Docking-Technologie beim grabenlosen Überqueren

Beim Bau von Horizontal-Richtbohrungen über große Entfernungen durch Pilotbohrungen, durch den großen Reibungswiderstand zwischen Bohrstrang und Lochwand, die Rotation des Bohrers bleibt offensichtlich hinter der Rotation des Bohrgeräte-Leistungskopfes zurück, Dies erschwert die Kontrolle des Flächenwinkels des Bohrlochwerkzeugs. , so dass die Lenkgenauigkeit beeinträchtigt wird. So lösen Sie dieses Problem, eine Docking-Technologie zum Einsatz kommt. Dieses Papier stellt hauptsächlich das Prinzip der Docking-Technologie und die Kombinationsmethode von Bohrwerkzeugen während des Andockens vor.

1. Vorteile der Docking-Technologie

In der grabenlosen Rohrleitungsbautechnik, Die horizontale Richtbohrtechnik genießt hohes Ansehen für ihre Vorteile wie weniger Schäden und Eingriffe in Verkehr und Umwelt, sichere und effiziente Konstruktion, und niedrige Gesamtkosten. Mit der Anwendung und Entwicklung dieser Technologie, eine Andocktechnologie für Langstrecken-Richtbohrungen durch die Konstruktion ist entstanden. Die horizontale Richtbohr-Docking-Technologie hat folgende Vorteile:
(1) Lösen Sie das schwierige Problem der Richtungssteuerung von horizontalen Richtbohrungen über große Entfernungen. Im Prozess der Richtbohrung Kreuzung, mit der Erhöhung der Bohrlänge, der Reibungswiderstand des Bohrstrangs zur Formation steigt deutlich an, und die Torsionsverformung des Bohrstrangs nimmt zu, was dazu führt, dass das Drehmoment des Bohrgeräts nicht rechtzeitig auf den Bohrer übertragen wird, und der Bohrer befindet sich in einem diskontinuierlichen Zustand am Boden des Lochs. Rotationszustand. In diesem Fall, Es ist schwierig für den Bohrer, die Richtung des Vorderloch-Werkzeugflächenwinkels zu kontrollieren, so dass eine gewisse Abweichung zwischen dem auf der Fläche angezeigten Werkzeugflächenwinkel und dem tatsächlichen Ganzkörperflächenwinkel des Werkzeugs besteht, was zu einer Außerkontrolle der Bohrrichtung führt. Die Docking-Technologie, Auf der anderen Seite, Bohrer vom Einstiegspunkt und vom Aushubpunkt der Konstruktion, die gleichzeitig die Kurve zur Mitte kreuzen, dadurch wird die Bohrlänge des Einweg-Pilotlochs effektiv verkürzt, Vermeidung der Richtungskontrolle der ultralangen Distanz, und das Azimut und die Neigung des Bohrens erleichtern. Steuerung für eine gleichmäßige Bohrkurve.
(2) Der Einstiegspunkt und der Aushubpunkt erfüllen die Konstruktionsanforderungen vollständig. Beim Bau von Richtbohrungen in mittleren und kurzen Distanzen, Einweg-Richtsteuerungstechnologie wird im Allgemeinen für den Bau von Pilotbohrungen verwendet, und es ist schwierig, dass der eigentliche Aushubpunkt genau mit dem geplanten Aushubpunkt übereinstimmt. wie auch immer, da die Docking-Technologie vom Einstiegspunkt und vom Aushubpunkt bis zur Mitte gleichzeitig bohrt, es gibt kein Problem des Positionsfehlers der Aushubstelle. Die Vorteile der Butt-Joint-Technologie zeigen sich besonders deutlich bei dem Projekt, bei dem die Kies- und Kiesschichten an beiden Enden der Kreuzungskurve mit Gehäusen isoliert werden..

2. Anwendungsstatus der Docking-Technologie

Die Docking-Crossing-Technologie wurde in vielen großen Bauprojekten im In- und Ausland erfolgreich eingesetzt. In China, Es gibt Langstrecken- oder spezielle geologische Pilotlöcher wie den Qiantang River, Modaomen Wasserstraße, Fujian LNG Ost-West-Strom, Yinma Fluss, und Heilongjiang Crossing Project der chinesisch-russischen Rohölpipeline. Den Weltrekord für Richtbohrungen brechen (siehe Tabelle 1).
Im Ausland, Die längste Strecke, die durch horizontales Richtbohren zurückgelegt wird, ist die 11 km Überquerung in boston bay in den Vereinigten Staaten. Diese Kreuzung ist unterteilt in 4 Abschnitte, davon hat der längste Abschnitt einen Kreuzungsabstand von mehr als 4 Km; NaCAP Unternehmen übernimmt diese Technologie in Rhone, Frankreich. (Langer Fluss) Tal durchquerte erfolgreich die dicken Kiesschichten auf beiden Seiten des Tales, und verlegte eine Stahl-Erdgas-Pipeline mit einer Gesamtlänge von mehr als 1 036 m und einem Rohrleitungsdurchmesser von 609.6 mm;
Im Rhein in Norddeutschland, Die horizontale Richtbohrgesteinsquerstrecke, die durch diese Technologie zurückgelegt wird, beträgt bis zu 2500 m, und die maximale Druckfestigkeit des Gesteins erreicht 160 MPa; im August 2005, die deutsche LMR Drilling Company hat diese Technologie erfolgreich in der Elbe eingesetzt. Verlegen Sie eine Öl-PE-Pipeline mit einer Länge von 2 626 m und einem Durchmesser von 350 mm.

3. Funktionsweise der Docking-Technologie

Das Andocken im Bohrloch erfordert eine glatte Bohrbahn, die eine gute Grundlage für nachfolgende Rieseoperationen und erfolgreiches Ziehen von Rohren legen kann. Die Glätte der Bohrbahn am Andockpunkt hängt maßgeblich von der Pilotlochkonstruktion in der Frühphase ab.
Die beiden Bohrgeräte bohren vom Einstiegspunkt bzw. dem unbedeckten Punkt bis zum mittleren horizontalen Abschnitt. Der Brunnen an der Seite des Einstiegspunkts wird als Hauptprotokollierungsbohrung bezeichnet, und der Brunnen an der Seite des ausgegrabenen Punktes wird als Holzbohrloch bezeichnet. Beim Andocken, Die Hauptprotokollierungsbohrung ist für die Messung der gemessenen Vertiefung verantwortlich Die Position des Bohrlochbohrers und das Andocken werden realisiert, und die Hauptprotokollierungsachse ist fast parallel zur Protokollierungsachse.
Das vom axialen Magneten im zu protokollierenden Bohrloch BHA erzeugte Magnetfeld wird in drei zueinander senkrechte Magnetfeldkomponenten zerlegt, nämlich die axiale Komponente, die High-Side-Komponente und die rechte Komponente; der Sensor in der Hauptprotokollierung im Bohrloch BHA Der Wert der Magnetfeldkomponente des Bohrlochs wird gemessen, und die Nähe der beiden Bohrlöcher wird beurteilt, indem der Wert der Magnetfeldkomponente analysiert wird.
Für das in der Nähe des Andockpunktes eingerichtete Andockkoordinatensystem, Die Vektorax ist der axiale Einheitsvektor der Hauptprotokollierungsbohrung, und der Vektor s ist der axiale Einheitsvektor der Protokollierungsbohrung. [hs rs] zu beschreiben. Die Ebene des Andockkoordinatensystems [hs rs] steht senkrecht zur Vektoraxt und annähernd senkrecht zum Vektor s. Der Ursprung des Andockkoordinatensystems [hs rs], Das heißt, der Schnittpunkt der Vektoraxt und der Ebene [hsrs], ist die Position des Sensors in der Hauptprotokollierung BHA, und der Bohrlochtiefenwert dieser Position in der Hauptprotokollierung ist mdtwt; Treffend (hstie, rstie) im Koordinatensystem [hs rs], Das heißt, der Schnittpunkt des Vektors s und der Ebene [hs rs], ist die Position des Axialmagneten im Bohrloch BHA, die protokolliert werden soll. Der Bohrlochtiefenwert in mdmwt. Die Werte von hsconv und rsconv in der Abbildung werden verwendet, um die Parallelität zwischen dem axialen Vektor s der Protokollierungsbohrung und der axialen Vektorachse der Hauptprotokollierquelle zu charakterisieren.. Unter ihnen, Die Haupttiefe der Protokollierungsbohrung mdtwt wird durch Akkumulation der Länge des Bohrrohrs durch das Richtungskontrollpersonal der Hauptprotokollierseite erhalten, und die Tiefe des Protokollierungsbohrlochs mdmwt, der relative Abstand des Andockens (hstie, rstie) und die parallele Messung der beiden Vertiefungen (hsconv, rsconv) können alle die Hauptprotokollierung übergeben. Bohrlochsensor gemessen. Entsprechend der Gesamtlänge der geplanten Bohrkurve und der tatsächlichen Bohrlänge des Hauptprotokollierbrunnens und des Holzbohrlochs, Die Entfernung zwischen der Hauptprotokollierungsbohrung und dem Bohrloch des Holzbohrlochs wird berechnet, und das Andocken erfolgt, wenn die Entfernung 5-10 m. Beim Andocken, Das Hauptbohrwerkzeug für die Protokollierung des Bohrlochs bleibt stationär, und die zu protokollierende Bohrwerkzeugbaugruppe bewegt sich in einem Bereich von zehn Metern bis zu mehreren zehn Metern (die spezifische Reichweite hängt von der tatsächlichen Situation ab). Jedes Mal, wenn es sich bewegt 0.5 m, Der Hauptprotokollierungs-Bohrlochsensor misst einmal, und eine Reihe von Messdaten werden auf der Hauptschnittstelle der Protokollierungssteuerungssoftware in Form von Graphen und Graphen angezeigt. Nach Messung des oben genannten Datensatzes, Verschieben Sie die Hauptbaugruppe des Bohrlochbohrwerkzeugs in eine andere Bohrlochtiefe und halten Sie sie still, Wiederholen Sie die oben genannten Aktionen für die Protokollierungsbohrung, und messen Sie dann einen weiteren Datensatz aus der Hauptprotokollierungsbohrung. In Analogie, Die Hauptbaugruppe des Bohrwerkzeugs für die Protokollierung im Bohrloch befindet sich in mehreren Bohrtiefen, und die Protokollierungsaktionen werden wiederholt. Nach der Messung mehrerer Datensätze, die Längsschnittdaten werden verglichen, und ein Datensatz mit hoher Zuverlässigkeit wird aus ihnen ausgewählt, um den Zeitpunkt des Andockens zu bestimmen. Tiefenposition des Hauptprotokollierungsbohrlochs. Durch Analyse der Messdaten, der relative Abstand (hstie, rstie) von den beiden Vertiefungen im Andockkoordinatensystem kann bekannt sein, Weil dieser Wert die vertikale, Links, und die richtigen Positionen des axialen Bohrlochmagneten, der relativ zum Hauptprotokollierungs-Bohrlochsensor protokolliert werden soll. Nach diesem Wert, Der Bediener kann den Werkzeugflächenwinkel der Hauptunterabschnitte für die Protokollierung oder die Richtungskontrolle im Bohrloch einstellen und weiter bohren, um näher an das gegenüberliegende Bohrloch heranzukommen. Nach dem Bohren für eine bestimmte Entfernung, Wiederholen Sie die Messung, um den relativen Abstand zwischen den beiden Vertiefungen zu erhalten. , und stellen Sie dann den Werkzeugflächenwinkel der Bohrlochkontroll-Unterverbindung ein, um mit dem Bohren fortzufahren, bis das Andocken erfolgreich ist.

4. Bohrloch-Baugruppe während des Andockens

Für das kabelgebundene Richtsystem, das Bohrloch BHA besteht hauptsächlich aus einem Bohrer, ein Schraubenmotor mit einem gekrümmten Gehäuse, einen Schlammdrucksensor, eine Richtsonde (mit Zentralisierern an beiden Enden) und ein nichtmagnetischer Bohrkragen, wobei die Richtsonde im nichtmagnetischen Bohrkragen im Inneren installiert ist. In der Bauphase, bevor das Pilotloch bis zur Andockstelle gebohrt wird, Die Hauptprotokollierung wird mit dem zu protokollierenden Bohrwerkzeug kombiniert. Nach Erreichen des Andockbereichs, Das abgeholzte Bohrloch muss ausgelöst werden, um die Bohrwerkzeugbaugruppe im Bohrloch zu ersetzen. Je nach aktueller Situation, Es gibt die folgenden Kombinationen:
(1) Während des Andockvorgangs, Die Hauptprotokollierungsbohrung ist für die Fortsetzung der Bohrungen und die Fertigstellung des Andockens an die Holzbohrung verantwortlich. Die Protokollierungsbohrung bewegt sich einfach im ursprünglichen Bohrloch innerhalb des Andockbereichs für die Hauptprotokollierungsbohrung hin und her, um die Magnetfelddaten zu messen, die von ihrem axialen Bohrlochmagneten erzeugt werden, und dann bewegt sich die Protokollierungsbohrung in der ursprünglichen Vertiefung innerhalb des Andockbereichs hin und her. Die Holzfäller-Bohrlochbaugruppe wurde durch einen Bohrer ersetzt, Axialmagnet (Subwoofer mit magnetischen), Schlammdrucksensor, Richtsonde und nichtmagnetischer Bohrkragen.
(2) Während des Andockvorgangs, Das protokollierte Bohrloch ist für die Fortsetzung der Bohrungen und die Fertigstellung des Andockens mit dem Hauptprotokollierungsbrunnen verantwortlich. Die Hauptprotokollierungsbohrung misst nur die Magnetfelddaten des Axialmagneten des Bohrlochs der Holzbohrung innerhalb des Andockbereichs, und wird dann durch das Holzeinschlagsloch BHA ersetzt. Für Bohrer, Axialmagnete, Schraubenmotoren mit gebogenen Gehäusen, Schlammdrucksensoren, Richtsonden und nichtmagnetische Bohrmanschetten.

5. Einstellung der Andockparameter

Die Kalibrierung und Bestimmung der Richtungsregelparameter ist das Schlüsselverfahren für den Erfolg des Richtbohrens und ein wesentlicher Schritt bei der Konstruktion von Richtbohrungen.. Bevor die Eindringtief-Richtbohrkonstruktion durchgeführt wird, die Genauigkeit der Richtungsregelsonde, der Azimutwinkel der Kreuzungskurve, das Schwerefeld, das Magnetfeld und der eingeschlossene Winkel des Erdmagnetfeldes auf der Baustelle müssen gemessen werden. Für den Azimutwinkel der Kreuzung des Geländes, beziehen sich auf die Werte des Winkels zwischen dem Gravitationsfeld, das Magnetfeld und der Erdmagnetismus, und ermitteln Sie den Messfehler der Lenksonde, und verwenden Sie den Fehler als Referenz während der Konstruktion. Für die Mess- und Kalibriermethoden der oben genannten verwandten Parameter, siehe einschlägige Literatur. Entsprechend den Änderungen des Magnetfeldes, das Gravitationsfeld und der eingeschlossene Winkel des Geomagnetismus, die äußeren Störungen können beurteilt werden, damit wir andere Maßnahmen ergreifen können, um die Störung zu beseitigen. Vor der Implementierung der Andocktraverse, die oben genannten Parameter müssen auch im Voraus gemessen und kalibriert werden, um sicherzustellen, dass die Pilotlochtrajektorie in der Frühphase der theoretischen Bohrbahn entspricht, die für das Andocken im größtmöglichen Umfang ausgelegt ist. Der axiale Magnet im zu protokollierenden Bohrloch BHA ist ein unverzichtbares Bohrwerkzeug in der Andockkonstruktion. Die Messung und Kalibrierung des vom axialen Magneten erzeugten magnetischen Polmoments und der Parameter, die mit der Magnetfeldverteilung um ihn herum zusammenhängen, ist ein weiteres notwendiges Verfahren, um das erfolgreiche Andocken zu gewährleisten.. .
5.1 Messung und Kalibrierung des magnetischen Dipolmoments des Axialmagneten
Um den Messfehler zu reduzieren und die Messdaten näher an die ist-Situation des Bohrlochdockens heranzuführen, Die Achse der Lenksonde sollte mit der horizontalen Mittellinie zusammenfallen, die durch die Konstruktionskurve verläuft, und es sollte kein externes Magnetfeld vorhanden sein (inkl. Hochvoltkabel) Innerhalb 10 m der Messposition. , induzierte Magnetfelder, die durch Kommunikationskabel erzeugt werden, andere Metallgegenstände, Etc.). Während der Messung, Die Richtsonde befindet sich auf der Mittellinie der Konstruktionskurve, und ist mit einem Computer über 10 m davon entfernt. Der Axialmagnet wird in der Nähe der Lenksonde platziert, und seine Achse wird parallel zur axialen Richtung der Lenksonde gehalten, und der Abstand zwischen ihnen ist 1 m, wie in Abbildung dargestellt 4. Verwenden Sie einen Computer, um die Magnetfeldstärke Bax des Axialmagneten zu messen und aufzuzeichnen, dann die Polarität des Axialmagneten um 180° umkehren, und messen Sie die magnetische Feldstärke Bax (auf Touren bringen) des Axialmagneten wieder. Dann kann das magnetische Polmoment des Axialmagneten nach folgender Formel berechnet werden:: M = (Bax-Bax (auf Touren bringen))/2. Die hier berechneten M-Werte sind alle absolute Werte, und die M-Werte beim Andocken sind aufgrund der unterschiedlichen magnetischen Polorientierungen der eigentlichen Axialmagnete im Bohrloch positiv und negativ.
5.2 Messung und Kalibrierung der Magnetfeldanteile um die Axialmagnete Nach Abschluss der Messung des magnetischen Dipolmoments der Axialmagnete, die richtungsweisende Sonde wird an Ort und Stelle gehalten, und die Bohrwerkzeugbaugruppe mit dem Axialmagneten wird in einem Abstand von 1 ~ In einer Entfernung von 2 m, halten Sie die Achsen parallel zueinander, und messen Sie dann den genauen vertikalen Abstand zwischen ihnen. Während der Messung, Der Richttaster wird fixiert gehalten, und die Bohrwerkzeugbaugruppe mit dem Axialmagneten bewegt sich Schritt für Schritt in einem Abstand von 0.5 m jedes Mal entlang seiner Achse. Länge, die relative Position zwischen den beiden bei der Messung.
Jedes Mal, wenn sich die Bohrwerkzeugbaugruppe bewegt 0.5 m, die für den Umzug verwendete Ausrüstung und das Personal sollten aufbewahrt werden 10 m vom Messpunkt entfernt, um externe Störungen zu reduzieren. Der an die Lenksonde angeschlossene Computer misst die Daten einmal, und vervollständigt den Prozess von Punkt A nach Punkt N in Abbildung 4. Nachdem alle Messungen abgeschlossen sind, die Messung eines Datensatzes abgeschlossen ist. Nach Abschluss einer Reihe von Datenmessungen, der vertikale Abstand zwischen der Lenksondenstange und der Bohrwerkzeugbaugruppe wird als bekannte Anfangsbedingung verwendet, und der Wertebereich der relevanten Parameter wird eingegeben, und die Datenverarbeitung wird durchgeführt, um den Komponentenwert der Magnetfeldverteilung um den axialen Magneten zu erhalten. , für den Einsatz im Bohrloch-Docking. Um den Messfehler zu reduzieren, mehrere Datensätze können vor Ort gemessen werden, und der Durchschnittswert kann genommen werden.