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Rapport présenté à la conférence internationale "NO-DIG - 2010". Auteur - A.L. Nagovitsyn (Russie, Tcheliabinsk).
Les sondes électroniques pour les plates-formes de forage directionnel horizontal (HDD) installées dans les têtes de forage peuvent fonctionner de manière fiable pendant de nombreuses années, mais elles peuvent échouer même à la première perforation. Ce travail est consacré à l'analyse des raisons d'une telle dispersion des délais pour le fonctionnement sans défaillance des sondes HDD, sur la base de l'expérience de reconditionnement des sondes des séries MARK, ECLIPSE, LT de Digital Control Inc. et la série SubSite de Charles Machine Works Inc. De plus, il peut être utile pour les foreurs et les opérateurs de plates-formes HDD de décrire le comportement des sondes dans des situations anormales. L'auteur comprend que de telles explications ne peuvent remplacer l'expérience pratique, mais permettront de mieux l'utiliser et d'éviter des dépenses inutiles pour l'achat de nouvelles sondes.
Causes des pannes des sondes électroniques, solutions aux problèmes
La structure et la conception des sondes HDD de différents fabricants et de différentes séries sont très similaires. Montée dans la tête de forage, la sonde se compose d'un capteur d'inclinaison de l'axe longitudinal par rapport à l'horizon, d'un capteur de roulis (« horloge »), d'un stabilisateur d'impulsions, d'une unité de traitement de microcontrôleur et d'un pilote d'antenne avec une « antenne » sphéritique. Tous les éléments sont remplis d'un composé résistant à l'humidité et placés dans un boîtier en plastique, qui assure la libre propagation des lignes de force de la polarité magnétique alternative de la ferrite « antenne ». La conception de l'exemple de la sonde de la série MARK est illustrée à la Figure 1.
Il y a trois raisons principales à l'échec des sondes électroniques pour HDD : surchauffe, compression, pénétration de fluide de forage dans les éléments de l'unité électronique. La quatrième raison - relativement rare - est la défaillance des composants électroniques due à des défauts de fabrication ou à des facteurs humains.
Surchauffe de la sonde
Compression de la sonde
Le plus fondamental consiste à remplir les fentes de la tête de forage avec un matériau isolant résistant à l'abrasion, tel que la fibre de verre, qui fonctionne bien pour la compression et l'utilisation d'une douille avec un diamètre accru pour la sonde. Dans ce cas, il convient de centrer la sonde dans la douille soit par des moyens standard (anneaux en caoutchouc), soit par deux enroulements d'un ruban isolant, situés à une distance de 40 ... 50 mm des extrémités de la sonde. Si des traces de fentes longitudinales sont visibles sur le corps, vous devez alors vous préparer à une défaillance précoce de la sonde.
L'une des options pour renforcer les fentes de la tête de forage est illustrée à la figure 3. L'épaisseur de la plaque correspond à la largeur de la fente (la fibre de verre fonctionne bien pour la compression, c'est-à-dire que les fentes ne « joueront »). Une étanchéité absolue ne peut pas être obtenue - de fines fissures dans le remplissage apparaîtront toujours, mais seule la plus petite fraction de la suspension de boue de forage pénétrera à l'intérieur, c'est-à-dire la probabilité que la sonde se coince dans la douille est réduite. L'écart entre le corps de la sonde et la douille dans la tête de perçage est de 1,5 ... 2 mm ou plus (utile de tous les côtés : consommation réduite et pas de coincement). Pour centrer la sonde - deux enroulements de ruban isolant ou de ruban adhésif simple face renforcé.
Perte d'étanchéité du corps de la sonde - pénétration du fluide de forage dans les éléments de l'unité électronique
Il y a deux raisons possibles à la perte d'étanchéité : les dommages mécaniques et la surchauffe. Visuellement, la perte d'étanchéité peut être prédite en modifiant, par exemple, la taille de l'espace entre le compartiment de la batterie et le boîtier en plastique (dans les sondes de la série SubSite, une connexion filetée est utilisée et cette méthode n'est pas applicable). La surchauffe provoque presque toujours un gauchissement des éléments en plastique du boîtier avec perte d'étanchéité. Le danger de perte d'étanchéité réside dans l'électrocorrosion constante et méthodique des éléments de l'unité électronique. La défaillance la plus rapide de la sonde se produit lorsque le fluide de forage pénètre jusqu'aux éléments IIIa, IIIb de la sonde.
Les raisons de l'échec des sondes électroniques pour disque dur, leur manifestation et certains moyens d'éviter les dysfonctionnements, donnés dans ce travail, sont apparus à la suite de nombreuses années d'expérience dans la restauration des sondes. J'espère que le nombre de pannes de sondes basées sur les recommandations diminuera, mais j'espère que je ne serai pas non plus sans travail : les principales raisons des pannes sont toujours envahies par une masse de nuances qui ne permettent pas d'éliminer complètement les pannes de sondes pendant opération.
IE Nagovitsyn A.L.
Restauration de sondes, réparation et prévention des systèmes de localisation pour disque dur. Types complexes de réparation et de modernisation. Plus de détails ici
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Le forage directionnel horizontal est une méthode contrôlée sans tranchée de pose de services publics souterrains, basée sur l'utilisation d'appareils de forage spéciaux. La longueur de la piste peut aller de plusieurs mètres à plusieurs kilomètres, et le diamètre est supérieur à 1200 mm. La vidéo montre les processus de forage : 1 - Forage d'un puits pilote. 2 - Expansion de puits consécutive (mouvement en sens inverse). 3 - Tirer le pipeline. Voyons à quoi ressemble la technologie de forage directionnel horizontal en animation.
Forage directionnel horizontal. Perceuse maison D-140mm; L-9 m.
Ceux qui ont servi dans l'armée ne rient pas au cirque.
Le film raconte les principales étapes de la pose sans tranchée de communications utilisant la méthode HDD. Soudage de tuyaux en polyéthylène. L'entreprise de construction LLC "Forage et communications" est spécialisée dans les travaux de construction et de réparation dans le domaine des communications souterraines utilisant la méthode HDD. Nous utilisons des appareils de forage de haute qualité « ROBBINS HDD », qui ont fait leurs preuves dans le domaine. L'activité principale de l'entreprise est la pose sans tranchée d'utilitaires utilisant la méthode de forage directionnel horizontal. La technologie HDD permet la pose de communications sous les artères de transport existantes, les voies ferrées, les rivières et autres obstacles, où une voie ouverte de pose de réseaux est impossible.
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FE NAGOVITSYNLe forage directionnel horizontal (en abrégé HDD) est une technologie de pointe qui permet de poser des canalisations de communication sous terre sans creuser le sol. Le HDD est effectué sous le contrôle de systèmes de localisation de haute précision, ce qui vous permet de contourner les obstacles souterrains et de poser le pipeline le long d'une trajectoire donnée. Malheureusement, ces équipements tombent parfois en panne, et comme cela coûte cher (surtout en situation de crise), un choix raisonnable serait de réparer le système de localisation plutôt que d'en acheter un nouveau. Il existe de nombreuses entreprises pour la réparation et la maintenance des systèmes de localisation de disques durs, mais vous devez confier la réparation d'équipements coûteux à des entreprises de confiance employant des spécialistes hautement qualifiés possédant une vaste expérience dans la conception, la fabrication et la réparation d'équipements de haute technologie. Ces sociétés assument des obligations de garantie et seront en mesure de vous conseiller sur votre équipement de localisation à tout moment.
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SP Nagovitsyn.Le forage directionnel horizontal (FDH) est une méthode de pose de tuyaux et de câbles sans creuser de tranchées, généralement réalisée sous les routes et les voies ferrées. Pour mettre en œuvre cette méthode, une technique spéciale est utilisée, qui comprend des plates-formes de forage directionnelles. À l'aide de telles installations, le travail est effectué à 90 % sous terre.
La méthode de forage horizontal est un moyen moderne de poser des pipelines à diverses fins.
La méthode de forage directionnel horizontal est considérée comme très populaire aujourd'hui. Tout d'abord, cela est dû au fait que l'utilisation de cette méthode permet de réduire de 2,5 à 3 fois les coûts financiers de la pose du pipeline.
Considérez les principales tâches effectuées à l'aide de cette méthode :
- pose de tuyaux qui serviront d'étui de protection (boîtier) pour divers câbles d'alimentation;
- La technologie HDD permet l'installation sans tranchée de canalisations qui transportent de l'eau potable ou des eaux usées.
Important! Une crevaison sous une voie ferrée ou une chaussée est la seule option pour installer une communication sans creuser une tranchée traditionnelle.
La perforation du disque dur sous une route ou un autre ouvrage d'art permet de préserver le paysage naturel, ce qui est également un avantage important. Considérez les autres avantages du disque dur :
- en plus des coûts financiers, les coûts de main-d'œuvre sont également réduits, car le travail principal est effectué par des équipements spéciaux;
- à l'aide de la perforation du disque dur, vous pouvez poser un pipeline ou un canal de câble non seulement sous les voies de transport, mais également sous les plans d'eau.
- un tel travail ne nécessite pas un grand nombre de personnes. En règle générale, une petite équipe de 3 à 5 personnes suffit.
Réaliser de tels travaux ne nécessite pas beaucoup d'espace et le paysage environnant ne sera pas gâché.
Le forage de puits horizontaux peut à juste titre être considéré comme une méthode unique, dont la technologie élimine les dommages causés à l'environnement et réduit les coûts de main-d'œuvre, ainsi que les coûts monétaires.
Tous les équipements utilisés pour le forage par la méthode HDD sont divisés en plusieurs types principaux:
- machine de forage directionnelle horizontale pour HDD;
- système de localisation pour le forage;
- composants mineurs (agrafes, clips, etc.).
Un système de repérage pour le forage de puits horizontaux est nécessaire pour organiser le contrôle du forage. Ceci est très important, car le semoir est dans le sol pendant le fonctionnement, c'est-à-dire en dehors de la zone visible. Ce système protège la perceuse des collisions avec divers obstacles pouvant endommager l'équipement de forage.
Le système de géolocalisation pour le suivi du workflow est équipé d'une mini-sonde, qui est nécessaire pour suivre les indicateurs de géolocalisation pendant le forage. La mini-sonde est installée sur la tête de forage et sur l'appareil. Les données transmises par la sonde vont à l'opérateur, qui corrige le workflow.
Il est à noter que les équipements HDD sont assez chers et appartiennent à des équipements professionnels. La plate-forme de forage horizontale (UGB) peut avoir une configuration différente, cependant, toutes ces machines se composent des éléments structurels suivants :
L'équipement de disque dur est professionnel et coûte cher
La partie fonctionnelle de l'UGNB se compose de trois composantes principales :
- élément de forage;
- un tuyau qui alimente en eau l'élément de forage (cela est nécessaire pour refroidir la perceuse);
- Panneau de configuration.
Tous les UGNB sont classés selon un indicateur principal - la force de traction à la frontière. Les autres caractéristiques de ces machines incluent :
- des indicateurs de la section de canal qu'une telle machine peut effectuer ;
- longueur de canal maximale ;
- taux de consommation de bentonite (l/min) ;
- l'utilisation de la méthode de forage horizontal prend également en compte le rayon de courbure maximal possible des tiges de forage. Cet indicateur est considéré comme très important, car il affecte la mobilité de la plate-forme de forage et sa capacité à contourner divers obstacles.
L'équipement secondaire comprend les dispositifs suivants :
- éléments de fixation;
- adaptateurs;
- extenseurs;
- équipement de pompe;
- générateurs alimentés à l'électricité;
- appareils d'éclairage.
L'appareil de forage horizontal doit être sélectionné correctement, conformément à tous les facteurs énumérés ci-dessus.
Le forage horizontal consiste en une ponction réalisée par du matériel professionnel. Cependant, des travaux préparatoires doivent être effectués avant de percer sous la route.
Le forage horizontal nécessite des travaux préparatoires
Tout d'abord, vous devez préparer une zone plate pour la plate-forme de forage. Pour ce faire, il est nécessaire de niveler le site, qui devrait avoir une taille approximative de 10x15 m. De plus, dans certaines situations spécifiques, il est nécessaire de préparer un itinéraire de contournement pour le complexe de forage.
Important! Le site préparé doit être clôturé avec un ruban d'avertissement. Cela est nécessaire pour exclure l'entrée d'étrangers sur le territoire. Ce ruban est installé à environ 80 cm au-dessus du sol.
Le site pour l'équipement de forage est en cours de préparation à l'endroit où le puits sera posé. Après avoir préparé le site, il est nécessaire d'installer l'équipement de forage et de le positionner dans la position souhaitée pour la ponction.
Il vaut également la peine d'ancrer la plaque de base de l'équipement. Cette activité est réalisée au moyen de vis sans fin. Ensuite, vous devez ajuster l'angle d'entrée de la perceuse dans le sol.
Le poinçonnage par la méthode de forage directionnel horizontal du disque dur est effectué en tenant compte des précautions de sécurité, ainsi que de tous les codes du bâtiment nécessaires. Lors du forage, une solution spéciale de bentonite est utilisée. Le dispositif préparant cette solution doit être situé sur le côté de la plate-forme de forage directionnel horizontal. La distance entre l'UGNB et l'unité de préparation de bentonite doit être d'au moins 10 m. Le mortier de bentonite remplit les fonctions suivantes :
- renforcer les parois du forage du canal ;
- et aussi cette solution aide à enlever le sol du canal.
Aux points d'entrée et de sortie du canal, il est recommandé d'aménager des fosses spéciales dans lesquelles l'excès de solution sera éliminé. De plus, il est nécessaire d'établir une communication radio constante entre le responsable du processus de forage et les opérateurs de l'équipement.
Considérons ce qu'il faut faire d'autre pour préparer le perçage horizontal du disque dur :
- déterminer les endroits où passent les services publics souterrains afin de ne pas les toucher lors du forage ;
- étudier la composition du sol et ses caractéristiques. Ceci est nécessaire pour sélectionner la route de forage optimale.
Il devrait y avoir une petite dépression au site de ponction remplie de mortier de bentonite
Une fois tous les travaux préparatoires terminés, vous pouvez procéder directement à la pose des tuyaux en utilisant la méthode de forage directionnel horizontal. Pour cela, la plate-forme de forage est située à l'endroit requis. Ensuite, vous devez vérifier (bien piloter). Les paramètres de section transversale d'un tel puits doivent être d'environ 100 mm.
Lors de l'aménagement d'un puits pilote sous une voie ferrée ou une route, le déplacement de l'élément de forage doit être contrôlé par un système de géolocalisation. Sans un tel système ou en cas de dysfonctionnement, il est interdit d'effectuer des travaux sans tranchée.
La position initiale de la tête de forage est généralement de 10 à 20 ° par rapport à l'horizon. Cet angle doit constamment diminuer en fonction de la profondeur d'immersion. Une fois la profondeur requise atteinte pour la pose du pipeline à l'aide de la méthode HDD, le forage est effectué dans le plan horizontal. Pendant le perçage, il est permis d'ajuster le mouvement du foret. La correction du mouvement du foret est effectuée s'il s'écarte de la trajectoire spécifiée. La détermination de l'écart par rapport à la trajectoire souhaitée est effectuée à l'aide du système de positionnement.
La méthode de ponction consiste à vérifier la position du foret à l'aide d'un système de géolocalisation tous les 3 m. Après avoir passé un certain point, la tête de forage commence à se déplacer vers le haut, ce qui lui permet d'atteindre le point de sortie. La sortie du sol (ainsi que l'entrée) doit être calculée à l'avance et réalisée selon un angle strictement défini.
Le puits pilote doit être élargi, cela se fait à l'aide d'un dispositif spécial - un rimmer
La prochaine étape de la pose de canalisations sous la route consiste à élargir le canal pilote. Pour cela, la tête de forage est démontée et un dispositif spécial est installé à sa place - une rimmer. Rimmer est un élément structurel utilisé dans la pose de tuyaux HDD, qui remplit la fonction d'élargir le canal pilote. Il est à noter que le rimmer est un détendeur à action inverse (il s'étend de la sortie du canal à son entrée).
En tenant compte de la technologie de perçage HDD, afin d'atteindre les indicateurs de diamètre requis, l'expansion est effectuée d'une à plusieurs fois. Le nombre d'extensions dépend du diamètre que devrait avoir le futur puits.
Le forage horizontal peut également être réalisé dans des conditions difficiles (sol pauvre, abondance d'obstacles sur le chemin du semoir...). Dans ce cas, des travaux d'expansion de puits sont effectués avant que les communications nécessaires ne soient mises en place dans le canal. De plus, il convient de noter que tous les travaux doivent être effectués avec du liquide de refroidissement. Cela est dû au fait que les équipements de géolocalisation sont très sensibles aux températures élevées. Une crevaison de la route est un événement grave qui doit être pensé du début à la fin.
Il y a un autre facteur important à anticiper - l'excrétion du sol. Une crevaison sous la route à l'aide de la méthode HDD doit également tenir compte du fait qu'avant de commencer à tirer des tuyaux en plastique ou en métal dans le puits, ils doivent être connectés. La structure doit être solidement connectée, sinon des problèmes peuvent survenir.De plus, avec l'équipement de forage éteint, l'alésoir annulaire est amarré aux tiges. Ensuite, grâce à un émerillon rotatif, la communication nécessaire est jointe. La station d'accueil nécessitera un adaptateur spécial ou un autre appareil possible.
Information utile! La méthode HDD prend en compte la sélection d'une pièce d'expansion selon ce calcul : le canal doit être 25 % plus grand que le pipeline tiré. Si la communication est posée avec une isolation thermique, le canal doit être 50% plus grand.
Le canal fini doit être environ un quart plus large que le tuyau.
Si les indicateurs de pression à l'intérieur du canal sont grands, la solution de bentonite remplit uniformément l'espace entre la paroi externe du tuyau et la paroi interne du puits. Après le durcissement de la solution de bentonite, l'affaissement du sol est exclu.
Une crevaison sous une voie ferrée ou une chaussée est effectuée en premier. En outre, le puits est élargi jusqu'au diamètre souhaité. À la troisième étape, les tuyaux sont posés selon la méthode HDD.
Cela se fait assez simplement : la canalisation est resserrée en même temps que le dernier rimmer d'expansion. La communication est fixée à l'extenseur au moyen de supports de connexion spéciaux ou d'un émerillon.
Le conducteur est pré-tiré à travers le canal fini. Ceci est nécessaire lors de l'organisation du câblage dans les communications. Dans ce cas, la structure du pipeline servira de boîtier de protection qui protège le câblage dans le sol des dommages.
Cette technologie permet de tirer rapidement, de manière fiable et économique le pipeline à travers le sol sans l'organisation de tranchées, qui, en règle générale, sont réalisées à la main. Après la pose du pipeline, le disque dur peut être considéré comme terminé. Enfin, les forages et autres équipements doivent être évacués du chantier.
