przekroczyć Pajero

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA
IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE
WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOINŻYNIERII
PROJEKT
Technologie Bezwykopkowe.
Gębusia Łukasz
Budownictwo, Rok V
grupa 1
1
1. CEL PROJEKTU
Celem projektu jest instalacja rury stalowej o średnicy 700 mm na dystansie 300 m dla
przesyłu gazu. Instalacja ułożona została pod rzeką Wartą i terenami zielonymi.
2. WSTĘP TEORETYCZNY
Wiercenia kierunkowe Horizontal Directional Drilling (HDD) zwane horyzontalnymi
przewiertami sterowanymi są zaliczane do jednych z najbardziej zaawansowanych metod
układania podziemnych instalacji.Metoda wiercenia Horyzontalnych Przewiertów
Sterowanych (HDD), ma swój początek w 1971 roku, wówczas odwiercony został pierwszy
poziomy przewiert pod rzeką Pajero w Kalifornii. W Polsce pierwszy przewiert przy użyciu
technologii HDD miał miejsce w 1991 roku (LMR-Włocławek). Punktem wyjścia dla nowej
technologii były doświadczenia z wierceniami stosowanymi przy poszukiwaniu złóż ropy
naftowej i gazu. Omijanie przeszkód stanowiło główny problem przy projektowaniu i
budowie rurociągów, technologia HDD bardzo szybko zyskała popularność w krajach
europejskich. Wiercenia kierunkowe szybko stały się interesującą alternatywą dla metod
konwencjonalnych, a w wielu przypadkach jedyną możliwą do zastosowania ze względu na
specyficzne cechy projektowanego przekroczenia przeszkody.
Cechą wyróżniającą HDD jest:
a) szybki postęp prowadzonych prac wiertniczych;
b) zredukowany wpływ na środowisko w porównaniu z metodami alternatywnymi;
c) wysoka precyzja instalacji, możliwość zastosowania skomplikowanych trajektorii.
Metoda jest stosowana głównie tam, gdzie tradycyjne prowadzenie instalacji w wykopach jest
niemożliwe lub niepraktyczne. Rurociągi mogą być budowane różnych materiałów jak np.
stal czy tworzywa sztuczne. Technologia jest wykorzystywana do instalacji niemal całej
możliwej infrastruktury pod powierzchnią terenu.
-TECHNOLOGIA PRZEWIERTÓW STEROWANYCH
Technologia przewiertów sterowanych opiera się na 3 fazach:
 I -Przewiert pilotażowy
 II – Poszerzanie otworu
 III- Przeciąganie rurociągu
2
W głowicy wiercącej umieszczona jest sonda, dzięki której jesteśmy w stanie na bieżąco
kontrolować i korygować trasę przewiertu. W razie wystąpienia na trasie urządzeń
podziemnych czy przeszkód terenowych mamy możliwość ominięcia ich poprzez zmianę
kierunku i głębokości wiercenia.
Bardzo ważnymi czynnikami warunkującymi możliwość wykonania przewiertu sterowanego
są:
a) kombinacja dwóch parametrów: długości i średnicy rurociągu;
b) dodatkowy czynnik-lokalne warunki geologiczne.
Oba te czynniki mają wpływ na dobór trajektorii horyzontalnego przewiertu kierunkowego i
dobór narzędzi wiercących.
podziemnych czy przeszkód terenowych mamy możliwość ominięcia ich poprzez zmianę
kierunku i głębokości wiercenia.
3. TOPOGRAFIA TERENU
Teren przygotowany pod inwestycję związaną z późniejszym przesyłem gazu mieści
się w granicach miejscowości Leśnik, gmina Poddębice, powiat poddębicki, województwo
Łódzkie. Celem przewiertu jest instalacja gazociągu pod rzeką Wartą i przyległymi terenami
zielonymi. Średnia wysokość terenów przewidzianych pod inwestycję wynosi 110 m n.p.m.
3
-PLAN SYTUACYJNY
Miejsca w którym planujemy początek wiercenia, jak i zakończenie wiercenia, położone
są na wysokości 110 m n.p.m..Na trasie przewiertu znajduje się rzeka Warta. Plac do
składowania rur wraz z całym placem manewrowym dla dźwigu znajduje się w bliskiej
odległości szybu startowego, na lewym brzegu rzeki – po stronie zachodniej.
-RZUT Z GÓRY
4
4. GEOLOGIA
Na podstawie 4 otworów badawczych wykonanych w odległości 15 [m] od trajektorii
przewiertu przygotowano przekrój geologiczny terenu. Umożliwił on wstępne określenie
trajektorii przewiertu oraz przedstawiał informacje o przewiercanych warstwach skalnych
oraz ich typie.
BUDOWA GEOLOGICZNA W MIEJSCU PLANOWANEGO PRZEBIEGU
INSTALACJI
Warstwa
Gleba
Namuły
Piaski drobne
Interwał
[m]
0 – 0,3
0,3 – 8,5
8,5 – 30,8
5
Miąższość
[m]
0,3
8,2
25,3
SCHEMATYCZNY PRZKRÓJ GEOLOGICZNY
5. DODATKOWE ZALECENIA
Z badań przeprowadzonych przed ruszeniem prac oraz istniejącej dokumentacji wynika, że
nie istnieją żadne rurociągi na trasie zaplanowanego przewiertu, ani nie znajdują się tam
żadne przeszkody geologiczne czy te wynikające z działalności ludzkiej (jak np. podziemne
bunkry).
Gęstość właściwa
Lp
.
1.
2.
3.
Gęstość właściwa
frakcji  s
[ g/cm3 ]
2,55
2,0
1,8
Warstwa
Gleba
Namuły
Piaski drobne
6. TECHNOLOGIA PRZEWIERTU
W celu wykonania przewiertu wykorzystano technikę przewiertu sterowanego, w którym
główna rolę odgrywa otwór pilotowy, który został 5-krotnie poszerzony, aby uzyskać żądaną
średnice. Otwór wykonany zostanie według założonego profilu.
7. SYSTEM PŁUCZKOWY
PŁUCZKA WIERTNICZA
6
Podczas wykonywania otworu pilotowego i jego rozwiercania podawana jest płuczka
wiertnicza.Bardzo ważnym aspektem jest dobór właściwego systemu płuczkowego, który
pozwoli uzyskać moc wymaganą do pokonania oporów przepływu.
W projektowanym przewiercie zastosowany zostanie system bentonitowy. Zadania jakie
będzie spełniać płuczka wiertnicza w projektowanym przewiercie sterowanym to:
 oczyszczanie otworu wiertniczego i stabilizacja jego ścian,
 smarowanie i chłodzenie zestawu wiercącego oraz sondy pomiarowej,
 przekazywanie mocy hydraulicznej do narzędzia urabiającego
 transport urobku
8. OBLICZENIA
DANE :
Średnica rury: DR = 700 mm
Długość przewiertu: L = 300 m
Maksymalny wydatek pompy: Qmax = 500 l/min
8.1. DOBÓR GRUBOŚCI ŚCIANKI RURY
-SIŁA NACISKU NAKŁADU
PN  k   śr  H [Pa]
 śr  g
1  h1   2  h2  3  h3
H
gdzie:
k – współczynnik spoistości gruntu dla przekroczeń wodnych k = 1
H = 20 m – głębokość przewiertu
 śr  10
2,55  0,3  2,0  8,2  1,8  12
kN
 19,3 3
20
m
PN  1 19,3  20  386[kPa]  0,39[ MPa]
Siła nacisku nadkładu wynosi 0,39 MPa na głębokości 20 metów.
7
-ODKSZTAŁCENIE RURY
 0,15  PN  DR  1

D
E

D
POD WPŁYWEM DZIAŁANIA NAKŁADU
3
gdzie:
D – średnica rury, [m];
 – deformacja osiowa [m];
PN – ciśnienie nadkładu [MPa];
E – moduł sprężystości, przyjąć wartość długookresową, [MPa].
DR – stosunek średnicy rury do grubości ścianki.
Dopuszczalne odkształcenie instalacyjne grawitacyjne rur 7,5%.
Projektowana wartość DR = 7,5
E = 205 GPa
 0,15  0,26 21  1

D
205000
3
∆
=0,15∙
D
Nie przekracza wartości dopuszczalnej
-ODKSZTAŁCENIE RURY POD WPŁYWEM SIŁY WYPORU, PŁUCZKI
WIERTNICZEJ
  p  D   DR  1

D
E   DR 
gdzie:
p- ciężar właściwy płuczki w otworze;
E – moduł sprężystości, wartość długookresowa [MPa]
8
4
 1050  9,81  0,7   21  1

D
205 109   21
4
∆
=2,7 ∙ 10−2
D
Nie przekracza wartości dopuszczalnej
Grubość ścianki rury:
b=
D 700 mm
=
=33 mm
DR
21
8.2. TRAJEKTORIA PRZEWIERTU
Minimalny promień gięcia dla rur o średnicy powyżej 400 mm
wynosi:
Rmin =1250 ∙ √ DN 3
Rmin =1250 ∙ √0,7 3 ≅ 730[m]
9
Przekrój z trajektorią przewiertu
8.3.ŚREDNICA OTWORU PILOTOWEGO ORAZ PRZEWIERTÓW
ŚREDNICA KOŃCOWA ODWIERTU
Dk= (1,4 - 1,7)·DR = 1,7·700 mm = 1190 mm
(z tabeli) 1219 mm (48”)
Zakładam:
n=6 poszerzeń
ŚREDNICA OWORU PILOTOWEGO
n+1
6+1
D 0= √
∙ Dk = √
∙ 1219 mm=498 mm
n+1
6+1
10
(z tabeli produktów firmy Ditch Witch) D0 = 20” = 508 mm
ŚREDNICA 1 POSZERZENIA
D n=√ n+1 ∙ D 0
D 1=√ 1+1∙ 508 mm=718 mm
Przyjmuję średnicę poszerzacza z tabeli: D1 = 28” = 711 mm
ŚREDNICA 2 POSZERZENIA
D 2=√ 2+1∙ 508 mm=880 mm
Przyjmuję średnicę poszerzacza z tabeli: D2 = 34” = 864 mm
ŚREDNICA 3 POSZERZENIA
D 3=√ 3+1 ∙508 mm=1016 mm
Przyjmuję średnicę poszerzacza z tabeli: D3 = 42” = 1067 mm
ŚREDNICA 4 POSZERZENIA
D 4 =√ 4+1 ∙ 508 mm=1136 mm
Przyjmuję średnicę poszerzacza z tabeli: D4 = 48” = 1219 mm
Osiągnąłem założoną średnicę w 4 poszerzeniu.
Wszystkie poszerzacze pochodzą z katalogu firmy IDS.
8.4.OBJĘTOŚCI PŁUCZKI I PRĘDKOŚCI WIERCENIA:
Długość przewiertu odczytana z rysunku L=302 m
OTWÓR PILOTOWY
Objętość płuczki na mb przewiertu:
11
3
π
π
m
V pl =4 ∙ ∙(D 0 )2=4 ∙ ∙(0.508 m)2=0,81
4
4
mb
Prędkość wiercenia:
3
m
0,6 ∙ Qmax
min
mb
vw =
=
=0,37
3
V pl
min
m
0,81
mb
0,6 ∙ 0.5
Całkowita objętość płuczki dla otworu pilotowego:
3
V pl . pilot =0,6 ∙Qmax
L
m
k=0,6 ∙0.5
vw
min
302
0,95=232,6 m3
mb
0,37
min
1. POSZERZENIE
Objętość płuczki na mb przewiertu:
3
V pl =4 ∙
π
π
m
∙(D 12−D02 )=4 ∙ ∙(0,711 2−0,5082 )=0,78
4
4
mb
Prędkość wiercenia:
3
m
0,6 ∙ Qmax 0,6 ∙ 0.5 min
mb
vw =
=
=0,38
3
V pl
min
m
0,78
mb
Całkowita objętość płuczki dla otworu pilotowego:
V pl . posz 1=0,6 ∙Qmax
L
m3
k=0,6∙ 0.5
vw
min
302
3
0,9=214,6 m
mb
0,38
min
2. POSZERZENIE
Objętość płuczki na mb przewiertu:
12
3
π
π
m
V pl =4 ∙ ∙(D 22−D12 )=4 ∙ ∙(0,864 2−0,7112 )=0, 76
4
4
mb
Prędkość wiercenia:
m3
0,6 ∙ Qmax 0,6 ∙ 0.5 min
mb
vw =
=
=0,3 9
3
V pl
min
m
0,7 6
mb
Całkowita objętość płuczki dla otworu pilotowego:
V pl . posz2=0,6 ∙Qmax
L
m3
k=0,6 ∙0.5
vw
min
302
0,9=209,1 m3
mb
0,3 9
min
3.POSZERZENIE
Objętość płuczki na mb przewiertu:
π
π
m3
2
2
2
2
V pl =4 ∙ ∙(D 3 −D2 )=4 ∙ ∙(1,067 −0,864 )=1,23
4
4
mb
Prędkość wiercenia:
m3
0,6 ∙ Qmax
min
mb
vw =
=
=0,24
3
V pl
min
m
1,23
mb
0,6 ∙ 0.5
Całkowita objętość płuczki dla otworu pilotowego:
V pl . posz3 =0,6 ∙Qmax
L
m3
k=0,6 ∙0.5
vw
min
302
0,9=339,8 m3
mb
0,24
min
4. POSZERZENIE
13
Objętość płuczki na mb przewiertu:
V pl =4 ∙
π
π
m3
∙(D 4 2−D32)=4 ∙ ∙(1,2192−1,0672)=1,09
4
4
mb
Prędkość wiercenia:
m3
0,6 ∙ Qmax 0,6 ∙ 0.5 min
mb
vw =
=
=0,2 8
3
V pl
min
m
1, 09
mb
Całkowita objętość płuczki dla otworu pilotowego:
V pl . posz 4=0,6 ∙ Qmax
L
m3
k =0,6 ∙ 0.5
vw
min
302
0,9=291,2 m3
mb
0,2 8
min
INSTALACJA RUROCIĄGU:
Objętość płuczki na mb rurociągu:
3
V pl =2 ∙
π
π
m
∙( Dk 2−D r2)=2∙ ∙(1,2192−0,72 )=1,6
4
4
mb
Prędkość przeciągania:
3
v inst =
0,6 ∙Q max
=
V pl
m
min
mb
=0,18
3
min
m
1,6
mb
0,6 ∙0.5
Całkowita objętość płuczki dla otworu pilotowego:
3
V pl .inst =0,6 ∙ Qmax
L
m
k=0,6 ∙ 0.5
v inst
min
302
0,95=478,2 m3
mb
0,18
min
14
CAŁKOWITA OBJĘTOŚĆ PŁUCZKI BEZ RECYKLINGU
V pl =V pl . pilot +V pl. posz1 +V pl . posz2 +V pl . posz 3+V pl. posz4 +V pl .inst
3
3
3
3
3
3
3
V pl=232,6 m +214,6 m +209,1 m +339,8 m +291,2 m + 478,2 m =1765,5 m
OBJĘTOŚĆ PŁUCZKI Z RECYKLINGIEM
π
2
V pl = ∙ D k ∙ L ∙ f k
4
π
V pl = ∙(1,219 m)2 ∙ 302 m∙ 2,2=775,4 m 3
4
MASA PŁUCZKI BEZ RECYKLINGU
Gęstość płuczki przyjęto 1050
kg
m3
z 3% zawartością bentonitu oraz 97% wody.
m pl =V pl ∙ ρ pl
m pl =1765,5 m3 ∙1050
kg
=1853775 kg=1855 t
m3
mwody =0,97 ∙ m pl =1800t
mbendonitu =0,03 ∙m pl =55 t
9. DOBÓR NARZĘDZI WIERCĄCYCH:
Świder
15
Średnica 20”
Poszerzacze
Średnice: 28” 34” 42” 48”
LITERATURA

„Projektowanie otworów wiertniczych” A. Gonet, S. Stryczek, M. Rzyczniak,

„Geoinżynieria” A. Gonet, S. Stryczek,
16

„Wiertnictwo” L. Szostak,

www.home.agh.edu.pl/~cala/prezentacje/HDD_DD.pdf

www.geoportal.gov.pl

www.maps.google.pl

www.ditchwitch.com/

www.idsuk.com/pdf/ids_catalogue.pdf

J. Ziaja, R. Wiśniowski: „Dobór parametrów mechanicznych urządzeń wiertniczych
stosowanych w technologiach HDD”; 2006

J. Ziaja, K. Baniak: „Analiza techniczna technologii wykonania przewiertu
horyzontalnego pod rzeką Uszwicą w Brzesku Okocimiu”; 2005
17