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Pembroke Gas Pipeline: HDD Crossing of Milford Haven

LMR Drilling UK Ltd. hat kürzlich den Einzug einer 3000 m langen Gasleitung durch einen felsigen Boden mit dem HDD Verfahren in Milford Haven, Südwales, erfolgreich beendet. Bei diesem Projekt, das die längste Horizontalbohrung in Europa darstellt, gelang es sogar, zur größten Zufriedenheit aller an dem Projekt beteiligten, den veranschlagten Zeitrahmen zu unterschreiten.

10.08.2010

Projekt Daten
RWE npower beauftragte den Bau einer 2000 MW Gas Turbine (Combined Cycle Gas Turbine -CCGT); diese stellt in Ihrer Ausführung den gegenwärtigen Stand der Technik dar. Standort für das Projekt ist das bestehende Kraftwerk in Pembroke.

In diesem Zusammenhang wurde Land & Marine Project Engineering damit beauftragt eine 457 mm Stahlleitung von der nördlichen Seite Milford Havens zum Kraftwerk im Süden zu verlegen. Milford Haven ist in eine nördliche und eine südliche Hälfte durch ein ca. 2 km breites Flussmündungsgebiet geteilt.

Konventionelle Rohrverlegung kam nicht in Frage, da Unweltbelange und das hohe Aufkommen an Schiffsverkehr zu den Häfen und LNG-Terminals dies nicht zuließen. Die Alternative um die Flussmündung zwischen Pembroke und dem Kraftwerksgelände eine Rohrleitung zu legen, hätte eine Trassenlänge von über 40 km und etliche wegerechtliche Verfahren nach sich gezogen – keine echte Alternative. Daher wurden grabenlose Rohrverlegetechniken, wie z.B. das HDD-Verfahren in betracht gezogen, da hier ein minimaler Einfluss auf die umgebene Umwelt gewährleistet war. Schnell war klar, dass die HDD-Technik die beste Lösung darstellte, obwohl eine ziemlich große Distanz unter dem Flussmündungsgebiet zu bewältigen war.

Da LMR im Ruf steht schwierigste Bohrungen mit größten Längen und Bohrlochdurchmessern unter widrigsten geologischen Bedingungen durchführen zu können, wurde LMR von Land & Marine angesprochen, ob man gemeinsam anbieten können für die Ausführung der Rohrbauarbeiten, die die Kreuzung des Flussmündungsgebiets beinhalteten.

Daraus folgte ein gemeinsamen Auftreten und Vorbesprechungen mit dem Bauherren und Land & Marine, woraus wiederum ein erster Vertrag für LMR Drilling resultierte. Dieser beinhaltete eine 1980 m lange Probebohrung, auszuführen von der nördlichen Seite des Flussmündungsgebiets bei Blackbridge mit der Zielsetzung die Machbarkeit einer 3000 m Bohrung mit dem HDD Verfahren durch die anstehende felsige Geologie sicher zu stellen. Diese Testbohrung wurde vom April bis Juli 2007 ausgeführt und zeigte, dass die anstehenden Formationen ausreichend bohrbar und standfest waren, um ein solches HDD Projekt zu verwirklichen.

In diesem Zusammenhang erstellte LMR Drilling eine detaillierte Auswertung der Probebohrung. Dieser folgten mehrere Gespräche mit RWE npower. Schließlich wurde die Anweisung gegeben bzw. die Beauftragung erteilt die Horizontalbohrung mit 3000 m Länge auszuführen und eine Gasleitung in das aufgeweitete Bohrloch einzuziehen. Die Bohrarbeiten dafür begannen im Oktober 2009 und wurden im Mai 2010 erfolgreich abgeschlossen.

Geologie
Die unter dem Flussmündungsgebiet anstehenden Formationen bestehen primär aus steil abfallendem rotem Sandstein („Devonian Old Red Sandstone Formation“).

Dieser besteht aus 5 mm bis 500 mm mächtigen Bändern, die aus roten und grauen, fein- bis sehr feinkörnigen Sandstein mit teilweise Siltstein; Schiefer, rot/braun und grau; Ton, rot/braun und teilweisen Einlagerungen von Konglomeraten.

Abhängig von den Formationen liegt die einaxiale Druckfestigkeit bei 40 bis 140 MPa. Die während der Probebohrung angetroffenen Formationen waren mäßig bis sehr abrasiv.

Die Härte und Abrasivität des Felses über eine solche Bohrungslänge (3000 m) stellte eine Herausforderung für das HDD-Verfahren dar. Das Bohr- und Spülungsprogramm wurden penibel darauf ausgerichtet jedes Risiko zu reduzieren.

Bohrausrüstung
In Anbetracht der Länge der Bohrung war, nachstehend beschrieben, der Einsatz von 2 Bohranlagen erforderlich, um das Pilotbohrloch durchgehend fertig zu stellen und das Aufweiten des Bohrloches durchzuführen.

Hierfür kamen LMR’s 250 to und 350 to Bohranlagen zum Einsatz, die beide jeweils eine Vorschub- und Zugkraft von bis zu 3000 kN bzw. 3500 kN bieten können sowie über eine Drehmomentkapazität von 120 kNm bzw. 180 kNm verfügen.

Pilotbohrung
In Anbetracht der Bohrungslänge und der geologischen Herausforderungen wurde die Pilotbohrung in zwei Abschnitten mit einem Durchmesser von jeweils 16“ (ca. 406 mm) ausgeführt, wobei von beiden Enden der 3000 m Bohrung gebohrt wurde. Die Bohrplätze wurden in Backbridge auf der nördlichen Seite des Flussmündungsgebiets (350 to Bohranlage) und im Bereich der Baustelle des neuen Kraftwerks auf der südlichen Seite des Flussmündungsgebiets (250 to Bohranlage) eingerichtet.

Die Pilotbohrung auf der Blackbridge Seite folgte dem 1980 m langen, existierenden Probebohrloch.
Ein neues Pilotbohrloch wurde von der gegenüberliegenden südlichen Seite vom Baustellengelände des Kraftwerks über eine Strecke von 1074 m erstellt.

Um ein durchgehendes Bohrloch unter dem Flussmündungsgebiets zu erstellen mussten beide Bohrlöcher mehrere dutzend Meter unter dem Flussbett verbunden werden.

Die detaillierte Auswertung der Probebohrung ermöglichte die Identifizierung einer passenden geologischen Sektion, die es erlauben würde, die beiden Pilotbohrungen, jeweils vom Norden und Süden aufeinander zukommend, zu einem Bohrloch mit 16“ Durchmesser und einer Länge von 3000 m zu verbinden.

Mit der Verbindung der beiden Bohrstränge wurde die südliche Bohrgarnitur aus dem Bohrloch gezogen, wobei die nördliche Bohrgarnitur hinter der südliche Bohrgarnitur her geschoben wurde und schließlich übertägig auf der Kraftwerksbaustelle austrat.

Für das Bohren der Pilotlöcher wurden 16” Rollenmeißel mit Wolframkarbiteinlagen (TCI) der Marke HDX von Inrock geliefert. Diese hatten einen mit Diamanten verstärkten Kaliberschutz, durch den die Lauf- und Lebenszeit der Meißel im Bohrloch maximiert werden konnte. Angetrieben wurden diese Meißel durch einen 9⅝" Bohrmotor.

Obwohl dieser Bohrlochdurchmesser für ein Pilotbohrloch eher ungewöhnlich ist, trug die Nutzung solcher großkalibriger Bohrwerkzeuge signifikant dazu bei, die folgende Bohrlochaufweitung vom Risikopotential her zu reduzieren, da für die Räumer und Schneidwerkzeuge große, robuste Einheiten verwendet werden konnten. LMR hat diese Technik mit großem Erfolg bei der Erstellung von Anlandungen mittels des HDD-Verfahrens entwickelt. Um die entsprechende Druckkraft auf die Pilotmeißel übertragen zu können, wurden Schwergewichtsbohrstangen genutzt.

Die Bohrlochvermessung wurde von Prime Horizontal durchgeführt, dabei wurde das Paratrack®-System genutzt. Messschleifen wurden übertägig in den zugänglichen Bereichen ausgelegt. Die im Bereich der Messschleifen gewonnenen Daten wurden genutzt, um die Bohrung außerhalb der Messschleifen mit höchster Präzision fortzusetzen.

Das Paratrack®-System wurde genutzt um das neue, südliche Pilotbohrloch, bis auf einige wenige Meter an das existierende nördliche Probebohrloch vorzutreiben.

An diesem Punkt wurde mit einem unterstützendem Bohrlochvermessungssystem („Rotating Magnet“) gearbeitet, das es ermöglichte, mit der südlichen Bohrung in das existierende nördliche Probebohrloch einzutreten.

Aufweiten des Bohrloches
Um die Gasleitung mit ihrem Aussendurchmesser von 457 mm aufzunehmen, wurde ein Bohrlochdurchmesser von 26” (ca. 660 mm) gewählt; das Bohrloch musste um 10“ von 16“ auf 26“ aufgeweitet werden.

Bedingt durch die harte, abrasiven Ausprägung der anstehenden Geologie kamen robuste, mit einem starken Kaliberschutz und Wolframkarbiteinlagen ausgestatte Felsbohrwerkzeuge zum Einsatz. Diese Felsbohrwerkzeuge wurden auch durch Inrock geliefert, bestanden im Wesentlichen aus zugeschnittenen Rollenmeißeln und wurden nach den gleichen Spezifikationen gefertigt wie die Pilotbohrmeißel. Diese „Split-Bits“ wurden wiederum auf einem ausreichend dimensionierten und aufgepanzerten Rohrköper befestigt/geschweißt, wodurch LMR Drilling in der Lage war, das Bohrloch auf den gewünschten Enddurchmesser aufzuweiten.

Das Produktrohr wurde dann, nur unterbrochen von den Schweiß-, Isolier- und Prüfarbeiten Strang für Strang mit der 350 to Bohranlage auf der Blackbridge Baustelle eingezogen.

Der Einzug konnte innerhalb von 48 h abgeschlossen werden, wobei die maximale Zugkraft im Bereich von 60 to lag. Diese absolut geringe Zugkraft auf 3000 m Bohrungslänge spricht für das von LMR durchgeführte und erfolgreich angewandte Engineering.

Zusammenfassung
Dadurch das Oberflächen nur minimal in Anspruch genommen wurden, dass die Küstenlinie nicht berührt wurde, dass Schifffahrtswege offen bleiben konnten und das lokale Anwohner, wenn überhaupt, nur minimal von der HDD-Baumaßnahme beeinflusst wurden, ist es LMR Drilling erneut gelungen eine innovative komplexe Bohrlösung mit dem HDD-Verfahren erfolgreich zu entwickeln und anzuwenden und dabei dazu beizutragen, dass der Bauherr unter Anwendung der von LMR ausgearbeiteten Lösung auch noch massiv Kosten mit einem umweltfreundlichen Bauverfahren einsparen kann.

Losgelöst von der extremen Bohrungslänge und der herausfordernden Geologie wurden die Bohrarbeiten innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens, innerhalb des vereinbarten Budgets und ohne Pannen zur vollsten Zufriedenheit aller an dem Projekt beteiligten Parteien abgewickelt.
LMR Drilling hat erneut bewiesen, das seine umsichtige Planung, der richtige Teamgeist, die Erfahrung und das Wissen vom Bohren in vergleichbaren Böden es ermöglicht auch höchst komplexe Bohrungen mit größtem Erfolg in Angriff zu nehmen.

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