Rủi ro trong quá trình kéo ống của khoan định hướng ngang

[Nochu]

Sự thành công của hoạt động kéo ống trong khoan định hướng ngang có thể được tăng lên nhờ thực hiện phân tích rủi ro. Các vấn đề có thể xảy ra trong quá trình kéo lùi, thay đổi từ lực kéo cao đến hoạt động kéo lại chưa hoàn thành và từ hư hỏng nhẹ lớp phủ đến đường ống bị xuống cấp. Bản chất của những vấn đề này liên quan đến sự tương tác giữa đường ống và đất. Tương tác đất của đường ống có thể được định nghĩa là ứng xử kết hợp của đường ống và đất xung quanh về ứng suất và biến dạng. Việc xem xét tất cả các khía cạnh của hành vi đất của đường ống kết hợp đã tạo thành cơ sở của phân tích rủi ro toàn cầu của hoạt động kéo lùi. Bên cạnh các lực tác dụng bình thường cao lên thành lỗ khoan trong trường hợp bán kính uốn nhỏ hoặc lỗ khoan có hình dạng bất thường, sự xuất hiện của các chướng ngại vật và sự mất ổn định của lỗ khoan được xác định là những rủi ro lớn trong quá trình kéo lùi. Việc phân tích rủi ro dẫn đến một loạt các biện pháp giảm thiểu rủi ro cho các cuộc diễn tập định hướng ngang trong tương lai.

1. Giới thiệu

Sự thành công của khoan định hướng ngang (HDD) phần lớn phụ thuộc vào sự thành công của hoạt động kéo lùi, khi ống sản phẩm được lắp đặt trong lỗ khoan đã tạo. Chi phí cho các đường ống bị hư hỏng và chi phí cho các biện pháp bổ sung trong và sau khi hoạt động kéo trở lại có thể là đáng kể. Để giảm chi phí bất ngờ liên quan đến các vấn đề trong quá trình vận hành kéo lùi, cần tiến hành phân tích rủi ro chi tiết. Kết quả phân tích rủi ro có thể được sử dụng để thực hiện một loạt các biện pháp giảm thiểu rủi ro.

2. Bối cảnh

Gần đây, công ty Minh Phương đã xây dựng một đường ống dẫn khí nối mạng lưới phân phối khí đốt của tuyến ống Cái Mép-Phú Mỹ và trạm phân phối khí Phú Mỹ. Một phần của đường ống dẫn khí đốt được xây dựng qua đường TL965 kéo ống D508 bọc ống lồng PVC D630mm. Phần lớn hơn của đường ống dẫn khí được xây dựng trong một rãnh, nhưng một số đường ô tô, đê và sông được cắt ngang bằng phương pháp khoan định hướng ngang.

Trong quá trình kéo ống ở một số điểm khoan ngầm, một số vấn đề đã phát sinh. Các vấn đề thay đổi từ lực kéo cao đến hoạt động kéo lùi không hoàn thành do đường ống bị kẹt và từ các hư hỏng nhẹ của lớp phủ cho đến đường ống bị hư hỏng và đường ống khoan đã xuống cấp. Bản chất của các vấn đề được đề cập là liên quan đến sự tương tác của đường ống.


3. Tương tác đường ống - đất trong quá trình kéo lùi

Tương tác đất trong đường ống được định nghĩa là ứng xử kết hợp của đường ống và đất xung quanh về ứng suất và biến dạng. Trong quá trình hoạt động kéo trở lại, đường ống di chuyển tiếp xúc với thành của lỗ khoan và đẩy với một lực nhất định vuông góc với thành của lỗ khoan. Các lực vuông góc này (lực pháp tuyến) xác định độ lớn của lực cắt theo phương dọc trục trong quá trình kéo trở lại và dẫn đến biến dạng của đất. Sự phân bố và độ lớn của các lực pháp tuyến lên thành lỗ khoan có tầm quan trọng lớn trong tương tác đất của đường ống.

Tương tác đất của đường ống chủ yếu được xác định bởi các khía cạnh sau:

• Độ cứng và cường độ ở mức độ nhỏ của đường ống
• Độ cứng và sức bền của đất
• Xuất hiện chướng ngại vật trong đất
• Hình dạng của lỗ khoan theo hướng trục và hướng tâm
• Trọng lượng hiệu quả của đường ống
• Ổn định lỗ khoan

Đoạn tiếp theo đề cập đến các khía cạnh khác nhau và ảnh hưởng của chúng đối với sự tương tác giữa đường ống và đất.

3.1 Độ cứng của đường ống

Độ cứng của đường ống và ở mức độ nhỏ độ bền của đường ống quyết định phản ứng của đường ống khi uốn cong trong lỗ khoan được tạo ra. Mômen uốn khi khoan uốn theo phương ngang được xác định như sau:

• M = EI / R
• M = Mô men uốn [kNm]
• E = Môđun đàn hồi của vật liệu ống [kN / m2]
• I = Mômen quán tính [m4]
• R = Bán kính uốn [m]

Độ lớn của mômen được xác định bởi độ cứng (EI) của đường ống và bán kính uốn. Độ cứng cao hơn hoặc bán kính uốn nhỏ hơn dẫn đến mômen uốn cao hơn và do đó dẫn đến lực pháp tuyến cao hơn trên thành lỗ khoan. Vì Độ cứng của ống phụ thuộc vào vật liệu làm ống và mômen quán tính, nên cả đường kính và độ dày thành ống đều là những thông số quan trọng.

Trong trường hợp ứng suất trong đường ống do uốn cong và lực kéo trong quá trình kéo lùi ngày càng tăng, ứng suất chảy của vật liệu làm ống có thể bị vượt quá. Trong tình huống không mong muốn này, sự phân bố ứng suất pháp tuyến trên thành lỗ khoan lệch khỏi tình trạng bình thường.

3.2 Độ cứng và sức bền của đất

Mômen uốn và sự phân bố lực pháp tuyến lên thành lỗ khoan dẫn đến áp suất phản lực của đất. Sử dụng lý thuyết được mô tả bởi Hetényi, có thể rút ra biểu thức sau cho phản ứng đất cực đại:

Qr = 0,322 [λ2 / De] M

Với:

• Qr: áp suất phản ứng của đất [kN / m2]
• De: đường kính ngoài [m]
• M: mô men uốn [kNm]
• λ: chiều dài đặc trưng [1 / m]

Cần lưu ý rằng, đặc biệt là ở phần đầu của đường ống (tại chỗ nối với cấu hình ống khoan doa nòng), hiện tượng biến dạng của đất có thể là dẻo. Tính chất dẻo của đất dẫn đến biến dạng không thể phục hồi, do đó có thể dẫn đến sự dịch chuyển của đường ống cứng bên cạnh lỗ khoan đã được tôi luyện trước. Tại thời điểm thay đổi ống khoan tại giàn khoan, lực kéo giảm xuống làm cho ống uốn cong vào thành lỗ khoan. Do độ cứng của đường ống thép cao hơn đáng kể so với đường ống tổng hợp, áp suất phản ứng của đất gây ra do uốn cong cao hơn đáng kể đối với đường ống thép.

Cơ chế biến dạng được mô tả ở trên là lý do cho Brink et. Al để rút ra biểu thức cho bán kính uốn tối thiểu cho hoạt động kéo trở lại của đường ống thép trong một loại đất:

R = C ⋅ √De ⋅ dn

Trong đó:

• R: là bán kính uốn nhỏ nhất [m]
• De: là đường kính ngoài của ống [m]
• dn: là chiều dày danh nghĩa của thành [m]
• C: là hằng số phụ thuộc đất [-]

Bán kính uốn tối thiểu có thể được sử dụng cho một thiết kế với sự dịch chuyển tối thiểu của đường ống thép bên cạnh lỗ khoan được tạo sẵn.

Đối với đất mềm, hằng số C có giá trị cao hơn, đối với đất có độ cứng (và cường độ) cao hơn, hằng số C thấp hơn đáng kể.

Xem chi tiết tại >>