Směrová vyvrtávání - Directional boring

Směrová vyvrtávání, označovaný také jako horizontální směrové vrtání (HDD), je minimální dopad bezvýkopové způsob instalace podzemních nástrojů, jako je potrubí, potrubí nebo kabely v relativně mělkém oblouku nebo poloměru po předepsané podzemní cestě pomocí povrchového vypuštění vrtání souprava. Directional Boring / HDD nabízí významné ekologické výhody oproti tradičním instalacím potrubí a vedení. Tato technika se běžně používá při konvenčních výkopech nebo hloubení není praktické nebo je vyžadováno minimální narušení povrchu.[1]

Ačkoli se termíny směrové vrtání a horizontální směrové vrtání často používají zaměnitelně, jsou odlišné v tom, že vyjadřují odlišný smysl pro měřítko. Termín „Directional Boring“ nebo „Bore“ je obecně vyhrazen pro vrtné soupravy malých / malých rozměrů, otvory s malým průměrem a délky křížení, pokud jde o stovky stop. Obecně je termín Horizontální směrové vrtání (HDD) určen k popisu vrtných souprav velkých / maximálních rozměrů, otvorů s velkým průměrem a délek křížení ve smyslu tisíců stop. Směrové vrtání a HDD jsou v některých ohledech podobné směrovému vrtání spojenému s ropným průmyslem, nelze však provést stejné srovnání, protože postupy slouží výrazně odlišným funkcím. Směrové vyvrtávání / HDD lze použít s různými materiály trubek, jako jsou PVC, polyethylen, polypropylen, tvárná litina, a ocel za předpokladu, že vlastnosti potrubí (tloušťka stěny a pevnost materiálu) umožňují jeho instalaci a provoz (pokud je to možné) za přijatelných mezí napětí.[2]

Směrové vyvrtávání / HDD se obvykle provádí ve třech hlavních fázích. Nejprve je pilotní otvor o malém průměru vyvrtán podél směrové dráhy z jednoho povrchového bodu do druhého. Dále se vrtání vytvořené během vrtání pilotního otvoru zvětší na průměr, který usnadní instalaci požadovaného potrubí. Nakonec se potrubí vtáhne do zvětšené díry, čímž se vytvoří souvislý segment potrubí pod zemí vystavený pouze na dvou počátečních koncových bodech. Směrové vrtání / HDD lze použít k překročení jakéhokoli počtu povrchových překážek, včetně silnic, železnic, mokřadů a vodních útvarů různých velikostí / hloubek.[3]

Proces je vhodný pro různé půdní podmínky včetně jílu, bahna, písku a hornin. Problematické půdní podmínky zahrnují velký obsah zrna ve formě hrubého štěrku, dlažebních kamenů a balvanů. Mezi další podpovrchové podmínky, které mohou ovlivnit proveditelnost Directional Boring / HDD, patří nadměrná pevnost a abrazivita hornin, špatná kvalita hornin a vystavování hornin. kras funkce.[4]

Zařízení

Malá souprava pro vrtání HDD
Max. Velikost vrtné soupravy
Typické rozpětí HDD v maximální velikosti (přibližně 50 000 čtverečních stop)

Zařízení používané v Directional Boring / HDD závisí na délce (navrhovaného) přejezdu, vlastnostech potrubí (instalovaného potrubí) a (předpokládaných) podpovrchových podmínkách.[Citace je zapotřebí ]

Pro delší náročnější přejezdy lze použít vrtačky namontované na přívěsu schopné síly 1 320 000 liber (síla tahu / zpětného rázu) a 150 000 ft-lb (rotační síla) [600 tun - 204 000 N-M]. Tyto jednotky se používají ve spojení s rekuperátorem vrtné kapaliny, velkoobjemovým čerpadlem nebo čerpadly, rypadlem (nebo srovnatelným vybavením pro správu vrtné trubky), spolu se sortimentem dalšího pomocného vybavení (např. Nádrže na vodu, nádoby na výkaly atd.) K usnadnit typické operace.[Citace je zapotřebí ]

Pro menší otvory je k dispozici proporcionálně menší a přenosnější zařízení. Tyto jednotky mohou být schopné kdekoli od 5 000 liber do 100 000 liber tlačné / tlačné síly a lze je použít k překlenutí mezi suterénem domu a nedalekým společným vodovodním potrubím. Úměrně menší je také vyčerpání tekutin spojené s menšími otvory. V mnoha případech menší otvory nevyžadují použití vrtné kapaliny, pouze vody, a v ještě méně významných otvorech vůbec žádné kapaliny. [5]

Nástroje, stejně jako v mechanickém zařízení, které je instalováno na vrtací strunu k provádění operací, jsou k dispozici v široké škále různých tvarů a velikostí. Nástroje pro směrové vrtání / HDD zahrnují sadu vrtáků nebo vrtacích hlav používaných během operací pilotních otvorů, výstružníků a otvíračů otvorů používaných pro zvětšení otvorů a tamponových nástrojů, které se používají pro úpravu otvorů a vytažení. Nástroje určené k navigaci ve skalách nebo tvrdších formacích mohou používat slitiny karbidu wolframu nebo polykrystalický diamant (PCD). Naproti tomu nástroje určené k plavbě po měkkých půdách mohou být omezeny na vysoce uhlíkovou ocel (frézovanou na požadovaný tvar a velikost). Metodika postupu se také mezi přechody mezi půdou a skálou poněkud liší. Povýšení nástrojů ve volných necementovaných půdách je do značné míry dosaženo hydraulickým výkopem. To znamená, že půda je řezána nebo odstraňována pod vlivem vysokotlaké kapaliny. V horninových formacích stále do jisté míry probíhá hydraulický výkop (evakuační kořist), ale lví podíl na řezání a rozbíjení materiálu je způsoben mechanickou prací prováděnou samotným nástrojem.[Citace je zapotřebí ]

Technika

Pro instalaci se používá směrové vyvrtávání infrastruktura jako telekom a potrubí energetických kabelů, vodovodní potrubí, kanalizační potrubí, plynové potrubí, ropné potrubí, potrubí produktů a sanace životního prostředí obaly. Používá se k překračování vodních cest, silnic, pobřežních přístupů, přetížených oblastí, oblastí citlivých na životní prostředí a oblastí, kde jsou jiné metody nákladnější nebo nemožné. Používá se místo jiných technik k zajištění menšího přerušení provozu, nižších nákladů, hlubší a / nebo delší instalace, bez přístupové jámy, kratších dob dokončení, směrových schopností a bezpečnosti životního prostředí.[Citace je zapotřebí ]

Tato technika má rozsáhlé použití v městských oblastech pro vývoj podpovrchových nástrojů, protože pomáhá vyhnout se rozsáhlým otevřeným příkopům. Použití vyžaduje, aby operátor měl úplné informace o existujících obslužných programech, aby mohl naplánovat zarovnání, aby nedošlo k poškození těchto obslužných programů. Protože nekontrolované vrtání může vést k poškození, různé agentury / vládní úřady vlastnící město přednost v jízdě nebo mají nástroje pravidla pro bezpečné provádění práce. Pro standardizaci technik různé bezvýkopové organizace podporující technologie vypracovaly pokyny pro tuto techniku.[Citace je zapotřebí ]

Proces

Počáteční jáma s pilotním otvorem a trochou vrtné kapaliny v jámě

Proces začíná přijímacím otvorem a vstupními jámami. Tyto jámy umožní shromažďování a regeneraci vrtné kapaliny, aby se snížily náklady a zabránilo se vzniku odpadu. První stupeň vyvrtá pilotní otvor na navržené dráze a druhý stupeň (vystružování) zvětší otvor průchodem většího řezného nástroje známého jako zadní výstružník. Průměr výstružníku závisí na velikosti trubky, která má být tažena zpět otvorem. Vrták zvětšuje průměr podle vnějšího průměru potrubí a dosahuje optimální produkce. Třetí stupeň umisťuje produkt nebo trubkovou trubku do zvětšeného otvoru pomocí vrtného dříku; je vytažen za výstružník, aby umožnil vystředění trubky v nově vystružované dráze.[Citace je zapotřebí ]

Horizontální směrové vrtání se provádí pomocí a viskózní tekutina známá jako vrtná kapalina. Je to směs vody a obvykle bentonit nebo polymer nepřetržitě čerpáno do řezací hlavy nebo vrtáku, aby se usnadnilo odstraňování odřezků, stabilizoval se vrtaný otvor, ochladila se řezací hlava a promazal se průchod produktové trubky. Vrtná kapalina se přivádí do stroje zvaného rekultivátor, který odstraňuje vrtné odřezky a udržuje správnou viskozitu kapaliny. Vrtná kapalina drží odřezky v suspenzi, aby se zabránilo ucpání otvoru. Zanesený otvor vytváří zpětný tlak na řezací hlavu a zpomaluje výrobu.[Citace je zapotřebí ]

Lokalizace a vedení

Prázdná potrubí položená směrovým vrtáním

Umístění a vedení vrtací hlavy je důležitou součástí vrtání, protože vrtací hlava je při vrtání pod zemí a ve většině případů není viditelná z povrchu země. Nekontrolované nebo neřízené vrtání může vést k podstatnému zničení, které lze eliminovat správným umístěním a vedením vrtací hlavy.[Citace je zapotřebí ]

Existují tři typy lokalizačního zařízení pro lokalizaci hlavy vývrtu: hladké vítězství lokalizační systém, drátové vedení lokalizační systém a vrtání s gyroskopem, kde je plný inerciální navigační systém se nachází v blízkosti vrtací hlavy.

  • Průchozí lokalizační systém - sonda nebo vysílač za hlavou vrtání registruje údaje o úhlu, rotaci, směru a teplotě. Tyto informace jsou zakódovány do elektromagnetického signálu a přenášeny přes zem na povrch v systému přechodu. Na povrchu přijímač (obvykle ruční lokátor) je ručně umístěn nad sondou, signál je dekódován a směry řízení jsou předány operátorovi vrtání stroje.
  • Systém pro lokalizaci drátu - systém drátu je magnetický naváděcí systém. S magnetickým naváděcím systémem (MGS) nástroj čte sklon a azimut. MGS má také sekundární prostředky pro ověřování polohy pomocí drátěných mřížek položených na povrchu země. Je to jediný systém, který je schopen ověřit polohu. Tyto informace se přenášejí drátovým vedením umístěným ve vrtacím řetězci. Na povrchu provádí navigátor ve vrtací kabině nezbytné výpočty, aby potvrdil, že parametry byly splněny. MGS, i bez použití drátěného roštu, byl přesný na více než 2 km s přesností 2% do hloubky. Pracovník MGS komunikuje s vrtákem a vede ho k předem určené inženýrské dráze vrtání.
  • Gyroskopický lokalizační systém - Gyroskopický systém je plně autonomní, a proto je jedním z nejpřesnějších systémů, kde má dostatečný průměr (200 mm) je k dispozici a kde jsou dlouhé vzdálenosti (do 2 km) musí být projížděny s minimální odchylkou (menší než 1 m chyba polohy). Skutečnou hloubku nelze v současné době ověřit bez použití povrchových cívek, blízkého povrchového odpovídače nebo sondy používaných v systémech přechodu.

Všechny tři systémy mají své vlastní výhody a konkrétní systém je vybrán v závislosti na požadavcích na místo.[Citace je zapotřebí ]

Viz také

Reference

  1. ^ PR-277-144507-Z01 Instalace potrubí pomocí Průvodce návrhem horizontálního směrového vrtání (Arlington, VA: Pipeline Research CouncilInternational, Inc., 2015, str. 3)
  2. ^ PR-277-144507-Z01 Instalace potrubí pomocí Průvodce návrhem horizontálního směrového vrtání (Arlington, VA: Pipeline Research CouncilInternational, Inc., 2015, str. 29)
  3. ^ PR-277-144507-Z01 Instalace potrubí podle Příručky projektování horizontálního směrového vrtání (Arlington, VA: Pipeline Research CouncilInternational, Inc., 2015, str. 19)
  4. ^ PR-277-144507-Z01 Instalace potrubí pomocí Průvodce návrhem vodorovného směrového vrtání (Arlington, VA: Pipeline Research CouncilInternational, Inc., 2015, str. 12)
  5. ^ „Fant ny løsning som gir gravefri tilkobling av hus til hovedvannledning“. Teknisk Ukeblad. 18. října 2017. Citováno 20. října 2017.
  • HDD Design Guideline Task Committee of the Technical Committee on Trenchless Installation of Pipelines (TIPS) of the Pipeline Division of the American Society of Civil Engineers. Návrh potrubí pro instalaci vodorovným směrovým vrtáním - příručky ASCE a zprávy o technické praxi (MOP) č. 108: příručka praxe ASCE. Americká společnost stavebních inženýrů, 2005. Reston, VA. ISBN  978-0-7844-0804-9
  • Skonberg, Eric R. a Tennyson M. Muindi. Návrh potrubí pro instalaci horizontálním směrovým vrtáním - příručky ASCE a zprávy o technické praxi (MOP) č. 108 (2. vydání). Reston, Virginie: Americká společnost stavebních inženýrů, 2014. ISBN  978-0-784413-50-0
  • Willoughby, David (2005). Horizontální směrové vrtání, str. 1-263. Mcgraw-Hill, New York. ISBN  0-07-145473-X.
  • Short, Jim (1993). Úvod do směrového a vodorovného vrtání, str. 1-222. Knihy PennWell, Tulsa, Oklahoma. ISBN  0-87814-395-5.
  • v. Hinueber, Edgar (navigace iMAR) (2006). Nejpřesnější navádění při vrtání podle mrtvého zúčtování pomocí vysoce přesných optických gyroskopů„Proceedings NoDig Conference of Horizontal Directional Drilling, Brisbane 2006.
  • Rizkalla, Moness. Potrubí geo-environmentální design a geohazard management. New York, NY: ASME, 2008. ISBN  978-0-791802-81-6

externí odkazy