мм, а протяженность в свою очередь нескольких километров [1 - 3, 5, 16, 17]. На качество возводимых скважин значительно влияет наличие возможности контроля и управления пространственным положением и ориентацией рабочего инструмента машины. Если данные механизмы отсутствуют, то эффективная дальность значительно снижается. Так, например, для неуправляемого прокола она составляет 2030 метров [15-17].

Рисунок 1.1. Классификация бестраншейных технологий

Бурение главным образом реализуется двумя технологиями: горизонтально-направленное бурение (ГНБ) и шнековое бурение. Технология ГНБ [18, 19], как правило, характеризуется наличием контроля положения рабочего инструмента - буровой головной секции и возможностью корректировки

ее направления. Характеристики создаваемой скважины следующие: длина до 2 км и диаметр до 1200 мм [2, 3, 5, 15]. Шнековое бурение также характеризуется наличием контроля положения и возможностью управления. Получаемая же скважина имеет следующие характеристики: длина до 150 м и диаметр от 600 до 1820 мм [3]. Оборудование, реализующее данные технологии, представлено на рисунках 1.2 и 1.3 соответственно. Основными фирмами производителями установок горизонтального бурения являются Herrenknecht, Schmidt Kranz & со GMBH, Soltau, Vermeer, Tracto-Technik, Ditch Witch, ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод» (ООО «СОЭЗ») [20], ООО «Горизонталь» и другие [1, 5, 21].

Прокол же реализуется большим количеством способов (см. рисунок 1.1). Они характеризуются рядом параметров, представленных в таблице 1.1 [2, 5, 22 - 26].

Таблица 1.1

Характеристики скважин, создаваемых с помощью различных технологий

прокола

Технология прокола Диаметр скважины, мм Длина сква-

(см. рисунок 1.1) жины, м

Статический До 500 До 80

С осевыми вибрациями До 500 До 60

Ударный До 600 До 30

Пневмопробойниками До 400 До 50

Раскатка До 160 До 30

С вибрациями перпен- До 350 До 30

дикулярно оси скважи-

ны

Как видно из таблицы 1.1 диаметр скважины для различных технологий прокола изменяется от 160 до 600 мм, а длина скважины находится в диапазоне 30 — 80 м.

В общем случае прокол (см. рисунок 1.1) реализуется следующим образом [27]. Под действием статической или динамической нагрузки производится внедрение в грунт проходческого става, оснащенного рабочим инструментом, и при этом за счет уплотнения грунта образуется скважина.

Рисунок 1.2. Установки ГНБ:

а - Сгипс1ос1п11 15х для старта с поверхности; б - УМТ-0,6 для старта из котлована в рабочем положении (ООО «СОЭЗ»); в - общий вид УМТ-0,6 для старта из котлована

Рисунок 1.3. Установка шнекового бурения American Augers 72-1200 G2

Механический прокол заключается в следующем. Прокалывающая установка (рисунок 1.4), развивая статическую или динамическую нагрузку, производит вдавливание в грунт става, состоящего из буровых штанг, оснащенного рабочим инструментом, форма которого зависит от решаемой задачи. При этом вдавливание производится поэтапно с наращиванием количества штанг.

Рисунок 1.4. Прокалывающая установка УП-0.6 производства ООО «Скуратовский опытно-экспериментальный завод»

При реализации прокола пневмопробойником [14, 28, 29] (см. рисунок 1.1) вдавливание осуществляется уже непосредственно самим пробойником, который движется в грунте. Процесс вдавливания осуществляется ударным методом, расположенным внутри пробойника ударником, который пневматически приводится в движение и производит удары по корпусу в направлении оси скважины.

При раскатке [22, 23] (см. рисунок 1.1) процесс выглядит следующим образом. Конический исполнительный орган за счет своей конструкции ввинчивается в массив, уплотняя грунт и создавая, таким образом, скважину. Конструкции исполнительных органов разнообразны, но наиболее распространенным является рабочий орган, представленный на рисунке 1.5. На приводном валу друг за другом насажены катки цилиндрической и конической формы и острие. Ось вращения катков смещена относительно оси вала, в связи с чем при их вращении образуется спиралевидная поверхность.

Рисунок 1.5. Раскаточный проходчик Яапег серии ОЯ

Стоит отметить, что способы горизонтально-направленного бурения и статического прокола принципиально отличаются только наличием у первого возможности вращения става относительно продольной оси. В общем же случае технологическая схема обоих этих способов одинакова, и заключается она в последовательном выполнении таких операций, как, проходка пилотной скважины (рисунок 1.6, а), расширение скважины (рисунок 1.6, б) и про-

тягивание трубопровода (рисунок 1.6, в). Однако для прокола внедрение в грунт возможно только из стартового котлована (рисунок 1.7).

Рисунок 1.6. Технологическая схема работы горизонтально-направленного бурения при старте с поверхности [1]:

а - проходка пилотной скважины; б - расширение скважины; в - протягивание трубопровода

Рисунок 1.7. Технологическая схема работы прокалывающей установки при старте из котлована [1]

Среди способов реализации бестраншейных технологий наибольшую распространенность получили способы статического прокола и горизонталь-

но-направленного бурения (см. рисунок 1.1). Вызвано это двумя факторами. Во-первых, при анализе типоразмеров коммуникаций городов РФ выявлено, что большая их часть, а это около 70%, имеет диаметр до 300 мм [1 - 3, 5], и все эти типоразмеры покрываются возможностями машин, реализующих эти технологии. Во-вторых, машины для горизонтально-направленного бурения хоть и дороги, но позволяют стартовать с поверхности и обходить препятствия, что в условиях плотной городской застройки и перегруженности подземными коммуникациями порой является необходимостью. А машины для статического прокола по своей конструкции весьма просты и производятся на отечественных предприятиях, что делает их более доступными как в приобретении, так и в ремонте.

1.2. Способы и средства создания криволинейных скважин

При создании как вертикальных, так и горизонтальных скважин очень часто необходимо вести их разработку по криволинейной траектории. Это обусловлено как нерентабельностью или невозможностью проведения прямолинейной выработки, так и технологической необходимостью. Основными причинами создания таких скважин являются [1,5, 17, 30, 31]:

для вертикального и вертикально-наклонного бурения:

- расположение цели под объектами (водоемами, горами, городами), создающими сложные геологические условия для прямолинейного бурения;

- реализация технологий (кустовое и двухствольное бурение) создания групп скважин с общим основанием;

- технологическая необходимость именно криволинейных скважин;

для горизонтального и горизонтально-наклонного бурения и прокола:

- необходимость обхода непреодолимых препятствий (инженерных коммуникаций, крепких горных пород);

- реализация способов, технологическая схема работы которых подразумевает криволинейность скважины, например ГНБ при забуривании с поверхности;

- технологическая необходимость именно криволинейных скважин.

Управление траекторией скважины обеспечивается дополнительным

конструктивом рабочего инструмента бурового става или колоны [1, 5, 22, 23, 30, 32 - 36]. Средства, предназначенные для создания криволинейных скважин, могут применяться и при прямолинейной проходке, но уже для нивелирования отклонений от проектной оси скважины, вызванных горногеологическими условиями, погрешностями при изготовлении рабочего инструмента и прочими факторами.

Для каждого способа проходки (бурение или прокол) характерны свои способы и средства создания криволинейных скважин. По используемым способам можно выделить три основные группы создания скважин:

- вертикальное и вертикально-наклонное бурение (рисунок 1.8);

- горизонтальное и горизонтально-наклонное бурение или прокол, кроме микрощитов (рисунок 1.9);

- горизонтальное и горизонтально-наклонное бурение микрощитами (рисунок 1.10). (Необходимо отметить, что использование микрощитов может базироваться и на других способах проходки).

Рисунок 1.8. Кинематическая схема вертикального и вертикально-наклонного бурения: Мкр - крутящий момент исполнительного органа; Т7- усилие подачи; О - вес буровой колонны; 1 - привод; 2 - буровая колонна; 3 - компоновка низа буровой колонны; 4 - исполнительный орган

3

\

С_)

Мкр

р

/

2

3

X

э

Икр

Рисунок 1.9. Кинематическая схема горизонтального и горизонтально-наклонного бурения или прокола, кроме микрощитов:

Мер- крутящий момент исполнительного органа; ^-усилие подачи; 1 - привод; 2 - проходческий став; 3 - рабочий инструмент

1

Й=|

2

3

3

Гг ГР

Рисунок 1.10. Кинематическая схема горизонтального и горизонтально-наклонного бурения микро щитами:

Мкр - крутящий момент исполнительного органа; Р — усилие подачи; 1 — гидродомкраты; 2 — корпус; 3 — исполнительный орган; 4 — привод

Способы создания скважин можно классифицировать по средствам создания отклонений. Такая классификация приведена в таблице 1.2.

Предложенная классификация позволяет систематизировать знания о способах и средствах изменения траекторий скважин при их проходке.

Таблица 1.2

Классификация средств создания отклонения при проходке скважин

Средство создания отклонения Группа по способу отклонения Количество заходов Технология создания скважины

1 2 3 4

КНКБ с кривым переводником вертикальное и вертикально-наклонное бурение >1 Роторное бурение, турбинное бурение

КНБК с турбинным отклонителем >1

КНБК с турбобуром с перекосами в компоновке >1

1 2 3 4

Прямой рабочий орган со скосом горизонтальное и горизонтально — наклонное бурение и прокол, кроме микрощитов 1 и более Горизонтально направленное бурение, прокол

Изогнутый рабочий орган со скосом 1 и более

Рабочий орган с капир-резцом горизонтальное и горизонтально-наклонное бурение микрощитами 1 Щитовая проходка

Артикуляция 1

Перекос рабочего органа 1

Способ выдвижных элементов 1

Для вертикального и вертикально-наклонного бурения используются различные компоновки низа бурильной колонны (КНБК) (рисунок 1.11) [37 -41], которыми добиваются нужного эффекта, в том числе отклонения или стабилизации оси скважины. Наиболее характерной является компоновка, включающая в себя долото, турбобур и отклонитель. В качестве отклоните-лей, как правило, выступают турбинный отклонитель (рисунок 1.11, а), кривой переводник (рисунок 1.11, б) и забойные двигатели с перекосами в компоновках (рисунок 1.11, в). Как видно все КНБК создают отклонения,за счет собственной кривизны.

Для горизонтального и горизонтально-наклонного бурения микрощитами существует несколько основных средств получения криволинейных выработок (рисунок 1.12): применение капир-резца (рисунок 1.12, а), артикуляция (рисунок 1.12, б), перекос рабочего органа (рисунок 1.12, в) и использование выдвижных элементов (элеронов или лап) (рисунок 1.12, г). При применении капир-резца в определенном секторе профиля тоннеля создается дополнительный срез, что создает тенденцию для ухода туда щита. При артикуляции тенденция искривления создается за счет искривления корпуса щита гидродомкратами, соединяющими его две части. Перекос рабочего органа реализуется за счет применения гидродомкратов, расположенных в

непосредственной от него близости. Выдвижные элементы создают перекос своим контактом с поверхностью выработки на определенных этапах проходки.

7

1

\

\

а

7

\

6

\

3

\

а

б

в

Рисунок 1.11. КНБК для создания криволинейных скважин:

а- с кривым переводником; б - с турбинным отклонителем; в - с турбобуром с перекосами в компоновке; 1 - буровая колонна; 2 - утяжеленная бурильная труба; 3 - кривой переводник; 4 - тубробур; 5 - долото; 6 - турбинный отклонитель; 7 - турбобур с перекосами в компоновке

Для горизонтального и горизонтально-наклонного бурения и прокола, кроме микрощитов, применяются достаточно простые по конструкции рабочие инструменты (рисунок 1.13) [1, 5, 42 - 44], которые за счет своей несимметричности создают отклонения и не требуют специализированной оснастки. Как правило, отклонение создается за счет применения несимметричного рабочего инструмента цилиндрической формы со скосом (цилиндр рассечен наклонной плоскостью под углом к его оси). При этом сам инструмент может быть как загнутым (рисунок 1.13, а), так и прямым (рисунок 1.13, б).

а

о=а

Л

онгп

4

6 ОНИ

в

3

они

г

о=сц

он=

ю

6

Рисунок 1.12. Средства искривления горизонтальных и горизонтально-наклонных скважин микрощитами:

а- применение капир-резца; б - артикуляция; в - использование выдвижных элементов; г — перекос рабочего органа; 1 — капир-резец; 2 — дополнительный срез капир-резцом; 3 — артикуляционные гидродомкраты; 4 - элерон; 5 - лапа; 6 - гидродомкраты перекоса рабочего органа

Рисунок 1.13. Специализированные рабочие инструменты - загнутый(я) и прямой(б): 1 - проходческий став; 2 - рабочий инструмент

1.3. Способы и средства контроля траектории скважины при реализации

В зависимости от длины и требуемого диаметра сооружаемой скважины ее проходка может осуществляться в один или несколько этапов. Наиболее ответственным и важным этапом проходки является первый этап созда-

а

б

бестраншейных технологий

ния, на котором формируется направление будущей скважины и осуществляется выход рабочего инструмента в конечную расчетную точку трассы.

В зависимости от длины сооружаемой скважины прокол может быть как управляемым, так и неуправляемым.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рыбаков, Александр Сергеевич, 2015 год

Список литературы

1. Рогачев A.A. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы исполнительного органа управляемой прокалывающей установки: дис. ... канд. техн. наук. - Тула, 2007. - 137 с.

2. Рыбаков A.C. Перспективы развития бестраншейных технологий при прокладке инженерных коммуникаций // Изв. ТулГУ. Технические науки. -2015. - Вып.7-1. -С. 164-169.

3. Белякова Е. В. Головин К.А. Современные бестраншейные технологии // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. - 2009. - Вып. 3. - С. 238 - 244.

4. Бреннер В.А., Рогачев A.A., Пушкарев А.Е., Головин К.А., Тарасов М.В. Особенности использования горизонтального направленного бурения // Материалы III Международного научного симпозиума "Ударно-вибрационные системы, машины и технологии". Орел. 2006. - С. 195-200.

5. Рыбаков А.П. Основы бестраншейных технологий. Теория и практика. -М.: ПрессБюро, 2005. - 304 с.

6. Горизонтальное бурение скважин. Горизонтально направленное бурение. Технология горизонтального бурения - FB.ru. URL: http://fb.ru/article/146156/gorizontalnoe-burenie-skvajin-gorizontalno-napravlennoe-burenie-tehnologiya-gorizontalnogo-bureniya. (дата обращения: 10.04.2015)

7. Технология горизонтально направленного бурения - Автобур ГИБ -Горизонтально-направленное бурение. URL: http://gnb32.ru/technology-gnb.html. (дата обращения: 10.04.2015)

8. ГНБ - горизонтально направленное бурение в Москве и России. Технология, услуги, прокладка, купить установки в Альбрехта (Albrehta). URL:http://ww\v.albrehta.net/. (дата обращения: 10.04.2015)

9. Технология бестраншейной прокладки трубопроводов | Архив C.O.K. I 2011 I №10. URL: http://www.c-o-k.ru/articles/tehnologiya-bestransheynoy-prokladki-truboprovodov. (дата обращения: 10.04.2015)

10. Горизонтальное направленное бурение - ответы и советы на твои Bonpocbi.URL: http://www.domotvetov.ru/tehnologii/gorizontalnoe-napravlennoe-bu.html#.VgHP8Rp3D-8. (дата обращения: 10.04.2015)

11. ГНБ, горизонтально направленное бурение, бестраншейные технологии ГНБ в Москве. URL: http://www.dvn-stroy.ru/. (дата обращения: 10.04.2015)

12. Гнб бурение. Горизонтальное направленное бурение для прокладки труб. URL: http://www.gnbportal.ru/gnbdrilling/. (дата обращения: 10.04.2015)

13. Горизонтальное бурение — Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BE%Dl%80%D0%B8%D0%B7%D 0%BE%D0%BD%D 1 %82%D0%B0%D0%BB%D 1 %8C%D0%BD%D0%BE%D 0%B5_%D0%B 1 %D 1 %83 %D 1 %80%D0%B5%D0%BD%D0%B 8%D0%B5. (дата обращения: 10.04.2015)

14. Метод пневмопробойника. URL: http://burenie-gnb.ru/texnologii/metod-pnevmoproboinika/. (дата обращения: 10.04.2015)

15. Пестов Г.Н. Закрытая прокладка трубопроводов. - Подольск: Стройиздат, 1964. - 121 с.

16. Васильев Н.В. Закрытая прокладка трубопроводов. - М.: Недра, 1964.-264 с.

17. Васильев С.Г. Закрытая прокладка коммуникаций. - Львов: Виша школа, 1974. - 132 с.

18. Метод горизонтально направленного бурения (ГНБ) | proburi.ru. URL: http://www.proburi.ru/2.html. (дата обращения: 10.04.2015)

19. Технология горизонтально направленного бурения (ГНБ), основные этапы ГНБ: бурение пилотной скважины, расширение пилотной скважины, протягивание трубы; метод горизонтально направленного бурения (наклонно

направленного бурения) | Ярославский Подводник. URL:

i

http://www.yaфodvodnik.ru/pages/tech/HDD.html. (дата обращения: 10.04.2015)

20. Антипов В.В. Браккер И.И. Освоение оборудования для бестраншейных технологий прокладки инженерных коммуникаций на Скуратовском экспериментальном заводе // Метро и тоннели. - 2002. - Вып. 3. - С. 11-13.

21. Рогачев A.A., Бреннер В.А., Пушкарев А.Е., Головин К.А. Обзор установок горизонтального бурения (прокола) представленных на российском рынке // Материалы III международного научного симпозиума "Ударно-вибрационные системы, машины и технологии". Орел. 2006. - С. 189-195.

22. Ряшенцев А.Н. Оборудование «RANER»: проходка и формирование скважин в грунтах // Материалы 26-й конференции и выставки международного общества по бестраншейным технологиям. - М. - 2008.

23. Ряшенцев А.Н. Самоходный реверсивный движитель - проходчики скважин DR для перемещения в грунтах, буровая установка «RANER» // сборник докладов конференции по бестраншейным технологиям NO-DIG Москва. -М. -2010.

24. Лускин А.Я Бестраншейная прокладка труб способом вибропрокола // Сб. трудов ВНИИГС. - 1961. - С. 38 - 44.

25. Свирщевский В.К. Проходка скважин в грунте способом раскатки. -Новосибирск: Наука, 1982. - 121 с.

26. Высокопроизводительные гидропневматические ударные машины для прокладки инженерных коммуникаций / Ешуткин Д.Н. Смирнов Ю.М., Цой В.И., Исаев В.Л. -М.: Стройиздат, 1990. - 171 с.

27. Метод прокола и продавливания грунта. URL: http://www.prokoltech.ru/technology/metod_prokola_grunta/. (дата обращения: 10.04.2015)

28. http://www.mrmz.ru/tehnika/pnevmoprob/. Пневмопробойники. Машины для проходки скважин и забивания труб, (дата обращения: 10.04.2015)

29. Метод прокола ( виброударный метод ) : Современные технологии : Спецтехника экскаваторы погрузчики краны самосвалы в журнале ОС. URL:

http://www.os 1 .ru/article/technology/2008_l 0_A_2009_05_20-16_29_15/. (дата обращения: 10.04.2015)

30. Филатов Б.С. Бурение нефтяных и газовых скважин. -М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной промышленности, 1955. - 338 с.

31. Федюкин В.А. Проходка вертикальных горных выработок бурением. -М: Недра, 1975. - 252 с.

32. Справочник мастера колонкового бурения / Авруцкий A.JT. Волков С.А., Демьянова Е.А., Кривенко М.Г., Любимов Н.И., Морозов В.И., Токарев И.А. — М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1960. - 528 с.

33. Справочник по бурению шпуров и скважин на подземных работах / Бучнев В.К. Бронников Д.М., Васильчиков Н.П., Ганзен Г.А., Шустов Н.В., Фетерович И.И. — М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, 1962. - 271 с.

34. Данилов Б.Б. Чещин Д.О. Способ и устройство для образования криволинейных скважин // ИНТЕРЭКСПО ГЕО-СИБИРБ. -2015. - Вып. 2-3. -С. 45 -48.

35. Справочник по буровзрывным работам на карьерах / Друкованый М.Ф. Дубнов Л.В., Турузов Б.Н., Ефремов Э.И. - Киев: Наукова думка, 1973. -433 с.

36. Машинист бурового станка / Сафохин М.С. Богомолов И.Д., Скорняков Н.М. - М.: Недра, 1990. - 271 с.

37. Теоретический обзор строительства скважин. URL: http://geologinfo.ru/84-teoreticheskij-obzor-stroitelstva-skvazhin?limitstart=&showall=l. (дата обращения: 10.04.2015)

38. Ориентирование отклонителя при бурении наклонно направленных скважин с применением телеметрических систем и геофизических инклинометров | Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев. URL: http://teplozond.ru/pribory-i-sredstva-kontrolya-processov-

bureniya/orientirovanie-otklonitelya-pri-burenii-naklormo-napravlennyx-skvazhin-s-primeneniem-telemetricheskix-sistem-i-geofizicheskix-inklinometrov.html. (дата обращения: 10.04.2015)

39. Заключение В современных буровых работах существует два основных метода бурения - вертикальное - Рефераты. URL: http://www.refsru.com/referat-264-6.html. (дата обращения: 10.04.2015)

40. Учебно-методическое пособие - Направленное бурение скважин -l.doc. URL: http://www.studmed.ru/docs/document2788/content. (дата обращения: 10.04.2015)

41. КОМПОНОВКА НИЗА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ | Справочник нефтяника.1Л*Ъ: http://wwwoil.ru/?p=772. (дата обращения: 10.04.2015)

42. Рыбаков A.C. Способы создания криволинейных скважин при бурении и проколе // Изв. ТулГУ. Технические науки. - 2015. - Вып. 7-1. - С. 169

- 175.

43. Гусев И.В. Чубаров Ф.Л. Применение управляемого прокола грунта при бестраншейной прокладке труб // Потенциал современной науки. — 2014.

- Вып. 2.

44. Сулакшин С.С. Техника и технология направленного бурения скважин. -М.: Недра, 1967. - 310 с.

45. Рыбаков A.C. Наумов Ю.Н. Разработка системы определения пространственного положения головной секции става грунтопроходческой машины // Горное оборудование и электромеханика. — 2012. — Вып. 4. — С. 3338.

46. Вазетдинов A.C. Опыт определения усилий внедрения и месторасположение в грунте головного снаряда при проколе // Водоснабжение и санитарная техника. -1958.

47. Тимошенко В.К. Определение формы наконечника, обеспечивающей минимальное усилие прокола // Строительство трубопроводов. - 1969. -Вып. З.-С. 18-20.

48. Комплексная механизация строительства линий связи / Полтавцев И.С. Ляхович И.Ф., Орлов В.Б. - Киев: Буд1вельник, 1974. - 136 с.

49. Васильев Н.В. Шор Д.И. Расчет усилий для прокладки трубопроводов способом прокола и продавливания // Подземное строительство. - 1961.

50. Ромакин Н.Е. Перков Н.Ф. Лобовое сопротивление и оптимальный угол заострения при проколе // Строительство трубопроводов. - 1979. - Вып. 10.-С. 22-23.

51. Ромакин Н.Е. Малкова Н.В. Усилие внедрения и оптимальный угол заострения рабочего наконечника при статическом проколе грунта // Строительные и дорожные машины. - 2006. - Вып. 10. -С. 35-37.

52. Ешуткин Д.Н. Пивень Г.Г., Смирнов Ю.М., Николаев Ю.А., Гремя-ченский Ю.В. Методы определения рациональных параметров ударных механизмов грунтопроходчиков // Строительно-дорожные машины и механизмы, сборник статей. - 1972.

53. Виброметод в проходке горизонтальных скважин / Кершенбаум Н.Я. Минаев В.И. -М.: Недра, 1968. -158 с.

54. Михельсон И.С. Снижение энергоемкости процесса образовани горизонтальных скважин способом прокола грунта вибрационным наконечником: дис. ... канд. техн. наук. - Орел, 2011. - 137 с.

55. Михельсон И.С. Земсков В.М. Выбор модели грунта для исследования процесса вибропрокола при бестраншейной прокладке коммуникаций // Вестник СГТУ. - 2011. - Вып. 1(50).

56. Михельсон И.С. Определение напряжений в грунте при внедрении рабочего инструмента бестраншейной прокалывающей машины // Вестник СГТУ. -2011. - Вып. 1(50).

57. Рогачев A.A. Бреннер В.А., Головин К.А., Пушкарев А.Е., Сарычев В.И. Математическое моделирование процесса взаимодействия исполнительного органа прокалывающей машины с грунтовым массивом // Материалы III Международного научного симпозиума "Ударно-вибрационные системы, машины и технологии". - Орел. - 2006. - С. 510-520.

58. Рогачев A.A. Бреннер В.А., Головин К.А., Пушкарев А.Е., Сарычев В.И. Расчетная модель процесса взаимодействия исполнительного органа прокалывающей машины с грунтовым массивом // Геотехнология и защита окружающей среды. - 2006. - Вып. 2. - С. 61-70.

59. Ленченко В. В. Меныпенина Е. А., Меныпенин С. Е. Силовые параметры процесса внедрения головного снаряда при статическом проколе // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2001. - Вып. 11.

60. Лукиенко Л. В. Головин К. А., Пушкарёв А. Е., Каменский М. Н. Определение необходимого усилия подачи исполнительного органа для установки управляемого прокола // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2010. - Вып. 4-1. - С. 15-21.

61. Прохоров Н.И. Панин А.Н., Огер А.Д. Расчет усилия прокола // Известия Тульского государственного университета. Сер. "Геомеханика. Механика подземных сооружений". - 2003. - Вып. 1. - С. 228-233.

62. Губанов A.B. Осесимметричные технологические задачи теории пластичности делатирующих сред: дис. ... канд. техн. наук. - Тула, 1999. -144 с. Тула: ТулГУ, 1999. - 144 с.

63. Ешуткин Д.Н. Кичигин А.Ф., Смирнов Ю.М. Определение рациональных параметров ударных механизмов гидропневматических грунтопро-ходчиков // Горный журнал. - 1973. - Вып. 10.

64. Ешуткин Д.Н. Николаев Ю.А., Гремяченский Ю.В., Мерцалов О.В. Определение рационального угла заострения рабочего инструмента грунто-проходчиков // Строительно-дорожные машины и механизмы. - 1972.

65. Рогачев A.A. Стендовая база для изучения процесса разрушения массива грунта методом горизонтального бурения // Материалы III Международного научного симпозиума "Ударно-вибрационные системы, машины и технологии". Орел. - 2006. - С. 200 - 204.

66. Бреннер В.А. Головин К.А., Пушкарев А.Е., Рогачев A.A., Сарычев В.И. Экспериментальные исследования взаимодействия исполнительного ор-

гана прокалывающей установки с грунтовым массивом // Изв. ТулГУ. Сер. "Экология и безопасность жизнедеятельности". - 2006. -Вып. 8. -С. 158-160.

67. Ленченко В. В. Меныненина Е. А., Меныпенин С. В. Экспериментальные исследования взаимодействия головного снаряда с грунтом при статическом проколе // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2000. - Вып. 4.

68. Супонев В. Н. Олексин В. И. Обоснование параметров установок для бестраншейной прокладки распределительных сетей инженерных коммуникаций методом гидростатического прокола // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2010. - Вып. 5 (75). - С. 66-73.

69. Жабин А.Б. Лавит И.М., Рыбаков A.C., Поляков A.B. Процесс уплотнения грунта при проколе как течение жесткопластической среды // Изв. ТулГУ. Технические науки. - 2015. - Вып.7-2. -С. 136 - 140.

70. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений: Учеб. для вузов. -М.: Недра, 1994.-382 с.

71. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. - М.: Высшая школа, 1978.

72. Соколовский В.В. Теория пластичности. —М.: Высшая школа, 1969. - 608 с.

73. Черный Г.И. Изменение физико-механических свойств грунтов при динамических нагрузках. -Киев: Наукова думка, 1979. -132 с.

74. Динамика пластической и сыпучей сред / Гениев Г.А. Эстрин М.И. —М.: Издательство литературы по строительству, 1972. —215 с.

75. Вопросы динамики / Рахматулин Х.А. Сагомонян А.Я., Алексеев H.A. грунтов. -М.: Издательство Московского университета, 1964. - 237 с.

76. Жабин А.Б. Лавит И.М., Рыбаков A.C. Математическое моделирование процесса прокола грунта симметричным рабочим инструментом // Изв. ТулГУ. Технические науки. -2015. - Вып.7-2. - С. 42 - 48.

77. Лапшин Ф.К. Расчет свай по предельным состояниям. -Саратов: Издательство Саратовского университета, 1979. — 150 с.

78. Лурье А.И. Теория упругости. Москва: Наука, 1970. 939 с.

79. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1. - М.: Наука, 1970. -492 с.

80. Ландау Л.Д. Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. -М.: Наука, 1986. - 736 с.

81. Мышкис А.Д. Математика для втузов специальные курсы. -М.: Издательство Наука главная редакция физико-математической литературы, 1971.-632 с.

82. Жабин А.Б. Лавит И.М., Рыбаков A.C., Поляков A.B. Определение нагрузки, действующей на конусообразный рабочий инструмент при проколе грунта // Изв. ТулГУ. Технические науки. - 2015. - Вып.7-2. - С. 206 - 211.

83. Справочник по математике / Корн Г. Корн Т. -М.: Наука, 1974. -

832 с.

84. Жабин А.Б. Лавит И.М., Рыбаков A.C. Определение направления движения несимметричного рабочего инструмента при проколе // Изв. ТулГУ. Технические науки. - 2015. - Вып. 7-2. - С. 223 - 227.

85. Рыбаков A.C. Разработка испытательного стенда для исследования поведения пилотной секции бурового става в грунтовом массиве // Опыт прошлого - взгляд в будущее: Материалы науч.-практ. конф. Тула-Минск-Донецк. - 2013. - С. 47 - 52.

86. Рыбаков A.C. Разработка стендового оборудования для экспериментального исследования процесса проходки криволинейной скважины методом прокола // Изв. ТулГУ. Технические науки. — 2015. — Вып.7-1. — С. 226 — 234.

87. Юшкин В.В. Основы расчета объёмного гидропривода. Минск: Вышэйшая школа, 1982.

88. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 2. -М.: Машиностроение, 1980. - 559 с.

89. Завадский Ю.В. Статистическая обработка эксперимента. Москва: Высшая школа, 1976. — 272 с.

90. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: учебное пособие для втузов. - М.: Высшая школа, 1988. - 239 с.

91. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: Наука, 1979. -

560 с.

92. Завадский Ю.В. Планирование эксперимента в задачах автомобильного транспорта. -М.: МАДИ, 1978. - 156 с.

93. Гольдштейн М.Н. Механические свойства фунтов. -М: Стройиздат, 1971.-366 с.

94. З.Г. Тер-Мартиросян Механика грунтов. -М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. - 488 с.

95. Лабораторный практикум по резанию грунтов / Зеленин А.Н. Кара-сев Г.Н., Красильников Л.В. -М.: Высшая школа, 1969. - 309 с.

96. Цытович H.A. Механика грунтов. -М.: Высшая школа, 1979. -272 с.

97. Цытович H.A. Механика грунтов: краткий курс. - М.: Наука, 1987. -

354 с.

98. К. Терцаги. Теория механики грунтов. Москва: Госстройиздат,

1961.

99. Механика грунтов в инженерной практике / Терцаги К. Пек Р. -М.: Госстройиздат, 1958.

100. Зеленин А.Н. Физические основы теории резания грунтов. -М.: Издательство академии наук СССР, 1950. — 353 с.

101. Жабин А.Б. Рыбаков A.C. Результаты экспериментальных исследований процесса создания криволинейной скважины методом прокола // Изв. ТулГУ. Науки о Земле. - 2015. -Вып. 3. -С. 89 - 94.

102. Леман Э. Проверка статистических гипотез. - М.: Мир, 1975. -450 с.

103. Таблицы математической статистики / Большее Л.Н. Смирнов Н.В. -М.: Наука, 1965.-256 с.

104. Планирование экспериментальных исследований в дорожном и строительном машиностроении / Скокан А.И. Грифф М.И., Коран Е.Д. -М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1974. - 75 с.

105. Основы методики научно-исследовательских работ / Кобзев Л.П. Чугунов A.C. - Саратов: СПИ, 1985.