Verlegung von großkalibrigen Pipelines nach dem HDD-Bauverfahren
Einsatz des Pipe Thrusters zur vorsorglichen Havariebewältigung
Im nachfolgenden Bericht wird die Einsatzmöglichkeit des Pipe Thrusters am Beispiel einer Havarie beim Einbringen einer 48“ Gasleitung in ein nach dem HDD-Verfahren erstelltes Bohrloch beschrieben. Zusätzlich wird auf wesentliche Entscheidungskriterien zur Einsatzweise des Pipe Thrusters eingegangen.
Pipe Thruster
Von P.W. de la Motte,
Ingenieurgesellschaft de la Motte & Partner, Reinbek
Bei der Verlegung von großkalibrigen Pipelines nach dem HDD-Verfahren muss aus unterschiedlichen Gründen damit gerechnet werden, dass es zu Havarien kommt, bei denen das eingesetzte HDD-Rig allein die Havarie nicht bewältigen kann, weil es entweder die erforderliche Zugkraft nicht aufbringen oder möglicherweise nötige Schubkraft verfahrensbedingt nicht aktivieren kann.
Der Einsatz eines Push und Pull -fähigen Gerätes, wie es der Pipe Thruster darstellt, bietet eine gute Lösung zur Bewältigung möglicher Havarien.
Pipe Thruster werden von der Fa. Herrenknecht für 3 Leistungsbereiche (Zugkraft bis 3500 KN, 5000KN und 7500KN) hergestellt und werden von verschiedenen Unternehmungen eingesetzt, die bereits ausreichende Erfahrung mit dem Betrieb des Pipe Thrusters z.B. bei der Anwendung des Direct Pipe oder Easy Long- Verfahrens verfügen. Nach Kenntnis des Verfassers wurden in Europa diese Verfahren bereits 10 mal bis zu einer Verlegelänge von 800m eingesetzt.
Einsatz des Pipe Thrusters zur Havariebewältigung
Der Pipe Thruster kann infolge seiner mittels 2 Hydraulikzylindern bewegbaren Klemmeinheit die Pipeline vorschieben oder zurückziehen. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass der Pipe Thruster eine Pipeline das Bohrrig unterstützend in das Bohrloch einschieben bzw. bei einer Havarie wieder aus dem Bohrloch herausziehen kann.
In ganz besonderen Fällen, die hier nachfolgend näher beschrieben werden, besteht sogar die Möglichkeit, die Pipeline bei Ausfall des Bohrrigs durch das aufbereitete Bohrloch bis in die vorhergesehene Endlage vorzuschieben.
Für die zu wählende Vorgehensweise müssen wesentliche Entscheidungskriterien näher erfasst und auf ihre unterschiedlichen Auswirkungen beim Einsatz des Pipe Thruster ingenieurtechnisch bewertet werden.
Um dieses wirkungsvoll vornehmen zu können, ist eine möglichst umfassende Dokumentierung der bis zur Havarie durchgeführten Arbeiten einschließlich der Vorplanung von großer Bedeutung.
Erfolgswahrscheinlichkeit des Nachschiebens einer Pipeline durch HDD- endaufgeweitetes Bohlloch mittels Pipe Thruster
Entscheidungskriterien
Zu den wesentlichen Entscheidungskriterien gehören Informationen aus der Bauvorbereitung sowie des Bauablaufes.
Zu den Informationen aus der Bauvorbereitung gehören:
- Berechnungsvorgaben über
- zulässige Biegeradien der Pipeline
- zulässige Zug- bzw. Druckkräfte
- zu erwartende Einziehkräfte
- Angaben zu den Auftriebs- bzw. Abtriebskräften
- Planunterlagen
- vorgesehene Bohrgradiente zwei- oder dreidimensional
- Verhältnis Pipelinedurchmesser zum geplanten Bohrlochdurchmesser
- Lage von Geraden - Bögen – Übergangsbögen
- Baugrundverhältnisse
- umfassende Kenntnisse über die örtlichen Baugrundverhältnisse, z.B. der Eigenstandfähigkeit des Bohrloches etc. sind von fundamentaler Bedeutung.
Zu den Informationen aus dem Bauablauf gehören neben der Protokollierung des detaillierten Bauablaufes wie in den einschlägigen Regelwerken und Empfehlungen aufgegeben nachfolgende zusätzliche Hinweise
- Kann der Spülungskreislauf aufrecht erhalten bleiben
- Was ist die vermeintliche Ursache der Havarie: Mängel am Gerät oder Baugrundprobleme
Basis zur Entscheidungsfindung vor Beginn der Havariebewältigung
Für die Beurteilung, ob eine havarierte Pipeline geborgen bzw. weiter vorgetrieben werden kann, sind folgende Fragestellungen von einem HDD-Fachmann sorgfältig abzuwägen:
Planerische Darstellung der Havarieposition in Bezug auf die Bohrgradiente
- Aufrechterhaltung des Spülungskreislaufes zumindest in Richtung Bohrrig gegeben
- Befrachtungsrate der Bohrspülung mit Cutting-Material
- Sind Bohrgestänge sowie Bohrwerkzeuge (Räumer) frei beweglich
- Kann der Pipe Thruster nahe dem Bohrloch installiert werden
Beispiel einer Havariebewältigung
Verbindliche Vorgaben zum Pipe Thruster-Einsatz
Neben der ausreichenden Fundamentierung sollte sichergestellt sein, dass die havarierte Pipeline nur mit einer limitierten Schubkraft weiter in das Bohrloch eingedrückt werden darf, damit bei einem Festwerden der Pipeline die Rückzugskapazität des Pipe Thrusters groß genug ist um die Pipeline zurückziehen zu können.
Der Verfasser empfiehlt, die Vorschubkraft auf max. 60 % der Rückzugskapazität des Pipe Thrusters und der Fundamentierung zu begrenzen.
Ablauf der Havariebewältigung
Situation einer HDD-Maßnahme zum Zeitpunkt der Havarie:
- Die Havarieposition befand sich im aufsteigenden Bereich der Gesamtbohrung nach etwa 65 % der Gesamtbohrlänge
- Es bestand keine Verbindung mehr zwischen Bohrwerkzeug und Pipeline
- Spülungsrückfluss zum Rig konnte aufrecht erhalten werden
- Rest-Bohrlochstrecke gab keinen Hinweis auf Bohrlocheinbruch
- Befrachtung der Spülflüssigkeit war verhältnismäßig hoch
- Pipeline stand unter Auftrieb, lag also wahrscheinlich am Bohrlochfirst an
- Biegeradius der Bohrung war weitaus höher als der rechnerisch zulässige Pipelinebiegeradius
- Pipe Thruster konnte unmittelbar vor dem Bohrungsaustritt installiert werden
Havariebewältigung
Beim Einsatz des Pipe Thrusters zeigte sich, dass die für das Rückziehen der Pipeline erforderliche Kraft ca. 12% höher lag als die zum Weiterschieben der Pipeline erforderliche Schubkraft.
Beim Weiterschieben der Pipeline fiel die Vortriebskraft wahrscheinlich durch das Aufbrechen der Haftreibung an dem Bohrlochfirst bei jedem Hub um bis zu 20% ab. Die Vortriebskraft erhöhte sich über die Gesamtlänge des Vorschiebens bis zur Endposition nur geringfügig, was mit der Abhängigkeit zwischen Auftrieb der Pipeline im Bohrloch und der Schubkrafteinwirkung auf die Pipeline zu erklären wäre.
Eine Führung der Pipeline durch das Bohrrig war nicht gegeben.
Die Pipeline folgte offensichtlich dem aufgefahrenen Bohrkanal in dem kontinuierlich mit dem Vorschub der Pipeline das Bohrwerkzeug unter Betrieb mit Bohrspülung in Richtung Bohrung zurückgezogen wurde.
Die nachfolgende Grafik zeigt, bei welcher Havarieposition der Verfasser das Weiterschieben einer Pipeline nach einer Havarie für erfolgswahrscheinlich hält.
Schlussbemerkung
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel konnte unter Einsatz eines Pipe Thrusters eine großkalibrige Pipeline durch ein aufbereitetes Bohrloch nach einer Havarie bis zur Endlage erfolgreich eingeschoben werden.
Zum erfolgreichen Ergebnis haben die besonderen örtlichen Verhältnisse von Boden und Gerätesituation sowie das besonnene Verhalten aller Beteiligten beigetragen.
Der Verfasser ist jedoch der Überzeugung, dass in den meisten Fällen der Rückzug der Pipeline die einzige Möglichkeit der Havariebewältigung darstellt. Es empfiehlt sich bei großkalibrigen HDD-Maßnahmen, vorsorglich den Einsatz eines Pipe Thrusters vorauszuplanen. Dabei sollte die Fundamentierung geplant sein und alles für die schnelle Herstellung der Fundamentierung erforderliche Material und Gerät vor Ort vorgehalten werden.