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Downhole Tools

Game Changer im Horizontal Directional Drilling

Herrenknecht ist Innovationstreiber bei maschinellen Lösungen für den Bau von unterirdischen Infrastrukturen. Für die schnelle, sichere und kostengünstige Verlegung von Pipelines im HDD-Verfahren (Horizontal Directional Drilling) haben wir gemeinsam mit renommierten Branchenspezialisten drei neuartige Bohrlochwerkzeuge entwickelt: den Full Face Hole Opener, die Downhole Jet Pump sowie den Weeper Sub.

 

HDD-Bohrprozesse optimieren

Die drei patentierten Neuentwicklungen optimieren einzeln eingesetzt oder in Kombination den Bohrprozess bei HDD-Projekten. So können beispielsweise Bohrungen in einem Arbeitsschritt aufgeweitet und gesäubert und gleichzeitig ungewollte Bohrspülungsaustritte (Frac Outs) verhindert werden. Herrenknecht antwortet damit auf lange bekannte Herausforderungen im HDD-Business. Die Ergebnisse erfolgreicher Pilotprojekteinsätze bestätigten bereits das Konzept und die Leistungsfähigkeit der neuen Downhole Tools.

  • Innovative Bohrloch-Werkzeuge zur Optimierung des HDD-Verfahrens
  • Materialflussoptimierung durch Weeper Subs
  • Aufweitung der Pilotbohrung durch Full Dace Hole Opener in nur einem Schritt
  • Effiziente Bohrlochsäuberung mithilfe der Downhole Jet Pump
  • Werkzeuge einzeln oder kombiniert einsetzbar
  • Optimierte Wirtschaftlichkeit von Bohrungen im HDD-Verfahren
  • Geringeres Risiko von Frac-Outs
  • Mehrschrittige Aufweitungsbohrungen entfallen
  • Bohrkleinabförderung direkt durch Bohrstrang

Weeper Sub: Pilotbohrung mit optimiertem Materialfluss

Weeper Subs sorgen bei der Erstellung von HDD-Pilotbohrungen für einen signifikant verbesserten Materialfluss. Eine Düse entnimmt einen Teil der Bohrspülung aus dem Bohrstrang und leitet sie aktiv dem Spülkreislauf im Ringraum zu. Hierdurch wird der Materialfluss im Ringraum optimiert und die Abförderung des sedimentierten Bohrkleins erleichtert. Der Prozess wird durch die exzentrische Schneckenform des Weeper Subs unterstützt. Ein sauberes Pilotbohrloch ohne größere Ablagerungen ist die Folge.

Der Einsatz mehrere Weeper Subs erhöht den Volumenstrom im Bohrloch stufenweise. Die benötigte Menge an Spülflüssigkeit nimmt dagegen in Richtung Bohrmeißel ab. Dadurch reduziert sich das Druckniveau im Ringraum und insbesondere der maximale Druck am Bohrmeißel. Das ausgeglichenere Druckniveau im Spülkreislauf reduzieren die Gefahr von verfahrenstypischen Frac-Outs.

  • Durchmesser Pilotbohrloch: 8 1/2” - 9 7/8” - 12 1/4“
  • Flexibles Strahlvolumen: 20 – 105 gpm (75 - 400 l/min)
  • Verringertes Druckniveau im Ringraum reduziert die Gefahr von Frac Outs
  • Axial angeordnete Düsen optimieren den Materialfluss und schneiden nicht in die Bohrlochwand
  • Verschiedene Düsenkonfigurationen erhältlich
  • Berechnungstool für Druckniveau im Bohrloch verfügbar

Full Face Hole Opener: Aufweitungsbohrung in nur einem Durchgang

Der neue Full Face Hole Opener von Herrenknecht weitet in nur einem Arbeitsgang die Pilotbohrungen auf den benötigten Enddurchmesser auf. Mehrere, für das HDD-Verfahren typische Aufweitvorgänge, sind damit obsolet.

Je nach Baugrundanforderung kann der Full Face Hole Opener mit verschiedenen Cuttertypen ausgestattet werden. Sie sind einfach zu wechseln und budgetschonend zu sanieren. Die Cutter verfügen über einen speziellen Verschleißschutz und sind mit Druckkompensatoren ausgestattet. Das verhindert ein ungewolltes Eindringen von Bohrspülung oder den Verlust der Lagerschmierung. Zudem sind die Lager extra groß ausgeführt und können im Vergleich zu konventionellen Cuttern doppelt so hohe Kräfte aufnehmen. Dadurch kann ein höherer Druck auf die Ortsbrust aufgebracht werden, um den Materialabbau und somit die Vortriebsgeschwindigkeit zu verbessern.

  • Bohrdurchmesser: 30”–72”
  • Minimaler Durchmesser Pilotbohrloch: 12 ¼“
  • Anwendungsbereich: Weicher Fels bis Hartgestein (bis 350 MPa)
  • Aufweitung von Pilotbohrlöchern in nur einem Schritt
  • Geringes benötigtes Drehmoment und gleichmäßige Rotation durch automatische Ortsbrust-Zentrierung
  • Antihaftbeschichtung im Innenbereich verhindert „bit balling“ (Verkleben) in bindigen Böden
  • Front-Zentrierung und Verschleißschutzplatten vor Ort austauschbar
  • Bedüsungssystem für größeres Bohrklein, höhere ROP (rate of penetration) und geringeren Verschleiß
  • Schälmesser (toolface scraper) für optimale Reinigung und Materialtransport
  • Flexibel einsetzbar in Soft und Hard Rock durch verschiedene Cuttertypen
  • Modulares Design zum schnellen und wirtschaftlichen Wechsel der Cutter
  • Mehrere Referenzprojekte erfolgreich abgeschlossen

Downhole Jet Pump: Bohrlochreinigung und Materialtransport in einem Rutsch

Mit der Downhole Jet Pump von Herrenknecht steht erstmals ein Werkzeug für das HDD-Verfahren zur Verfügung, das gleichzeitig das Bohrloch säubert und das Bohrklein innerhalb des Bohrstrangs effizient abfördert.

Zur Aufnahme des im Bohrloch befindlichen Materials besitzt die Downhole Jet Pump drei seitlich angeordnete Schaufeln mit integriertem Rechen. Durch die Gestängerotation gelangt das Bohrklein ins Innere der Pumpe. Dort wird es mithilfe eines Strahlpumpensystems in den Bohrstrang gepumpt und abgefördert. Durch diese starke Reduzierung des Querschnitts der Transportleitung kann auch größeres Bohrklein mit einfacher Bohrspülungen ohne spezielle Zusätze wirtschaftlich abtransportiert werden. Die Funktion der Bohrspülung im Ringraum beschränkt sich nur noch auf die Stützung und Abdichtung des Bohrlochs. Die Downhole Jet Pump arbeitet ansauglos, wodurch weder Unter- noch Überdruck erzeugt und das Risiko von unbeabsichtigten Bohrspülaustritten reduziert wird.

  • Durchmesser Bohrloch: 20”–72”
  • Antriebsmenge: 475 gpm (1800 l/min) at 65 bar
  • Säubert das Bohrloch bis zu 98%
  • Abtransport des Bohrkleins direkt im Bohrgestänge
  • Deutliche Reduzierung des benötigten Bentonits und anderer Zusätze
  • Frac-Out-Risiko wird auf ein Minimum reduziert
  • Autonom oder in Kombination mit dem Full Face Hole Opener einsetzbar
  • In standfesten Böden auch in trockenen, ungefüllten Bohrlöchern einsetzbar

Performanceoptimierung durch optimale Werkzeugkombinationen

Bei HDD-Projekten sind verschiedene Kombinationsmöglichkeiten der neuentwickelten Downhole Tools von Herrenknecht möglich. Die Vorteile des Full Face Hole Openers kommen besonders beim gemeinsamen Einsatz mit der Downhole Jet Pump zum Tragen. Hierfür wird die Downhole Jet Pump direkt hinter dem Full Face Hole Opener installiert. So kann in kurzer Zeit in einem Schritt ein sauberes Bohrloch bei gleichzeitig reduziertem Bentonitverbrauch erstellt werden.

Links:

Erfolgreiche Premiere der Downhole Jet Pump in Schweden:
Weiter zu LinkedIn

Erfolgreiche Premiere des Full Face Hole Openers in Schweden:
Weiter zu LinkedIn

Downloads:

Fachartikel Full Face Hole Opener

Downhole Tools – Durchmessertabelle Reaming

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Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.

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Jack Brockway Geschäftsführer Herrenknecht Tunnelling Systems USA Inc.
Gerhard Goisser COO Herrenknecht Tunnelling Systems USA, Inc.