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EINLEITUNG

Die Öl Pipeline DN 200 (8“), Trecate-Quiliano der Sarprom s.r.l. kreuzt den Fluss Bormida nahe der Stadt Mombaldone (Provinz Asti, Norditalien). Die Leitung ist oberirdisch an eine bestehende Bahnbrücke montiert.

Um diese oberirdische Kreuzung zu beseitigen und die Leitung in ausreichender Tiefe, geschützt vor Hochwässern und Freispülungen, unter der Flusssohle zu verlegen, wurde im März 2014 eine grabenlose Unterquerung des Flusses im Horizontal-Spülbohr-Verfahren (HDD) hergestellt.

Die Planung dieser Maßnahme basierte auf den Ergebnissen der vom Kunden beauftragten Baugrunduntersuchung und den örtlichen Gegebenheiten. Der Untergrund besteht aus mergeligem Fels, überlagert von grobem Schlick mit Sand, Kies und Steinen.

Luftbild des Gebietes, Bohrlinie in gelb (Quelle: Google Earth

BAUGRUNDEIGENSCHAFTEN

Der Baugrund wurde während der Ausführung in etwa so vorgefunden wie im Baugrundgutachte beschrieben. Er stellt sich wie folgt dar:

1) Flussablagerungen an der Eintrittsseite

• Sand und Schluff, bis zu einer Tiefe von ca. 3,0 – 4,0 m.
• darunter Kies und Steine in einer Matrix aus Schluff und Sand bis zu einer Tiefe von 7,5 – 8,0 m.
• darunter Fels

2) Felsuntergrund

• Kompakter Mergel, zuweilen mit Kalksteinmergel, horizontal geschichtet. Im oberen Bereich eine 20 - 30 cm dicke verwitterte Schicht. Dieser Fels wurde am Eintrittspunkt der Bohrung bei 7,5 – 8,0 m und am Austrittspunkt bei 3,0 – 4,0 m Tiefe angetroffen.

3) Schwemmland Ablagerungen an der Austrittsseite

• Sand und Schluff, bis zu einer Tiefe von ca. 3,0 – 4,0 m.
• darunter Fels

Schematische Darstellung der geologischen Situation entlang des Bohrprofils

HDD BOHRPROFIL

Das Bohrprofil wurde anhand der geologischen Situation, der Elastizitäts-parameter des Produkt-rohres sowie der lokalen Gegebenheiten geplant.

Im Einzelnen:

• Wegen des groben Materials in der Deckschicht (7,5 – 8,0 m) musste in diesem Bereich der Bohrung ein Stahlschutzrohr eingebaut werden. Der Eintrittswinkel wurde auf 12° fest-gelegt. Dadurch konnte das Casingrohr so kurz wie möglich gehalten werden (50 m) und der Einbau wurde wesentlich erleichtert.
   
• Um Freispülungen zu vermeiden, wurde das Bohrprofil in ausreichender Tiefe unter der Flusssohle geplant.
   
• Aufgrund der lokalen Gegebenheiten musste der Rohrstrang in zwei Abschnitten vorgefer-tigt und die Bohrung außerdem in einer horizontalen Kurve mit einem Radius von 1000 m ausgeführt werden.
   
• Um die Höhe des Oberbogens zu reduzieren, wurde der Austrittswinkel ebenfalls auf 12° festgelegt.
   
• Der vertikale Radius wurde auf 440 m und der horizontale auf 1000 m festgelegt, damit be-trug der kombinierte Radius 400 m. Dies entspricht dem kleinsten möglichen Radius zum Einsatz eines Mudmotors und gleichzeitig auch dem zulässigen Biegeradius zum Einbau des Produktrohrs.

Mit den oben angeführten Parametern ergab sich folgendes schematisches Bohrprofil:

Schematische Darstellung des Bohrprofils

BOHRPARAMETER

Das Bohrprofil besteht im Allgemeinen aus einem geraden Eintrittsbereich, einer Kurvensektion und einem geraden Austrittsbereich. Die endgültige Planung dieser Bohrung beruht auf den oben genannten Punkten und wird in folgender Tabelle dargestellt.

Der Höhenunterschied zwischen Ein- und Austrittspunkt beträgt 11,50 m. LMR setzte für diese Bohrung das Rig 80/50 mit 1000 kN Zug-/Schubkraft und 55 kNm Drehmoment ein.

Rig 80/50 mit 1000 kN Zug-/Schubkraft

Für die Pilotbohrung wurde ein 5” Bohrgestänge mit einem 121/4” Tricone Meißel und einem 8” Mudmotor eingesetzt.

BHA (Bottom Hole Assembly) mit 12 1/4” Meißel

Im Bereich der Kiesschicht wurde das Pilotbohrloch mit einem Hole Opener auf 18” aufgeweitet und anschließend ein 50 m langes Casingrohr 13 3/8”, welches ca. 5 m in die Felsschicht reichte, eingebaut.

18” Hole Opener

Einbau des Casingrohres 13 3/8”

 

ABLAUF DER BOHRUNG

Die Bohrung wurde in folgenden Schritten durchgeführt:

1. Pilotbohrung durch die lockeren Bodenschichten bis zu einer Tiefe von 124 m im Felsgestein.
2. Zurückziehen des Pilotstranges um ca. 50 m und Installieren des 18” Hole Openers zwischen dem Pilotbohrstrang.
3. Aufweiten des Pilotbohrlochs bis 5 m in den Fels (ca. 50 m).
4. Zurückziehen des Bohrstrangs und Demontage des Hole Openers.
5. Installation des Casingrohres auf einer Gesamtlänge von 50 m; davon 5 m im Fels.
6. Weiterführung der Pilotbohrung bis zum Austrittspunkt mit einer horizontalen Länge von 322 m.
7. Einzug des in zwei Strängen vorbereiteten Produktrohres. Ziehen des Casingrohres im Eintrittsbereich, während die beiden Rohrstränge zusammengeschweißt wurden.

Zeitablauf der oben genannten Aktivitäten:

• 25. März: 12.25” Pilotbohrung bis 57 m
• 26. März: Pilotbohrung bis 124 m, Zurückziehen von 6 Joints, Einbau 18” HO und Aufweiten bis 45 m.
• 27. März: Zurückziehen des Bohrstrangs bis zum Hole Opener und Ausbau desselbigen. Installation 13 3/8” Casingsrohres bis auf 50 m Länge; Einbau bis 5 m in den Fels.
• 28. – 29. März: Fertigstellung der Pilotbohrung und genaues Ausbohren am Austrittspunkt.
• 30. März: Einzug der 8” Pipeline mit einer Pause von ca. 3,5 Stunden für die Verbindung der beiden Rohrstränge und für das Ziehen des Casingrohres an der Eintrittsseite.
   

Punktgenau ausgebohrt!		Rohrtrasse mit zwei vorbereiteten Rohrsträngen

SCHLUSSBETRACHTUNG

Die Bohrung und der Einzug des 8” Rohres unter dem Fluss Bormida bei Mombaldone wurden vom 25. bis 30. März erfolgreich innerhalb von sechs Tagen ausgeführt. Der Austrittspunkt wurde mit hoher Genauigkeit erreicht. Das Rohr ließ sich anschließend mühelos und ohne Beschädigun-gen einziehen.

Die hauptsächlich erwartete Schwierigkeit war die Kreuzung der 8 m dicken Bodenschicht am Ein-tritt, mit lose gelagertem und grobem Material (Kies und Steine), welche ernsthafte Probleme für die Bohrlochstabilität und den Bohrfortschritt hätte darstellen können.

LMRs Lösung, das Casingrohr mit Hilfe des Bohrgerätes einzubauen, stellte sich als absolut funk-tional dar, beschleunigte den Bohrfortschritt und führte zu einem Rohreinzug ohne Schwierigkeiten in Bezug auf Bohrlocheinsturz und -blockade.

Der Fortschritt der Bohrung im mergeligen Fels (ca. 75 % der Gesamtlänge) wurde in einer Ge-schwindigkeit (20 - 25 Min./Bohrstange a 9,5 m) durchgeführt und lief dank der richtigen Auswahl des Bohrmeißels und der Spülungszusammensetzung ohne besondere Probleme ab.

In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass Mergel, reich an tonigen Mineralien ist, welche beim Bohren zerkleinert werden, sich in der Spülung ansammeln, aber nicht mit Hilfe der Separati-onsanlage abgetrennt werden können. Dadurch wird das Spülungsgewicht stetig erhöht. Aus die-sem Grund musste die Spülung häufiger ausgeschert und durch frische ersetzt werden.

Der Ringraumdruck (siehe Grafik) erreichte ein Maximum von 300 kPa. Spülungsverluste oder Ausbrüche zur Oberfläche traten nicht auf, was auch der kompakten Struktur des Felses, ohne Risse und Spalten, zu verdanken war.

Druckkraft und Drehmoment waren während der Bohrung nicht besonders hoch. Sie bewegten sich in einer Größenordnung von jeweils 100 – 130 kN und 6 – 8 kNm. Auch die Zugkräfte während des Rohreinzugs waren mit maximal 60 kN moderat.

Darstellung der Bohrparameter