способ закрепления трубопровода выстреливаемыми анкерами и поршень-забойник для осуществления способа

Формула изобретения

1. Способ закрепления трубопровода выстреливаемыми анкерами, включающий использование вдавливания с помощью артиллерийских орудий, отличающийся тем, что анкер устанавливают на грунт с прикрепленным к нему стропом для фиксации трубопровода, строп помещают в полость поршня-забойника, верхнюю поверхность анкера соединяют с нижним концом съемного массивного поршня-забойника, верхнюю часть которого помещают в ствол артиллерийского орудия и производят выстрел с последующим извлечением стропа и поршня-забойника из грунта.

2. Поршень-забойник для осуществления способа по п.1, отличающийся тем, что он выполнен съемным, массивным и полым, причем наружный диаметр забойника меньше наибольшего миделевого сечения анкера.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение относится к нефтегазовому строительству и может быть использовано при строительстве трубопроводов, их креплении к грунту в условиях болот и вечной мерзлоты для предотвращения всплытия.

Уровень техники

Известен способ погружения выстреливаемых анкеров в грунт, основанный на их застреливании [Соколов С.М., Гагин В.А., Трофимов В.Л. Технология закрепления трубопроводов выстреливаемыми анкерами // РНТС ВНИИОЭНГ. Сер. Нефтепромысловое строительство, 1976, №9, 42 с.], когда анкер, выходя из канала ствола, подобно артиллерийскому снаряду, ударяется о грунт, и после этого погружается в него. Решение основано на увеличении заглубления за счет увеличения дульной скорости анкера путем использования большой массы заряда. При этом первоначальная скорость проникания становится большой, что ведет к значительному увеличению силы сопротивления грунта и, как следствие, неэффективному использованию энергии порохового заряда и относительно малым конечным заглублениям. Варьировать величину заглубления за счет изменения массы анкера или способа застреливания нет возможности.

Известен способ погружения свай с использованием съемного поршня-забойника, когда съемный поршень-забойник помещается в канал ствола и при выстреле толкает сваю в грунте. Применяемый забойник состоит из трех частей: цилиндрической части, диаметр которой соответствует калибру орудия, наконечника, служащего для соединения со строительным элементом, и сменной камеры, во внутреннюю полость которой вкладывается заряд. [Основы импульсной технологии устройства фундаментов / Бартоломей А.А., Григорьев В.Н., Омельчак И.М., Пенский О.Г. Пермь, Изд-во ПГТУ, 2002, 175 с.]. Такой способ авторами назван импульсным вдавливанием.

Однако данное решение основано на неизменной массе погружаемого строительного элемента и предусматривает или монолитный строительный элемент, вставляемый в канал ствола, или распространяется только на сваи и не предусматривает увеличение заглубления за счет увеличения массы поршня-забойника. При этом забойник имеет относительно сложную конструкцию.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке способа увеличения заглубления выстреливаемых коротких анкеров, обеспечивающего максимальное погружение при небольших энергетических затратах и упрощение конструкции поршня-забойника.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ закрепления трубопровода выстреливаемыми анкерами, включающий использование вдавливания с помощью артиллерийских орудий, и отличительных существенных признаков, таких как анкер устанавливают на грунт с прикрепленным к нему стропом для фиксации трубопровода, строп помещают в полость поршня-забойника, верхнюю поверхность анкера соединяют с нижним концом съемного массивного поршня-забойника, верхнюю часть которого помещают в ствол артиллерийского орудия и производят выстрел с последующим извлечением стропа и поршня-забойника из грунта.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных во 2-м пункте формулы изобретения, таких как поршень-забойник для осуществления вышеуказанного способа, выполнен съемным, массивным и полым, причем наружный диаметр забойника меньше наибольшего миделевого сечения анкера.

Технический результат от вышеперечисленной совокупности признаков - возможность варьировать величину заглубления анкера в грунт путем изменения массы съемного поршня-забойника, изменения способа погружения анкеров в грунт - от застреливания до импульсного вдавливания, уменьшения силы бокового трения съемного поршня-забойника при движении анкера и съемного поршня-забойника в грунте, приложения относительно небольших усилий для извлечения съемного поршня-забойника из грунта после выстрела и упрощение конструкции поршня-забойника.

Краткое описание чертежей

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами. На фиг.1 показан продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг.2 - график относительного увеличения заглубления анкера для различных масс поршня-забойника по сравнению с обычным застреливанием.

Осуществление изобретения

На фиг.1 позициями обозначены:

1 - грунт;

2 - анкер;

3 - поршень-забойник с полостью для строп;

4 - строп для крепления трубопровода;

5 - ствол артиллерийского орудия.

Способ заглубления выстреливаемых в грунт коротких анкеров следующий (см. фиг.1):

- короткий анкер 2 устанавливают на грунт 1;

- в полую часть съемного поршня-забойника 3 помещают строп 4, который предварительно крепится к анкеру 2;

- к верхнему срезу анкера 2 крепится массивный съемный поршень-забойник 3 с диаметром миделевого сечения меньше максимального диаметра миделевого сечения анкера 2;

- верхнюю часть съемного поршня-забойника 3 вставляют в ствол 5 артиллерийского орудия;

- производят выстрел;

- анкер 2 и съемный поршень-забойник 3 движутся в канале ствола 5 и грунте 1 одновременно;

- после выстреливания строп 4 извлекают из съемного поршня-забойника 3;

- съемный поршень-забойник 3 извлекают из грунта 1, который может быть использован при повторном выстреле.

Способ закрепления трубопровода выстреливаемыми анкерами с использованием поршня-забойника основан:

- на искусственном увеличении массы анкера за счет присоединения к нему массивного съемного поршня-забойника, одним концом соединенного с анкером, а другим вставленным в канал ствола: наши исследования показали, что для получения наибольшего заглубления строительного элемента в грунт необходимо применять строительные элементы большой массы. Поэтому массу коротких строительных элементов-анкеров целесообразно искусственно увеличивать за счет присоединения съемного поршня-забойника;

- на упирании анкера в грунт перед выстрелом за счет прикрепления к анкеру съемного поршня-забойника, находящегося в канале ствола и обеспечивающего импульсное вдавливание взамен обычного застреливания: наши исследования показали, что импульсное вдавливание в грунт при равных энергетических затратах дает значительное увеличение заглубления по сравнению с обычным застреливанием. Применение съемного поршня-забойника дает возможность использования импульсного вдавливания для погружения анкеров в грунт;

- на выполнении съемного поршня-забойника с диаметром миделевого сечения меньше диаметра максимального миделевого сечения анкера: наши исследования показали, что боковая сила трения строительного элемента во время движения в грунте значительно уменьшает величину заглубления, поэтому, выполняя диаметр съемного поршня-забойника меньше диаметра анкера, тормозящее действие боковой силы трения о съемный поршень-забойник существенно снижается.

Расчеты, проведенные для откатного артиллерийского орудия, показывают, что применение импульсного вдавливания и массивного съемного поршня-забойника с внешним диаметром меньше наибольшего диаметра миделевого сечения анкера увеличивают заглубление по сравнению с прототипом на величину до 500% (см. фиг.2).