choose language
  • PL
  • EN
        
Wiercenia kierunkowe HDD

 

Wiercenia kierunkowe/ sterowane (HDD)

Problematyka budowy rurociągów

Z technicznych powodów dostawa i odbiór mediów komunalnych, przesył informacji czy też przewodowy transport paliw, nie sprawia większych kłopotów. Jednak już w realiach środowiska, adoptowania obiektów, w tym uzyskania odpowiedniej sprawności eksploatacyjnej pojawiają się problemy. Trasa rurociągów pomiędzy założonymi punktami powinna być jak najkrótsza, zaś rozmiary oraz konstrukcje rur dostosowane do rodzaju i zakładanego czasu użytkowania. Ponadto oczekiwane jest minimalizowanie zagrożeń eksploatacyjnych przy jednoczesnym ograniczaniu działań inwestycyjnych na otoczenie. Okazuje się, że można uzyskać pewną synergię oczekiwań z wymogami otoczenia. Dotyczy to głównie linii tranzytowych, które z pośród wszystkich innych obiektów budownictwa rurociągowego, najlepiej swymi cechami wpisują się w teorię  kierunkowych wierceń poziomych . Sterowane wiercenia poziome są jedyną techniką układania, w której duża długość i głębokość układania w tak zwanym trudnym terenie,  pasuje do zjawisk na których opiera się metoda realizacji. Sposobność instalowania rurociągów na dużych głębokościach i o dużym uwodnieniu terenów, odpowiada  przestrzennemu warunkowi izolacji od wpływów zewnętrznych. Równocześnie pozwala  wykorzystywać obszary normalnie uważane za nieprzydatne budowlano.

Warunki sukcesu sterowanych wierceń poziomych

Historia przewiertów sterowanych liczy sobie niespełna 40 lat. W tym okresie stała się najskuteczniejszą metodą układania przewodów pod rzekami i innymi przeszkodami terenowym. Oczywiście istnieją technologiczne i organizacyjne granice wykorzystania tej metody.  Osiągalność wielu celów  biznesowych i zrównoważonego rozwoju społecznego  nie jest taka oczywista . Strategia rozwoju dziedziny skupia się na  poprawie  przewidywalności, z relatywnym  skracaniem  okresów prowadzenia prac. Z punku widzenia inwestora technologia  powinna być skuteczną, a zarazem tańszą alternatywą budowania linii . By tak faktycznie było, niezbędne jest prawidłowe planowanie wsparte wiedzą. Rzetelność i mądrość zawodowa jest kluczem sukcesu. Zaczynając od pomysłów na  konstrukcję z trafnym wyborem  materiałów, poprzez organizację pracy, czy też odpowiedni do programów technologicznych dobór środków, kończąc na nowoczesnym monitorowaniu przebiegu inwestycji.

Informacje o metodzie

1. Ramy techniczno-organizacyjne

Przypisując członom skrótu HDD ( Horizontal Directional Drilling) odpowiednie znaczenie; okoliczność kierowania/sterowania związana jest z czynnościami kontrolowanej zmiany toru wiercenia, wiercenie związane jest z tworzeniem otworu, zaś położenie poziome jest nawiązaniem do typowego w budownictwie instalacyjnym, układu współrzędnych w którym opisywany jest odcinek wiercenia.

Generalnie metoda HDD niezależnie od skali jest procesem trójstopniowym.

Etap I – wykonanie otworu pilotowego, Etap II – rozwiercanie i tworzenie otworu docelowego po osi pilota, Etap III – instalacja rurociągu. Różnice wariantów odpowiadają  skali wymaganej jakości prac w zależności od komplikacji takich jak geologia, rozmiary i dostęp do miejsca budowy. Elementami zagospodarowania terenu budowy jest strona maszynowa, strona rurociągowa oraz pas przygotowania i wyłożenia rurociągu.

Ramy procesu związane są z opracowaniem programu działań, przygotowaniami przed wejściem w teren, mobilizacją, wykonaniem prac z zakresu techniki otworowej oraz instalacyjnej Całość zamyka demobilizacja obejmująca utylizację masy powiertniczej.

2. Elementy technologii

Sterowane przewierty poziome łączą dwie dziedziny inżynierskie:  wiertniczą i instalacyjną.

Rzeczowymi elementami inżynierii wiertniczej są:

 

Rzeczowymi elementami inżynierii instalacyjnej są:

 

Programowymi elementami inżynierii wiertniczej są:

 

Programowymi elementami inżynierii instalacyjnej są:

 

Techniczno technologiczne zaplecze w zakresie podstawowym zawiera następujące składowe:

 

Maszyny:

 

Oprzyrządowanie:

 

Narzędzia dolne:

 

3. Zarys metody

Wiercenie rozpoczyna się od wykonania otworu pilotowego, który w realnych warunkach odwzorowuje teoretyczne zamierzenia przebiegu trajektorii. Jako narzędzie urabiające w gruntach i skałach słabo zwięzłych stosuje się asymetryczny świder hydromonitorowy. Postęp wiercenia realizowany jest poprzez hydrauliczno -mechaniczne urabianie skały. W skałach zwięzłych stosuje się zestawy odchylające składające się z: wgłębnego silnika hydraulicznego, krzywego łącznika oraz świdra gryzowego. Bazą sterowania osią wiercenia jest  ciągła lub okresowa inwentaryzacja położenia sondy znajdującej się w czole wiercenia. Do tego potrzebne są napowierzchniowe radiometryczne względnie podpowierzchniowe kablowe lub bezkablowe telemetryczne systemy nawigacji. Korektę kierunku wiercenia uzyskuje się poprzez obrót przewodu, a tym samym segmentu urabiającego o kąt ustawiający narzędziowe odchylenie świdra od osi w linii oczekiwanego naprowadzania.

Średnica wiercenia na pierwszym etapie rzadko spełnia warunek średnicy docelowej pozwalającej na przeciągnięcie rurociągu produktowego. Dla uzyskania większej średnicy otworu, o właściwej proporcji do średnicy rurociągu instalowanego, w kolejnym etapie przeprowadza się jeno- lub wielokrotne poszerzanie. W związku z tym wymagana jest  zmiana narzędzi. Do znajdującego się w otworze przewodu wiertniczego dokręca się poszerzacz . Wciągając następnie poszerzacz ruchem posuwisto obrotowym pod powierzchnię, w odpowiednich cyklach, powiększa się średnicę drążenia. W trakcie procesu poszerzania otworu za rozwiertakiem sukcesywnie dokręcane są rury płuczkowe aby umożliwić przeprowadzenie kolejnych etapów poszerzania lub przygotować operację wciągnięcia  rury produktowej .

Ostatnim etapem wykonania sterowanego przewiertu poziomego jest wciągnięcie rury produktowej. W tym celu w kolejności; poszerzacz, łącznik obrotowy oraz głowica wieńcząca wciąganą rurę, dołącza się do znajdującego się w otworze przewodu wiertniczego. Wykonując z pozycji maszyny wiertniczej podobne operacje jak na poprzednich etapach, za wymienionym zestawem zaciągana  jest rura do otworu wypełnionego szlamem. Tworzenie szlamu jest zintegrowane z całym procesem wiercenia i instalacji. Szlam powstaje w procesie zwiercania i jest mieszanką urobku z podawanym pod ciśnieniem do otworu płynem wiertniczym zwanym płuczką wiertniczą. Szlam posiada właściwości podlegające kontroli poprzez dobór cech i ilości wtłaczanej płuczki wiertniczej. Dzięki zastosowaniu płuczki wiertniczej możliwe jest :

 

Założenia efektywności metody

Kontrola jakości wymaga rozszerzenia reguł metody o definicje zależności efektów od zjawisk. Istnieją bardzo zawansowane programy, które w drodze obliczeń i zrozumienia naukowych praw szczególnych, pozwalają poprawiać efektywność działań. Procedurę odnoszącą się swymi efektami do najważniejszej fazy związanej z wciąganiem rurociągu produktowego, można streścić do następującego opisu: należy wykonać tunel  o odpowiednio dużych rozmiarach, tak by na finalnym etapie możliwe było swobodne przeciąganie w nim rurociągu. Średnica drążenia i przez to szerokość sklepienia powinna być jednak ograniczona, by odpowiednio rzadki szlam równoważył nacisk górotworu – na tyle rzadki, by płynął odpowiednio szybko w ilości proporcjonalnej do objętości sukcesywnie zatapianego rurociągu, mieszcząc się w ograniczonej przestrzeni pierścieniowej (pomiędzy zewnętrzną ścianą rurociągu a ścianą wyciętego w gruncie otworu) pod odpowiednio niskim ciśnieniem nie niszczącym struktury geologicznej wokół otworu.

Ze względu na niepełną przewidywalność zjawisk, nawet przy teoretycznie poprawnych rozwiązaniach , kontrolowanie zależności i związanej z tym efektywności podlega ocenie ryzyka. Szacowanie ryzyka i przewidywanie procedur asekuracyjnych jest częścią wspomnianych zawansowanych programów operacyjnych. Dodatkowo w ramach ograniczania niekorzystnych oddziaływań instalacji istnieje zasada przeciągania rury po linii odpowiednio małych krzywizn. Krzywizny te powinny wywoływać wyboczenia tak małe, że siły kontaktowe z nimi związane praktycznie nie powinny zwiększać zapotrzebowania na siłę przeciągania. Są to parametry  nad którymi powinna być zachowana  pełna kontrola. Generalnie dąży się do neutralności kryteriów geometrycznych  przy ustalaniu efektywności metody. Dotyczy to również linii przemieszczania  rurociągu na powierzchni i rodzaju podpór. Wymagany jest układ wyłożenia   wywołujący   absolutnie najmniejsze siły przeciągania na powierzchni wynikające z masy, cech powłok i sztywności rurociągu.