Experimental investigation of pull loads and borehole pressures during horizontal directional drilling installations

摘要

Installation loads during 19 commercial horizontal directional drilling (HDD) installations were monitored using new in-hole monitoring cell technology. Fifteen of these installations were part of an 8.3 km section of 203 mm diameter by 4 mm wall thickness steel gas distribution line. The predominant soil type was silty clay, and similar construction practices were employed for all installations. The resistance to pipe advancement within the bore was found to increase in an approximately linear manner, varying from 0.20 to 0.31 kN/m, with a mean of 0.26 kN/m and standard deviation _x = 0.03 kN/m. Local peaks caused by borehole curvature or borehole anomalies were found to dissipate, usually within 10 m, before the underlying linear trend resumed. The remaining four installations were evaluated to determine the relationship between measured pull head load and borehole pressure. The correlation observed provides new insight into the factors that contribute to pulling forces during HDD installations. Based on the findings, a conceptual framework is proposed for an improved HDD design model. The framework outlines two development stages: stage 1, based on tabulated measurements of pulling force per length of pipe inserted; and stage 2, involving significant modifications to an existing prediction model to better represent field conditions.Key words: pipelines, tensile loads, mud pressure, directional drilling, load monitoring, pressure monitoring.Les charges d'installation au cours de 19 installations de forages directionnels horizontaux commerciaux (HDD) ont été mesurées au moyen d'une nouvelle technologie de cellules de mesure à l'intérieur du trou de forage. Quinze de ces installations faisaient partie d'une section de 8.3 km d'une ligne de distribution de gaz en acier de 203 mm de diamètre et de 4 mm d'épaisseur de paroi. Le type de sol prédominant était de l'argile limoneuse, et des pratiques de construction similaires ont été utilisées pour toutes les installations. On a trouvé que la résistance à l'avancement du tuyau dans le forage augmente d'une façon approximativement linéaire variant de 0.20 kN/m à 0.31 kN/m avec une moyenne de 0.26 kN/m (_x = 0.03 kN/m). On a trouvé que les pics locaux causés par la courbure ou par des anomalies du trou de forage se dissipent, habituellement en deçà de 10 m, avant que la tendance sous-jacente à la linéarité ne reprenne. On a évalué les quatre installations qui restent pour déterminer la relation entre la charge de traction mesurée et la pression dans le forage. La corrélation observée fournit un nouvel éclairage sur les facteurs qui contribuent aux forces de traction durant les installations de HDD. En partant de ces résultats, on propose un cadre conceptuel pour un modèle amélioré de la conception de HDD. Le cadre définit deux stades de développement: stade 1, basé sur les tables de mesures de la force de traction par longueur de tuyau inséré, et stade 2, impliquant des modifications appréciables à un modèle existant de prédiction pour mieux représenter les conditions de terrain.Mots clés : pipelines, charges de traction, pression de boue, forage directionnel, mesure de charge, mesure de pression.[Traduit par la Rédaction]