NL2002143C - Leidingdrukinrichting met eindloze transportorganen voor gebruik tijdens een proces van horizontaal gestuurd boren. - Google Patents

Description

P29271NL00/RR

Korte aanduiding: Leidingdrukinrichting met eindloze transportorganen voor gebruik tijdens een proces van horizontaal gestuurd boren.

De uitvinding heeft betrekking op een leidingdrukinrichting voor het reduceren van trekkrachten op een transportleiding tijdens trekken van de transportleiding in en door een schacht die in de grond is uitgeboord en die zich ten minste gedeeltelijk in horizontale richting uitstrekt. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een dergelijke 5 leidingdrukinrichting voor gebruik tijdens een proces van horizontaal gestuurd boren.

Horizontaal gestuurd boren of HDD (Horizontal Directional Drilling) is een sleufloze techniek die gebruikt wordt voor de aanleg van ondergrondse infrastructuur. Hierbij valt te denken aan het onder rivieren, kanalen en grote wegen door laten gaan van transportleidingen, zoals aardgas- en aardolieleidingen, waterleidingen, 10 telecommunicatiekabels en elektriciteitskabels. In een eerste fase (zie ook figuur 4a) wordt een boorleiding met een aan het vrije einde daarvan voorziene boorkop al borend door de grond geduwd. De boorkop is hol en wordt via de boorleiding vanaf de oppervlakte gevoed met bentoniet, dat de uitgeboorde boorschacht openhoudt en tegelijkertijd overtollige aarde afvoert. In een tweede fase (zie ook figuur 4b) kan de boorschacht worden verruimd. Nadat 15 de volledige schacht is uitgeboord en de boorkop weer boven de grond is gekomen, kan de boorkop worden verwijderd van de boorleiding en vervangen worden door een ruimer. Deze wordt door de schacht teruggetrokken. Tijdens dit terugtrekken vergroot de ruimer de schacht, terwijl hij tegelijkertijd een leiding achter zich aantrekt die voorziet in boorvloeistof, om instorting van de schacht te voorkomen. Dit ruimen kan al naar gelang de gewenste 20 diameter van de aan te leggen transportleiding meerdere malen worden herhaald (zie ook figuur 4c). De laatste fase (zie ook figuur 4d) is het trekken van de transportleiding. Als de ruimer de schacht voldoende heeft vergroot, wordt deze losgekoppeld van de boorleiding en vervangen door een laatste ruimer. De transportleiding wordt hierbij aan de ruimer gekoppeld. Een wartel tussen de ruimer en de transportleiding voorkomt draaiing van de 25 transportleiding tijdens het achter de ruimer aantrekken van de transportleiding. De transportleiding is in zijn geheel uitgelegd aan het einde van de schacht en is op rollers gelegd, zodat hij relatief soepel achter de ruimer aan de boorschacht ingetrokken kan worden.

Teneinde het samenstel van boorleiding, ruimer en transportleiding door de schacht 30 te kunnen trekken dient daarop een trekkracht uitgeoefend te worden. Teneinde deze trekkracht te reduceren is het bekend om bijvoorbeeld met behulp van een kraan of een - 2 - overpak-klemmechanisme, een additionele kracht op de transportleiding uit te oefenen aan de zijde waarin deze in de schacht naar binnen treedt, dat wil zeggen aan de zijde tegenover het oorspronkelijke beginpunt van de schacht.

Aanvraagster gebruikt sinds een aantal jaren een zelf ontwikkelde zogenaamde 5 buisdrukmachine. Deze buisdrukmachine wordt opgesteld aan het einde van de schacht tegenover het oorspronkelijke beginpunt, alwaar de transportleiding uitgelegd klaar ligt. De buisdrukmachine omvat een frame met drie paar aandrijfbaar daarmee verbonden wielen.

De transportleiding wordt tussen de drie wielparen doorgevoerd. Aandrijving van de wielen zorgt voor een uitoefening van een stuwkracht op de transportleiding. Deze stuwkracht 10 reduceert de trekkracht die benodigd is om de transportleiding in de uitgeboorde schacht naar binnen te trekken. Aldus zorgt de buisdrukmachine er voor dat er bij gebruik van een bepaalde capaciteit boor-trekinrichting een grotere lengte aan door een uitgeboorde schacht te trekken transportleiding kan worden bereikt.

Nadelig bij de bekende buisdrukmachine is dat er slip kan optreden tussen één of 15 meerdere van de wielen en de transportleiding. Een dergelijke slip heeft het risico dat deze de transportleiding kan beschadigen. Bijvoorbeeld indien de transportleiding een PE-coating tegen corrosie omvat kan deze coating al snel beschadigd raken. Dit leidt tot grote problemen in de toekomst, met name omdat het de levensduur van de transportleiding in de grond aanzienlijk kan verkorten. De kans op slip kan worden verminderd door de drukkracht 20 van de wielen tegen de transportleiding te verhogen. Dit vergroot echter weer de kans op vervorming of beschadiging van de (coating van de) transportleiding. Verder is het nadelig dat de bekende buisdrukmachine een synchronisatiemechanisme voor de wielen nodig heeft om de genoemde slip te voorkomen. Tussen de wielen van elk paar vindt deze synchronisatie plaats met behulp van een ketting. Tussen de wielparen onderling vindt de 25 synchronisatie hydraulisch plaats.

De uitvinding heeft tot doel de bovengenoemde nadelen ten minste gedeeltelijk te ondervangen, dan wel een bruikbaar alternatief te verschaffen. In het bijzonder heeft de uitvinding tot doel een leidingdrukinrichting te verschaffen waarmee een transportleiding over aanzienlijke afstanden gegarandeerd slipvrij en onbeschadigd in de grond kan worden 30 getrokken resp. geduwd.

Dit doel wordt bereikt dooreen leidingdrukinrichting volgens conclusie 1. De inrichting omvat hierbij een frame dat is voorzien van steundelen voor plaatsing op een ondergrond, en ten minste drie aandrijfbare eindloze transportorganen die aandrijfbaar met het frame verbonden zijn en die tezamen een doorvoeropening voor de transportleiding 35 begrenzen. De eindloze transportorganen zijn elk met een langsdeel opgesteld rondom de doorvoeropening en zijn ingericht voor het uitoefenen van een stuwkracht op de transportleiding indien deze door de doorvoeropening geleid is. De eindloze - 3 - transportorganen hebben relatief grote wrijvingsoppervlakken waarmee met voordeel een grote stuwkracht in axiale richting op de transportleiding kan worden uitgeoefend zonder dat daartoe de drukkracht van de eindloze transportorganen in radiale richting tegen de transportleiding groot hoeft te zijn. Slip treedt hierdoor niet op en de transportleiding blijft als 5 gevolg van de beter verdeelde voortstuwkrachten onbeschadigd en onvervormd. Bochten aan het oorspronkelijke begin en tegenoverliggende einde van de uitgeboorde schacht kunnen eenvoudiger worden gepasseerd door de transportleiding. De transportleiding wordt door de daarop uitgeoefende stuwkracht als het ware richting de buitenbocht gedrukt. Hierdoor loopt de transportleiding als gevolg van de tevens daarop uitgeoefende trekkracht 10 niet langer aan tegen de wanden van de binnenbochten van de schacht. De spanning op de binnenbocht vermindert als het ware. Ook hierdoor kan een vermindering van de benodigde trekkracht worden bereikt, dan wel kan er bij gebruik van een bepaalde capaciteit boor-trekinrichting een grotere lengte aan door de uitgeboorde schacht te trekken transportleiding worden bereikt.

15 In een voorkeursuitvoeringsvorm worden de eindloze transportorganen gevormd door rupsbanden. Dit zijn met voordeel geprofileerde rubberen rupsbanden, vanwege de goede grip die deze op de transportleiding hebben.

In het bijzonder is ten minste één van de eindloze transportorganen ten opzichte van het frame verstelbaar opgesteld in een richting dwars op de doorvoeropening (de radiale 20 richting van de transportleiding. Dit maakt het mogelijk om de inrichting aan te passen aan verschillende diameters transportleiding. Bij verdere voorkeur is de instelbaarheid van de eindloze transportorganen zodanig dat de daartussen begrensde doorvoeropening geschikt is voor leidingdiameters van ten minste 500-1500 mm.

In een uitvoeringsvorm heeft de leidingdrukinrichting en in het bijzonder het frame 25 daarvan maximale buitenafmetingen die passen binnen een standaard 20ft container. Dit zorgt ervoor dat de inrichting eenvoudig getransporteerd kan worden en tevens eenvoudig schakelbaar is achter andere componenten die gebruikt worden tijdens een proces van horizontaal gestuurd boren.

In een verdere uitvoeringsvorm is de aandrijving voor het roterend aandrijven van de 30 eindloze transportorganen aanstuurbaar voor het instelbaar variëren van de snelheid en stuwkracht van de eindloze transportorganen. Hiermee kan afhankelijk van het type te leggen transportleiding en de af te leggen schachtweg een gewenste stuwkracht en snelheid worden ingesteld. Als aandrijving wordt bijvoorbeeld een olieaggregaat gebruikt. De aandrijving tezamen met de eindloze transportorganen zijn bij voorkeur zodanig gekozen dat 35 een stuwkracht van meer dan 500kN bereikt kan worden. Meer in het bijzonder zijn de aandrijving en de transportorganen zodanig gekozen dat een stuwkracht van ten minste 1000 kN kan worden behaald. Dit in verband met het kunnen aanhouden van een - 4 - veiligheidsfactor 2, die help te garanderen dat onder alle omstandigheden, dus bijvoorbeeld ook natte blubberige condities, er onder geen beding slip kan optreden. Het langsdeel van het eindloze transportorgaan aan de zijde van de doorvoeropening heeft hiertoe bij voorkeur een effectieve loopvlaklengte van ten minste 0,60 meter, in het bijzonder ten minste 2,75 5 meter. Verder heeft het eindloze transportorgaan hiertoe bij voorkeur een effectieve loopvlakbreedte van ten minste 0,20 meter, in het bijzonder ten minste 0,30 meter.

Verdere uitvoeringsvormen zijn vastgelegd in de onderconclusies.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een systeem volgens conclusie 12, en op een werkwijze volgens conclusie 15.

10

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin:

Fig. 1 schematisch een aanzicht is in perspectief van een uitvoeringsvorm van de leidingdrukinrichting volgens de uitvinding met drie rupsbanden; 15 Fig. 2 een aanzicht is overeenkomstig fig. 1 van een variant met vier rupsbanden en containerafmetingen;

Fig. 3 een schematisch zijaanzicht in doorsnede toont van een stap uit een proces van horizontaal gestuurd boren onder gebruikmaking van de leidingdrukinrichting volgens fig. 2; 20 Fig. 3.1-3.3 deelaanzichten op vergrote schaal laten zien van fig. 3; en

Fig. 4a-d schematische zijaanzichten in doorsnede tonen van vier opvolgende fasen uit een proces van horizontaal gestuurd boren volgens de stand van de techniek.

In fig. 1 is de leidingdrukinrichting in zijn geheel aangeduid met het verwijzingscijfer 25 1. De inrichting 1 omvat een frame met steundelen in de vorm van liggers 2a en staanders 2b. Tussen de liggers 2a en de staanders 2b zijn drie eindloze transportorganen 5 voorzien die hier worden gevormd door geprofileerde rubberen rupsbanden. Tussen in een radiale richting aan de binnenzijde gelegen langsdelen 5’ van de transportorganen 5 is een doorvoeropening vrijgelaten waardoorheen een transportleiding 6 met een ronde 30 dwarsdoorsnede gevoerd is. De transportorganen 5 strekken zich met hun zich in langsrichting uitstrekkende langsdelen 5’ uit evenwijdig aan de axiale richting A van de transportleiding 6. De transportleiding 6 betreft hier een holle buis of slang waardoorheen een medium zoals gas of vloeistof gevoerd kan worden, in het bijzonder een kunststof buis of een stalen buis die gecoat is met een kunststof laag zoals PE of kunsthars. De eindloze 35 transportorganen 5 zijn symmetrisch rondom de doorvoeropening resp. de daardoorheen geleide transportleiding 6 opgesteld.

- 5 -

De transportorganen 5 zijn geleid overgeleidingsbanen en koprollen waarvan er telkens ten minste één kan worden aangedreven door een verder niet getoonde aandrijving. Aandrijving van de transportorganen 5 zorgt ervoor dat op de transportleiding 6 in de richting A een stuwkracht wordt uitgeoefend. Indien gewenst kan tussen de respectieve 5 transportorganen 5 een synchronisatiemechanisme worden voorzien dat er voor zorgt dat de transportorganen tijdens bedrijf synchroon lopen.

De transportorganen 5 kunnen ten opzichte van het frame zodanig worden verplaatst dat de doorvoeropening groter of kleiner wordt. Hiertoe zijn aanstuurbare zuiger-cilindersystemen 8 voorzien. Ander verstelmiddelen, zoals een handmatige verstelling, zijn 10 ook mogelijk.

In fig. 2 is een variant getoond met vier rupsbanden, waarbij gelijksoortige onderdelen zijn aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers. De constructie is grotendeels hetzelfde gebleven, waarbij de rupsbanden wederom symmetrisch rondom de doorvoeropening zijn opgesteld. Verder geldt ook voor deze uitvoeringsvorm dat het frame 15 met de zich binnen de buitenomtrek van het frame bevindende eindloze transportorganen, afmetingen heeft die passen binnen een standaard 20ft container.

Fig. 3 laat de laatste fase (conform fig. 4d) zien van het in de beschrijvingsinleiding genoemde proces van horizontaal gestuurd boren, te weten het trekken van de transportleiding 6 door een eerder in de grond uitgeboorde en geruimde schacht 10 heen.

20 Te zien is dat de transportleiding 6 middels een draaikoppeling 11, zoals een wartel, aan een ruimer 12 is gehangen. De ruimer 12 hangt op zijn beurt aan een boorleiding 13 die middels een daartoe geschikte boor-trekinrichting 15, ook wel “rig” genoemd, door de schacht 10 heen kan worden getrokken. De boor-trekinrichting 15 is aan het beginpunt van de uitgeboorde schacht 10 opgesteld. Hier bevindt zich tevens een voorraad aan de 25 boorleiding 13 met een totale lengte die groter is dan de eerder uitgeboorde schachtlengte. Aan het eindpunt van de uitgeboorde schacht 10 is de leidingdrukinrichting 1 volgens de uitvinding neergezet. De inrichting 1 is hierbij met de grond verankerd middels trekankers 17.

In een aan fig. 3 voorafgaande fase van het horizontaal gestuurd boren (conform fig. 30 4a) is de boorleiding 13 met een aan het vrije einde daarvan voorziene boorkop met behulp van de boor-trekinrichting 15 door de grond geleid. De boorkop wordt hierbij aangedreven en kan telkens zodanig worden bijgestuurd dat deze de weg van de beoogde schacht 10 blijft uitboren. Deze weg van de beoogde schacht 10 begint met een aanvangsbocht 10’ die overgaat in een horizontaal deel 10”, om vervolgens met een eindbocht 10’” weer uit de 35 grond naar boven te treden. Aan het eindpunt van de schacht 10 bevindt zich de reeds op rollers (niet getoond) uitgelegde transportleiding 6 die verder door de leidingdrukinrichting 1 heen is geleid.

- 6 -

Vervolgens ontstaat de situatie zoals getoond in fig. 3 ( en verder conform fig. 4b). Hierbij is de schacht 10 volledig uitgeboord, is de boorkop van de boorleiding 13 losgekoppeld en is in plaats daarvan de ruimer 12 aangekoppeld aan de boorleiding 13. Vervolgens wordt de boorleiding 13 met behulp van de boor-trekinrichting 15 door de 5 schacht 10 teruggetrokken onder verruiming van de schacht 10 met de ruimer 12 en een in de schacht 10 naar binnen trekken van de transportleiding 6. Tegelijkertijd met het door de schacht 10 terugtrekken van de boorleiding 13 met ruimer 12 en het naar binnen trekken van de transportleiding 6 wordt op de transportleiding 6 een stuwkracht uitgeoefend middels aandrijving van de eindloze transportorganen 5 van de leidingdrukinrichting 1. Dankzij dit 10 uitoefenen van de hoge stuwkracht die met de leidingdrukinrichting 1 volgens de uitvinding bereikt kan worden, kan een aanzienlijke reductie van de benodigde trekkracht door de boor-trekinrichting 15 worden bereikt, en/of kan een kleinere capaciteit aan boor-trekinrichting 15 volstaan, en/of kan een grotere afstand (schachtlengte) worden overbrugd. Door de goede aangrijping van de eindloze transportorganen 5 op de transportleiding 6, het 15 grote werkzame wrijvingsoppervlak tussen de eindloze transportorganen 5 en de transportleiding 6, treedt er geen slip op en blijft de transportleiding 6 onbeschadigd. Ook de aanvangsbocht 10’ en de eindbocht 10”’ leveren niet langer problemen op doordat de transportleiding 6, als gevolg van het voortstuwen, daar doorheen nu meer de buitenbochten daarvan doorloopt.

20 Naast de getoonde uitvoeringsvormen zijn vele varianten mogelijk. Zo kunnen in plaats van rupsbanden ook ander eindloze transportorganen worden gebruikt, zoals kettingen met daarop voorziene gripelementen. Ook is het mogelijk om de inrichting specifiek te bouwen voor een bepaalde leidingdiameter, en daartoe bijvoorbeeld de transportorganen op vaste posities aan het frame te bevestigen. Door te variëren met het 25 aantal eindloze transportorganen, de effectieve loopvlaklengtes, de effectieve loopvlakbreedtes en/of de wrijvingscoëfficiënt daarvan, kunnen verschillende gewenste minimumdrempelwaarden voor de te leveren stuwkracht worden bereikt, in een voordelige variant worden twee of meer leidingdrukinrichtingen in serie achter elkaar geplaatst aan het einde van de uit te boren schacht. Hiermee kunnen op flexibele wijze nog grotere 30 stuwkrachten worden opgewekt zonder dat dit tot beschadigingen leidt aan de in de grond te voeren transportleiding.

Aldus is volgens de uitvinding een doelmatige en compact te bouwen leidingdrukinrichting verkregen die op betrouwbare wijze stuwkrachten op in de grond te brengen transportleidingen kan uitoefenen tijdens een proces van horizontaal gestuurd 35 boren.

Claims (15)

1. Leidingdrukinrichting voor het reduceren van trekkrachten op een transportleiding tijdens trekken van de transportleiding in een in de grond uitgeboorde schacht die zich ten minste gedeeltelijk in horizontale richting uitstrekt, omvattende: - een frame dat is voorzien van steundelen voor plaatsing op een ondergrond; en 5 - drukorganen die aandrijfbaar met het frame verbonden zijn en die tezamen een doorvoeropening voor de transportleiding begrenzen; waarbij de drukorganen zijn ingericht voor het uitoefenen van een stuwkracht op de transportleiding indien deze door de doorvoeropening geleid is, met het kenmerk, dat 10 de drukorganen ten minste drie eindloze transportorganen omvatten die elk met een langsdeel rondom de doorvoeropening zijn opgesteld.

2. Leidingdrukinrichting volgens conclusie 1, waarbij de eindloze transportorganen worden gevormd door rupsbanden. 15

3. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eindloze transportorganen geprofileerde rubber banden zijn.

4. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eindloze 20 transportorganen symmetrisch rondom de doorvoeropening zijn opgesteld.

5. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij ten minste één van de eindloze transportorganen ten opzichte van het frame verstelbaar is opgesteld in een richting dwars op de doorvoeropening. 25

6. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het frame afmetingen heeft die overeenkomen met een standaard 20ft container.

7. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de 30 aandrijving aanstuurbaar is voor het instelbaar variëren van de snelheid en stuwkracht van de eindloze transportorganen.

8. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eindloze transportorganen tezamen een doorvoeropening begrenzen met een diameter die gelegen 35 is tussen 500-1500 mm. - 8 -

9. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij het langsdeel van het eindloze transportorgaan aan de zijde van de doorvoeropening een lengte van ten minste 0,6 m heeft. 5

10. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de eindloze transportorganen en aandrijving zijn ingericht voor het tezamen uitoefenen van een stuwkracht op de transportleiding van ten minste 500 kN.

11. Leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies, waarbij de langsdelen van de eindloze transportorganen aan de zijde van de doorvoeropening zich in hoofdzaak in horizontale richting uitstrekken.

12. Systeem voor het gestuurd horizontaal in de grond boren van een schacht en het 15 vervolgens in de schacht brengen van een transportleiding, omvattende: - een boorleiding met een daaraan voorziene boorkoop; - een transportleiding; - een boor-trekinrichting voor het gestuurd door de grond voeren van de boorleiding met de daaraan voorziene boorkop voor het uitboren van een schacht die zich ten minste 20 gedeeltelijk in horizontale richting uitstrekt, en voor het daarna door de schacht terugtrekken van de boorleiding en de daaraan vastgemaakte transportleiding; en - ten minste één leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies voor het middels aandrijving van de eindloze transportorganen reduceren van trekkrachten op de transportleiding tijdens het naar binnen trekken in de uitgeboorde schacht. 25

13. Systeem volgens conclusie 12, waarbij ten minste twee in serie geschakelde leidingdrukinrichtingen zijn voorzien.

14. Systeem volgens conclusie 12 of 13, waarbij de boor-trekinrichting is opgesteld aan 30 een beginpunt van de uit te boren schacht en de leidingdrukinrichting is opgesteld aan een eindpunt van de uit te boren schacht.

15. Werkwijze voor het gestuurd horizontaal in de grond boren van een schacht en het vervolgens in de schacht brengen van een transportleiding, omvattende de stappen: 35. het opstellen van een boor-trekinrichting aan een beginpunt van een uit te boren schacht; - het opstellen van ten minste één leidingdrukinrichting volgens één van de voorgaande conclusies aan een eindpunt van de uit te boren schacht; - 9 - - het met behulp van de boor-trekinrichting ten minste gedeeltelijk in horizontale richting gestuurd door de grond voeren van een boorleiding met een daaraan voorziene boorkop voor het uitboren van de schacht; - het aan de boorleiding koppelen van een transportleiding; 5. het met de boorleiding en een desgewenst aan de boorleiding voorziene ruimer door de schacht terugtrekken van de transportleiding; en - het tegelijkertijd met het door de schacht trekken van de transportleiding uitoefenen van een stuwkracht op de transportleiding middels aandrijving van de eindloze transportorganen van de ten minste ene leidingdrukinrichting. 10