EP2447462A1 - Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung - Google Patents

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Publication number
EP2447462A1
EP2447462A1 EP10014133A EP10014133A EP2447462A1 EP 2447462 A1 EP2447462 A1 EP 2447462A1 EP 10014133 A EP10014133 A EP 10014133A EP 10014133 A EP10014133 A EP 10014133A EP 2447462 A1 EP2447462 A1 EP 2447462A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
target side
diameter
reamer
pipeline
scraper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10014133A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen John
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tic Technology Innovation Consulting AG
Original Assignee
Tic Technology Innovation Consulting AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tic Technology Innovation Consulting AG filed Critical Tic Technology Innovation Consulting AG
Priority to EP10014133A priority Critical patent/EP2447462A1/de
Priority to CA2815739A priority patent/CA2815739A1/en
Priority to PCT/EP2011/069017 priority patent/WO2012056011A1/de
Priority to AU2011322539A priority patent/AU2011322539A1/en
Publication of EP2447462A1 publication Critical patent/EP2447462A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E21B7/046—Directional drilling horizontal drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/20—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes
    • E21B7/205—Driving or forcing casings or pipes into boreholes, e.g. sinking; Simultaneously drilling and casing boreholes without earth removal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/28—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring
    • E21B7/30—Enlarging drilled holes, e.g. by counterboring without earth removal

Definitions

  • the invention relates to a method for the underground introduction of a pipeline, which is particularly suitable for pipeline construction.
  • a pilot bore with a drill string is created from a start page to a target side.
  • a so-called reamer is mounted on the drill head or the drill bit.
  • This reamer is now pulled to the starting side in a rotating manner, whereby a suitable drilling fluid (for example bentonite) escapes from the boom tip under pressure, which on the one hand releases the existing soil and on the other hand supports the resulting borehole against collapse.
  • a suitable drilling fluid for example bentonite
  • the clearances are repeated with larger and larger scrapers until the hole is made in the desired size.
  • the created drill hole diameter is considerably larger than the diameter of the product tubing to be introduced later. The considerable excess diameter is necessary to reduce the frictional forces during Einbringvorgang.
  • the lubricating action of a bentonite suspension, on the one hand, and the floating of the product tubing with low skin friction on the borehole wall, on the other hand, require a spacious distance from the pipe wall to the borehole wall.
  • a pipeline with a predetermined diameter is introduced underground between a starting side and a target side.
  • a pilot hole is created, with a drill bit (preferably with a drill bit) being advanced from the start page to the landing page by means of a drill string.
  • a so-called HDD rig can be used, as it is known from HDD methods and which is built on the start page.
  • the HDD rig can be used to rotate the drill pipe, propel it towards the landing page, and move it back toward the home page as needed.
  • next steps are optional, if the pilot hole is not in a single step to the desired final diameter (which is at least as large as the diameter of the pipeline) to be expanded.
  • the pilot well is increased in one or more steps by means of a scraper moving from the target side to the home using the drill string to a diameter of the well that is smaller than the final diameter of the well, as further explained below.
  • the drill string After creating the pilot hole or after performing the optional process steps, the drill string extends to the target side.
  • a reamer designed for the final diameter of the borehole is now mounted, e.g. at the drill head or at the end of the drill string.
  • the previously prepared or parallel to the previous process steps on the target side pipe is coupled.
  • the purpose of a coupling device between the reamer and the end of the pipeline. Then the scraper and the pipeline are moved from the landing page to the home page. The reamer enlarges the wellbore to the final diameter and the tubing comes to rest in the wellbore.
  • Scavengers are also used in HDD processes.
  • a scraper can be used to clear a not too hard ground.
  • the scraper is rotated when moving from the target side to the home using the drill string.
  • the process flow is usually greatly facilitated if, when moving the reamer from the target side to the home, a drilling fluid is introduced into the wellbore, e.g. via arranged on the reamer nozzles.
  • the drilling fluid preferably has a bentonite suspension.
  • the intermediate steps already indicated can be performed.
  • a reamer is drawn from the target side to the start page by means of the drill string, the reamer enlarges the pilot hole.
  • This reamer provides a hole diameter that is smaller than the final diameter.
  • the drill string is again advanced to the target side and then an enlarged scraper is pulled from the target side to the start by the drill string, the enlarged scraper being the one created so far Bore further enlarged. If appropriate, this step is repeated once or several times with increasingly enlarged scrapers.
  • the drill string is advanced again to the target side to assume the home position required for the previously discussed steps of creating the final diameter of the wellbore and for introducing the tubing into the wellbore.
  • a larger reamer is preferably mounted each time.
  • an adjustable reamer which can possibly even be adjusted so far that it is designed for the final diameter. If a reamer is designed for a specific diameter, it does not necessarily mean that he himself must have that diameter. The reamer may also be smaller because of the effect of the drilling fluid.
  • the borehole will have a smaller diameter than the tubing prior to use of the final diameter scraper.
  • applications are also conceivable in which the borehole is widened so far that its diameter is already greater.
  • the pipeline is advanced from the target side to the starting side using a sliding device arranged on the target side.
  • suitable sliding devices eg "Pipethruster”
  • Pipethruster can basically exert high shear forces, for example when a hydraulic device by means of a coat-like sleeve on the outer wall of the prepared pipeline attacks.
  • the pipeline is tension resistant and relatively easy to move through the well, it is also conceivable to pull the pipeline from the target side to the home using the drill string.
  • the coupling device preferably has a rotary coupling and also means for engaging the end of the pipeline.
  • the tubing should not rotate about its longitudinal axis when it is inserted into the ground while the reamer is rotating. To compensate, the rotary joint is used.
  • a support shell may be carried in the space between the reamer and the end of the tubing to prevent a drilled hole.
  • the diameter of the support jacket is adapted to the diameter of the pipeline, e.g. the same size or slightly larger.
  • the pipeline is prepared at the target side before moving into the wellbore.
  • it can already be completely prepared, for example, welded together from individual tubes and if necessary provided with a corrosion protection, and also be tested.
  • the pipeline can be stored on the destination side eg on a roller conveyor.
  • the pipe can be used for the transport of media, but also designed as a conduit, eg for later retraction of cables.
  • the method according to the invention which can be called HDJ ("Horizontal Directional Jacking") method, combines the advantages of the HDD method and the "EasyLong” method.
  • the diameter of the borehole needs only to be slightly larger than the diameter of the pipeline to be introduced, since a lubricating film (for example of bentonite suspension) is generally sufficient to reduce skin friction.
  • the HDJ process is more economical than the "EasyLong” process and safer and more ecological than the HDD process.
  • FIGS. 1 to 3 different phases are shown in the implementation of an embodiment of a method for underground insertion of a pipeline in a schematic longitudinal section.
  • FIG. 1 The arrangement of the construction site is over FIG. 1 seen.
  • a pipeline under a body of water 6 shall be installed.
  • a HDD rig 10 is constructed and anchored.
  • HDD rigs are used in HDD processes and are known to the person skilled in the art. With the help of a HDD rig you can turn a drill pipe and move it forward and pull it down.
  • a pilot bore 16 is created with the aid of the HDD rig 10, a drill pipe 12 driven therefrom and a drill head 14 mounted at the end of the drill string 12, which leads to the target side 4 and determines the later course of the pipeline to be introduced.
  • the drill head 14 is controllable so that the pilot bore 16 can be guided along a curved and predetermined path. In the in FIG. 1 As shown, the drill head 14 has arrived just below the water body 6.
  • the pipeline to be inserted is prepared at the target side 4.
  • the pipe 20 is welded together from steel pipe sections, the area of the welds is provided with a corrosion protection, and a leak test is performed. Through the pipe 20, a liquid or gaseous medium can later be transported.
  • Other designs, e.g. as a conduit or other material, are also conceivable.
  • the pipe 20 is mounted on a roller conveyor 22. Furthermore, a so-called Pipethruster is already brought into position.
  • the Pipethruster has a pipe clamp 24 which acts on the outside of the pipe 20 via a kind of sleeve and can exert large forces.
  • the pipe clamping device 24 is via feed cylinder 26 with an in FIG. 1 Anchoring 28 shown schematically connected. By actuating the feed cylinder 26, the pipeline 20 can later be advanced in the direction of the starting side 2.
  • FIG. 2 a state is shown in which the pilot hole 16 is completed and after the drill head 14 has arrived at the target side 4.
  • the drill head 14 is then removed from the drill string 12, and instead a reamer 30 is mounted at the forward end of the drill string 12.
  • the reamer 30 is then connected by means of a coupling device to the end of the pipeline 20.
  • the reamer 30 and the coupling device are in FIG. 4 shown in enlarged view (wherein the coupling device is designed slightly different than according to the FIGS. 1 to 3 ).
  • Scavengers such as the scraper 30 are known in the art of HDD method ago.
  • the reamer 30 has a larger diameter than the drill head 14.
  • the reamer 30 is mounted instead of the drill head 14 at the end of the drill string 12.
  • the drill head 14 left on the drill pipe 12 and the reamer 30 is attached to the drill head 14.
  • conically shaped attack side 32 of the reamer 30 can widen the borehole when it is rotated by means of the drill string 12 and pulled to the home page 2.
  • a bentonite suspension which facilitates the widening of the borehole, solidifies the wall of the borehole and at the same time serves as a lubricating film.
  • the reamer 30 is connected to the pipeline 20 via the coupling device.
  • this coupling device has a hinge part 34, a rotary coupling 36, a further hinge part 38 and a Switzerlandfact 40.
  • the Switzerlandfact 40 is mounted at the end of the pipe 20 and is removed later, when the pipe 20 is finished laying.
  • FIG. 2 Thus, the condition of the construction site immediately after the assembly of the reamer 30 and the coupling device 34, 36, 38, 40. Now the reamer 30 is pulled over the drill pipe 12 by means of the HDD rig 10 in the direction of home 2, while the Pipethruster in Action is set and simultaneously with the help of the feed cylinder 26, the pipeline 20 advances. In the exemplary embodiment, the movements of the drill string 12 and the feed cylinder 26 are synchronized to avoid unnecessary tensile or compressive forces in the drill pipe 12 and the pipe 20.
  • the FIG. 3 shows a state in which the reamer 30 has arrived under the water 6. The area of the reamer 30 with the end of the pipeline 20 is, as already explained, in FIG. 4 shown in enlarged view.
  • the reamer 30 While the reamer 30 is rotated by the drill string 12 and the drilling fluid exits the attack side 32 of the reamer 30, the reamer 30 expands the well bore 50, generally designated 50.
  • the pilot bore 16, the wall 52 of which has a first diameter in the exemplary embodiment increases to a borehole with a wall 54 which already has the desired final diameter.
  • the reamer acts in particular at a transition zone 56.
  • the rotary coupling 36 ensures that the reamer 30 can rotate easily, while the pipe 20 performs no rotational movement.
  • the drilling fluid also passes into a gap 58 between the conduit 20 and the wall 54 of the borehole 50 and forms there a kind of lubricating film, which significantly reduces the frictional forces between the pipeline 20 and the wall 54 of the borehole 50.
  • the reamer 30 is retracted to the home page 2 while the tubing 20 is advanced so that the tubing 20 comes to lie in the final path in the desired path.
  • the soil in particular after the action of the drilling mud, is so strong that the borehole 50 does not collapse in the area between the reamer 30 and the draw receptacle 40 of the pipeline 20.
  • a support shell can be arranged in this zone, whose outer diameter corresponds to the final diameter of the borehole 50 or has a slightly smaller diameter. The support jacket prevents the borehole 50 occurs in this critical area, and is moved with the pipe 20 to the home 2.
  • the pilot bore 16 is widened by means of the reamer 30 in one step to the required for the pipeline 20 end diameter (wall 54).
  • intermediate steps can also be carried out.
  • a reamer with a smaller diameter than that of the reamer 30 is mounted after creating the pilot hole 16 and pulled without the pipe 20 to the home page 2, wherein the borehole 50 is widened.
  • the drill pipe 12 is moved by means of the HDD rig 10 back to the landing page 4.
  • a larger reamer can be set, which is still smaller than the reamer 30, to perform a further intermediate step for widening the wellbore 50. If necessary, this process is repeated once or more, until finally the reamer 30, which produces the desired final diameter of the wellbore 50, can be mounted.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung (20) vorgegebenen Durchmessers zwischen einer Startseite (2) und einer Zielseite (4) wird zunächst eine Pilotbohrung (16) von der Startseite (2) zur Zielseite (4) erstellt, wobei ein Bohrkopf mittels eines Bohrgestänges (12) vorbewegt wird. Optional kann die Pilotbohrung (16) in einem oder mehreren Schritten mit Hilfe eines Räumers auf einen Durchmesser vergrößert werden, der kleiner als ein vorgegebener Enddurchmesser ist. An der Zielseite (4) wird ein auf den Enddurchmesser des Bohrlochs (50) ausgelegter Räumer (30) montiert und mittels einer Kopplungseinrichtung an die an der Zielseite (4) vorbereitete Rohrleitung (20) angekoppelt. Anschließend werden der Räumer (30) und die Rohrleitung (20) von der Zielseite (4) zur Startseite (2) bewegt, wobei der Räumer (30) das Bohrloch (50) auf den Enddurchmesser vergrößert und die Rohrleitung (20) in dem Bohrloch (50) zu liegen kommt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung, das insbesondere für den Pipelinebau geeignet ist.
  • Bei dem vorbekannten HDD-Verfahren ("Horizontal Directional Drilling") wird von einer Startseite zu einer Zielseite eine Pilotbohrung mit einem Bohrgestänge erstellt. Nach Erreichen der Zielseite wird an den Bohrkopf bzw. die Bohrspitze ein sogenannter Räumer montiert. Dieser Räumer wird nun rotierend zur Startseite gezogen, wobei an der Gestängespitze unter Druck eine geeignete Bohrspülung (z.B. Bentonit) austritt, die einerseits den vorhandenen Boden löst und andererseits das entstehende Bohrloch gegen Einsturz stützt. Die Räumergänge werden mit immer größer gewählten Räumern so oft wiederholt, bis das Bohrloch in der gewünschten Größe hergestellt ist. Dabei ist der erstellte Bohrlochdurchmesser erheblich größer als der Durchmesser des später einzubringenden Produktrohrstrangs. Der erhebliche Überdurchmesser ist notwendig, um die Reibungskräfte beim Einbringvorgang zu reduzieren. Die schmierende Wirkung einer Bentonitsuspension einerseits und das Schwimmen des Produktrohrstrangs bei geringer Mantelreibung an der Bohrlochwand andererseits erfordern einen geräumigen Abstand von der Rohrwand zur Bohrlochwand.
  • Das Gelingen des HDD-Verfahrens hängt von bestimmten geologischen Verhältnissen und der endgültigen Bohrlochgröße ab. Bei einem Produktrohr von 56" (1,42 m) Durchmesser wird ein Bohrloch mit einem Durchmesser von 1,80 m hergestellt. Im Versagensfall muss das Bohrloch aufgegeben werden.
  • Bei dem in EP 1 802 844 B1 beschriebenen Verfahren ("EasyLong") handelt es sich um ein Mikrotunnelverfahren für den Pipelinebau, bei dem Stahlstützrohre im Mikrotunnelverfahren von einer Startseite zu einer Zielseite vorgetrieben werden. Nachdem der Stützrohrstrang die Zielseite erreicht hat, wird der im Bereich der Zielseite vorbereitete Produktrohrstrang (also die Pipeline) mit dem Stützrohrstrang verbunden und in das gestützt erstellte Bohrloch eingezogen oder eingeschoben. Dieses Verfahren ist in jeder Geologie sicher, da die Bohrlochwand wegen der Stützrohre nicht einfallen kann, aber wegen des Mikrotunnelvortriebs langsamer und teurer als das HDD-Verfahren. Das erstellte Bohrloch hat einen geringfügig größeren Durchmesser als das einzubauende Produktrohr. Es wird weniger Boden abgebaut und weniger Bentonit verbraucht als beim HDD-Verfahren. Das Verfahren "EasyLong" ist somit ökologischer als das HDD-Verfahren.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung zu schaffen, das ähnlich schnell wie das HDD-Verfahren durchgeführt werden kann, aber grundsätzlich sicherer und ökologischer ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Rohrleitung mit vorgegebenem Durchmesser unterirdisch zwischen einer Startseite und einer Zielseite eingebracht. Zunächst wird - ähnlich wie bei dem HDD-Verfahren - eine Pilotbohrung erstellt, wobei ein Bohrkopf (vorzugsweise mit einer Bohrspitze) mittels eines Bohrgestänges von der Startseite zur Zielseite vorbewegt wird. Zum Antreiben des Bohrgestänges kann ein sogenanntes HDD-Rig verwendet werden, wie es von HDD-Verfahren bekannt ist und das an der Startseite aufgebaut ist. Mit dem HDD-Rig lässt sich das Bohrgestänge drehen, in Richtung auf die Zielseite vorbewegen und bei Bedarf wieder in Richtung auf die Startseite zu zurückbewegen.
  • Die nächsten Verfahrensschritte erfolgen optional, und zwar dann, wenn die Pilotbohrung nicht in einem einzigen Schritt auf den gewünschten Enddurchmesser (der mindestens so groß wie der Durchmesser der Rohrleitung ist) aufgeweitet werden soll. Bei diesen optionalen Verfahrensschritten wird die Pilotbohrung in einem oder mehreren Schritten mittels eines unter Verwendung des Bohrgestänges von der Zielseite zur Startseite bewegten Räumers auf einen Durchmesser des Bohrlochs vergrößert, der kleiner als der Enddurchmesser des Bohrlochs ist, wie weiter unten näher erläutert.
  • Nach dem Erstellen der Pilotbohrung bzw. nach dem Durchführen der optionalen Verfahrensschritte erstreckt sich das Bohrgestänge bis zur Zielseite. An der Zielseite wird nun ein auf den Enddurchmesser des Bohrlochs ausgelegter Räumer montiert, z.B. am Bohrkopf oder am Ende des Bohrgestänges. An den Räumer bzw. das Ende des Bohrgestänges bzw. den Bohrkopf wird die zuvor oder parallel zu den bisherigen Verfahrensschritten an der Zielseite vorbereitete Rohrleitung angekoppelt. Dazu dient eine Kopplungseinrichtung zwischen dem Räumer und dem Ende der Rohrleitung. Anschließend werden der Räumer und die Rohrleitung von der Zielseite zur Startseite bewegt. Dabei vergrößert der Räumer das Bohrloch auf den Enddurchmesser, und die Rohrleitung kommt in dem Bohrloch zu liegen.
  • Räumer werden auch bei HDD-Verfahren eingesetzt. Mit Hilfe eines Räumers lässt sich ein nicht zu harter Boden wegräumen. Vorzugsweise wird der Räumer beim Bewegen von der Zielseite zur Startseite unter Verwendung des Bohrgestänges gedreht. Ferner wird der Verfahrensablauf in der Regel erheblich erleichtert, wenn beim Bewegen des Räumers von der Zielseite zur Startseite eine Bohrspülung in das Bohrloch eingebracht wird, z.B. über an dem Räumer angeordnete Düsen. Die Bohrspülung weist vorzugsweise eine Bentonitsuspension auf.
  • Wenn die Pilotbohrung bei den optionalen Verfahrensschritten auf einen Bohrlochdurchmesser vergrößert wird, der noch unter dem Enddurchmesser liegt, können die bereits angedeuteten Zwischenschritte durchgeführt werden. Dazu wird ein Räumer mittels des Bohrgestänges von der Zielseite zur Startseite gezogen, wobei der Räumer die Pilotbohrung vergrößert. Dieser Räumer schafft einen Bohrlochdurchmesser, der kleiner als der Enddurchmesser ist. Wenn das Bohrloch weiter schrittweise vergrößert werden muss, z.B. wegen der Größe des Enddurchmessers oder der Bodenbeschaffenheit, wird das Bohrgestänge erneut zur Zielseite vorbewegt, und dann wird eines vergrößerter Räumer mittels des Bohrgestänges von der Zielseite zur Startseite gezogen, wobei der vergrößerte Räumer die bisher erstellte Bohrung weiter vergrößert. Gegebenenfalls wird dieser Schritt mit immer weiter vergrößerten Räumern einmalig oder mehrmalig wiederholt. Schließlich wird das Bohrgestänge erneut zur Zielseite vorbewegt, um die Ausgangsposition einzunehmen, die für die bereits erläuterten Schritte zum Erstellen des Enddurchmessers der Bohrlochs und zum Einbringen der Rohrleitung in das Bohrloch erforderlich ist.
  • Zum Vergrößern des Räumers wird vorzugsweise jedes Mal ein größerer Räumer montiert. Grundsätzlich ist es auch denkbar, einen verstellbaren Räumer zu verwenden, der sich gegebenenfalls sogar soweit verstellen lässt, dass er auf den Enddurchmesser ausgelegt ist. Wenn ein Räumer auf einen bestimmten Durchmesser ausgelegt ist, bedeutet das nicht zwingend, dass er selbst diesen Durchmesser haben muss. Der Räumer kann wegen der Wirkung der Bohrspülung auch kleiner sein.
  • In der Regel wird das Bohrloch vor dem Einsatz des auf den Enddurchmesser ausgelegten Räumers einen geringeren Durchmesser haben als die Rohrleitung. Grundsätzlich sind aber auch Anwendungsfälle denkbar, bei denen das Bohrloch so weit aufgeweitet wird, dass sein Durchmesser bereits vorher größer ist.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Rohrleitung unter Verwendung einer an der Zielseite angeordneten Schiebevorrichtung von der Zielseite zur Startseite vorgeschoben. Für einen solchen Zweck geeignete Schiebevorrichtungen (z.B. "Pipethruster") sind bekannt und können grundsätzlich große Schubkräfte ausüben, z.B. wenn eine hydraulische Vorrichtung mittels einer mantelartigen Manschette an der äußeren Wandung der vorbereiteten Rohrleitung angreift. Wenn die Rohrleitung zugfest ist und sich relativ leicht durch das Bohrloch bewegen lässt, ist es aber auch denkbar, die Rohrleitung mit Hilfe des Bohrgestänges von der Zielseite zur Startseite zu ziehen.
  • Wenn eine Schiebevorrichtung benutzt wird, werden vorzugsweise die Bewegung des auf den Enddurchmesser ausgelegten Räumers zur Startseite unter Verwendung des Bohrgestänges und die Tätigkeit der Schiebevorrichtung miteinander synchronisiert, so dass die Bewegungen mit möglichst gleichen Grundgeschwindigkeiten erfolgen und nicht durch von der Rohrleitung und vom Bohrgestänge übertragene Kräfte einander angeglichen werden müssen.
  • Die Kopplungseinrichtung weist vorzugsweise eine Drehkupplung und auch eine Einrichtung zum Angreifen am Ende der Rohrleitung auf. Die Rohrleitung sollte sich beim Einbringen in den Boden nicht um ihre Längsachse drehen, während der Räumer rotiert. Zum Ausgleich dient die Drehkupplung.
  • Da beim Einbringen der Rohrleitung der Abstand zwischen dem Räumer und dem Ende der Rohrleitung gering ist, fällt das Bohrloch in der Regel nicht ein. In Abhängigkeit von der anstehenden Geologie kann jedoch beim Bewegen des Räumers und der Rohrleitung von der Zielseite zur Startseite bei Bedarf ein Stützmantel in dem Zwischenraum zwischen dem Räumer und dem Ende der Rohrleitung mitgeführt werden, der einen Bohrlocheinbruch verhindert. Dabei ist der Durchmesser des Stützmantels an den Durchmesser der Rohrleitung angepasst, also z.B. gleich groß oder auch etwas größer.
  • Wie bereits erwähnt, wird die Rohrleitung vor dem Bewegen in das Bohrloch an der Zielseite vorbereitet. Dazu kann sie bereits vollständig vorgerichtet werden, z.B. aus Einzelrohren zusammengeschweißt und bei Bedarf mit einem Korrosionsschutz versehen werden, und auch geprüft werden. Die Rohrleitung lässt sich auf der Zielseite z.B. auf einer Rollenbahn lagern. Die Rohrleitung kann für den Transport von Medien dienen, aber auch als Leerrohr gestaltet sein, z.B. zum späteren Einziehen von Kabeln.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, das man als HDJ-Verfahren ("Horizontal Directional Jacking") bezeichnen kann, kombiniert die Vorteile des HDD-Verfahrens und des "EasyLong"-Verfahrens. Der Bohrlochdurchmesser braucht nur geringfügig größer zu sein als der Durchmesser der einzubringenden Rohrleitung, da in der Regel ein Schmierfilm (z.B. aus Bentonitsuspension) zur Reduzierung der Mantelreibung genügt. Das HDJ-Verfahren ist wirtschaftlicher als das "EasyLong"-Verfahren und sicherer und ökologischer als das HDD-Verfahren.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
    • Figur 1: einen schematischen Längsschnitt durch eine Baustelle, bei der das erfindungsgemäße Verfahren verwendet wird, in einer ersten Phase,
    • Figur 2: einen schematischen Längsschnitt durch die Baustelle gemäß Figur 1 in einer zweiten Phase,
    • Figur 3: einen schematischen Längsschnitt durch die Baustelle gemäß Figur 1 in einer dritten Phase und
    • Figur 4: einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines an einem Bohrgestänge angebrachten Räumers, an den mittels einer Kopplungseinrichtung das Ende einer Rohrleitung angekoppelt ist, während der Bauphase gemäß Figur 3.
  • In den Figuren 1 bis 3 sind verschiedene Phasen bei der Durchführung eines Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung in schematischem Längsschnitt dargestellt.
  • Die Anordnung der Baustelle ist aus Figur 1 ersichtlich. Zwischen einer Startseite 2 und einer Zielseite 4 soll eine Rohrleitung unter einem Gewässer 6 her verlegt werden. An der Startseite 2 ist ein HDD-Rig 10 aufgebaut und verankert. HDD-Rigs werden bei HDD-Verfahren eingesetzt und sind dem Fachmann bekannt. Mit Hilfe eines HDD-Rigs kann man ein Bohrgestänge drehen und unter Kraftausübung vorbewegen sowie zurückziehen. Im Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe des HDD-Rigs 10, einem davon angetriebenen Bohrgestänge 12 und einem am Ende des Bohrgestänges 12 montierten Bohrkopf 14 eine Pilotbohrung 16 erstellt, die zu der Zielseite 4 führt und den späteren Verlauf der einzubringenden Rohrleitung festlegt. Der Bohrkopf 14 ist steuerbar, so dass die Pilotbohrung 16 entlang einer gekrümmten und vorher festgelegten Bahn geführt werden kann. In der in Figur 1 gezeigten Ansicht ist der Bohrkopf 14 gerade unterhalb des Gewässers 6 angekommen.
  • Während die Pilotbohrung 16 erstellt wird, wird die einzubringende Rohrleitung, die mit 20 bezeichnet ist, an der Zielseite 4 vorbereitet. Im Ausführungsbeispiel wird die Rohrleitung 20 aus Stahlrohrabschnitten zusammengeschweißt, der Bereich der Schweißnähte wird mit einem Korrosionsschutz versehen, und es wird eine Dichtheitsprüfung durchgeführt. Durch die Rohrleitung 20 kann später ein flüssiges oder gasförmiges Medium transportiert werden. Andere Gestaltungen, z.B. als Leerrohr oder aus anderem Material, sind ebenfalls denkbar.
  • Wie in Figur 1 zu erkennen ist, ist die Rohrleitung 20 auf einer Rollenbahn 22 gelagert. Ferner ist bereits ein sogenannter Pipethruster in Position gebracht. Der Pipethruster weist eine Rohrklemmeinrichtung 24 auf, die an der Außenseite der Rohrleitung 20 über eine Art Manschette angreift und dabei große Kräfte ausüben kann. Die Rohrklemmeinrichtung 24 ist über Vorschubzylinder 26 mit einer in Figur 1 schematisch gezeigten Verankerung 28 verbunden. Durch Betätigen der Vorschubzylinder 26 lässt sich später die Rohrleitung 20 in Richtung auf die Startseite 2 zu vorschieben.
  • In Figur 2 ist ein Zustand dargestellt, in dem die Pilotbohrung 16 fertiggestellt ist und nachdem der Bohrkopf 14 an der Zielseite 4 angekommen ist. Der Bohrkopf 14 wird dann vom Bohrgestänge 12 abgenommen, und stattdessen wird ein Räumer 30 am vorderen Ende des Bohrgestänges 12 montiert. Der Räumer 30 wird anschließend mittels einer Kopplungseinrichtung mit dem Ende der Rohrleitung 20 verbunden. Der Räumer 30 und die Kopplungseinrichtung sind in Figur 4 in vergrößerter Ansicht gezeigt (wobei die Kopplungseinrichtung geringfügig anders gestaltet ist als gemäß den Figuren 1 bis 3).
  • Räumer wie der Räumer 30 sind im Stand der Technik von HDD-Verfahren her bekannt. Der Räumer 30 hat einen größeren Durchmesser als der Bohrkopf 14. Im Ausführungsbeispiel wird der Räumer 30 anstelle des Bohrkopfs 14 am Ende des Bohrgestänges 12 angebracht. Es ist aber auch denkbar, dass der Bohrkopf 14 am Bohrgestänge 12 belassen und der Räumer 30 am Bohrkopf 14 befestigt wird. Mit Hilfe einer im Ausführungsbeispiel konisch gestalteten Angriffsseite 32 kann der Räumer 30 das Bohrloch aufweiten, wenn er mit Hilfe des Bohrgestänges 12 gedreht und zur Startseite 2 gezogen wird. Dabei tritt an der Angriffsseite 32 eine Bohrspülung aus, im Ausführungsbeispiel eine Bentonitsuspension, die das Aufweiten des Bohrlochs erleichtert, die Wandung des Bohrlochs verfestigt und gleichzeitig als Schmierfilm dient.
  • Der Räumer 30 ist über die Kopplungseinrichtung mit der Rohrleitung 20 verbunden. Wie die Figur 4 zeigt, weist diese Kopplungseinrichtung ein Gelenkteil 34, eine Drehkupplung 36, ein weiteres Gelenkteil 38 sowie eine Zugaufnahme 40 auf. Die Zugaufnahme 40 ist am Ende der Rohrleitung 20 montiert und wird später abgenommen, wenn die Rohrleitung 20 fertig verlegt ist.
  • Die Figur 2 zeigt also den Zustand der Baustelle unmittelbar nach der Montage des Räumers 30 und der Kopplungseinrichtung 34, 36, 38, 40. Nun wird der Räumer 30 über das Bohrgestänge 12 mit Hilfe des HDD-Rigs 10 in Richtung Startseite 2 gezogen, während der Pipethruster in Aktion gesetzt wird und gleichzeitig mit Hilfe der Vorschubzylinder 26 die Rohrleitung 20 vorschiebt. Im Ausführungsbeispiel sind die Bewegungen des Bohrgestänges 12 und der Vorschubzylinder 26 synchronisiert, um unnötige Zug- oder Druckkräfte im Bohrgestänge 12 und der Rohrleitung 20 zu vermeiden. Die Figur 3 zeigt einen Zustand, in dem der Räumer 30 unter dem Gewässer 6 angekommen ist. Der Bereich des Räumers 30 mit dem Ende der Rohrleitung 20 ist, wie bereits erläutert, in Figur 4 in vergrößerter Ansicht dargestellt.
  • Während der Räumer 30 von dem Bohrgestänge 12 gedreht wird und die Bohrspülung an der Angriffsseite 32 des Räumers 30 austritt, weitet der Räumer 30 das allgemein mit 50 bezeichnete Bohrloch 50 auf. Dadurch wird die Pilotbohrung 16, deren Wandung 52 einen ersten Durchmesser aufweist, im Ausführungsbeispiel auf ein Bohrloch mit einer Wandung 54 vergrößert, das bereits den gewünschten Enddurchmesser hat. Der Räumer wirkt insbesondere an einer Übergangszone 56. Die Drehkupplung 36 sorgt dafür, dass sich der Räumer 30 problemlos drehen kann, während die Rohrleitung 20 keine Drehbewegung ausführt. Die Bohrspülung gelangt auch in einen Zwischenraum 58 zwischen der Rohrleitung 20 und der Wandung 54 des Bohrlochs 50 und bildet dort eine Art Schmierfilm, der die Reibungskräfte zwischen der Rohrleitung 20 und der Wandung 54 des Bohrlochs 50 erheblich vermindert.
  • Der Räumer 30 wird bis zur Startseite 2 zurückgezogen, während die Rohrleitung 20 vorgeschoben wird, so dass die Rohrleitung 20 im Endzustand in der gewünschten Trasse zu liegen kommt.
  • Im Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Boden, insbesondere nach Einwirkung der Bohrspülung, so fest ist, dass das Bohrloch 50 in dem Bereich zwischen dem Räumer 30 und der Zugaufnahme 40 der Rohrleitung 20 nicht einstürzt. Falls der Boden problematisch ist, kann in dieser Zone ein Stützmantel angeordnet werden, dessen Außendurchmesser dem Enddurchmesser des Bohrlochs 50 entspricht oder der einen etwas geringeren Durchmesser hat. Der Stützmantel verhindert, dass das Bohrloch 50 in diesem kritischen Bereich einfällt, und wird mit der Rohrleitung 20 zur Startseite 2 bewegt.
  • Im Ausführungsbeispiel wird die Pilotbohrung 16 mit Hilfe des Räumers 30 in einem Schritt auf den für die Rohrleitung 20 erforderlichen Enddurchmesser (Wandung 54) aufgeweitet. Je nach Bodenbeschaffenheit und Durchmesser der einzubringenden Rohrleitung können aber auch noch Zwischenschritte durchgeführt werden. Dazu wird zunächst ein Räumer mit geringerem Durchmesser als dem des Räumers 30 nach Erstellen der Pilotbohrung 16 montiert und ohne die Rohrleitung 20 zur Startseite 2 gezogen, wobei das Bohrloch 50 aufgeweitet wird. Anschließend wird das Bohrgestänge 12 mit Hilfe des HDD-Rigs 10 wieder zur Zielseite 4 bewegt. Dort kann bei Bedarf ein größerer Räumer angesetzt werden, der immer noch kleiner ist als der Räumer 30, um einen weiteren Zwischenschritt zum Erweitern des Bohrlochs 50 durchzuführen. Bei Bedarf wird dieser Vorgang noch einmal oder mehrmals wiederholt, bis schließlich der Räumer 30 montiert werden kann, der den gewünschten Enddurchmesser des Bohrlochs 50 erzeugt.

Claims (12)

  1. Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung vorgegebenen Durchmessers zwischen einer Startseite und einer Zielseite, mit den Schritten:
    - Erstellen einer Pilotbohrung (16) von der Startseite (2) zur Zielseite (4), wobei ein Bohrkopf (14) mittels eines Bohrgestänges (12) vorbewegt wird,
    - optionales Vergrößern der Pilotbohrung (16) in einem oder mehreren Schritten mittels eines unter Verwendung des Bohrgestänges (12) von der Zielseite (4) zur Startseite (2) bewegten Räumers auf einen Durchmesser des Bohrlochs (50), der kleiner als ein Enddurchmesser ist, wobei der Enddurchmesser mindestens so groß wie der Durchmesser der Rohrleitung (20) ist,
    - Montieren eines auf den Enddurchmesser ausgelegten Räumers (30) an der Zielseite (4) und Ankoppeln der an der Zielseite (4) vorbereiteten Rohrleitung (20) mittels einer Kopplungseinrichtung (34, 36, 38, 40) zwischen Räumer (30) und Ende der Rohrleitung (20),
    - Bewegen des Räumers (30) und der Rohrleitung (20) von der Zielseite (4) zur Startseite (2), wobei der Räumer (30) das Bohrloch (50) auf den Enddurchmesser (54) vergrößert und die Rohrleitung (20) in dem Bohrloch (50) zu liegen kommt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optionale Vergrößerung der Pilotbohrung (16) durchgeführt wird und folgende Schritte aufweist:
    - Ziehen eines Räumers von der Zielseite (4) zur Startseite (2) mittels des Bohrgestänges (12), wobei der Räumer die Pilotbohrung (16) vergrößert,
    - gegebenenfalls erneutes Vorbewegen des Bohrgestänges (12) zur Zielseite (4) und Ziehen eines vergrößerten Räumers von der Zielseite (4) zur Startseite (2) mittels des Bohrgestänges (12), wobei der vergrößerte Räumer die bisher erstellte Bohrung weiter vergrößert, und gegebenenfalls einmaliges oder mehrmaliges Wiederholen dieses Schrittes mit immer weiter vergrößerten Räumern,
    - erneutes Vorbewegen des Bohrgestänges (12) zur Zielseite (4).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Räumer (30) beim Bewegen von der Zielseite (4) zur Startseite (2) unter Verwendung des Bohrgestänges (12) gedreht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen des Räumers (30) von der Zielseite (4) zur Startseite (2) eine Bohrspülung in das Bohrloch (50) eingebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrspülung über an dem Räumer (30) angeordnete Düsen in das Bohrloch (50) eingebracht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrspülung Bentonit aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (20) unter Verwendung einer an der Zielseite (4) angeordneten Schiebevorrichtung (24, 26, 28) von der Zielseite (4) zur Startseite (2) bewegt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des auf den Enddurchmesser (54) ausgelegten Räumers (30) zur Startseite (2) unter Verwendung des Bohrgestänges (12) und die Tätigkeit der Schiebevorrichtung (24, 26, 28) miteinander synchronisiert werden.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (34, 36, 38, 40) eine Drehkupplung (36) aufweist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen des Räumers (30) und der Rohrleitung (20) von der Zielseite (4) zur Startseite (2) ein Stützmantel in dem Zwischenraum zwischen dem Räumer (30) und dem Ende der Rohrleitung (20) angeordnet wird, wobei der Durchmesser des Stützmantels an den Durchmesser der Rohrleitung (20) angepasst ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (20) vor dem Bewegen in das Bohrloch (50) an der Zielseite (4) vollständig vorgerichtet und geprüft wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrloch (50) vor dem Einsatz des auf den Enddurchmesser (54) ausgelegten Räumers (30) einen geringeren Durchmesser hat als die Rohrleitung (20).
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