WO2012056011A1 - Verfahren zum unterirdischen einbringen einer rohrleitung - Google Patents

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WO2012056011A1
WO2012056011A1 PCT/EP2011/069017 EP2011069017W WO2012056011A1 WO 2012056011 A1 WO2012056011 A1 WO 2012056011A1 EP 2011069017 W EP2011069017 W EP 2011069017W WO 2012056011 A1 WO2012056011 A1 WO 2012056011A1
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pipeline
reamer
target side
diameter
drill string
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PCT/EP2011/069017
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Inventor
Hans-Jürgen John
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T.I.C. Technology Innovation Consulting Ag
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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. After reaching the destination side so ⁇ called scraper is mounted on the drill head and the drill bit.
  • This reamer is now pulled to the starting side in a rotating manner, whereby a suitable drilling fluid (eg 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 eg bentonite
  • the created borehole diameter is considerably larger than the diameter of the product tubing to be introduced later.
  • the considerable oversize is necessary to reduce the friction ⁇ forces during Einbringvorgang.
  • the success of the HDD method depends on specific geological conditions ⁇ rule and the final hole size. For a 56 "(1.42 m) diameter product pipe, a 1.80 m diameter hole will be made, and in case of failure, the hole will need to be abandoned.
  • 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. With the HDD rig, the drill pipe can be rotated, in the direction of the target sideenfin ⁇ because and, if necessary, back towards the home page to move back.
  • 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 hole is increased in one or more steps by means of an under appropriation of the drill string from the target side to the Home be ⁇ wegten reamer to a diameter of the borehole which is smaller than the final diameter of the borehole, as explained in more detail below .
  • the Bohrge ⁇ rod extends to the target side.
  • a reamer designed for the final diameter of the borehole, eg at the drill head or at the end of the drill string, is then mounted on the target side.
  • Scavengers are also used in HDD processes.
  • a scraper can be used to clear a not too hard floor.
  • 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 scraper is gezo- with ⁇ means of the drill string from the target to home page with the reamer enlarging the pilot hole.
  • This reamer provides a hole diameter that is smaller than the final diameter.
  • 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 te 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 shifter When a pushing device is used, preferably the movement of the system adapted to the final diameter of the reamer to start using the drill string and the ic ⁇ ACTION the shifter to be synchronized with each other so that the movements carried out with the same possible Grundgeschwindig ⁇ speeds and not of the pipeline and forces transmitted by the drill string must be aligned.
  • the coupling device preferably has a rotary coupling and also means for engaging the end of the pipeline.
  • the pipeline should not rotate when placed in the ground around its longitudinal axis while the remover ro ⁇ advantage. 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 be be ⁇ already fully Prepared, eg welded together from individual pipes and provided if necessary with a corrosion protection, and are also 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.
  • FIG. 1 shows a schematic longitudinal section through a construction site, in which the method according to the invention is used, in a first phase
  • FIG. 2 shows a schematic longitudinal section through the construction site according to FIG. 1 in a second phase
  • FIG. 3 shows a schematic longitudinal section through the construction site according to FIG. 1 in a third phase and a schematic longitudinal section through an embodiment of a reamer attached to a drill pipe, to which the end of a pipeline is coupled by means of a coupling device, during the construction phase according to FIG.
  • FIG. 1 different phases in the implementation of an embodiment of a method for underground insertion of a pipeline in a schematic longitudinal section are shown.
  • the arrangement of the construction site can be seen in FIG.
  • a tube ⁇ pipe is to be laid under a body of water 6 forth.
  • 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 help 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 Ver ⁇ run of the pipe 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 view shown in Figure 1, the drill head 14 just arrived below the water body 6.
  • the Häbrin ⁇ ing pipe which is designated 20, is prepared at the landing page 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.
  • Rohrlei ⁇ device 20 can later be transported a liquid or gaseous medium.
  • Other designs, for example as a conduit or other material, are also conceivable.
  • the pipeline 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 connected via feed cylinder 26 with an anchor 28 shown schematically in Figure 1.
  • the pipeline 20 can later be advanced in the direction of the starting side 2.
  • Figure 2 is shown a state in which the Pilotboh ⁇ tion is completed after 16 and 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 shown in an enlarged view in FIG. 4 (the coupling device being configured slightly differently than in 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 drill head 14 In the embodiment of the reamer 30 is mounted instead of the drill head 14 at the end of the drill string 12. But it is also conceivable that the drill head 14 left on the drill pipe 12 and the reamer 30 is attached to the drill head 14. With the help of an embodiment 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 drilling fluid exits the undertakenssei ⁇ te 32 nitsuspension a bentonite in the exemplary embodiment which facilitates the expansion of the hole, the solidified wall of the borehole and simultaneously serves as a lubricating film.
  • the reamer 30 is connected to the pipeline 20 via the coupling device.
  • these couplers ⁇ averaging means to a joint part 34, a rotary coupling 36, a further joint part 38 and a tensile performance 40th
  • the train ⁇ receptacle 40 is mounted at the end of the pipe 20 and is removed later, when the pipe 20 is laid completely.
  • FIG. 2 shows the state of the construction site immediately after the assembly of the reamer 30 and the coupling device 34, 36, 38, 40.
  • the reamer 30 is now pulled over the drill pipe 12 with the aid of the HDD rig 10 in the direction of the starting side 2
  • Pipethruster is set in action and at the same time tig by means of the feed cylinder 26, the pipeline 20 advances.
  • the movements of the drilling ⁇ rod 12 and the feed cylinder 26 are synchronized to avoid unnecessary tensile or compressive forces in the drill pipe 12 and the pipe 20.
  • FIG. 3 shows a state in which the reamer 30 has arrived under the body of water 6.
  • the range of the reamer 30 to the end of the pipe 20 is, as already explained, in figure 4 in an enlarged view is provided ⁇ .
  • the reamer 30 While the reamer 30 is rotated by the drill string 12 and the drilling fluid at the attack side 32 of the reamer 30 from ⁇ occurs, the reamer 30 widens the generally designated 50 well 50 on. As a result, the pilot bore 16, whose wall 52 has a first diameter, is enlarged in the exemplary embodiment 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 base in particular ⁇ sondere
  • the base is so firm after exposure to the drilling fluid, that the wellbore does not collapse in the area between the reamer 30 and the cable holder 40 of the conduit 20 50th
  • 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 diameter smaller than that of the reamer 30 is mounted after the pilot bore 16 has been created and pulled to the start side 2 without the pipeline 20, the bore hole 50 being 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

Verfahren zum unterirdischen Einbringen einer Rohrleitung
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 so¬ genannter 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. Da¬ bei ist der erstellte Bohrlochdurchmesser erheblich größer als der Durchmesser des später einzubringenden Produktrohrstrangs. Der erhebliche Überdurchmesser ist notwendig, um die Reibungs¬ kräfte 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 geologi¬ schen 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 Bl beschriebenen Verfahren ("Easy- Long") handelt es sich um ein Mikrotunnelverfahren für den Pipelinebau, bei dem Stahlstützrohre im Mikrotunnelverfahren von einer Startseite zu einer Zielseite vorgetrieben werden. Nach- dem 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 Mik- rotunnelvortriebs 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-Ver- fahren. 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 unterirdi- sehen 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 vorbe¬ wegen 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 Ver- wendung des Bohrgestänges von der Zielseite zur Startseite be¬ wegten 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 Bohrge¬ stänge 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 zu¬ vor oder parallel zu den bisherigen Verfahrensschritten an der Zielseite vorbereitete Rohrleitung angekoppelt. Dazu dient ei¬ ne Kopplungseinrichtung zwischen dem Räumer und dem Ende der Rohrleitung. Anschließend werden der Räumer und die Rohrlei- tung 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 ei- nes 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 mit¬ tels des Bohrgestänges von der Zielseite zur Startseite gezo- gen, 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 ge¬ zogen, wobei der vergrößerte Räumer die bisher erstellte Boh¬ rung weiter vergrößert. Gegebenenfalls wird dieser Schritt mit immer weiter vergrößerten Räumern einmalig oder mehrmalig wiederholt. Schließlich wird das Bohrgestänge erneut zur Zielsei¬ te vorbewegt, um die Ausgangsposition einzunehmen, die für die bereits erläuterten Schritte zum Erstellen des Enddurchmessers der Bohrlochs und zum Einbringen der Rohrleitung in das Bohr- loch 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 gegebenen- falls 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 aufge- weitet wird, dass sein Durchmesser bereits vorher größer ist.
Bei bevorzugten Aus führungs formen 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 Manschet- te 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 Tä¬ tigkeit der Schiebevorrichtung miteinander synchronisiert, so dass die Bewegungen mit möglichst gleichen Grundgeschwindig¬ keiten 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 ro¬ tiert. 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 be¬ reits 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 Ausführungsbeispie¬ len 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 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 Rohr¬ leitung 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 Ver¬ lauf 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 einzubrin¬ gende 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 Rohrlei¬ tung 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 Pilotboh¬ rung 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 ge- staltet 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 Angriffssei¬ te 32 eine Bohrspülung aus, im Ausführungsbeispiel eine Bento- nitsuspension, 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 Kopp¬ lungseinrichtung ein Gelenkteil 34, eine Drehkupplung 36, ein weiteres Gelenkteil 38 sowie eine Zugaufnahme 40 auf. Die Zug¬ aufnahme 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 gleichzei- tig mit Hilfe der Vorschubzylinder 26 die Rohrleitung 20 vorschiebt. Im Ausführungsbeispiel sind die Bewegungen des Bohr¬ gestänges 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 dar¬ gestellt.
Während der Räumer 30 von dem Bohrgestänge 12 gedreht wird und die Bohrspülung an der Angriffsseite 32 des Räumers 30 aus¬ tritt, weitet der Räumer 30 das allgemein mit 50 bezeichnete Bohrloch 50 auf. Dadurch wird die Pilotbohrung 16, deren Wan- dung 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, insbe¬ sondere 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 Bo- den 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 Durchmes- ser 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

Patentansprüche
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,
- wobei die Rohrleitung (20) unter Verwendung einer an der Zielseite (4) angeordneten Schiebevorrichtung (24, 26, 28) von der Zielseite (4) zur Startseite (2) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 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.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optionale Vergrößerung der Pilotbohrung (16) durchgeführt wird und folgende Schritte aufweist: - Ziehen eines Räumers von der Zielseite (4) zur Startsei¬ te (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 bis¬ her 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) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Räumer (30) beim Bewegen von der Zielseite (4) zur Startseite (2) unter Verwendung des Bohrgestänges (12) gedreht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bewegen des Räumers (30) von der Zielseite (4) zur Startseite (2) eine Bohrspülung in das Bohrloch (50) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrspülung über an dem Räumer (30) angeordnete Düsen in das Bohrloch (50) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrspülung Bentonit aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (34, 36, 38, 40) eine Drehkupplung (36) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung (20) vor dem Bewegen in das Bohrloch (50) an der Zielseite (4) vollständig vorge¬ richtet und geprüft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 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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