Deichquerung im HDD-Verfahren - Nodig-Bau.de

Bohrtechnik
Gasleitung DN 1200 durch
das IJsselmeer – Deichquerung
im HDD-Verfahren
Horizontalbohrtechnik ■ Der Bau einer rund 35 Kilometer
langen Gaspipeline durch das IJsselmeer umfasste das
Zusammenspiel unterschiedlicher Bauleistungen: etwa den
Bau der Regelstation in Workum, der Kompressorstation in
Wieringermeer, zweier Landstrecken in Friesland und Nordholland
sowie verschiedene Bohrtechniken. Hierzu gehörten
auch zwei Horizontalbohrungen zur Deichquerung
zwischen Medemblik und Workum.
Dort, wo sonst der Wassersport regiert,
waren in diesem Sommer
große Bauaktivitäten angesagt. Das
Seglerparadies im Norden der Niederlande,
das IJsselmeer, musste im Zuge
der Verlegung einer Erdgastransportleitung
DN 1200 von Workum nach
Wieringermeer über eine Länge von
ca. 35 Kilometern gequert werden
(Abb. 1). Der Bauherr der Leitung ist
die N.V. Nederlandse Gasunie in Groningen.
Die Arbeitsgemeinschaft Nacap
B.V. in Eelde und Van Oord Offshore
B.V. in Gorinchem zeichnen sich
für die Durchführung dieses anspruchsvollen
Rohrleitungsprojektes
verantwortlich. Die Durchführung der
beiden Deichquerungen im HDD-Verfahren
lag in den Händen der Drillingabteilung
der Nacap B.V. Die Deichkreuzungen
mit einer Bohrlänge von je
870 Metern fanden in der Nähe der
Ortschaften Medemblik und Workum
statt. Die Gesamtquerung unterteilte
sich somit in drei Abschnitte:
• die Deichquerung bei Workum,
• die Offshoreverlegung in konventioneller
Bauweise,
• die Deichquerung bei Medemblik.
Die Entwurfsphase der beiden Bohrungen
wurde maßgeblich von der
GEODELFT in Delft gestaltet. Auf
Grundlage der von der Gasunie separat
in Auftrag gegebenen Baugrunderkundungen
wurde eine detaillierte
Ausschreibungsunterlage erarbeitet.
In den Anforderungen an die Querungen
wurden seitens der GEO-
DELFT folgende Punkte herausgestellt
und bedurften besonderer Aufmerksamkeit:
• Wasserläufigkeit im Bohrkanal
• Geometrie des Bohrprofils
Abb. 1 Das IJsselmeer wurde im Rahmen
der Verlegung einer Erdgaspipeline
über eine Länge von rund 35 Kilometern
gequert.
• Vermeidung von Spülungsaustritten
• Zugkräfte während des Rohreinzuges
Baugrundgegebenheiten
Medemblik
Gemäß der Baugrunduntersuchung
und des Berichtes der GEODELFT
kann der Baugrundaufbau in der Bohrtrasse
gemäß Tabelle 1 beschrieben
werden. Das Bohrprofil lief zum größten
Teil durch die Sandschicht von NN
-14 m bis NN -18 m sowie der Kleischicht
von NN -27,6 m bis NN -28,7 m.
Im Durchschnitt konnte von einer mittleren
bis grobkörnigen Sandschicht mit
einem CPT-Wert von 15 MPa bis 25
MPa ausgegangen werden.
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Baugrundgegebenheiten Workum
Gemäß der Baugrunduntersuchung
und des Berichtes der GEODELFT
kann der Baugrundaufbau in dieser
Bohrtrasse gemäß Tabelle 2 beschrieben
werden. Das Bohrprofil lief zum
größten Teil durch die Sandschicht von
NN -10,4 m bis NN -12,9 m sowie der
Lage von NN -20,3 m bis NN -22,7 m.
Im Durchschnitt konnte von einer feinkörnigen
Sandschicht mit einem CPT-
Wert von 45 MPa bis maximal 80 MPa
ausgegangen werden. Gemäß Baugrundbericht
konnten Kieseinschlüsse
nicht ausgeschlossen werden.
Zugkraftprognosen
Nach Fertigstellung und Genehmigung
der aufgegebenen Bohrprofile wurden
Zugkraftberechnungen, Spülungsdruckvorhersagen
sowie Berechnungen
über zulässige Spülungsdrücke angestellt.
Die gemäß der niederländischen
Norm NEN 3650-51 aufgestellten
Berechnungen (MDrill-Programm) ergaben
folgende Zugkraftprognosen:
Medemblik: 1.280 kN
Workum: 1.260 kN
Bohranlage
Zur Realisierung der beiden Bohrungen
wurde der Einsatz einer Maxibohranlage
geplant und durchgeführt.
Beide Querungen wurden mit dem Nacap-Rig
III, das eine Rückzugskraft von
2.500 kN zur Verfügung stellen kann,
durchgeführt. Die Bohrarbeiten wurden
im Zweischichtbetrieb (2 x 12 Std.)
abgewickelt.
Verfahrenstechnik
Gemäß den Ausschreibungsunterlagen
sollten beide Bohrungen vom Wasser
aus aufgefahren werden, d. h. die jeweiligen
Eintrittspunkte lagen im IJsselmeer.
Ein Grund für diese Vorgehensweise
lag in der Ortungs- und Steuerungstechnik.
Zudem war ein Austrittspunkt
im IJsselmeer auf Grund des
erforderlichen Spundwandkastens nur
sehr schwer realisierbar, da ferromagnetische
Einflüsse erhebliche Störungen
zur Folge haben können. Und schließlich
steigen die Bohrspülungsdrücke vom
Start- zum Austrittspunkt naturgemäß
relativ stark an. Die Gefahr eines Spülungsausbruches
im IJsselmeer wäre bei
einer Bohrrichtung von Land- zur Wasserseite
enorm hoch gewesen.
Jahresmagazin 12/2006
Spundwandkasten
Sowohl für die Workum- als auch für
die Medemblikseite wurde am Bohransatzpunkt
ein Spundwandkasten mit
den Abmessungen 80 x 5 Meter gerammt.
Die Bohlenlänge betrug im
Mittel 12 bis 16 Meter. Die Spundwandkästen
(Abb. 2) wurden zwecks
Bohrspülungsaufnahme bzw. Bohrspülungsrückfluss
in drei Abteilungen
aufgeteilt: Der Spülungsrückfluss von
der Bohranlage (Gestänge- und Werkzeugwechsel)
wurde in der ersten Ab-
Erkundungstiefe Baugrund
Tabelle 1 Baugrundaufbau in der Bohrtrasse Medemblik
teilung aufgefangen. Die Bohrflüssigkeit
aus dem Bohrloch (Returns) wurde
in der Abteilung 2 aufgenommen.
Von hier aus wurde die belastete Spülung
zur Aufbereitungsanlage an Land
gepumpt, gereinigt und dann zum
Speichertank auf der Bohrplattform
(Ponton) zurückgepumpt. Zur Stabilisierung,
Lagerung und Führung des
Bohrgestänges, des Casingrohres sowie
des Produktenrohres wurde in dieser
Abteilung noch ein so genannter
„Stinger“ eingebaut.
Entwurfsdaten Medemblik
Rohrmaterial: Stahl X 70
Rohraußendurchmesser: 1.219 mm
Wandstärke: 22,7 mm
Bohrdaten: Bohrkanaldurchmesser: 1.550 mm
Bohrradius: 1.400 m
Konservierung/Rohrisolierung: Rohrstrang: PE-Isolierung
Schweißnähte: glasfaserverstärkte Isolierung
Entwurfsdaten Workum
Die Daten sind bis auf die Isolation identisch mit der Bohrung Medemblik.
Konservierung/Rohrisolierung Rohrstrang: glasfaserverstärkte Isolierung
Schweißnähte: glasfaserverstärkte Isolierung
Von OK Gelände
(NN -0,7 m bis NN -1,5 m) abwechselnd Klei- und Torflagen
NN -9,5 m bis NN -9,9 m Sand
NN -11,8 m bis NN -13,4 m Sand mit Kleieinlagerungen
NN -14,0 m bis NN -18,0 m Sand, schwach schluffig
NN -27,6 m bis NN -28,7 m Klei, stark sandig
NN -31,2 m bis NN -31,9 m Sand, sehr schluffig
Erkundungstiefe Erkundungstiefe Baugrund
(Eintrittspunkt) (nach 240 m Pilotbohrung)
Von OK Gelände Von OK Gelände Klei, stark sandig
(NN -2,1 m) (NN -0,8 m bis +0,6 m)
NN -2,8 m NN -2,2 m bis NN -3,1 m Torf
NN -3,3 m NN -3,0 m bis NN -3,7 m Mittelsand/Klei
NN -6,7 m NN -6,0 m bis NN -6,6 m Sand
NN -10,8 m Bohrkernverlust Klei
NN -12,4 m NN -9,5 m bis NN -10,8 m Klei mit Torfeinlagerungen
Bohrkernverlust NN -10,4 m bis NN -12,9 m Sand (Fein- und Mittelsande)
NN -23,0 m NN -20,3 m bis NN -22,7 m Klei/Torf
NN -24,2 m NN -22,2 m bis NN -25 m Mittelsand
Tabelle 2 Baugrundaufbau in der Bohrtrasse Workum
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Bohrtechnik
Abb. 2 Jeweils hinter einem Spundwandkasten
wurde der Ponton mit
der Bohranlage verankert.
Abb. 3 Zur Reduzierung der Reibungskräfte
im Bohrkanal wurde die Rohrleitung
mit einem Ballastierungssystem
versehen.
Medemblik
Workum
Abb. 4 Oberbogengestaltung
auf der Medemblik-Seite
Räumgang Durchmesser Bohrfortschrittsgeschwindigkeit
Nr. 1 32” / 815 mm 0,85 m/min
Nr. 2 50” / 1.270 mm 1,05 m/min
Nr. 3 56” / 1.420 mm 1,24 m/min
Nr. 4 61” / 1.550 mm 1,35 m/min
Nr. 1 32” / 815 mm 0,85 m/min
Nr. 2 42” / 1.070 mm 1,07 m/min
Nr. 3 50” / 1.270 mm 1,05 m/min
Nr. 4 56” / 1.420 mm 1,26 m/min
Nr. 5 61” / 1.550 mm 1,38 m/min
Tabelle 3 Räumerspezifikationen Medemblik und Workum
Bohrplattform (Ponton)
Direkt hinter dem jeweiligen Spundwandkasten
wurde ein Ponton mit den
Maßen 65 x 11,5 x 3 Meter gelegt und
verankert (Abb. 2). Auf dieser Einheit
wurden folgende Geräte und Zubehörteile
aufgestellt bzw. gelagert:
• Bohranlage mit Steuerstand,
• Spülungshochdruckpumpe,
• Speichertank für Bohrspülung,
• Dieselgeneratoren,
• Bohrgestänge,
• Werkstatt- und Werkzeugcontainer.
Der Ponton wurde gemäß den geltenden
Vorschriften der Schifffahrtsordnung,
den geltenden Sicherheitsbestimmungen
für schwimmende
Geräte sowie den örtlichen Bestimmungen
der Hafenbehörde ausgestattet
und eingerichtet.
Retourleitungen und Ortungskabel
Die Bohrspülungsmischanlage und die
Aufbereitungsanlage wurden jeweils
am Austrittspunkt der Bohrung positioniert.
Über temporäre Leitungen
(landseitig PE-HD, wasserseitig Stahlrohr)
wurde Wasser, Spülung sowie beladene
Spülung gepumpt. Zur Ortung
des Bohrkopfes wurde parallel zu einem
der vorgenannten Rohrleitungen
ein Surveykabel verlegt. Die genaue
Lage der Messleitung wurde mittels
Kreiselkompassvermessung festgestellt.
Bohraktivitäten
Nach Fertigstellung der Baustelleneinrichtung
wurde am 27. Juli 2006 mit der
Pilotbohrung an der Medemblikseite
begonnen. Auf Grund der Bodenverhältnisse
kam ein konventioneller Jetbit-Bohrkopf
mit einem Durchmesser
von 9 5/8“ entsprechend 245 Millimeter
zum Einsatz.
Die ersten 150 Meter der Pilotbohrung
wurden mit einem Gyrovermessungssystem
aufgefahren. Im Anschluss wurde
zur Stabilisierung des Bohrstranges
ein Casingrohr mit einem Durchmesser
von 13 3/8“ gebohrt. Danach wurde die
Bohrung mit Wirelinetechnik (Paratrack
II) fortgesetzt. Das Steeringtool
gab neben den üblichen Koordinaten
des Bohrkopfes auch den Bohrspülungsdruck
im Bohrkanal wieder.
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Die Pilotierung erfolgte mit einer Bohrfortschrittsgeschwindigkeit
von ca. 1,5
m/min bzw. 6 bis 7 min/Bohrstange.
Am 29. Juli 2006 wurde die Pilotbohrung
erfolgreich ins Ziel gebracht. Die
Pilotierung auf der Workumseite des
IJsselmeeres wurde ebenfalls innerhalb
von drei Tagen, in der Zeit vom 31. August
bis zum 2. September 2006 durchgeführt.
Aufweitung des Bohrkanals
Nach Abschluss der Pilotierungen wurde
mit den Aufweitvorgängen begonnen
(Tab. 3). Der Enddurchmesser des
Bohrkanals betrug 1.550 Millimeter.
Alle Räumgänge wurden mit einer
Spülungsmenge von ca. 2.000 l/min
durchgeführt. Alle Räumgänge wurden
mit „Fly-Cutter“ durchgeführt.
Die Stabilisierung und Zentrierung
eines jeden Räumganges erfolgte mittels
eines nachgeschalteten Barrelreamers.
Der Durchmesser des entsprechenden
Zentrierwerkzeuges betrug
jeweils 6“ bzw. ca. 150 Millimeter weniger
als der vorangegangene Flycutterdurchmesser.
In allen Phasen wurde dem Bodenaustrag
besonderes Augenmerk durch
regelmäßige Feststoffkontrolle der
Bohrspülung geschenkt. Die gesamte
zu fördernde Feststoffmenge betrug
ca. 1.600 m 3 pro Bohrung.
Vor Beginn der Einzugsphase wurde
noch ein so genannter „Cleaningrun“
durchgeführt. Dieser Arbeitsschritt
trägt zum letztmaligen Säubern des
Bohrkanals bei. Auf der Medemblikseite
kam dabei ein 56“-Barrelreamer
und auf der Workumseite ein 54“-Basketreamer
(zum Sammeln von großen
Kies- und Steinanteilen) zum Einsatz.
Einziehvorgang
Die einzuziehende Rohrleitung mit einem
Streckengewicht von 680 kg/m erfuhr
mit einem Nettoauftrieb von 1.284
kg/m eine Auftriebskraft von 592 kN.
Zur Reduzierung der Reibungskräfte
im Bohrkanal wurde die Rohrleitung
mit einem Ballastierungssystem versehen.
Ein mit einem Rollensystem versehenes
Stahlrohr, das durch ein PE-
Rohr der Nennweite 125 Millimeter mit
Wasser gefüllt wurde, reduzierte die
Auftriebskraft auf ca. 118 kN (Abb. 3).
Jahresmagazin 12/2006
Abb. 5 Der Rohreinzug konnte ohne nennenswerte Probleme
nach 13 Stunden abgeschlossen werden.
Vor Beginn der eigentlichen Einzugsphase
erfolgte die Konstruktion und
Gestaltung des Oberbogens. Mit Hilfe
von fünf Telekränen (Abb. 4) und Rollencraddles
wurde der Einzugsbogen
realisiert. Die Erstellung des Oberbogens
erforderte eine gesamte Hubkapazität
von 11.000 kN.
Nach Abschluss dieser Arbeiten wurde
am 8. August 2006 mit dem Rohreinzug
begonnen. Unter den Augen des Auftraggebers,
den technischen Abnahmebehörden
und unter großer Anteilnahme
der örtlichen Presse und Bevölkerung
begann sich der Rohrstrang
um die Mittagszeit in Richtung IJsselmeer
zu bewegen (Abb. 5). Ohne nennenswerte
technische Probleme konnte
der Rohreinzug nach ca. 13 Stunden
erfolgreich zu Ende geführt werden.
Die gemessene und aufgezeichnete Einzugskraft
von 1.250 kN lag dabei fast
exakt auf der prognostizierten Zahl in
Höhe von 1.280 kN. Die Bohrung
„Workum“ wurde am 11. September
2006 nach ca. elf Stunden erfolgreich
fertig gestellt.
Lagevermessung
Nach der Isolationsmessung wurde zur
Überprüfung und Dokumentation der
Rohrlage eine Vermessung mit dem
Gyrokompass durchgeführt. Die Vermessung
erfolgte im Anschluss an den
Ausbau der Ballastierungsleitung. Das
Messgerät wurde dabei mit einem Zugseil
durch das Produktenrohr gezogen.
Die entsprechenden Lageprotokolle
wurden dem Auftraggeber ausgehändigt
und die Bohrungen konnten für
die weitere Einbindung in das konventionell
verlegte Teilstück freigegeben
werden.
Alle Abbildungen: Nacap
Autor:
Dipl.-Ing./EWE Hermann Lübbers
Nacap B.V.
Machlaan 5
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Fax: 0031-50-5991-224
E-Mail: h.luebbers@nacap.nl
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