Das Projekt
Zwanzig Kilometer nordöstlich der Stadt Bonnyville, Alberta, musste eine Stahlrohrleitung unter dem Beaver River verlegt werden. Die betreffende Kreuzung war Teil des größeren Ausbauprogramms der Inter Pipeline Cold Lake und Polaris, einem 560 Kilometer langen Ölpipeline-Projekt von Edmonton nach Fort McMurray, Alberta. Ursprünglich sollte der Beaver River mittels horizontaler Richtbohrungen (HDD) durchquert werden.
HDD vs. Direct Pipe
Wir werden jetzt kurz technisch werden und dann zur Fallstudie Beaver River Crossing zurückkehren. Die konventionelle grabenlose HDD-Methode erfordert daher oft tiefe Installationen, um den Bau in einem Untergrund zu ermöglichen, der den zu erwartenden Ringraumdrücken standhält. Das Bohren durch geeignete geotechnische Formationen in bestimmten Tiefen während einer HDD-Installation trägt dazu bei, das Potenzial einer unbeabsichtigten Freisetzung von Bohrflüssigkeit zu verringern, die sonst auftreten könnte. Um den Betrieb innerhalb einer gewünschten geotechnischen Formation aufrechtzuerhalten, die den zu erwartenden Ringraumdrücken standhält, werden HDD-Installationen mit einem parabolischen Bogen konstruiert, der die Gesamtlänge der Installation verlängert und gleichzeitig sicherstellt, dass die Eintritts- und Austrittswinkel relativ klein gehalten werden und die maximale Biegebeanspruchung des Rohrstrangs nicht überschritten wird.
Im Gegensatz dazu kann die Direct Pipe®-Installationsmethode in verschiedenen Arten von geotechnischen Formationen in viel geringerer Tiefe mit geringem Risiko eines unbeabsichtigten Flüssigkeitsaustritts eingesetzt werden. Da der Ringraum bei einer Direct Pipe®-Installation kontinuierlich gestützt wird und nur ein minimaler statischer Druck auf die Erdwand ausgeübt wird, ist die Gefahr eines unbeabsichtigten Flüssigkeitsaustritts deutlich geringer. Da die geotechnische Formation, die Tiefe und der damit verbundene Ringraumdruck bei der Planung weniger berücksichtigt werden müssen, können Direct Pipe®-Installationen für eine kürzere Querung als HDD ausgelegt werden, insbesondere wenn ein unbeabsichtigter Flüssigkeitsverlust oder das Risiko, in größerer Tiefe auf schlechtere Bedingungen zu stoßen, im Vordergrund stehen. Eine kürzere Kreuzung kann Schäden an einer Produktleitung verhindern, die unbeabsichtigte Freisetzung von Flüssigkeiten verringern, Material einsparen und logistische Herausforderungen lösen.
So ermitteln Sie den besten Ansatz für Beaver River
Okay, zurück zu unserer Fallstudie. Das Team war in der Lage, eine fundierte Planungsentscheidung zu treffen; Rangeland Conservation Service (RCS) Ltd, ein Umwelt- und Geotechnikunternehmen aus Airdrie, Alberta, wurde beauftragt, einen ersten geotechnischen Bericht und einen Machbarkeitsbericht für die gegebene Kreuzung zu erstellen. Das Feldprogramm wurde zwischen dem 7. und 10. November 2011 durchgeführt und bestand aus zwei Bohrungen mit einer Tiefe von 40 Metern, eine auf jeder Seite des Flusses (Abbildung 1).
Potenzielle Hindernisse, die im Entwurfsbericht aufgedeckt werden
Im vorläufigen Planungsbericht wurde die horizontale Richtbohrung (HDD) aus geotechnischer Sicht als machbar eingestuft, jedoch mit folgenden Vorbehalten versehen. Aufgrund der vorgefundenen Bodenverhältnisse wurde eine „Bohrverbotszone“ ausgewiesen, da die Gefahr einer unbeabsichtigten Freisetzung von Ringraumdruck unterhalb des Flusses sehr groß ist. Das Profil der bohrfreien Zone ist in Abbildung 2 dargestellt. Ferner wurde erklärt, dass alle vorgeschlagenen HDD-Pfade außerhalb der Zone verlaufen sollten. Um die geforderte Überdeckung zu erreichen, legte RCS außerdem einen relativ steilen Ein- und Austrittswinkel von 18 Grad für den Bohrer fest.
Detaillierter Entwurf Ein Jahr in der Entwicklung
Michels und seine Partner arbeiteten etwa ein Jahr lang an der vorläufigen Planung. Direct Pipe wurde für das Projekt ausgewählt, um die geotechnischen und verlegungstechnischen Herausforderungen sowie die besonderen ökologischen und kulturellen Empfindlichkeiten im Zusammenhang mit dem Wassereinzugsgebiet zu bewältigen. Die Geologie des Gebiets umfasst Sand, Ton, Tonschiefer, Geröll, Muscheln und Holz.
Nach Prüfung der gegebenen Machbarkeit und der logistischen Probleme bei der Überquerung des Beaver Rivers mit HDD wurden andere grabenlose Methoden gesucht, um die Herausforderungen bei dieser speziellen Überquerung zu verringern. Obwohl Direct Pipe® neu auf dem nordamerikanischen Markt ist und in Kanada noch nie verwendet wurde, schien es eine machbare Option zu sein.
Maßgeschneiderte Lösungen für das Projekt
Als sich die Gelegenheit ergab, die erste Installation vorzunehmen, setzte Michels Canada eine 42-Zoll-Maschine von Herrenknecht ein, einem Hersteller von Tunnelbohrmaschinen und Bergbauausrüstung, die speziell für den Betrieb in Beaver River entwickelt wurde. Im Gegensatz zur Konstruktion des Vorgängers würde diese Direct Pipe®-Installation mit einem Eintrittswinkel von nur 4 Grad und einem Austrittswinkel von 8 Grad ausgeführt werden (wobei zu berücksichtigen ist, dass die Direct Pipe®-Ausrüstung nur auf der Eintrittsseite benötigt wird). Die flachen Eintrittswinkel würden es außerdem ermöglichen, die Querung mit fünf Metern Abraum unter dem Flussbett durchzuführen, in einigen Bereichen sogar mit einer Tiefe von 4,6 Metern, im Gegensatz zu einer Mindesttiefe von etwa 12 Metern, wie sie bei HDD vorgeschrieben ist (Abbildung 3).
Errungenschaften
- Erreichen des Auffangbeckens nach nur 13 Tagen Bohrzeit
- An ihrem besten Tag erreichten die Besatzungen bis zu 86 Meter Pipelineverlegung
- Durch den Einsatz von Direct Pipe konnten scheinbar schwierige und langwierige zusätzliche HDD-Konstruktionen vermieden werden, was für alle Beteiligten Zeit und Geld spart.
- Der Einsatz von Direct Pipe durch Michels Canada beim Projekt Beaver Creek war das erste Mal, dass dieser Ansatz in Kanada erfolgreich angewendet wurde
