水平定向钻(HDD)一直与石油和天然气行业联系在一起,相比之下,在建筑行业是新的。随着先进的测量仪器的出现,在城市拥挤的地下地带使用硬盘已经成为可能。
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当涉及到在城市表面下钻孔时钻路径可能通过输送污水、水、天然气、石油、电缆和电线的区域。测量仪器位于钻柱帮助操作人员监控钻头的轨迹,并在遇到服务管线时采取必要的补救措施;这是在障碍物下安装管道的好方法横无聊.钻井偏差是早期HDD的主要障碍。(详情请浏览“正确的科学:定位地下设施”)。
硬盘的起源
HDD是石油和天然气工业的产物,可以追溯到20世纪初。从石油工业诞生之日起,油井就只沿垂直方向向下,虽然无法判断油井是否在深处保持垂直方向还是垂直方向倾斜随着钻孔的进行,以一个随机的角度。当时没有测量仪器来监测井筒的进展情况。
在20世纪20年代,人们发现看似垂直的井眼实际上会自动偏离垂直轨迹,倾角高达50°。由于油井位于地表下较深的位置,具有倾斜和断层的中间土、岩层是造成地震的主要原因钻头偏离。此外,观察到施加在钻头上的重量和钻字符串弯曲的倾向也是造成偏差的原因之一。(读作“钻斜作业”)。
19世纪的测量偏差
为了测量倾斜度,一种在19世纪后期发展起来的测量方法水井在钻石矿中被采用。该技术被称为酸瓶技术,将一个装满酸的玻璃瓶下放到井眼中。酸会以一定的角度在瓶子里沉淀,过一段时间就会以这个角度蚀刻玻璃,这个角度与倾斜角平行。在这一时期发展起来的另一种更精确的方法是可以测量倾斜度的机械漂移记录仪。
然而,这两种方法都不能确定井眼漂移方向。由于井筒的这种偏差导致一些钻井方越过租界,在不知不觉中进入其他钻井方的油田,因此寻找更好的测量方法和井筒控制技术的紧迫性就增加了。法院下令,承租人只能拥有在其租约范围内的存款。由于控制油井漂移的技术非常稀缺,只有少数人拥有这种技术,因此,那些拥有技术的人开采不那么幸运的邻居的油田并不罕见。(详情请浏览“地役权与契约:非开挖工程的合法性”)。
1926年斯佩里公司陀螺仪
这种困境导致了测量仪器和井斜方法的发明,旨在控制井斜到所需的倾斜度。1926年,斯佩里公司使用陀螺仪测量井眼倾向而且方位.
1929年,h·约翰·伊斯曼发明了磁单发和多发仪器,可以测量倾斜和方向。这开启了定向控制钻井的时代,因为它精确,可以故意偏离井眼到理想的井底位置。它还可以帮助限制垂直井眼的倾斜度,从而限制井筒漂移。
通过使用硬木楔将钻头推到所需的一侧,产生偏斜,并将井眼导向所需的方向,从而实现井斜。由此,石油行业在从一个入口到达多个偏远地区以及从海上钻井平台采油方面取得了巨大进展。
HDD在建筑中的介绍
在20世纪60年代早期,马丁·切林顿了解到指导钻井通过观察洛杉矶的另一家公司使用手持空气钻安装天然气管道。这促使他设计了自己的钻机,既简单又轻便。很快,他开始在萨克拉门托市政公用事业区(SMUD)的承包商手下工作。他为该地区的多家公用事业公司进行道路钻孔,由于电子跟踪还没有发展起来,他使用了从洛杉矶天然气公司学到的手持空气钻技术。
这是HDD在建设中的第一个里程碑,但未来还有更多。看到他安装公用事业管道的创新方法,太平洋天然气和电力公司请他安装一条直径约4英寸的天然气管道。在帕扎罗河下有500英尺长。他花了一个月的时间,使用了包括石油工业中使用的一些技术,但他成功了。这是使用HDD穿越环境敏感地区的开始,管道甚至更大。
大约10年后,承包商开始习惯使用HDD安装公用事业线路,今天,它是许多建筑项目的首选方法,特别是在穿越河口和河口等环境敏感地区时沼泽的湿地.
HDD的技术进步
HDD从石油和天然气行业到建筑行业的演变值得关注。虽然这一概念得到了采纳和有利的应用,但计算机技术和测量技术的进步,如岩土工程调查,把HDD带到了一个远高于切林顿当时所能想象的高度。
20世纪80年代末,一家名为Tensor的公司开发了一种转向技术,该技术使用人工磁场来确定工具相对于源的位置钻头.这为HDD的应用开辟了广阔的道路,从中型到非常大的项目,包括交叉。
随着全球定位系统(GPS)和钻井传感器的进步,该项目获得了更高的效率,同时也提高了项目的成本效益。还有待观察其他技术的进步,这将使HDD在建筑行业的创新达到更高的水平。(阅读“研究表明,非开挖施工成本比较庞大”)。