Akademia Górniczo - Hutnicza

im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu

Specjalność: Wiertnictwo i geoinżynieria

Techniki i technologie bezwykopowe

Temat projektu:

Horyzontalny przewiert sterowany

Opracował:

Tomasz Wojnarowski

Spis treści:

1. Wstęp teoretyczny 3

2. Założenia projektowe 6

3. Plan sytuacyjny 6

4. Rzut z góry 6

5. Głębokość przeszkody wodnej 9

6. Profil litologiczny 9

7. Profil podłużny z poziomami stratygraficznymi 10

8. Klasyfikacja i ocena istniejącej dokumentacji 10

9. Badania historyczne 10

10. Otwory badawcze 11

11. Próby penetracyjne - sondowanie 11

12. Badania geofizyczne 11

13. Testy laboratoryjne 12

14. Obliczenia poszerzeń 15

15. Objętość płuczki 17

16. Obliczenia wytrzymałościowe dla rury HDPE 20

17. Przewód wiertniczy 25

18. Obliczenia mocy 26

19. Dobór urządzenia 29

20. Kosztorys 29

21. Literatura 30

1. Wstęp teoretyczny:

Technologia przewiertów sterowanych polega na wykonaniu otworu pilotażowego, następnie jego rozwierceniu do odpowiedniej średnicy i wciągnięciu zaprojektowanej rury osłonowej, przewodowej lub kabla. Sterowanie uzyskuje się tylko podczas wykonywania przewiertu pilotażowego. Cała tajemnica sterowania polega na specjalnie skonstruowanej głowicy wiercącej, za pomocą której możemy precyzyjnie zdalnie sterować odwiertem.

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.

Możliwości zastosowania metody przewiertów sterowanych:

Istotnym czynnikiem warunkującym możliwość wykonania przewiertu sterowanego jest kombinacja dwóch parametrów: długości i średnicy rurociągu. Dodatkowym czynnikiem niezwykle ważnym są lokalne warunki geologiczne. Najdłuższe przejścia wykonywane technologią przewiertów sterowanych nie przekraczają 3000 metrów. Większość przejść wykonywana jest jednak na znacznie krótszych dystansach i przy mniejszych średnicach. Zależnie od długości i średnicy rurociągu dobiera się odpowiednie wiertnice. Klasyfikacja wiertnic pod względem wielkości przedstawia się następująco:

• wiertnice małe - wykorzystuje się do układania rurociągów na dystansie do 120 m. Średnice z reguły nic przekraczają 200 mm.

• wiertnice średnie - mają zastosowanie przy dystansach do 300 m. Maksymalne średnice rur w tej klasie wynoszą 500 mm.

• wiertnice duże - przeznaczone są do układania rurociągów o średnicach do 1200 mm. Zakres wiercenia dochodzi do 2000 m.

Dla dużych średnic i dystansów decyzja o podjęciu wierceń musi być poprzedzona badaniami geologicznymi gruntu z obszaru wiercenia. Warstwy skał, żwiru, otoczaków czy kurzawki mogą znacznie utrudnić lub przy dużych grubościach wręcz uniemożliwić wykonanie przewiertu. Niektóre wiertnice posiadają możliwość wiercenia w litej skale. Wiercenia te są jednak bardzo kosztowne i czasochłonne.

Zalety technologii horyzontalnych przewiertów sterowanych:

Zastosowanie technologii przewiertów sterowanych pozwala uniknąć ograniczenia ruchu przy przekraczaniu szlaków komunikacyjnych, pasów startowych na lotniskach, naruszania brzegów rzek oraz wałów przeciwpowodziowych. Metoda przewiertów sterowanych redukuje do minimum ingerencję w środowisko naturalne. W wielu przypadkach przewiert sterowany jest jedyną możliwą metodą ułożenia instalacji podziemnej, nie wymaga bowiem dostępu do powierzchni, pod którą prowadzony jest przewiert. Ma to często miejsce w terenach silnie zurbanizowanych, dużych skrzyżowaniach, chronionych terenach zielonych czy nasyconych infrastrukturą terenach przemysłowych. Stosując technologię bezwykopową nie musimy przeprowadzać nieraz bardzo kosztownej regeneracji nawierzchni jak to ma miejsce w metodach tradycyjnych. Bardzo ważną zaletą jest krótki czas realizacji przewiertu. Sprawna załoga wiertnicy jest w stanie w ciągu jednego dnia ułożyć np. 100 mb rury o średnicy 300 mm.

Projektowanie przewiertu i przygotowanie placu budowy:

W fazie projektowania przewiertu należy określić głębokość posadowienia rury, punkt wejścia i wyjścia, promienie krzywizn oraz kąty wejścia i wyjścia. Kąt wejścia, tj. kąt pod którym wprowadzana jest w grunt głowica wiercąca, znajduje się zazwyczaj w zakresie od 21% - 36% (12° - 20°). Wielkość kąta zależy od rozmiarów wiertnicy i od tego, kto jest jej producentem. Przy projektowaniu powinno przyjmować się kąt równy 30% (15°) dla uproszczenia obliczeń przyjmuje się 1° = 2%. co można uzyskać niezależnie od zastosowanego typu wiertnicy. Miejsce ustawienia wiertnicy zależy od zaprojektowanego punktu wejścia oraz, co czasami jest sprawą zasadniczą, głębokości posadowienia rury. Należy uważać, by promień krzywizny przewiertu nie był mniejszy od dopuszczalnego promienia gięcia żerdzi wiertniczych. 

Dla rur PE i HDPE ograniczeniem jest promień gięcia żerdzi, a nie samej rury. Dla rur stalowych odwrotnie. Maksymalne odchylenie żerdzi na jej całkowitej długości nie może przekraczać - w zależności od średnicy żerdzi - od 6% do 11%. W zależności od klasy wiertnicy stosuje się żerdzie długości 1,50 - 2,00 m dla wiertnic małych, 3,00 - 3,50 m dla wiertnic średnich, oraz 4,5-5,5 m dla wiertnic dużych. W wiertnicach 40 tonowych i większych długość żerdzi może dochodzić do 10 metrów. Mając zadaną głębokość, kąt wejścia oraz dopuszczalne odchylenie żerdzi możemy łatwo obliczyć odległość, w jakiej należy ustawić wiertnicę.  

Do ustawienia wiertnicy potrzebne jest stanowisko o długości od 4 m do 10 m w osi przewiertu i szerokości 2 - 4 m w zależności od klasy wiertnicy. Kąt wyjścia utrzymywany jest z reguły w zakresie 20-30%, aby ułatwić późniejsze wprowadzanie rury podczas przeciągania. Dla rur stalowych kąt ten nie przekracza 2% do 4%. W punkcie wyjścia warto przewidzieć miejsce składowania rury. Przed rozwiercaniem należy rurę zgrzać lub zespawać tak, aby przeciągać jeden odcinek w całości. Nie można robić przerw podczas przeciągania, szczególnie na zgrzewanie czy spawanie odcinków rury. Przy projektowaniu trzeba więc przewidzieć miejsce od strony wyjścia, gdzie będziemy mogli cały odcinek rury przygotować do wciągania. W fazie projektowania należy pamiętać również o drogach dojazdowych na plac budowy. O ile większość wiertnic jest na podwoziu gąsienicowym i nie potrzebuje żadnych dróg, o tyle zestawy do przygotowywania i przechowywania płuczki montowane są przeważnie na przyczepach ciężarowych i wymagają przygotowania odpowiednich dojazdów.

Przewiert pilotażowy:

Pierwszym etapem przewiertu sterowanego jest wykonanie otworu pilotażowego. Do tego celu służy głowica wiercąca zakończona specjalną płytką sterującą odchyloną od osi głowicy pod kątem 15% - 20%.

W głowicy umieszczona jest sonda, która podaje kąt nachylenia głowicy względem poziomu, głębokość głowicy w stosunku do powierzchni oraz, kąt obrotu sondy  czyli dokładne położenie płytki sterującej względem osi wiercenia. Głowica wiercąca jest tak ukształtowana, że w przypadku równoczesnego obracania i pchania głowicy tor przewiertu jest prostoliniowy. W przypadku, gdy nie obracamy głowicą, a jedynie wpychamy ją w grunt, następuje skręt w kierunku zależnym od położenia płytki sterującej.

Przy przewiertach sterowanych, w celu określenia położenia płytki sterującej względem osi wiercenia, operuje się godzinami na tarczy zegara tzn. ustawienie głowicy "na godzinę 12" powoduje odchylenie przewiertu do góry, "na godzinę 6" do dołu, "na godzinę 9" w lewo i "na godzinę 3" w prawo. Przy sterowaniu możliwe są wszystkie ustawienia pośrednie np.: "na godzinę 8” czyli w lewo i w dół. Podczas projektowania i wykonywania otworu pilotażowego musimy pamiętać, że odchylenie trasy przewiertu (sterowanie) nie może przekraczać dopuszczalnego odchylenia żerdzi tj. 6 -10%. Przy pierwszych dwóch żerdziach nie powinno się sterować ze względu na ustawienie żerdzi w automatycznych imadłach do ich skręcania i rozkręcania. Mimo że metoda przewiertów sterowanych daje możliwość wykonywania skrętów, powinno dążyć się do wykonania przewiertu po trajektorii jak najbardziej zbliżonej do linii prostej. Ułatwia to zdecydowanie późniejsze przeciąganie rury. Średnica otworu pilotażowego zależy od użytej płytki sterującej (mi bardziej miękki grunt, tym jest ona szersza) i wynosi 70-140 mm. Projektant powinien uwzględnić i zinwentaryzować istniejące uzbrojenie podziemne, którego duże nasycenie i brak dokładnej dokumentacji może wręcz uniemożliwić wykonanie przewiertu.

Poszerzanie otworu i przeciąganie rurociągu:

Po wykonaniu otworu pilotażowego, głowica wiercąca zostaje zdemontowana, a na jej miejsce montuje się odpowiedni rozwiertak. Rozwiercanie może być jednokrotne lub wielokrotne. Jeżeli średnica rury nie jest zbyt duża to bezpośrednio za rozwiertakiem mocujemy rurę. Większość rozwiertaków posiada wbudowany krętlik, który zapobiega obracaniu się rury. W innym przypadku krętlik taki montujemy dodatkowo między rozwiertakiem a wciąganą rurą. Jeżeli średnica rury jest znaczna, to podczas pierwszego rozwiercania do rozwiertaka od strony wyjścia montujemy kolejno żerdzie wiertnicze. Po osiągnięciu przez rozwiertak punktu wejścia wiertnicy demontujemy go łącząc ze sobą żerdzie, a po drugiej stronie w punkcie wyjścia montujemy kolejny większy rozwiertak.

Operację rozwiercania powtarza się, aż do uzyskania odpowiedniej średnicy otworu. Rozwiercony otwór powinien być większy od średnicy wprowadzanej rury PE lub HDPE:

-         ok. 25% dla długości przewiertów do 100 m,

-         ok. 35% dla długości 100 m - 300 m,

-         ok. 50 % dla długości powyżej 300 m.

Dla rur stalowych średnica rozwiercania powinna być większa o ok. 50% ze względu na duży promień gięcia rury. W przypadku rur o mniejszych średnicach istnieje możliwość przeciągania jednocześnie kilku rur w zależności od średnicy rozwierconego otworu. Minimalna głębokość posadowienia rury nie powinna być mniejsza od 8 średnic otworu rozwiercanego.

Podczas wykonywania otworu pilotażowego, a następnie przy rozwiercaniu powrotnym przez cały czas podawana jest płuczka, której zadaniem jest transport urobku z otworu, stabilizacja otworu, chłodzenie głowicy wiercącej i rozwiertaków oraz ochrona i zmniejszenie tarcia przy instalowaniu rury. Przy prawidłowo wykonywanym przewiercie płuczka powinna powoli wypływać z otworu. Przy projektowaniu przewiertu nie wolno o tym zapominać i należy przygotować odpowiednie miejsce na składowanie zużytej płuczki. Są to niekiedy ilości dość znaczne. Przy przewiertach na długich dystansach i dla dużych średnic wykorzystuje się specjalne systemy do odzysku płuczki, aby zmniejszyć jej zużycie.

 

2. Założenia projektowe:

Projekt techniczny tego przedsięwzięcia zakłada przekroczenie rzeki i terenów zielonych dla instalacji rury HDPE o średnicy 630 mm na dystansie 250 m dla przesyłu ścieków, pod dnem rzeki San w km 106 + 300 m, między miejscowościami Lesko i Huzele.

3. Topografia:

Plan sytuacyjny:

Na planie sytuacyjnym zielonym przerywanym prostokątem zaznaczono obszar inwestycji, a na tym obszarze planowanej inwestycji ustalono schemat rozstawienia urządzenia wiertniczego, zaplecze techniczne, skład rur oraz wytyczono trasę przebiegu przewiertu horyzontalnego. Obszar inwestycji znajduje się na terenie o delikatnym spadku w kierunku rzeki San, teren ten nie wymaga niwelacji.

Rzut z góry:

Legenda:

1. Droga gminna łącząca miejscowość Huzele z miejscowością Tarnawa,

2. Droga gminna, dojazdowa prywatnych posesji,

3. Tereny zielone.

Na rzucie z góry widać długość przewiertu horyzontalnego która wynosi 250 m. Szerokość Sanu w miejscu przewiertu horyzontalnego wynosi 50 m. Punkt wejścia oddalony jest o 130 m od rzeki San, natomiast punkt wyjścia oddalony jest o 70 m od prawego brzegu Sanu.

Głębokość przeszkód wodnych:

Głębokość Sanu w największym miejscy wynosi 1,5 metra. W celu dokładnego poznania zalegających warstw skalnych, ich miąższości wykonano 4 rdzeniowe otwory badawcze.

Profil litologiczny:

Profil podłużny z poziomami stratygraficznymi:

W punkcie wejścia przewód wiertniczy jest wprowadzony pod kątem 20^o ( 110^o kąt skrzywienia osi otworu od kierunku pionowego). W punkcie wyjścia przewód wiertniczy wychodzi pod kątem 30^o ( 60^o kąt skrzywienia osi otworu od kierunku pionowego). W trakcie wykonywania przewiertu oś otworu jest krzywiona.

Klasyfikacja i ocena istniejącej dokumentacji:

Dokumentacja geodezyjna jest aktualna została wykonana w 2008 roku. Dokumentacja geologiczna danego obszaru pochodzi z lat sześćdziesiątych XX wieku. Ze względu na jakość wykonywanych wtedy prac geologicznych zaleca się przeprowadzenie powtórne badań geologicznych i geotechnicznych. W miejscu prowadzenia inwestycji nie przebiegają żadne instalacje podziemne takie jak sieci energetyczne, wodociągowe, kanalizacyjne i gazownicze.

Badania historyczne:

Badania historyczne na obecną chwilę nie są zbyt dokładne i mogę wystąpić problemy podczas realizowania inwestycji jaką jest przewiert sterowany pod dnem rzeki San. Na mapach topograficznych nie są naniesione żadne informację o zmianie linii brzegowej Sanu oraz o budynkach które mogły znajdować się w pobliżu miejsca inwestycji.

Otwory badawcze:

Wzdłuż planowanej osi trajektorii przewiertu zostały wykonane cztery otwory badawcze. Po jednym otworze po obu stornach Sanu oraz dwa otwory bezpośrednio pod dnem rzeki. Otwory pod dnem rzeki są wykonane w celu wykazania parametrów wytrzymałościowych i geotechnicznych gruntu. Otwory zostały wykonane metodą obrotową z pobraniem rdzenia, na głębokość 3 metrów poniżej planowanej trajektorii przewiertu sterowanego. Po pobraniu rdzeni, otwory badawcze zostały wypełnione pęczniejącymi osadami iłowymi.

Próby penetracyjne - sondowanie:

W obszarze planowanej inwestycji musi zostać przeprowadzona standardowa metoda penetracyjna polegająca na wbijaniu ze stałą energią uderzeniową sondy w grunt. Po przeprowadzeniu tej próby stwierdzono że warstwa glin pylastych, piaskowców i piaskowców gruboziarnistych jest spoista.

Badania geofizyczne:

W obszarze inwestycji zostały przeprowadzone badania geofizyczne polegające na odbiciu elektromagnetycznym „Georadar”. Pozwoliły one na określenie warstw granicznych, określenie miąższości poszczególnych warstw. Badania zostały przeprowadzone z powierzchni terenu jak i z wody.

Testy laboratoryjne:

Na pobranych rdzeniach i próbkach gruntu zostały przeprowadzone test w laboratorium, poniżej znajdują się uzyskane wyniki.

Tabelaryczne zestawienie wyników analizy sitowej:

I. Gleba. (Masa próbki 550g).

Lp.	Rozmiar oczek [mm]	Masa części próbki [g]	Procent masy całkowitej
1	40	6	1,1
2	25	28	5,1
3	10	94	17,1
4	2	226	41,1
5	1	131	23,8
6	0.5	54	9,8
7	0.25	11	2
8	0.1	0	0
9	0.06	0	0

II. Gliny pylaste. (Masa próbki 550g).

Lp.	Rozmiar oczek [mm]	Masa części próbki [g]	Procent masy całkowitej
1	40	0	0
2	25	0	0
3	10	0	0
4	2	0	0
5	1	50	9,1
6	0.5	120	21,8
7	0.25	210	38,2
8	0.1	150	27,3
9	0.06	20	3,6

Porowatość:

Współczynniki porowatości uzyskano na drodze badań laboratoryjnych. Wyniki zamieszczono w poniższej tabeli:

Lp.	Warstwa	Porowatość [%]
1	Gleba	48
2	Gliny pylaste	25
3	Piaskowiec	15
4	Piaskowiec gruboziarnisty	37

Współczynnik filtracji:

Współczynniki filtracji uzyskano na drodze badań laboratoryjnych. Wyniki zamieszczono w poniższej tabeli:

Lp.	Warstwa	Współczynnik filtracji [m/s]
1	Gleba	4*10^-^2
2	Glina pylasta	3*10^-^7
3	Piaskowiec	2*10^-^5
4	Piaskowiec gruboziarnisty	4*10^-4

Współczynnik przepuszczalności:

Współczynniki przepuszczalności uzyskano na drodze badań laboratoryjnych. Wyniki zamieszczono w poniższej tabeli:

Lp.	Warstwa	Współczynnik przepuszczalności [Darcy]
1	Gleba	> 100
2	Glina pylasta	0,03
3	Piaskowiec	0,2
4	Piaskowiec gruboziarnisty	40

Właściwości mechaniczne:

Zalecam przeprowadzenie laboratoryjnych badań wytrzymałości mechanicznej gruntów

(według PN-88/B-04481 )

Powierzchnia właściwa:

Oznaczana w laboratorium metodą sorpcji błękitu metylowego. Uzyskane wyniki zamieszczam w tabeli :

Lp.	Warstwa	Powierzchnia właściwa [cm^-1]
1.	Gleba	37000
2.	Gliny pylaste	84000
3.	Piaskowiec	13400
4.	Piaskowiec gruboziarnisty	11960

Gęstość właściwa i objętościowa:

Wyniki uzyskane na podstawie badań laboratoryjnych ( metodą wyporu hydrostatycznego i metodą wysuszania ) zamieszczam w tabeli:

Lp.	Warstwa	Gęstość objętościowa ρ [ g/cm^3]	Gęstość właściwa szkieletu gruntowego ρs [ g/cm^3 ]
1.	Gleba	1,9	2,6
2.	Gliny pylaste	2,1	2,7
3.	Piaskowiec	2,15	2,65
4.	Piaskowiec gruboziarnisty	2,05	2,55

Konsystencja:

W celu wyznaczania wskaźnika konsystencji I_c zalecam wykonanie badań laboratoryjnych przy zastosowaniu penetrometru stożkowego według PN-88/B-04481

Plastyczność:

Zalecam wykonanie laboratoryjnej próby wałeczkowania próbek gruntów w celu określenia granicy plastyczności w_p . (według PN-88/B-04481 )

Płynność:

Zalecam przeprowadzenie badań laboratoryjnych płynności gruntów w_L metodą Casagrande'a. (według PN-88/B-04481 )

Skurczalność:

W celu jej wyznaczenia zaleca się badania laboratoryjne wg PN-88/B-04481

1. Obliczenia projektowe:

Dane:

Średnica rury: D_R = 630 mm

Długość przewiertu: L = 250 m

Maksymalny wydatek pompy: Q_max = 500 l/min

k = 0,9 - dla poszerzeń

k = 0,95 - dla pilotowego i instalacji

Obliczenia:

Średnica końcowa otworu: D_k = (1,4 - 2,0)·D_R = 1,45·630 mm = 913,5 mm → (z tabeli) 914 mm (36”)

Zakładam 11 poszerzeń

Średnica otworu pilotowego:

→ (z tabeli) 250,8 mm (9 ⁷/₈”)

Średnica 1 poszerzenia:

→ (z tabeli) 356 mm (14”)

Średnica 2 poszerzenia:

→ (z tabeli) 457 mm (18”)

Średnica 3 poszerzenia:

→ (z tabeli) 508 mm (20”)

Średnica 4 poszerzenia:

→ (z tabeli) 559 mm (22”)

Średnica 5 poszerzenia:

→ (z tabeli) 610 mm (24”)

Średnica 6 poszerzenia:

→ (z tabeli) 660 mm (26”)

Średnica 7 poszerzenia:

→ (z tabeli) 711 mm (28”)

Średnica 8 poszerzenia:

→ (z tabeli) 762 mm (30”)

Średnica 9 poszerzenia:

→ (z tabeli) 813 mm (32”)

Średnica 10 poszerzenia:

→ (z tabeli) 864 mm (34”)

Średnica 11 poszerzenia:

→ (z tabeli) 914 mm (36”)

Objętość płuczki:

Otwór pilotowy:

1 poszerzenie:

2 poszerzenie:

3 poszerzenie:

4 poszerzenie:

5 poszerzenie:

6 poszerzenie:

7 poszerzenie:

8 poszerzenie:

9 poszerzenie:

10 poszerzenie:

11 poszerzenie:

Instalacja rurociągu:

Całkowita objętość płuczki:

Objętość płuczki gdy był recykling:

→

Masa suchego bentonitu:

Założenie:

5 - 10kg bentonitu na 1m³ płuczki, przyjmuję 10kg dla 1m³ płuczki.

→

Masa suchego bentonitu potrzebnego do sporządzenia 246m³ płuczki wynosi 2560kg.

Obliczenia wytrzymałościowe dla rury HDPE:

Siła nacisku nadkładu:

Gdzie:

k - współczynnik spoistości gruntu dla przekroczeń wodnych k = 1

H - 15 średnic instalowanej rury (H = 9,75m)

Siła nacisku nadkładu wynosi 0,25 MPa na głębokości 9,75 metra.

Odkształcenie rury Δ/D pod wpływem działania nadkładu warstw:

gdzie:

D - średnica rury, [m];

Δ - deformacja osiowa [m];

P_N - ciśnienie nadkładu [MPa];

E - moduł sprężystości, przyjąć wartość długookresową, [MPa].

DR - stosunek średnicy rury do grubości ścianki.

Dopuszczalne odkształcenie rur HDPE to 7,5%

Okres czasu działania obciążenia, 1h:

Projektowana wartość DR = 17

E = 748 MPa

Okres czasu działania obciążenia, 10h:

Projektowana wartość DR = 17

E = 391 MPa

Okres czasu działania obciążenia, 100h:

Projektowana wartość DR = 17

E = 348 MPa

Okres czasu działania obciążenia, 50 lat:

Projektowana wartość DR = 17

E = 192 MPa

Odkształcenia rury pod wpływem siły wyporu, płuczki wiertniczej:

gdzie:

γ_p- ciężar właściwy płuczki w otworze

E - moduł sprężystości, przyjąć wartość długookresową, [MPa]

Odporność swobodnego rurociągu na zgniecenie w otworze wypełnionym płynem lub niezwiązanym materiałem półpłynnym:

Dopuszczalne ciśnienie netto - równanie Levy'ego

[MPa]

gdzie:

E - moduł sprężystości zależny od klasy materiału, temperatury oraz czasu trwania obciążenia [MPa].

μ - współczynnik Poissona: 0,45 - obciążenia długookresowe; 0,35 - obciążenia krótkotrwałe;

f_o - współczynnik kompensujący efekt owalności; f_o - 0,48

n - współczynnik bezpieczeństwa, przyjmowane zwykle na poziomie 2 lub więcej.

Dopuszczalne ciśnienie netto, okres czasu obciążenia 1h:

Dopuszczalne ciśnienie netto, okres czasu obciążenia 10h:

Dopuszczalne ciśnienie netto, okres czasu obciążenia 100h:

Dopuszczalne ciśnienie netto, okres czasu obciążenia 50 lat:

Przewód wiertniczy:

Przewód wiertniczy składa się z następujących elementów:

Rury płuczkowe o długości 9 metrów, średnicy zewnętrznej 127mm (5”), połączenie gwintowe IF , wykonane zgodnie z normą API o masie jednostkowej 29,05 kg/m.

Obciążniki niemagnetyczne o średnicy zewnętrznej 127mm (5”) i jednostkowej masie nominalnej obciążnika 78,9 kg/m. We wnętrzu obciążnika zostanie zainstalowana sonda pomiarowa.

Sonda pomiarowa połączona za pomocą kabla, wewnątrz części przewodu wiertniczego przez głowicę obrotową do kontenera pomiarowego firmy DDS (Directional Drilling Service).

Silnik wgłębny Dyna Drill F2000S o średnicy zewnętrznej 4 ¾” i ciężarze 465 kg.

Stabilizator

Świder gryzowy słupkowy wyprodukowany przez firmę „IDS” o średnicy 9 7/8”.

Poszerzacze firmy „IDS” typu Fly Cutters oraz Barrel Reamers o następujących średnicach 14”, 18”, 20”, 22”, 24”, 26”, 28”, 30”, 32”, 34”, 36”.

Projektowany ciężar całego przewodu wiertniczego to 10 ton.

Obliczenie mocy:

Moc potrzebna do realizacji procesu wiercenia:

Gdzie:

N_P - moc na przemieszczanie przewodu lub rury osłonowej,

N_N - moc potrzebna do obracania narzędzia wiercącego,

N_S - moc potrzebna do zwiercania struktury skalnej.

Moc potrzebna na przesuwanie przewodu wzdłuż trajektorii osi przewodu wiertniczego:

Moc potrzebna na obracanie przewodu wiertniczego:

Gdzie:

ω - prędkość kątowa przewodu wiertniczego [s^-1]

υ - prędkość przesuwania [m/s]

T - siła osiowa (ciągu lub nacisku) [N]

Gdzie:

M_N - moment obrotowy narzędzia wiercącego [N/m]

F_N - ciężar narzędzia wiercącego [N]

D - średnica otworu wiertniczego [m]

γ - ciężar właściwy poszerzacza [m]

L_N - długość robocza poszerzacza [m]

μ - współczynnik tarcia przewodu wiertniczego o ścianę otworu [-]

Dla poszerzaczy obrotowych:

Dla świdrów skrawających:

Gdzie:

k₁ - współczynnik nierównomierności pracy świdra (k₁ = 2),

A_S - pole powierzchni zwiercanej skały [m²],

R_C - wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie skały [N/m²],

Z_o - liczba ostrzy świdrów skrawających [-],

n - prędkość obrotowa narzędzia [1/s],

V_śr - prędkość wiercenia [m/s],

k₂ - współczynnik uwzględniający tarcie boczne k₂ należy (1 - 4),

μ - współczynnik tarcia [-],

P - nacisk na świder [N],

D - średnica świdra [N].

Obliczenia:

Proces wiercenia otworu kierunkowego potrzebuje dostarczenia mocy w minimalnej wielkości 4224,3kN.

Dobór urządzenia:

Do wykonania tej roboty została wybrana wiertnica WIRTH RC 7 znajdująca się na wyposażeniu firmy DALBIS.

Dane techniczne wiertnicy WIRTH RC 7:
Siła uciągu - 700 kN,

Siła nacisku - 300 kN,

Moment obrotowy - 34 000/7 500 Nm,

Obroty wrzeciona - 50 / 250 obr/min

Głowica obrotowa - Wirth 5

Możliwość regulacji kąta wejścia 5^o - 90^o

Rury płuczkowe - 5” API, 4 ½ IF

Kosztorys:

Koszt projektu - 10 000zł,

Koszt badań geologicznych - 5 000zł,

Koszt badań geofizycznych - 4 000zł,

Koszt testów laboratoryjnych - 3 000zł,

Koszt wody do sporządzenia płuczki wiertniczej - 1 250zł,

Koszt bentonitu do sporządzenia płuczki wiertniczej - 3 850zł,

Koszt przewiertu horyzontalnego - 625 000zł,

Koszt rur HDPE o średnicy 650mm - 150 000zł,

Koszt transportu - 10 000zł,

Koszt montażu i demontażu wiertnicy - 15 000zł,

Koszt serwisu pomiarowego - 20 000zł,

Koszt utylizacji zużytej płuczki wiertniczej - 10 000zł,

Koszt odbioru technicznego - 10 000zł.

Całkowity koszt inwestycji - 867 100 zł

Literatura:

• „Wiertnictwo” L. Szostak,

• „ Zarys geotechniki” Z. Wiłun,

• „Geoinżynieria” A. Gonet, S. Stryczek,

• „Projektowanie otworów wiertniczych” A. Gonet, S. Stryczek, M. Rzyczniak,

• PN-88/B-04481 Grunty budowlane - badania próbek gruntu,

• „Przekroczenie rzeki Dunajec w Nowym Sączu z zastosowaniem najnowszej technologii wykonywania horyzontalnych przewiertów sterowanych” A. Kłys, D. Niżnik. Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe 1/99.

2

---