Способ определения траектории скважины при ее проходке и приспособление для определения положения устройства для образования скважины в грунте

 

Сущность изобретения: согласно способа определения траектории скважины при ее проходке осуществляют снятие информации о положении в пространстве участка скважины, сформированного в данный момент с помощью устройства для образования скважины, и передачу сигнала на приемное приспособление. Затем производят последующее периодическое измерение положения в пространстве этого же участка скважины и после обработки полученных сигналов осуществляют сравнение полученных результатов между собой. Приспособление для определения положения устройства для образования скважины содержит основание и дополнительные измерительные звенья, приспособление для закрепления основного измерительного звена на устройство для образования скважины, основной и дополнительные датчики для измерения угла, приспособление для передачи, приема и обработки сигналов датчиков для измерения угла и приспособление для ориентации по меньшей мере одного измерительного звена. Дополнительные измерительные звенья выполнены в виде шарнирно соединенных между мерных стержней. Дополнительные датчики для измерения угла связаны с мерными стержнями. Основное измерительное звено шарнирно связано с дополнительными измерительными звеньями. Приспособление для закрепления основного измерительного звена на устройстве для образования скважины выполнено в виде шарнира. 2 с. и 29 з. п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к способам определения траектории скважины при ее проходке и приспособлениям для определения положения устройства для образования скважин в грунте, и может быть использовано, преимущественно, при прокладке инженерных коммуникаций под препятствиями бестраншейным методом.

Известен способ определения траектории скважины при ее проходке, согласно которому траекторию образуемой скважины определяют путем контроля положения устройства для образования скважины в грунте по мере его перемещения в грунтовом массиве, при этом контроль положения объекта в грунте осуществляют излучением электромагнитных колебаний с помощью размещенного на перемещающемся объекте генератора излучения и приемом сигналов на поверхности с помощью приемника излучения [1] .

К недостаткам известного способа можно отнести низкую точность определения положения сформированной скважины в пространстве. Данное обстоятельство вызвано тем фактом, что при образовании скважины в грунте на излучаемые сигналы накладываются помехи, вызванные наличием в грунтовом массиве металлических предметов, например, проложенные ранее коммуникации, кабели связи, остатки фундамента и тому подобные включения, которые искажают передаваемый сигнал. При этом следует отметить ограничения по глубине контроля положения образуемой скважины, которые вызваны определенной дальностью прохода четкого сигнала в грунтовом массиве. Кроме того, при реализации известного способа практически невозможно определить отклонение траектории образуемой скважины в вертикальной плоскости, что ограничивает область применения известного способа.

Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является способ определения траектории скважины при ее проходке, согласно которому снимают информацию о положении в пространстве участка скважины, сформированного в данный момент с помощью устройства для образования скважины, передают сигнал на приемное приспособление и обрабатывают полученный сигнал [2] .

Недостатками известного способа является то, что он не обеспечивает необходимой точности измерений положения в пространстве устройства для образования скважины и траектории образованной им скважины. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что в процессе образования скважины уже сформированный участок скважины может быть подвержен внешнему воздействию, например, может произойти вертикальное перемещение грунта под действием движущегося на поверхности транспортного средства или произойти боковое перемещение грунта из-за проведения рядом работ по образованию параллельной выработки в грунте. Такое перемещение слоев грунта может привести к искажению информации о траектории образованной скважины, что повлечет за собой увеличение объема дополнительных работ по укладке коммуникаций в образованную скважину.

Известно устройство для определения местонахождения буровой головки, которое содержит размещенный непосредственно на буровой головке генератор для излучения электромагнитных колебаний, расположенные на поверхности две неподвижные и одну подвижную катушки искателя, усилитель с батареей питания, индикатор и переключатель [1] .

Известному устройству присущи следующие недостатки. Точность определения месторасположения устройства для образования скважины в грунте недостаточно высока, поскольку на излучаемые сигналы накладываются помехи, вызванные наличем в грунте металлических включений. Кроме того, необхобимость постоянного контроля за положением объекта и траекторией образованной им скважины с поверхности земли накладывает на область применения известного устройства определенные ограничения, которые вызваны необходимостью перемещения оператора с подвижным приемником сигналов по трассе формируемой скважины. Указанные перемещения оператора не всегда возможно осуществить, например, при образовании скважины под водной преградой или под действующей транспортной магистралью без остановки движения транспорта. Область применения известного устройства ограничена и глубиной заложения прокладываемой коммуникации, поскольку величина прохождения сигнала в грунтовом массиве ограничена.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является приспособление для определения положения устройства для образования скважины в грунте, которое содержит измерительное звено с приспособлением для закрепления его на устройстве для образования скважины в грунте, датчик для измерения угла и приспособление для передачи, приема и обработки сигналов датчика для измерения угла [2] .

При работе известного устройства обеспечивается более высокая точность определения положения объекта в грунте, поскольку на передачу информационного сигнала не воздействуют помехи от металлических включений, находящихся в грунтовом массиве. Однако точность определения положения объекта в грунте недостаточно высока, поскольку в процессе образования скважины последняя может быть подвержена внешнему воздействию из-за смещения слоев грунта. Такому же внешнему воздействию может быть подвержен и сам объект, что приведет к его отклонению от проектной оси скважины. Указанное смещение объекта не может быть обнаружено с помощью известного приспособления, а такое искажение информации о положении в грунте объекта повлечет за собой увеличение объема земляных работ при извлечении устройства для образования скважины в грунте при встрече его с неопреодолимым препятствием или при окончании работ.

При образовании скважины траектория уже сформированного участка скважины может изменить свое положение в пространстве из-за внешнего силового воздействия на стенки сформированной скважины. Указанное внешнее воздействие может быть вызвано либо перемещающимся по поверхности транспортным средством, либо смещением слоев грунтового массива от геологических процессов в массиве или от работающего рядом устройства для образования скважины, то есть при образовании одновременно двух смежных скважин. Кроме того, при образовании скважины в неоднородных грунтах с твердыми включениями не исключена возможность вывала из окружающего массива во внутреннюю полость образованной скважины твердых включений, например валунов или обломков старого фундамента. Перечисленные выше явления приводят к изменению траектории скважины и нарушению целостности ее стенок.

Цель изобретения - обеспечение контроля за траекторией скважины во время всего процесса образования скважины и контроля за состоянием стенок образуемой выработки во время всей проходки.

Цель достигается тем, что в способе определения траектории скважины при ее проходке, включающем снятие информации о положении в пространстве участка скважины, сформированного в данный момент с помощью устройства для образования скважины, передачу сигнала на приемное приспособление и обработку полученного сигнала, после снятия информации о положении в пространстве измеренного участка скважины и передачи этой информации на приемное приспособление осуществляют последующее периодическое измерение положения в пространстве этого же участка скважины и сравнение полученных результатов между собой. Кроме того тем, что снятие информации о положении в пространстве участка скважины осуществляют замером углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы, который осуществляют через равные отрезки перемещения устройства для образования скважины в грунтовом массиве. Кроме того тем, что базу, относительно которой производят замер углов отклонения устройства для образования скважины, размещают на устье образуемой скважины, замер углов осуществляют одновременно на всем измеряемом участке скважины; на всем протяжении сформированной скважины, а также дискретно. Кроме того, тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют последовательно по всему протяжению сформированной скважины; по меньшей мере в двух плоскостях; в плоскостях, пересекающихся по линии, параллельной геометрической оси скважины; в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Кроме того, тем, что последующие периодические измерения каждого участка сформированной скважины осуществляют в тех же плоскостях, что и предыдущие измерения.

Указанная задача решена тем, что приспособление для определения положения устройства для образования скважины в грунте, содержащее измерительное звено с приспособлением для закрепления его на устройстве для образования скважины в грунте, датчик для измерения угла и приспособление для передачи, приема и обработки сигналов датчика для измерения угла, снабжено дополнительными измерительными звеньями в виде шарнирно соединенных между собой мерных стержней, приспособлением для ориентации по меньшей мере одного измерительного звена и дополнительными датчиками для измерения угла, которые связаны с мерными стержнями, при этом приспособление для закрепления основного измерительного звена на устройстве для образования скважины в грунте выполнено в виде шарнира, причем основное измерительное звено шарнирно связано с дополнительными измерительными звеньями; основное измерительное звено установлено с возможностью поворота относительно устройства для образования скважины в грунте по меньшей мере в двух плоскостях. а также в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Кроме того, тем, что смежные мерные стержни установлены с возможностью поворота друг относительно друга по меньшей мере в двух плоскостях; в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Кроме того, тем, что смежные мерные стержни установлены с возможностью поворота друг относительно друга в одной плоскости, причем плоскости поворота соседних смежных пар мерных стержней расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Кроме того, тем, что основное измерительное звено выполнено в виде мерного стержня. Кроме того, тем, что продольная ось симметрии приспособления для закрепления основного измерительного звена на устройстве для образования скважины в грунте расположена на продольной оси симметрии устройства для образования скважины в грунте. Кроме того, тем, что основное измерительное звено установлено с возможностью вращения вокруг оси, параллельной продольной оси симметрии устройства для образования скважины в грунте. Кроме того тем, что основное измерительное звено установлено с возможностью вращения вокруг продольной оси симметрии устройства для образования скважины в грунте. Кроме того тем, что приспособление для закрепления основного измерительного звена на устройстве для образования скважины в грунте выполнено с амортизирующим узлом для соединения основного измерительного звена с устройством для образования скважины в грунте. Кроме того тем, что оно имеет дополнительные амортизирующие узлы, которые расположены между смежными стержнями; имеет защитное приспособление для размещения в его внутренней полости мерных стержней и датчиков для измерения угла. Кроме того тем, что защитное приспособление выполнено в виде магистрали для подвода энергоносителя к устройству для образования скважины в грунте. Кроме того тем, что магистраль для подвода энергоносителя к устройству для образования скважины в грунте выполнена в виде шланга для подвода сжатого воздуха. Кроме того тем, что длина мерного стержня составляет не менее 0,9 от длины устройства для образования скважины в грунте и не более 1,1 от длины устройства для образования скважины в грунте. Кроме того тем, что основной датчик для измерения угла выполнен в виде потенциометрического датчика. Кроме того тем, что каждый дополнительный датчик для измерения угла выполнен в виде потенциометрического датчика. Кроме того тем, что каждое шарнирное соединение мерных стержней между собой выполнено в виде закрепленной на конце одного мерного стержня вилки с соосно расположенными радиальными каналами на каждом из ее выступов, закрепленного на конце второго мерного стержня осевого выступа с гнездами на его боковых поверхностях и двух втулок, а датчик для измерения угла выполнен в виде потенциометрического датчика с подвижным выходным элементом, при этом каждая втулка расположена в соответствующем радиальном канале вилки и в соответствующем гнезде осевого выступа, а осевой выступ расположен между выступами вилки и установлен с возможностью поворота относительно последних, причем корпус потенциометрического датчика жестко соединен с одним из выступов вилки, а выходной элемент потенциометрическогоо датчика размещен внутри соответствующей втулки и жестко соединен с осевым выступом.

Предлагаемый способ определения траектории скважины при ее проходке позволяет повысить точность определения положения скважины в пространстве; осуществлять постоянный контроль в процессе проходки за состоянием стенок сформированной скважины и, следовательно, существенно облегчить укладку коммуникаций в образованную скважину, особенно при образовании криволинейной скважины. Зная положение траектории образованной скважины, несложно определить текущее положение устройства для образования скважины и положение неподвижного устройства. В первом случае появляется возможность осуществить образование скважины в грунтовом массиве который насыщен ранее проложенными коммуникациями, поскольку знание точного местонахождения устройства для образования скважины в грунте позволяет осуществить оперативное управление направлением проходки.

Предложенное конструктивное выполнение приспособления для определения положения устройства для образования скважины в грунте, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ, позволяет повысить точность определения объекта в пространстве и тем самым осуществлять коррекцию направления проходки скважины в массиве, насыщенном уже проложенными коммуникациями. Кроме того, предлагаемое приспособление позволяет осуществлять постоянный контроль за состоянием стенок формируемой скважины в процессе проходки, что предотвращает заклинивание прокладываемой коммуникации при размещении ее в сформированной скважине. Знание точного положения объекта в грунтовом массиве позволяет снизить объем земляных работ, связанных с извлечением на поверхность устройства для образования скважины при завершении работ либо при невозможности ведения дальнейших работ - встреча объекта с валуном или остатками старого фундамента.

Согласно предложенному способу определения траектории скважины при ее проходке из предварительно открытого рабочего котлована осуществляют формирование скважины в грунте с помощью устройства для образования скважины в грунте, в качестве которого может быть использован, например, пневмопробойник, раскатчик грунта, буровое устройство или тому подобное устройство. По мере перемещения в грунте устройства для образования скважины за ним образуется скважина. При этом грунт может транспортироваться на поверхность непрерывно или циклически с помощью приспособления для транспортировки грунта, либо образование скважины может осуществляться уплотнением грунта в стенки образуемой скважины. Траектория формируемой скважины зависит от многих параметров - месторасположения по трассе проходки коммуникаций или фундаментов, плотности грунта, однородности грунтового массива, то есть наличия в нем включений. По мере перемещения устройства для образования скважины в грунте осуществляют снятие информации о положении в пространстве сформированного в данный момент участка скважины. Указанная информация может быть снята, например, с помощью размещенных непосредственно на устройстве для образования скважины датчиков положения, которые могут быть выполнены, например, в виде гироскопов, дифференциально-трансформаторного преобразователя перемещений или уровней. Одновременно осуществляют измерение пути, который прошло устройство для образования скважины от устья скважины до точки, в которой произведен съем информации с датчиков положения. Снятие информации может быть осуществлено и с помощью расположенных в сформированном участке скважины датчиков положения, в качестве которых могут быть использованы тензометрические или потенциометрические датчики. После снятия информации с датчиков положения сигнал передают на приемное приспособление, которое может быть расположено, например, в рабочем котловане. Передача сигнала может быть осуществлена по радио или проводной связью по расположенным во внутренней полости скважины кабелям, связывающим датчики положения с приемным приспособлением. Затем осуществляют последующее периодическое измерение положения в пространстве этого же участка скважины. Указанное повторное измерение может быть осуществлено либо после завершения проходки скважины, либо после прохождения устройством для образования скважины некоторого участка в грунтовом массиве. Снятую информацию передают на приемное приспособление, где производят обработку полученного сигнала и сравнение первоначально полученного сигнала с повторным сигналом. Если в результате сравнения этих сигналов получают расхождения, то делают вывод об изменении траектории скважины в процессе ее проходки или о нарушении стенок скважины. Для обработки полученных сигналов и их сравнения между собой может быть использована расположенная на поверхности в передвижном модуле вычислительная машина, которая обработанные сигналы может выдавать в виде графиков изменения положения в пространстве траектории скважины. При этом по положению в пространстве траектории образованной скважины легко может быть определено положение устройства для образования скважины в грунте, которое находится в конечной точке указанной траектории. Целесообразно снятие информации о положении в пространстве участка скважины осуществлять замером углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы, в качестве которой может быть использован, например, размещенный в рабочем котловане у устья образуемой скважины определенным образом ориентированный стол или подставка с рабочей поверхностью для размещения на ней и ориентации относительно нее датчиков положения. Предпочтительно замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы производить через равные отрезки перемещения в грунтовом массиве устройства для образования скважины. Замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы может быть осуществлен либо одновременно на всем измеряемом участке скважины, либо дискретно. Целесообразно замер углов отклонения устройства для образования скважины осуществлять на всем протяжении сформированной скважины. Кроме того, может быть осуществлен последовательно по всему протяжению сформированной скважины. Целесообразно замер углов отклонения устройства образования скважины осуществлять по меньшей мере в двух плоскостях. Указанные плоскости целесообразно выбрать таким образом, чтобы они либо пересекались по линии, параллельной геометрической оси скважины, либо были взаимно перпендикулярны. Предпочтительно последующие периодические измерения каждого участка сформированной скважины осуществлять в тех же плоскостях, что и предыдущие измерения.

На фиг. 1 изображено приспособление для определения положения пневмопробойника в грунте при образовании им скважины; на фиг. 2 - приспособление для определения положения раскатчика грунта при образовании им скважины, вид в плане; на фиг. 3 - узел соединения измерительных звеньев между собой; на фиг. 4 - то же, вариант; на фиг. 5 - приспособление для ориентации измерительного звена; на фиг. 6 - приспособление для закрепления измерительного звена на устройстве для образования скважины; на фиг. 7 - то же, вариант; на фиг. 8 - разрез А-А на фиг. 3; на фиг. 9 - защитное приспособление; на фиг. 10 - блок-схема приспособления для передачи, приема и обработки сигналов датчиков для измерения угла.

Приспособление для определения положения устройства для образования скважины в грунте содержит основное измерительное звено 1, которое одним своим концом с помощью приспособления для закрепления основного измерительного звена 1 на устройстве для образования скважины в грунте соединено с корпусом последнего. Приспособление для закрепления основного измерительного звена 1 на устройстве для образования скважины в грунте выполнено в виде шарнирного соединения 2. Устройство для образования скважины в грунте может быть выполнено в виде пнемопробойника 3 или раскатчика 4 грунта. Второй конец основного измерительного звена 1 с помощью шарнирного соединения 5 соединен с дополнительными измерительными звеньями, выполненными в виде шарнирно соединенных между собой посредством шарнирных соединений 6 мерных стержней 7. В рабочем котловане 8 в устья скважины 9 или на поверхности размещено приспособление 10 для ориентации по меньшей мере одного дополнительного измерительного звена, которое может быть выполнено, например, в виде размещенного на основании 11 стола 12, на котором установлен с возможностью перемещения для пропуска мерного стержня 7 прижим 13. Стол 12 и прижим 13 выполнены с фигурными пазами 14 для ориентирования мерных стержей 7. Длина пазов 14 должна быть кратна длине мерных стержней 7, то есть на столе 12 может быть размещен, по меньшей мере один мерный стержень 7. В прижиме 13 выполнены каналы 15 для размещения направляющих 16, которые жестко соединены со столом 12. Для облегчения ориентации продольной оси фигурного паза 14 стола 12 в пространстве на столе 12 может быть установлен уровень 17 для ориентирования стола 12 в вертикальной плоскости и угломер (на чертежах не показан) для установки стола 12 под необходимым углом. При этом стол 12 может быть шарнирно соединен с основанием 11 и иметь приспособление для фиксации его относительно основания 11 в промежуточных положениях (на чертежах не показано). На поверхности или в рабочем котловане 8 может быть размещено приспособление 18 для передачи, приема и обработки сигналов связанного с основным измерительным звеном 1 основного датчик 19 для измерения угла и дополнительных датчиков 20 для измерения угла, каждый из которых связан с соответствующим мервым стержнем 7. Приспособление 18 для передачи, приема и обработки сигналов датчиков 19 и 20 для измерения угла может быть выполнено, например, в виде электрически соединенных между собой усилителя-преобразователя 21 сигнала датчиков 19 и 20 для измерения угла, блока 22 приема информации, блока 23 обработки информации и устройства 24 для отображения информации - дисплея. При этом все узлы приспособления 18 для передачи, приема и обработки сигналов датчиков 19 и 20 для измерения угла конструктивно могут быть объединены в одном подвижном модуле. Датчики 19 и 20 для измерения угла могут быть электрически соединены с усилителем-преобразователем 21 сигнала. На столе 12 может быть размещен счетчик 25 для определения количества мерных стержней 7, прошедших через стол 12. Счетчик 25 может быть электрически соединен с усилителем-преобразователем 21 сигнала.

Шарнирное соединение 2, соединяющее основное измерительное звено 1 с корпусом устройства для образования скважины в грунте, может иметь одну и более степеней свободы, обеспечивающих поворот основного измерительного звена 1 относительно корпуса устройства для образования скважины в грунте в одной или по меньшей мере двух плоскостях. Для обеспечения поворота измерительного звена 1 относительно корпуса устройства для образования скважины в грунте в двух плоскостях шарнирное соединение 2 может быть выполнено, например, карданного типа, то есть включать в себя два шарнира 26 и 27, каждый из которых обеспечивает поворот основного измерительного звена 1 в одной плоскости. Взаимное расположение плоскостей поворота шарниров 26 и 27 друг относительно друга определяют в зависимости от выбранной системы координат, в которой определяют траекторию скважины в пространстве. Предпочтительно расположить плоскости поворота шарниров 26 и 27 взаимно перпендикулярно, то есть осуществлять определение положения устройства для образования скважины в декартовой системе координат.

Шарнирное соединение 5 основного измерительного звена 1 с мерным стержнем 7 и шарнирное соединение 6 смежных мерных стержней 7 между собой также может быть выполнено с одной и более степенями свободы. При варианте конструктивного выполнения шарнирных соединений 5 и 6 с двумя степенями свободы они могут быть выполнены карданного типа то есть идентично шарнирному соединению 2.

Смежные мерные стержни 7 могут быть соединены между собой с возможностью поворота друг относительно друга в одной плоскости, что существенно упрощает конструкцию приспособления. В этом случае для обеспечения возможности измерения положения мерных стержней 7 в двух плоскостях целесообразно расположить плоскости поворота соседних смежных пар мерных стержней 7 взаимно перпендикулярно, то есть шарнирное соединение 6 обеспечивает поворот одной пары смежных стержней 7 друг относительно друга в одной плоскости, а смежное шарнирное соединение 6 обеспечивает поворот соседней пары мерных стержней 7 друг относительно друга в плоскости, которая расположена перпендикулярно плоскости поворота первой пары смежных мерных стержней 7.

Для упрощения процесса измерения и унификации узлов приспособления основное измерительное звено 1 также может быть выполнено в виде мерного стержня 7.

Целесообразно для повышения точности измерений продольную ось симметрии приспособления для закрепления основного измерительного звена 1 на устройстве для образования скважины в грунте, то есть продольную ось симметрии шарнирного соединения 2, расположить на продольной оси 28 симметрии устройства для образования скважины.

При выполнении устройства для образования скважины в грунте с приспособлением для управления направлением его движения, которое, например, может быть выполнено либо в виде грунтовых рулей 29, либо в виде поворотного наконечника 30 с клинообразной рабочей поверхностью 31, предпочтительно основное измерительное звено 1 установить с возможностью вращения либо вокруг оси, параллельной продольной оси 28 симметрии устройства для образования скважины, либо непосредственно вокруг продольной оси 28 симметрии устройства для образования скважины. Такое конструктивное выполнение приспособления для закрепления основного измерительного звена 1 на устройстве для образования скважины может быть обеспечено, например, с помощью закрепленной на конце основного измерительного звена 1 цапфы 32 и закрепленной на корпусе устройства для образования скважины проушины 33 с осевым каналом 34 для размещения цапфы 32. При этом цапфа 32 установлена с возможностью вращения в осевом канале 34 относительно проушины 33, что обеспечивает развязку между основным измерительным звеном 1 и корпусом устройства для образования скважины при его повороте вокруг собственной оси 28 симметрии.

Для снижения динамических нагрузок на измерительные звенья и тем самым для повышения точности измерений целесообразно выполнить приспособление для закрепления основного измерительного звена 1 на устройстве для образования скважины в грунте с амортизирующим узлом для соединения основного измерительного звена 1 с устройством для образования скважины в грунте. Амортизирующий узел может быть выполнен, например, в виде пружины 35, которая расположена между выступом 36 на цапфе 32 и проушиной 33 и обеспечивает возможность ограниченного осевого перемещения цапфы 32 в осевом канале 34. Амортизирующий узел может быть выполнен например, в виде прокладки из упругого материала (на чертежах не показана), которая расположена между корпусом устройства для образования скважины и основным измерительным звеном 1. Наиболее предпочтительно применение амортизирующего узла при использовании в качестве устройства для образования скважины машины ударного действия, например, пневмопробойника 3, внедрение которого в грунт осуществляется под действием ударной нагрузки, и, следовательно, величина динамических нагрузок на все узлы приспособления для определения положения устройства для образования скважины будет максимальна.

Между смежными мерными стержнями 7 могут быть расположены дополнительные амортизирующие узлы (на чертежах не показаны), которые могут быть выполнены, например, в виде прокладок из упругого материала, которые служат для снижения величины динамических нагрузок на мерные стержни 7 со стороны устройства для образования скважины.

Приспособление для определения положения устройства для образования скважины целесообразно выполнить с защитным приспособлением для размещения в его внутренней полости мерных стержней 7 и датчиков 19 и 20 для измерения угла. В общем случае защитное приспособление может быть выполнено в виде трубопровода из гибкого материала (на чертежах не показан) или составного кожуха (на чертежах не показан), во внутренней полости которого последовательно расположены мерные стержни 7 и датчики 19 и 20 для измерения угла. Защитное приспособление обеспечивает надежную защиту узлов от случайных механических повреждений, а также влаги и абразивного износа.

При малых диаметрах образуемой скважины 9 предпочтительно защитное приспособление выполнить в виде магистрали для подвода энергоносителя к устройству для образования скважины. В случае использования в качестве устройства для образования скважины пневмопробойника 3, в котором в качестве энергоносителя используется подаваемый по шлангу 37 сжатый воздух, целесообразно мерные стержни 7 и датчики 19 и 20 для измерения угла разместить во внутренней полости шланга 37, который в данном случае будет выполнять функции магистрали для подвода энергоносителя к устройству для образования скважины и защитного приспособления для мерных стержней 7 и датчиков 19 и 20 для измерения угла.

Для повышения точности проводимых измерений из условия обеспечения вписываемости мерных стержней 7 в образуемую скважину 9 криволинейной формы целесообразно длину мерного стержня 7 выбрать соизмеримой с длиной устройства для образования скважины в грунте, то есть чтобы соблюдалось условие, при котором длина каждого мерного стержня 7 не превышала 1,1 от длины устройства для образования скважины. С другой стороны, для сокращения затрат времени на монтаж мерных стержней 7 и датчиков 20 для измерения угла целесообразно, чтобы длина мерного стержня 7 была соизмерима с длиной устройства для образования скважины, то есть чтобы соблюдалось дополнительное ограничение, согласно которому длина мерного стержня 7 должна составлять не менее 0,9 от длины устройства для образования скважины.

В зависимости от выбранной системы измерений и необходимой точности результатов измерений в качестве датчиков 19 и 20 для измерения угла может быть использован любой известный тип датчиков для измерения угла поворота одного элемента относительно другого элемента, например, тензометрические датчики, дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещений, оптический датчик и тому подобные датчики для измерения угла. Для повышения надежности работы приспособления и упрощения монтажа и эксплуатации наиболее целесообразным является использование потенциометрических датчиков, которые обеспечивают при этом достаточно высокую точность измерений.

Наиболее рациональным по технологичности и простоте изготовления является вариант конструктивного выполнения шарнирных соединений 5 и 6, при котором каждое шарнирное соединение мерных стержней 7 между собой выполнено в виде закрепленной на конце одного мерного стержня 7 вилки 38 с соосно расположенными радиальными каналами на каждом из ее выступов 39, закрепленного на конце второго мерного стержня 7 осевого выступа 40 с гнездами на его боковых поверхностях и двух втулок 41. При данном конструктивном выполнении шарнирных соединений 5 и 6 предпочтительно в качестве датчиков 19 и 20 для измерения угла использовать потенциометрические датчики, в корпусе 42 каждого из которых расположен подвижный выходной элемент 43, который кинематически связан с ползуном (на чертежах не показан) потенциометра. Каждая втулка 41 расположена в радиальном канале соответствующего выступа 39 вилки 38 и в соответствующем гнезде осевого выступа 40. Осевой выступ 40 расположен между выступами 39 вилки 38 и установлен с возможностью поворота относительно последних. Корпус 42 потенциометрического датчика жестко соединен с одним из выступов 39 вилки 38, а выходной элемент 43 потенциометрического датчика размещен внутри соответствующей втлуки 41 и жестко соединен с осевым выступом 40. Таким образом при изменении взаимного положения смежных мерных стержней 7 друг относительно друга происходит поворот вилки 38 относительно осевого выступа 40, а следовательно и поворот друг относительно друга корпуса 42 потенциометрического датчика и его выходного элемента 43. При изменении положения выходного элемента 43 происходит перемещение ползуна потенциометра по его катушке, что приводит к изменению выходного параметра потенциометрического датчика на величину, пропорциональную величине угла поворота мерных стержней 7 друг относительно друга.

Приспособление для определения положения устройства для образования скважины в грунте работает следующим образом.

В начале трассы проходки отрывают рабочий котлован 8, в котором монтируют лафет (на чертежах не показан) для запуска устройства для образования скважины. Одновременно в рабочем котловане 8 устанавливают основание 11 и стол 12 приспособления 10 для ориентации по меньшей мере одного мерного стержня 7. Лафет для запуска устройства для образования скважины 9 с помощью уровня 17 и угломера. Затем осуществляют запуск устройства для образования скважины, которое начинает погружаться в грунтовый массив под действием ударной нагрузки - в случае использования пневмопробойника 3, либо ввинчиванием в грунтовый массив катков рабочего органа - в случае использования раскатчика 4 грунта. После заглубления в грунт корпуса (или рабочего органа) устройства для образования скважины на величину, превышающую половину его длины, устройство для образования скважины останавливают и к его корпусу с помощью шарнирного соединения 2 присоединяют основное измерительное звено 1. Дополнительные измерительные звенья могут быть предварительно соединены с основным измерительным звеном 1 и в собранном виде размещены в рабочем котловане 8. Возможна и другая последовательность выполнения работ, при которой наращивание мерных стержней 7 осуществляют в процессе погружения устройства для образования скважины в грунтовый массив. Кроме того, основное измерительное звено 1 может быть присоединено к корпусу устройства для образования скважины перед его запуском. После присоединения к корпусу устройства для образования скважины основного измерительного звена 1 включают привод устройства для образования скважины и оно продолжает внедрение в грунтовый массив, образуя за собой скважину 9. Поскольку основное измерительное звено 1 соединено с корпусом устройства для образования скважины, то перемещение корпуса устройства для образования скважины повлечет за собой затягивание в образуемую скважины 9 всей цепочки из основного измерительного звен 1 и соединенных с последним мерных стержней 7. По мере внедрения в грунтовый масив устройства для образования скважины каждый мерный стержень 7 последовательно проходит через фигурный паз 14 на столе 12 и фигурный паз 14 на прижиме 13. Поскольку прижим 13 подпружинен относительно стола 12, то под действием пружины прижим 13 воздействует на мерный стержень 7, прижимая его к столу 12, тем самым ориентирует мерный стержень 7 относительно проектной оси скважины 9. После формирования определенного участка скважины 9 осуществляют снятие информации о положении в пространстве сформированного в данный момент участка скважины 9. Для этого определяют с помощью датчиков 19 и 20 для измереня угла положение в пространстве каждого из мерных стержней 7, которые расположены в данный момент во внутренней полости сформированного участка скважины 9, друг относительно друга и относительно расположенного в данный момент на столе 12 мерного стержня 7, который является в данный момент заданной базой. Сигналы с датчиков 19 и 20 поступают в усилитель-преобразователь 21 сигнала и далее через блок 22 приема информации в блок 23 обработки информации, где они запоминаются, а в случае необходимости могут быть вызваны на устройство 24 для отображения информации, на котором полученные данные отображаются, например, в виде таблицы или соответствующего графика. Полученная информация представляет данные как о траектории сформированного в данный момент участка скважины 9, поскольку известно положение скважины 9 в пространстве через отрезки пути, равные длине мерного стержня 7, так и о положении в пространстве самого устройства для образования скважины, поскольку основное измерительное звено 1 соединено с корпусом устройства для образования скважины в грунте. В случае необходимости, то есть при отклонении траектории измеренного участка скважины 9 от его проектного положения, которое может быть предварительно введено в устройство 24 для отображения информации, поворотом грунтовых рулей 29 или поворотом наконечника 30 в соответствующую сторону осуществляют коррекцию перемещения устройства для образования скважины в грунте для вывода его на проектный курс. Возможен случай, когда устройство для образования скважины в грунте войдет во взаимодействие с непреодолимым препятствием, например валуном или остатками фундамента, которые не отмечены на трассе проходки, в этом случае по полученной информации о положении устройства для образования скважины в грунте осуществляют отрывку промежуточного котлована для извлечения устройства для образования скважины в грунте или встреченного препятствия. В этом случае точное положение устройства для образования скважины в пространстве, определенное по полученной информации, позволяет сократить объем земляных работ при отрывке промежуточного котлована. При необходимости после снятия информации о положении в пространстве измеренного участка скважины 9 и передачи этой информации на приспособление 18 для передачи, приема и обработки сигналов датчиков 19 и 20 для измерения угла осуществляют последующее периодическое измерение положения в пространстве этого же участка скважины 9. Указанное последующее периодическое измерение осуществляют в описанной выше последовательности. Полученная информация также поступает в блок 23 обработки информации, где она запоминается и сравнивается с полученной ранее информацией о положении в пространстве того же участка скважины 9. По полученным в результате сравнения данным о положении в пространстве сформированного участка скважины 9 делается вывод об изменении траектории скважины 9 или о состоянии стенок образованной скважины 9. Указанный вывод делается на том основании, что при просадке грунта в скважине или при частичном обрушении стенок скважины 9 с вывалом из стенок скважины твердого включения, например валуна, изменяется положение мерных стержней 7 друг относительно друга, что регистрируется соответствующим датчиком 20 для измерения угла.

Замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы, то есть относительно стола 12 приспособления 10 для ориентации мерных стержней 7, может быть осуществлен через равные отрезки перемещения устройства для образования скважины в грунтовом массиве, кааждый из которых наиболее целесообразно выбрать кратным длине мерного стержня 7. В этом случае измерение положения траектории сформированной скважины 9 в пространстве осуществляется в одних и тех же точках, что значительно повышает точность проводимых измерений. Указанный замер углов с помощью датчиков 19 и 20 для измерения угла может быть осуществлен либо одновременно и на всем протяжении сформированной скважины 9, либо дискретно и последовательно по всему протяжению сформированной скважины. Указанные измерения могут быть проведены как при остановленном устройстве для образования скважины, так и в процессе его внедрения в грунтовый массив.

В зависимости от положения в пространстве проектной оси скважины 9 и от положения препятствий на участке формируемой скважины 9 замер углов отклонения устройства для образования скважины может осуществляться либо в одной плоскости, либо по меньшей мере в двух плоскостях, которые могут быть расположены взаимно перпендикулярно. Предпочтительно последующие периодические измерения каждого участка сформированной сважины осуществлять в тех же плоскостях, что и предыдущие.

При изменении направления перемещения в грунтовом массиве устройства для образования скважины в грунте с помощью грунтовых рулей 29 или с помощью изменения положения рабочей поверхности 31 наконечника 30 не исключено возникновения вращения корпуса устройства для образования скважины вокруг его продольной оси 28 симметрии. В этом случае для исключения возможности совместного вращения с корпусом устройства для образования скважины и основного измерительного звена 1 предусмотрена развязка основного измерительного звена 1 с корпусом устройства для образования скважины. В этом случае жестко соединенная с корпусом устройства для образования скважины проушина 33 будет свободно вращаться относительно цапфы 32, которая закреплена на основном измерительном звене 1. При этом при вращении корпуса устройства для образования скважины основное измертельное звено 1 не изменит своего положения относительно стенок скважины 9.

Полученные в результате последующих периодических измерений данные позволяют обеспечить контроль за состоянием стенок образованной скважины 9 и осуществить ремонтные работы до непосредственной укладки коммуникаций в образованную скважину 9, что безусловно повысит производительность работ по укладке коммуникаций в грунтовом массиве под препятствиями. Полученные результаты о возможной просадке скважины 9 и об изменении траектории ее в пространстве позволяют внести соответствующие изменения при формировании кривизны прокладываемой коммуникации, что позволяет проводить прокладку коммуникации в образованной скважине 9 с минимальными затратами энергии на затягивание коммуникации в скважину.

Формула изобретения

1. Способ определения траектории скважины при ее проходке, включающий снятие информации о положении в пространстве участка скважины, сформированного в данный момент с помощью устройства для образования скважины, передачу сигнала на приемное приспособление и обработку полученного сигнала, отличающийся тем, что после снятия информации о положении в пространстве измеренного участка скважины и передачи этой информации на приемное приспособление осуществляют последующие периодические измерения положения в пространстве этого же участка скважины и сравнение полученных результатов между собой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что снятие информации о положении в пространстве участка скважины осуществляют замером углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют через равные отрезки перемещения устройства для образования скважины в грунтовом массиве.

4. Способ по одному из пп. 2 и 3, отличающийся тем, что базу, относительно которой производят замер углов отклонения устройства для образования скважины, размещают на устье образуемой скважины.

5. Способ по одному из пп. 2, 3 или 4, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют одновременно на всем измеряемом участке скважины.

6. Способ по одному из пп. 2, 3, 4 или 5, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют на всем протяжении сформированной скважины.

7. Способ по одному из пп. 2, 3 или 4, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют дискретно.

8. Способ по одному из пп. 2 - 4 или 7, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют последовательно по всему протяжению сформированной скважины.

9. Способ по одному из пп. 2 - 7 или 8, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют по меньшей мере в двух плоскостях.

10. Способ по одному из пп. 2 - 7 или 8, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют в плоскостях, пересекающихся по линии параллельной геометрической оси скважины.

11. Способ по одному из пп. 2 - 7 или 8, отличающийся тем, что замер углов отклонения устройства для образования скважины от заданной базы осуществляют в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

12. Способ по одному из пп. 2 - 10 или 11, отличающийся тем, что последующие периодические измерения каждого участка сформированной скважины осуществляют в тех же плоскостях, что и предыдущие измерения.

13. Приспособление для определения положения устройства для образования скважины в грунте, включающее измерительное звено с приспособлением для закрепления его на устройстве для образования скважины в грунте, датчик для измерения угла и приспособление для передачи, приема и обработки сигналов датчика для измерения угла, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными измерительными звеньями в виде шарнирно соединенных межд собой мерных стержней, приспособлением для ориентации по меньшей мере одного измерительного звена и дополнительными датчиками для измерения угла, которые связаны с мерными стержнями, при этом приспособление для закрепления основного измерительного звена на устройстве для образования скважины в грунте выполнено в виде шарнира, причем основное измерительное звено шарнирно связано с дополнительными измерительными звеньями.

14. Приспособление по п. 13, отличающееся тем, что основное измерительное звено установлено с возможностью поворота относительно устройства для образования скважины в грунте по меньшей мере в двух плоскостях.

15. Приспособление по п. 13, отличающееся тем, что основное измерительное звено установлено с возможностью поворота относительно устройства для образования скважины в грунте в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

16. Приспособление по одному из пп. 13, 14 или 15, отличающееся тем, что смежные мерные стержни установлены с возможностью поворота друг относительно друга по меньшей мере в двух плоскостях.

17. Приспособление по одному из пп. 13, 14 или 15, отличающееся тем, что смежные мерные стержни установлены с возможностью поворота друг относительно друга в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

18. Приспособление по одному из пп. 13, 14 или 15, отличающееся тем, что смежные мерные стержни установлены с возможностью поворота друг относительно друга в одной плоскости, причем плоскости поворота соседних смежных пар мерных стержней расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях.

19. Приспособление по одному из пп. 13, 14 или 15, отличающееся тем, что основное измерительное звено выполнено в виде мерного стержня.

20. Приспособление по одному из пп. 13 - 15 или 19, отличающееся тем, что продольная ось симметрии приспособления для закрепления основного измерительного звена на устройстве для образования скважины в грунте расположена на продольной оси симметрии устройства для образования скважины в грунте.

21. Приспособление по одному из пп. 13, 14, 15, 19 или 20, отличающееся тем, что основное измерительное звено установлено с возможностью вращения вокруг оси, параллельной продольной оси симметрии устройства для образования скважины в грунте.

22. Приспособление по одному из пп. 13, 14, 15, 19 или 20, отличающееся тем, что основное измерительное звено установлено с возможностью вращения вокруг продольной оси симметрии устройства для образования скважины в грунте.

23. Приспособление по одному из пп. 13, 14, 15, 19, 20 или 22, отличающееся тем, что приспособление для закрепления основного измерительного звена на устройстве для образования скважины в грунте выполнено с амортизирующим узлом для соединения основного измерительного звена с устройством для образования скважины в грунте.

24. Приспособление по одному из пп. 13, 14, 15, 19, 20, 21, 22 или 23, отличающееся тем, что оно имеет дополнительные амортизирующие узлы, которые расположены между смежными мерными стержнями.

25. Приспособление по одному из пп. 13 - 24, отличающееся тем, что оно имеет защитное приспособление для размещения в его внутренней полости мерных стержней и датчиков для измерения углов.

26. Приспособление по п. 25, отличающееся тем, что защитное приспособление выполнено в виде магистрали для подвода энергоносителя к устройству для образования скважины в грунте.

27. Приспособление по п. 26, отличающееся тем, что магистраль для подвода энергоносителя к устройству для образования скважины в грунте выполнена в виде шланга для подвода сжатого воздуха.

28. Приспособление по одному из пп. 13 - 23 или 24, отличающееся тем, что длина мерного стержня составляет не менее 0,9 от длины устройства для образования скважины в грунте и не более 1,1 от длины устройства для образования скважины в грунте.

29. Приспособление по п. 13, отличающееся тем, что основной датчик для измерения угла выполнен в виде потенциометрического датчика.

30. Приспособление по одному из пп. 13 или 29, отличающееся тем, что каждый дополнительный датчик для измерения угла выполнен в виде потенциометрического датчика.

31. Приспособление по п. 13, отличающееся тем, что каждое шарнирное соединение мерных стержней между собой выполнено в виде закрепленной на конце одного мерного стержня вилки с соосно расположенными радиальными каналами на каждом из ее выступов, закрепленного на конце второго мерного стержня осевого выступа с гнездами на его боковых поверхностях и двух втулок, а датчик для измерения угла выполнен в виде потенциометрического датчика с подвижным выходным элементом, при этом каждая втулка расположена в соответствующем радиальном канале вилки и в соответствующем гнезде осевого выступа, а осевой выступ расположен между выступами вилки и установлен с возможностью поворота относительно последних, причем корпус потенциометрического датчика жестко соединен с одним из выступов вилки, а выходной элемент потенциометрического датчика размещен внутри соответствующей втулки и жестко соединен с осевым выступом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10