Công nghệ khoan ngang định hướng đặt ống ngầm

Công nghệ khoan ngang định hướng đặt ống ngầm

Trong thế giới công trình dân dụng, việc tìm kiếm các phương pháp an toàn và nhanh hơn để hoàn thành các dự án với tác động tối thiểu đến môi trường và công cộng là trọng tâm của hầu hết các chủ sở hữu, nhà thiết kế và nhà thầu. Tôi tin rằng khoan đặt ống ngầm (HDD) là một trong những công nghệ thú vị nhất cho phép chúng tôi lắp đặt đường ống, cống rãnh, đường ống dẫn nước, nguồn điện và viễn thông nơi các kỹ thuật cắt mở thông thường không khả thi.

Hầu hết các bạn đều biết về khoan định hướng ngang HDD, nhưng đối với những người mới làm quen với nó, đây là phần giới thiệu nhanh về khoan ngang định hướng HDD trước khi hỏi đáp với các chuyên gia: Phương pháp khoan ngầm HDD là tạo một lỗ khoan ngang từ vị trí này đến vị trí khác. Quá trình này thường bắt đầu bằng việc khoan một lỗ nhỏ dọc theo đường tâm mong muốn của mặt cắt được đề xuất dưới chướng ngại vật băng qua (ví dụ: đường cao tốc) bằng một chuỗi cần khoan thép liên tục. Vị trí của đầu khoan có thể được kiểm soát chính xác bằng các thiết bị và cảm biến giám sát và theo dõi đầu khoan. Thông qua những điều chỉnh nhỏ do người vận hành thực hiện, đầu khoan có thể đi xung quanh cây cối, dưới nền móng, các tiện ích chôn lấp, hồ nước hoặc các vật cản khác. Khi đầu khoan và thanh nhô ra ở phía đối diện của đường giao nhau, thường là một dao cắt đặc biệt, được gọi là doa sau, được gắn và kéo trở lại qua lỗ thí điểm. Doa khoan lỗ thí điểm để ống có thể được kéo qua. Đường ống thường được kéo qua từ phía của đường ngang đối diện với giàn khoan. Hoạt động doa thường bao gồm sử dụng một công cụ thích hợp để mở lỗ hoa tiêu có đường kính lớn hơn một chút so với đường ống dẫn. Có thể cần một số đường doa cho đường ống có đường kính lớn đòi hỏi các lỗ khoan lớn mà không thể tạo ra trong một lần vượt qua. Thông thường, “bùn khoan” như đất sét bentonit lỏng được bơm vào lỗ khoan trong khi cắt và doa để ổn định lỗ khoan và loại bỏ các vết cắt trên đất.

1. Bạn thấy thị trường khoan định hướng HDD sẽ đi đến đâu trong 5 đến 10 năm tới (thị trường mới, khoảng trống hiện có về khả năng của khoan ngầm HDD)?

Chúng tôi thấy ngành công nghiệp Khoan định hướng HDD tiếp tục phát triển và mở rộng. Chúng tôi dự đoán sự gia tăng đáng kể trong việc áp dụng cho cộng đồng đô thị, nơi các bên liên quan cần phải vượt qua những trở ngại và mong muốn giảm tác động của việc xây dựng đối với cộng đồng của họ. Chúng tôi đang nhìn thấy cơ hội sử dụng công nghệ khoan ngang định hướng đặt ống ngầm này trong một số ngành công nghiệp mới mà có lẽ một vài năm trước đây chúng tôi có chút do dự. Chúng tôi nhận thấy rằng giáo dục của chủ sở hữu và nhà thiết kế vẫn còn là một “khoảng cách” và việc thông báo cho các bên liên quan này về khả năng, rủi ro và ứng dụng của công nghệ sẽ đóng vai trò quan trọng trong vài năm tới để tiếp tục mở rộng sang các thị trường mới.

Những cải tiến liên tục liên quan đến công nghệ không dây sẽ được tích hợp vào các dự án khoan định hướng ngang HDD, chẳng hạn như hướng dẫn định hướng và giám sát áp suất hình khuyên. Sự phát triển của các kỹ thuật hybrid sẽ tiếp tục vượt qua những thách thức liên quan đến khoan ngầm HDD, chẳng hạn như các phương pháp kết hợp những ưu điểm của khoan định hướng HDD và microtunneling để tạo ra các giải pháp thay thế không rãnh độc đáo.

Tiến bộ gần đây trong công nghệ doa cho phép đẩy đường kính doa vượt quá 60-inch. Các cải tiến khác bao gồm cải tiến về hóa học dung dịch khoan bentonit, để xử lý tốt hơn các vấn đề về mất lưu thông và ổn định trong các dạng hạt thô và kết hợp các kỹ thuật cải thiện mặt đất vào thiết kế khoan định hướng HDD. Những điều này mở rộng thêm khả năng của ngành công nghiệp HDD trong việc giải quyết các điều kiện phức tạp dưới bề mặt.

Các lỗ khoan đá ngày càng trở nên phổ biến và thiết bị đã phát triển để đáp ứng thách thức, các thiết bị khoan que kép hoặc thanh trong-que sử dụng thanh bên trong để xoay mũi đá trên đầu đá phụ bị uốn cong. Máy khoan búa không khí và máy khoan búa quay vòng ở tần số cao - tần số cao có nghĩa là các cành giâm nhỏ hơn dễ dàng vận chuyển ra khỏi lỗ khoan. Để cung cấp không khí cho máy nén của búa, các nhà sản xuất có các đơn vị cung cấp CFM và PSI cao hơn trong một diện tích nhỏ cũng tiết kiệm nhiên liệu hơn và hoạt động ở decibel thấp hơn.

2. “Bài học kinh nghiệm” quý ​​giá nhất đối với việc thiết kế và xây dựng các dự án khoan ngang định hướng HDD là gì? Một số lĩnh vực cải tiến / nâng cao trong tương lai là gì?

Thiết kế lỗ khoan là rất quan trọng và đó là lý do tại sao các ứng dụng phần mềm đã được phát triển để đưa người dùng qua quá trình thiết kế và lập kế hoạch của khoan định hướng HDD một cách tuần tự. Các ứng dụng khác dựa trên web đã được phát triển để các nhà thầu nắm bắt và quản lý tài liệu công trường điện tử ở một nơi để dễ dàng chia sẻ với những người khác. Với công nghệ lập bản đồ, bạn có thể đánh dấu các tiện ích, lập kế hoạch lỗ hổng trong thời gian thực và xuất báo cáo để cộng tác tốt hơn và tiết kiệm thời gian trước, trong và sau khi làm việc.

Sự không ổn định của lỗ khoan và mất dung dịch khoan bentonit  tiếp tục là những mối quan tâm chính đối với công nghệ khoan đặt ống ngầm HDD do sự hiện diện của một lỗ mở không được nắn trong quá trình khoan, doa và kéo vào trong vật liệu sỏi. Việc khảo sát địa kỹ thuật và khoanh vùng dưới bề mặt bao gồm sỏi là đầu vào cần thiết cho quá trình thiết kế, lập kế hoạch xây dựng và thực hiện khoan định hướng HDD. Nếu nhu cầu xây dựng qua đất sỏi được yêu cầu, đánh giá tính khả thi của công nghệ không rãnh và các chiến lược giảm thiểu hiện có để quản lý các tác động rủi ro là cần thiết để giảm thiểu hoặc ngăn ngừa chi phí vượt mức, chậm tiến độ, tác động đến môi trường và xã hội. Do sự phức tạp của việc xây dựng khoan định hướng ngang HDD trong đất sỏi, điều quan trọng là phải thiết lập chính xác cấu trúc địa tầng và đặc điểm của đất sỏi để có thể kết hợp các biện pháp thiết kế thích hợp vào thiết kế đường khoan cũng như phát triển các chiến lược giảm thiểu trong quá trình xây dựng có thể bao gồm quản lý dung dịch khoan cụ thể và thực hành khoan. Các cải tiến về lắp đặt vỏ ruột dẫn bằng cách sử dụng các phương pháp không rãnh / lai khác (ví dụ: đâm ống, khoan, ống đẩy) cung cấp một giải pháp thay thế cho búa thông thường có thể đáp ứng chiều dài và đường kính lớn hơn và cải thiện hiệu quả lắp đặt tổng thể. Trong năm gần đây, tiến bộ đáng kể đã đạt được trong việc phát triển vật liệu Loss of Circulation (LOC) được sử dụng để ổn định các thành tạo có tính thấm cao và kết hợp các kỹ thuật cải tạo mặt đất vào thiết kế HDD.

Lập kế hoạch, tham gia và giao tiếp phù hợp là một số trong những yếu tố quan trọng để thiết kế và thực thi thành công một Công nghệ khoan ngang định hướng đặt đường ống ngầm. Đối với những cải tiến của dự án trong tương lai, chúng tôi khuyến khích các chủ dự án tham gia vào nhóm thiết kế và xây dựng khoan định hướng HDD ngay khi dự án cho phép. Khoan định hướng ngang HDD thường được coi là do một số dự án có chi phí và rủi ro cao nhất và khả năng phát triển chiến lược thiết kế và thực hiện cùng nhau (kết hợp các bên liên quan từ chủ sở hữu, kỹ sư và nhà thầu) có khả năng giảm thiểu rủi ro và khai thác các cơ hội tích cực. Thiếu giao tiếp với tất cả các bên liên quan là nguyên nhân sâu xa của nhiều bài học kinh nghiệm mà chúng tôi gặp phải trong các dự án.

3. Đề xuất của bạn về kỹ thuật "bùn" và hóa học của dung dịch khoan?

Dung dịch khoan cần được thiết kế cho từng ứng dụng khoan ngầm HDD, dựa trên địa chất, môi trường, loại thiết bị được lựa chọn và chiến lược thực hiện của nhà thầu. Hóa học của dung dịch khoan cần được thiết kế theo các điều kiện cơ học của thiết bị và được phát triển để thực hiện trong phạm vi địa tầng địa chất dự kiến ​​và độ nhạy cảm với môi trường của vị trí. Vận chuyển nước, dung dịch khoan và chất thải có thể dẫn đến các yêu cầu về chi phí và hậu cần đáng kể cho các dự án khoan ngầm HDD quy mô lớn. Chúng tôi tìm kiếm cơ hội cải tiến trong kỹ thuật dung dịch khoan và khả năng của hệ thống bùn cho phép tái sử dụng chất lỏng, cùng với việc giảm khối lượng thải bỏ và yêu cầu nước.

Dung dịch khoan là máu sống của quá trình khoan định hướng HDD và việc phát triển thành phần và quản lý dung dịch khoan thích hợp và dành riêng cho từng địa điểm là bắt buộc đối với tất cả các dự án khoan đặt ống ngầm HDD tối đa. Thực hành này đòi hỏi phải xem xét cẩn thận các đặc tính địa kỹ thuật và đặc điểm của đất dưới bề mặt và điều kiện nước ngầm liên quan đến kế hoạch thực hiện khoan định hướng ngang HDD. Trong quá trình xây dựng HDD, các đặc tính của dung dịch khoan phải được kiểm tra thường xuyên bởi chuyên gia dung dịch khoan có kinh nghiệm của khoan ngầm kéo ống HDD (đối với độ nhớt phễu, trọng lượng đơn vị, hàm lượng cát, độ bền gel và ứng suất cắt bằng cách sử dụng nhớt kế để xác định độ nhớt biểu kiến, độ nhớt dẻo và điểm chảy) cho phép tối ưu hóa tại chỗ việc loại bỏ hom, phát triển bánh lọc và tái chế chất lỏng hiệu quả. Chi phí xử lý chất rắn và dung dịch khoan tiếp tục tăng tùy thuộc vào các yêu cầu quy định và cách xử lý các chiến lợi phẩm. Kế hoạch quản lý dung dịch khoan phải ước tính chính xác khối lượng và chi phí thải bỏ để khả thi về môi trường và kinh tế. Việc sử dụng hệ thống đông đặc cho phép tái chế dung dịch khoan và chất rắn được xử lý bằng xe ben thay vì xe tải và có thể cung cấp nhiều lựa chọn xử lý hơn (bãi chôn lấp thông thường hoặc lớp phủ mặt đất). Việc phát triển một kế hoạch quản lý bùn toàn diện là yếu tố then chốt trong bất kỳ chiến lược nào nhằm giảm thiểu tình trạng chậm trễ tiến độ và tình trạng thấu chi ngân sách, đặc biệt là đối với các điểm giao cắt đường ống lớn ở các khu vực nhạy cảm về môi trường.

Chất lỏng “bùn” có thể và thường tạo ra hoặc vỡ ra khi nói đến sự thành công của một dự án khoan ngang định hướng HDD và khá thường xuyên chất lỏng không được tập trung hoặc chú ý. Chi đô la cho chất lỏng và một kỹ sư được chi tiêu tốt, nếu bạn nghĩ nó giống như bảo hiểm thì nó có ý nghĩa hơn, nhưng thời điểm duy nhất bạn cần là khi bạn không có nó. Nếu việc lắp đặt sản phẩm không thành công do quản lý chất lỏng kém, chi phí của việc làm sai sẽ nặng hơn nếu làm đúng.

4. Những tiến bộ công nghệ nào được dự đoán cho thiết bị HDD trong vài năm tới?

Chúng tôi dự đoán một số lĩnh vực phát triển công nghệ trong vài năm tới. Thứ nhất, liên tục nghiên cứu và phát triển các hệ thống lái tốt hơn và thay thế nhằm tăng độ chính xác, dung sai lái chặt hơn và độ tin cậy của vị trí lỗ khoan ở độ sâu đáng kể. Thứ hai, sự phát triển của các công nghệ thay thế trong những năm gần đây đang chiếm thị phần của thị trường khoan định hướng HDD trước đây và chúng tôi kỳ vọng sẽ thấy được phản ứng từ ngành công nghiệp HDD để nỗ lực cạnh tranh trong phân khúc này. Điều này có thể bao gồm các lỗ hoa tiêu có đường kính lớn hơn, các phương pháp lai tạo cho phép doa nhanh hơn và một phương pháp nhất quán và đáng tin cậy để giảm nguy cơ vô tình giải phóng chất lỏng ra bề mặt.

Thiết bị định vị sẽ tiếp tục phát triển, những giới thiệu gần đây như hệ thống đi bộ đa tần số để xử lý nhiễu chủ động, thụ động và kết hợp tọa độ GPS vào một bản ghi lỗ khoan chẳng hạn. Thế hệ tiếp theo của hệ thống định vị đi bộ (không chắc chúng sẽ được gọi là gì) đang được phát triển sẽ không có người vận hành trên bộ thu. Các hệ thống kiên cố hóa sẽ trở nên phổ biến hơn khi việc đổ các ổ gà và dung dịch khoan trở nên tốn kém hơn. Là một phần của chi phí liên quan đến việc thu hồi chất lỏng / đào chân không, các hệ thống tái chế giàn khoan nhỏ cho các giàn khoan dưới 100.000 đô la sẽ trở nên phổ biến hơn.

5. Những rủi ro / cơ hội quan trọng mà chủ sở hữu cần cân nhắc trước khi lựa chọn khoan định hướng cho dự án của mình?

Sự an toàn và tính toàn vẹn của đường ống là quan trọng đối với những chủ sở hữu cố gắng bảo vệ môi trường và cộng đồng trong phạm vi dự án tuyến tính của họ. Việc lắp đặt khoan ngầm kéo ống HDD là các giải pháp hiệu quả, ít tác động và khả thi trong nhiều điều kiện ngầm. Tuy nhiên, khoan định hướng có những hạn chế đặc biệt có thể gây ra rủi ro xây dựng đáng kể. Vì HDD yêu cầu một lỗ khoan chứa đầy chất lỏng đòi hỏi áp lực bơm để sản xuất, nên việc hiểu các điều kiện bề mặt dọc theo sự liên kết đường khoan là rất quan trọng trong giai đoạn thiết kế để xác định và giảm thiểu những thách thức tiềm ẩn trong quá trình thiết kế và xây dựng. Rủi ro tiềm ẩn (ví dụ: thành tạo dạng hạt thô, tầng chứa nước dạng vòm / vòm, đất phản ứng cao, vỉa than) có thể được giảm thiểu đáng kể nếu một nhóm không đào rãnh có kinh nghiệm điều tra hiện trường, thiết kế HDD xem xét điều kiện bề mặt và nhà thầu sử dụng các công cụ, phương pháp thích hợp và các công nghệ giám sát để tăng cường khả năng thực thi của khoan ngầm HDD, đồng thời duy trì các kế hoạch phản hồi và dự phòng không cố ý trong quá trình xây dựng. Một quy trình hợp tác quản lý rủi ro do chủ đầu tư khởi xướng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ và được thực hiện qua các giai đoạn điều tra, thiết kế chi tiết và xây dựng mang lại cơ hội cao nhất để hoàn thành thành công dự án khoan định hướng HDD. Các rủi ro đã biết có thể được tránh, giảm thiểu, giả định hoặc chuyển giao, dựa trên các ràng buộc vật lý / môi trường và hồ sơ rủi ro của chủ sở hữu.

Tất cả các dự án đều có rủi ro và việc sử dụng khoan định hướng không loại bỏ được chúng. Cơ hội là khả năng điều hướng dưới lòng đất, cho phép lắp đặt sản phẩm ở những khu vực mà lối mở truyền thống không thể tiếp cận. Trong hầu hết các trường hợp, người dùng cuối không biết rằng một dự án khoan ngầm qua đường HDD thậm chí đã diễn ra. Một số lợi ích bổ sung là giảm lượng khí thải carbon, luồng giao thông không bị gián đoạn và chi phí phục hồi được giảm đáng kể. Những rủi ro như vô tình trả lại hàng hoặc không thể cài đặt thành công sản phẩm lần đầu tiên vượt trội hơn hẳn những lợi ích của việc sử dụng ổ cứng.

Mỗi dự án đều có những rủi ro và cơ hội riêng. Là nhà tư vấn không có rãnh, điều quan trọng là phải hiểu và truyền đạt những rủi ro và cơ hội đó cho các bên liên quan và sau đó quản lý sự phát triển và thực hiện một cách thích hợp. Điều quan trọng là chủ sở hữu phải xem xét các dự án liên quan đến hình dạng khoan ngầm, điều kiện bề mặt và tính nhạy cảm với môi trường.

Một trong những thách thức mà chúng tôi phải đối mặt là khi các dự án bị ràng buộc với các tuyến đường cố định để tránh một số chướng ngại vật nhỏ hơn trong một khu vực, dẫn đến việc băng qua ổ cứng khó về hình học, địa chất hoặc môi trường ở khu vực khác. Điều quan trọng cần lưu ý là một phương pháp khoan ngang định hướng HDD dài hơn không nhất thiết phải là quá trình khó khăn hơn hoặc tốn kém hơn, đây là một quan niệm sai lầm phổ biến khi thiết lập các liên kết dự án. Cơ hội thường tồn tại để mở rộng độ dài giao nhau nhằm giảm đáng kể độ phức tạp và chi phí của khoan ngầm.

Xem thêm công nghệ khoan ngầm kéo ống