DE102007025917A1

DE102007025917A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Umhüllung einer Rohrleitung während des Einzugs in ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch

Info

Publication number: DE102007025917A1
Application number: DE102007025917A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Koegler
Original assignee: Individual
Current assignee: Steffel Kks De GmbH
Priority date: 2007-06-02
Filing date: 2007-06-02
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2027-06-03
Also published as: EP2150674A2; EP2150674B1; WO2008148514A3; WO2008148514A2; DE502008003015D1; ATE503909T1; DE102007025917B4

Abstract

Bei einem Verfahren sowie einer dabei einsetzbaren Vorrichtung zur Überprüfung der Umhüllung (4) einer Rohrleitung (3) wird während des Einzugs in ein mit Flüssigkeit (7) gefülltes Bohrloch (6) die Rohrleitung (3) über einen elektrisch nicht leitfähigen Ziehkopf (2) in das Bohrloch (6) eingezogen, wodurch während der Verlegung von einer Messapparatur (5) eine Überprüfung der Unversehrtheit der Umhüllung (4) der Rohrleitung (3) möglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine dabei einsetzbare Vorrichtung zur Überprüfung der Korrosionsschutzumhüllung einer Stahlrohrleitung während des Einzugs in ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch.
Stand der Technik
Für die grabenlose Verlegung von Rohrleitungen (Pipelines) im Boden hat sich seit Jahrzehnten die so genannte Horizontalbohrtechnik (HDD = Horizontal Directional Drilling) bewährt. Bei diesem Verlegeverfahren wird eine vormontierte Rohrleitung in ein Bohrloch eingezogen. Zum Schutz gegen Korrosion sind die meisten dieser Rohrleitungen durch entsprechend geeignete Umhüllungen (z. B. aus Polyethylen) geschützt.
Während des Einziehvorgangs kann es zu Beschädigungen dieser Schutzumhüllung kommen, wenn z. B. scharfkantige Steine oder andere Hindernisse diese durch Druck oder Scherung zerstören.
Falls eine solche Beschädigung stattgefunden hat, kann die Rohrleitung durch zusätzliche Maßnahmen (Stichwort: aktiver Korrosionsschutz) ausreichend gegen Korrosion geschützt werden, wenn die Beschädigungen nicht zu groß sind. Bei großen Beschädigungen muss die Rohrleitung jedoch noch einmal aus dem Bohrloch entfernt werden, um die schadhaften Stellen zu reparieren. Dieser Rückzug der Rohrleitung gelingt jedoch in der Regel nur, wenn er unmittelbar nach dem Einziehvorgang erfolgt, da ansonsten die Rohrleitung im Boden einsedimentiert und nicht mehr bewegt werden kann. In jedem Fall sind solche Havariemaßnahmen mit erheblichen Kosten verbunden.
Ob solche Beschädigungen während des Einziehvorgangs aufgetreten sind oder nicht, lässt sich bisher erst nach Abschluss des Verlegevorgangs feststellen, indem entsprechende Messungen (Stichwort: Probeeinspeisung) durchgeführt werden, mit deren Hilfe die Polarisierbarkeit des Stahls und damit der Zustand der Umhüllung bestimmt werden kann.
Prinzipiell erfolgen solche Messungen, indem die Rohrleitung an beiden Enden freigelegt und gesäubert wird, so dass der Rohrstahl keine elektrisch leitfähige Verbindung zum Boden aufweist (z. B. über die Bohrflüssigkeit). Zur Feststellung der Polarisierbar keit wird sodann der Minuspol einer Gleichspannungsquelle an die zu überprüfende Rohrleitung und der Pluspol an einen provisorischen Erder angeschlossen. Durch Ein- und Ausschalten des Stroms in bestimmten zeitlichen Intervallen sowie Messung der zugehörigen Ein- und Ausschaltpotentiale lässt sich auf den Zustand der Rohrumhüllung schließen.
Diese Messungen sind bisher nur nach der Verlegung möglich, da ansonsten das Bohrgerät über das Bohrgestänge im Bohrloch sowie den Ziehkopf mit der Rohrleitung derart verbunden ist, dass ein am Rohrleitungsende eingespeister Strom direkt durch diese metallischen Verbindungen wieder in den Boden fließen würde und dieser Stromfluß somit keinerlei Informationen zum Zustand der Rohrumhüllung liefern könnte.
Technische Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Messungen bereits während des Verlegevorgangs zu ermöglichen, um im Falle einer Beschädigung der Umhüllung den Einziehvorgang zeitnah zum Schadeneintritt unterbrechen zu können und die Rohrleitung wieder aus dem Bohrloch zurückzuziehen. Dadurch, dass dieser Rückziehvorgang zu einem früheren Zeitpunkt als bisher erfolgen kann, werden die wirtschaftlichen Folgen einer solchen Havarie gemindert und das technische Risiko, die Rohrleitung eventuell wegen eines Einsedimentierens gar nicht mehr bergen zu können, wird reduziert.
Lösung der technischen Aufgabe
Die technische Aufgabe wird gelöst, indem die Rohrleitung über einen Ziehkopf mit dem Zuggestänge verbunden wird, der zwar Zug- und Druckkräfte übertragen kann, elektrisch jedoch nicht leitfähig ist. Dadurch lassen sich während des Einziehvorgangs Probeeinspeisungen vornehmen, die tatsächlich Rückschlüsse über den Zustand der Umhüllung zulassen.
Vorteile der Erfindung
Die wesentlichen Vorteile gegenüber der bisherigen Arbeitsweise sind:

• Zeitnahe Feststellung einer Beschädigung der Umhüllung während des Einziehvorgangs.
• Reduzierung des technischen Risikos (Festwerden der Rohrleitung).
• Reduzierung der mit der Reparatur einhergehenden Kosten.
• Einfache und damit kostengünstige Bauweise des Ziehkopfes.
• Keine oder nur sehr geringe Anpassung der Arbeitsweise für den Einziehvorgang erforderlich.

Zeichnungen
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine dabei einsetzbare Vorrichtung werden anhand von Zeichnungen dargestellt und nachfolgend erläutert, wobei die dort gezeigten Merkmale beispielhaften Charakter aufweisen. Die Zeichnungen zeigen:
1: Prinzipielle Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
2: Prinzipielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
3: Beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine Rohrleitung mit 600 mm Außendurchmesser mit Darstellung der für die Zugkrafteinleitung nutzbaren Flächen des druckfesten, elektrisch aber nicht leitfähigen Materials.

1: Bohranlage
2: Ziehkopf, elektrisch nicht leitfähig
3: Rohrleitung
4: Umhüllung
5: Messvorrichtung
6: Bohrloch
7: Flüssigkeit
8: Stahlwelle
9: Stahlkörper
10: Druckfestes, elektrisch nicht leitfähiges Material
11: Lagerplatte
12: Abdeckung
13: Bohrgestänge (Zuggestänge)
14: Räumer
15: Verbindungselemente
16: Boden
17: Rückwärtige Abdeckung
18: Versteifung
19: Rollenböcke

Ausführungsbeispiele
In 1 ist die prinzipielle Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie einer dabei einsetzbaren Vorrichtungen gezeigt. Von einem Bohrgerät 1 wird zunächst gemäß den in der Horizontalbohrtechnik üblichen Arbeitsschritten (Pilotbohrung, Aufweitbohrungen) ein mit Flüssigkeit 7 gefülltes Bohrloch 6 erstellt. Für den die Rohrverlegung abschließenden Einziehvorgang wird sodann das Bohrgestänge 13 über einen Räumer 14, diverse Verbindungselemente 15 sowie den Ziehkopf 2 mit der Rohrleitung 3 verbunden.
Die Rohrleitung 3 ist außerhalb des Bohrlochs auf Rollenböcken 19 gelagert. Das Ende der Rohrleitung 3 befindet sich in Luft und ist dadurch elektrisch vom Boden 16 bzw. dem mit Flüssigkeit 7 gefüllten Bohrloch 6 getrennt. Dadurch können von einer Messvorrichtung 5 am Ende der Rohrleitung 3 entsprechende Messungen zur Überprüfung der Rohrumhüllung 4 durchgeführt werden. In einem bevorzugten Anwendungsfall ist diese Messvorrichtung 5 mobil und bewegt sich während des Einziehvorgangs im Wesentlichen simultan mit der Rohrleitung 3.
In 2 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Die Zugkraft der Bohranlage 1 wird über das Bohrgestänge 13 über einen Räumer 14 und diverse Verbindungselemente 15 auf eine Stahlwelle 8 übertragen. Am Ende dieser Stahlwelle 8 befindet sich ein Stahlkörper 9. Die Stahlwelle 8 ist teilweise und der Stahlkörper 9 gänzlich von einem druckfesten, elektrisch nicht leitfähigen Material 10 umschlossen.
Die in Zugrichtung vordere Seite des Ziehkopfes 2 ist in einem bevorzugten Ausführungsfall durch eine Abdeckung 12 gegen mechanische Beschädigungen geschützt. Stahlwelle 8, Stahlkörper 9 und Abdeckung 12 sind dabei über das druckfeste, elektrisch nicht leitfähige Material 10 verbunden.
Die von der Bohranlage 1 aufgebrachte Zugkraft wird über die Stahlwelle 8 und den Stahlkörper 9 sowie das druckfeste, elektrisch nicht leitfähige Material 10 auf eine Lagerplatte 11 übertragen. Diese Lagerplatte 11 ist direkt mit dem Außenmantel des Ziehkopfes 2 und über diesen wiederum mit der Rohrleitung 3 verbunden.
In 3 werden die relevanten Flächen für die Kraftübertragung dargestellt. Hierzu wird beispielhaft eine Rohrleitung mit einem Außendurchmesser von 600 mm gewählt. Als maximal anzunehmende Verlegekraft bei Einsatz der Horizontalbohrtechnik ist von ca. 2.500 kN auszugehen. Dieser Wert stellt schon einen Sonderfall dar, weil die normalen Einzugskräfte auch bei sehr langen Bohrungen für den betrachteten Rohrdurchmesser in der Regel nur etwa 500–1.500 kN betragen.
Um die genannten 2.500 kN über die Stahlwelle 8 übertragen zu können, ist bei Verwendung eines Materials mit etwa 250 N/mm² Streckgrenze ein Wellendurchmesser von ca. 113 mm erforderlich. Der Ringspalt zwischen Stahlwelle 8 und Lagerplatte 11 soll im Beispiel 50 mm betragen, so dass die Bohrung in der Lagerplatte 11 einen Durchmesser von 213 mm aufweist.
Bei einem Außendurchmesser der Rohrleitung 3 von 600 mm und einer Wandstärke von 12,5 mm verbleibt ein freier Querschnitt innerhalb des Ziehkopfes 2 von 575 mm. Wird der Stahlkörper 9 wiederum über einen 50 mm breiten Ringspalt von dem Mantel des Ziehkopfs 2 getrennt, so ergibt sich für den Stahlkörper 9 ein Außendurchmesser von 475 mm.
Die für die Übertragung der eingeleiteten Kräfte zur Verfügung stehende Fläche ergibt sich aus der Schnittfläche von Stahlkörper 9 und Lagerplatte 11. Im Beispiel beträgt diese Fläche 141.573 mm².
Unter der Annahme, dass das druckfeste, elektrisch nicht leitfähige Material 10 eine Druckfestigkeit von z. B. 45 N/mm² aufweist (z. B. Beton C45/55), ergibt sich eine maximal mögliche Kraftübertragung von 6.371 kN und damit ein mehrfaches der geforderten Kraft von 2.500 kN.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Umhüllung einer Rohrleitung während des Einzugs in ein mit Flüssigkeit gefülltes Bohrloch, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraft einer Bohranlage (1) über ein Bohrgestänge (13) und einen elektrisch nicht leitfähigen Ziehkopf (2) auf eine Rohrleitung (3) übertragen wird und während des Einziehvorgangs die Unversehrtheit der im Bohrloch (6) von einer Flüssigkeit (7) umgebenen Umhüllung (4) der Rohrleitung (3) von einer außerhalb des Bohrlochs (6) befindlichen Messapparatur (5) überprüft wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraft der Bohranlage (1) über eine Stahlwelle (8) auf einen Stahlkörper (9) übertragen wird, welcher sich in einem elektrisch nicht leitfähigen, druckfesten Material (10) innerhalb des Ziehkopfes (2) befindet und die eingeleitete Zugkraft über das elektrisch nicht leitfähige, druckfeste Material (10) auf die Lagerplatte (11) des Ziehkopfes überträgt, wodurch die mit dem Ziehkopf (2) verbundene Rohrleitung (3) mit der für den Einziehvorgang erforderlichen Zugkraft beaufschlagt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das druckfeste, elektrisch nicht leitfähige Material in Zugrichtung durch eine Abdeckung (12) gegen mechanische Beschädigung geschützt wird, wobei die Abdeckung (12) keinen elektrisch leitfähigen Kontakt zum Ziehkopf (2) bzw. der Rohrleitung (3) aufweist.