Jak zaprojektować przewiert rurą PE

Rury PE stosowane w przewiertach

Do wykonywania przewiertów sterowanych najczęściej wykorzystuje się rury z polietylenu (PE). Jest to spowodowane dużą elastycznością tych rur pozwalającą na uzyskiwanie małych promieni gięcia, oraz połączeniami zgrzewanymi przenoszącymi siły osiowe występujące podczas przeciągania rur. Praktycznie z użycia wyszły już rury typu PE80 zastąpione nowszą generacją PE100. Oprócz standardowych rur PE100, od pewnego czasu na rynku pojawiły się rury PE100 RC o zwiększonej odporności na zarysowania i naciski punktowe. Skrót RC oznacza Resistance to Crack czyli odporne na pękanie. Właśnie te rury są obecnie zalecane przez producentów do wykonywania przewiertów. Rury PE100 RC powinny być zgodne z niemieckim standardem PAS 1075, który przewiduje następujące typy rur:
typ 1 - rury jednowarstwowe,
typ 2/2 - rury dwuwarstwowe,
typ 2/3 - rury trójwarstwowe,
typ 3 - rury z płaszczem ochronnym
Należy zauważyć, że warstwy w typach 1, 2/2 i 2/3 są wykonane z polietylenu PE100 RC i połączone ze sobą molekularnie. Połączenie molekularne powoduje, że ilość warstw ścianki nie ma wpływu na wytrzymałość rur. Warstwy mają jedynie charakter sygnalizacyjny, dzięki temu, że są zróżnicowane kolorystycznie, można przy ich pomocy ocenić głębokość zarysowań rury i stwierdzić czy rysy są niebezpieczne dla trwałości ścianki. Suma grubości wszystkich warstw ścianki daje grubość ścianki standardowej rury PE100 zgodnej z PN-EN 12201.
Inaczej wygląda sprawa z typem 3, tutaj płaszcz ochronny nie jest połączony molekularnie ze ścianką rury. Sumaryczna grubość ścianki to grubość ścianki standardowej rury PE100 powiększona o grubość płaszcza ochronnego. Płaszcz ochronny jest zwykle wykonany z polipropylenu (PP) lub polietylenu (PE), a ścianka rury z polietylenu PE100 RC. Rury typu 3 charakteryzują się największą odpornością na zarysowania i naciski punktowe, ale mogą okazać się mniej wygodne w użyciu - przy zgrzewaniu może zajść potrzeba zdjęcia płaszcza ochronnego, lub wystąpi problem z zaciskami zgrzewarki ze względu na zbyt dużą średnicę zewnętrzną rury.

Jak obliczyć dopuszczalną siłę ciągnięcia dla rury PE

Jest to podstawowe pytanie zadawane przez firmy wykonujące przewierty. Dopuszczalna siła ciągnięcia zwana również dopuszczalną siłą instalacyjną zależy od kilku czynników. Przede wszystkim od wytrzymałości na rozciąganie polietylenu (PE) z jakiego wykonano rurę, od grubości ścianki rury czyli klasy SDR, od czasu przeciągania rury, od temperatury rury, oraz od wielkości promienia gięcia rury wynikającego z trajektorii przewiertu.
Wytrzymałość na rozciąganie PE powinna być podana przez producenta rury i z reguły mieści się w granicach 21-25 MPa. Jak widać jest podawana w jednostkach ciśnienia czyli siły działającej na jednostkę powierzchni. Wartość wytrzymałości na rozciąganie należy zredukować mnożąc ją przez odpowiednie współczynniki. Jest to współczynnik bezpieczeństwa dla rozciągania przyjmowany jako 0,4 (mnożymy przez 0,4 lub dzielimy przez 2,5), oraz odpowiednie współczynniki temperatury i czasu zależne od czasu przeciągania rury i jej temperatury. Jako wynik otrzymujemy wartość bezpiecznego naprężenia rozciągającego dla PE. Aby otrzymać wartość dopuszczalnej osiowej siły rozciągającej, należy bezpieczne naprężenie rozciągające odnieść do pola przekroju ścianki rury. Otrzymany wynik odnosi się do rury przeciąganej prostoliniowo, ponieważ nie uwzględnia występowania w rurze naprężenia zginającego wynikającego z krzywoliniowej trajektorii przewiertu. Wpływ naprężenia zginającego na dopuszczalną siłę instalacyjną (ciągnięcia), będziemy mogli uwzględnić w dalszych obliczeniach znając trajektorię przewiertu.
Szczegóły na www.penert.pl

Trajektoria przewiertu

W uproszczeniu trajektoria przewiertu składa się z krzywej wejścia (AB), odcinka poziomego (BC), oraz krzywej wyjścia (CD). Geometrię trajektorii kształtujemy przez zmianę kąta wejścia (Alfa), kąta wyjścia (Beta), oraz zagłębienia odcinka poziomego.
Warunki poprawnego zaprojektowania trajektorii przewiertu:
- promienie krzywej wejścia i wyjścia większe od minimalnego,
- długość odcinka poziomego BC większa lub równa zero,
- ominięcie w odpowiedniej odległości przeszkód podziemnych.
W przypadku stosowania rur PE, minimalny dopuszczalny promień krzywych trajektorii będzie uwarunkowany minimalnym promieniem gięcia żerdzi wiertniczych. W związku z dużą elastycznością rur PE, ich minimalny promień gięcia jest z reguły mniejszy od minimalnego promienia gięcia stosowanych w przewiercie żerdzi wiertniczych.
Ominięcie przeszkód podziemnych poziomym odcinkiem przewiertu nie jest trudne ponieważ jego rzędna wysokościowa jest stała na całej długości. Znacznie trudniej jest w przypadku krzywych wejścia i wyjścia, gdzie rzędna wysokościowa jest zmienna. Znając odległość poziomą przeszkody od punktu wejścia A lub wyjścia D, należy obliczyć rzędną wysokościową trajektorii w tym punkcie. Jeżeli ta rzędna jest zbyt zbliżona do rzędnej przeszkody, należy zmodyfikować trajektorię przez zmianę kąta wejścia / wyjścia lub zagłębienia odcinka poziomego BC. Niestety są to czasochłonne obliczenia i dlatego najlepiej posłużyć się programem komputerowym HDD-PE.
Poniżej przydatne wzory:

Siła instalacyjna

Siła instalacyjna czyli siła jakiej trzeba użyć aby przeciągnąć rurę, zależy od wielu czynników. Zaliczamy do nich:
- długość przeciąganej rury,
- współczynniki tarcia w otworze wiertniczym i na powierzchni terenu,
- krzywizny trajektorii przewiertu,
- balastowanie rury i rodzaj cieczy balastującej,
- średnica otworu wiertniczego,
- ciśnienie hydrokinetyczne.
Siła instalacyjna jest obliczana dla wszystkich punktów charakterystycznych przewiertu. Maksymalną siłę instalacyjną porównujemy z dopuszczalną siłą instalacyjną, która jest wynikową dopuszczalnej siły rozciągającej z uwzględnieniem naprężeń zginających rury PE.
Jeżeli maksymalna siła instalacyjna jest większa od dopuszczalnej, należy:
- zastosować balastowanie rury,
- zmienić rodzaj cieczy balastującej,
- zastosować rurę o większej grubości ścianki czyli o mniejszej wartości SDR.
Poniżej kilka przydatnych wzorów:

Szczegóły na www.penert.pl

Ciśnienie różnicowe

Rura przewiertowa PE może ulec wyboczeniu instalacyjnemu wskutek zbyt dużego ciśnienia różnicowego występującego w trakcie jej przeciągania. Ciśnienie różnicowe to używane przez ludzi z branży przewiertów sterowanych, określenie różnicy ciśnień panujących wewnątrz i na zewnątrz rury przewiertowej. Ciśnienie zewnętrzne pochodzi od ciśnienia statycznego wody gruntowej i płuczki, oraz od ciśnienia hydrokinetycznego, natomiast ciśnienie wewnętrzne jest ciśnieniem statycznym cieczy balastującej. Balastowanie rury przewiertowej jest dla niej korzystne, ponieważ zmniejsza wielkość ciśnienia różnicowego. Ponadto balastowanie płuczką jest bardziej korzystne niż balastowanie wodą, ponieważ płuczka posiada większą gęstość i wytwarza wyższe ciśnienie statyczne. Obliczone ciśnienie różnicowe należy porównać z krytycznym ciśnieniem wyboczenia rury, uwzględniając współczynnik bezpieczeństwa o wartości minimum 2,0.
Poniżej kilka przydatnych wzorów:

Szczegóły na www.penert.pl