[中配]如何在地下引導鑽井?

2019年12月 佛羅里達州勞德代爾堡市 發生了一系列 廢水傳輸管道的 catastrophic破裂 污水直接排入當地水道和社區 意識到老化基礎設施需要改善 市政府啓動了一項計劃 安裝一條新管道 將來自珊瑚嶺鄉村俱樂部 泵站的污水 輸送7英里 到洛邁爾污水處理廠 但僅僅在地圖上畫一條線 並不能掩蓋 這樣一個項目的巨大複雜性 在一個主要城市核心區域 穿越三條河流 安裝地下管道 絕非易事 地下設施通常採用一種 稱爲開溝施工的技術安裝 換句話說 我們從地面挖一個溝槽 放置管道 回填土壤 並修復路面 和人行道上留下的任何損壞 這種施工方式極具破壞性 需要交通封閉 繞行 以及修復路面 而修好的路面 似乎從來沒有以前的那麼好 溝渠對裏面的工人也很危險 因此必須對其進行支撐 以防止塌方 在敏感的環境區域 如河流和溪流 除了人類風險之外 開溝不僅技術上具有挑戰性 而且由於需要的許可證 實際上也無法實現 實際上如今在城市地區 開溝安裝管道根本不切實際 當施工的喧鬧需要最小化時 有多種無溝施工技術 可以用於地下管道的安裝 其中一種方法 幫助勞德代爾堡 在不到一年半的時間內 建成了一條七英里長的排污管道 並被廣泛用於穿越繁忙道路 和敏感水道的公用設施線路 我是格雷迪 這裏是實用工程 在今天的節目中 我們將討論水平定向鍛造 如果你曾在路邊見過這些機器 你就看到了無開挖技術的實際應用 雖然有很多方法 可以在不挖溝的情況下 安裝地下管道 電芯電纜 輸電線和下水道 但只有一種方法 是從地面發射線路的 這意味着你更有可能瞥見 就像地球的俯腔鏡手術 水平定向鑽井 不需要像井或鑽孔那樣 挖開大面積的區域 就可以開始 相反 鑽機可以直接深入地球的表面 從那裏開始 水平定向鑽探相對簡單 但並不一定是值得 實際上 HDD必須採用曲線對齊方式 進入地球 穿過公路或河流 然後在另一側的地面上退出 讓我給你展示一下 它是如何運作的 最後我們再聊聊一些可能出現的問題 HDD安裝的第一步 是鑽一個導向孔 這是一個小直徑的孔道 用於引導後續的施工 地面的鑽井平臺 配備了所有所需的工具和控制裝置 這些鑽機可以是用於將小型光纖線路 穿越道路的微型機器 也可以是能夠在一次性鑽入 數千英尺的大直徑孔的巨型裝置 因此HDD的許多細節 在不同項目中有所不同 但基本步驟和設備是相同的 隨着鑽頭在地下推進 鑽機不斷增加管道段 以延長鑽桿 通過這根管道 鑽井液被泵送到鑽桿的末端 鑽井液也稱爲泥漿或漿液 在HDD項目中有多種用途 首先 它有助於保持鑽頭潤滑和冷卻 從而減少設備的磨損 降低工具斷裂和卡在孔中的幾率 接下來 鑽井液幫助帶走挖掘出來的土壤或岩石 稱爲切屑 並將其清除出孔洞 最後Drilling fluid穩定並密封了鑽孔 減少了塌陷的可能性 我這裏有一個 裝了一部分沙子的亞克力盒子 如果你關注我的頻道的話 你可能對這個設備非常熟悉 原來一盒沙子可以展示 建築和土木工程中的許多不同現象 與像粘土那樣 能保持穩定的土壤相比 沙子在防止鑽孔塌方方面 是最糟糕的選擇 如果我撤走支撐 模擬的孔壁瞬間就會塌陷 如果我把地下水加入混合物 問題會更糟 一旦移開支撐 我的鑽孔牆面根本無法保持 讓我來告訴你 鑽井液是如何解決這個問題的 我正在調配一批 手工製作的鑽井泥漿 混合了水和蓬潤土粉 這是一種由火山灰形成的粘土 與你混合水時會膨脹並保持懸浮 這是一種相當粘稠的物質 因此被用於化妝品甚至釀酒 但它也是鑽井液中最常見的成分 如果我將漿液加入演示的一側 你可以看到更密集的液體 如何置換地下水 這並不是我拍攝過的最開胃的東西 但看看當我移除堅固的牆壁時 會發生什麼 鑽井液能夠支撐沙子的表面 防止其塌陷 除了支撐沙土 鑽井液還密封了鑽孔的表面 以減少水的遷移進出界面 在大多數HDD作業中 鑽井液通過鑽桿流入 並從鑽孔流出 攜帶着鹽屑朝向入口位置 鹽屑在那存儲在儲罐或積水池中 以便日後處理或再利用 到目前爲止 HDD基本上遵循與其他鑽探地球的步驟相同 但第一個D非常重要 水平定向鑽井 意味着我們必須引導鑽頭 鑽桿必須從地面進入地下 足夠深入河流或道路下方 以避免衝擊 避開地下的其他公用設施或障礙物 並在另一側正確的位置退出地下 我不知道你有沒有試過鑽東西 但到目前爲止 我每次鑽的時候都無法讓鑽頭繞過物體 那麼在水平定向鑽井中 這如何可能呢? 引導鑽具有兩個部分 在你能修正航向之前 首先需要知道你身處何地 有幾種方法可以做到這一點 一個選擇是一種走過式定位設備 可以從地面讀取鑽頭的位置和深度 鑽具中鑽頭後方的發射器發送無線電信號 該信號可以被手持接收器接收 其他選擇包括採用磁場或陀螺儀的線纜或陀螺系統 以跟蹤鑽頭在地下移動時的位置 一旦你知道鑽頭的位置 就可以將其引導到你想要的地方 我準備了一批穹脂 它是一種由藻類的細胞壁製成的半透明凝膠 我最初在同一個亞克力盒子裏嘗試這個 但熱燙的果凍破了縫 湧入我的浴缸弄得一團糟 所以請見諒使用較小的玻璃器皿進行演示 我模擬的鑽桿只是一根電線 關於定向鑽井 有兩件事需要記住 第一 雖然鑽桿看起來相當剛性 但從長度上來說 它們實際上是有一定柔性的 如果我拿一段短的電線試着彎曲它 那是相當困難的 但一段更長的電線則可以輕鬆彎曲 第二 不需要不斷旋轉鑽桿就可以推進鑽孔 你可以直接用力推 使鑽頭穿過土壤 我的導線幾乎不需要施加太多力量 就能穿過螺旋鑽 而鑽桿也可以以類似的方式在土壤中推進 尤其是在用水或鑽井液潤滑的情況下 引導鑽桿的真正竅門在於非對稱道具 看看當我在電線的末端加一個彎曲 並將其推進螺旋鑽時會發生什麼 它沿着彎曲的方向走出一條曲線路徑 如果我旋轉這根線並繼續前進 我可以改變曲線的方向 模型鑽桿由於不對稱而偏向一個方向 我可以利用這個偏差來引導鑽頭 我可以往左引導鑽桿 然後旋轉並再次推進 將鑽頭引導到右側 我在這方面有點笨拙 但只要足夠控制和練習 我就能把這根線引導到螺旋鑽內的任何位置避開障礙 甚至讓它在我想要的地方從地面出來 這正是許多水平定向鑽井的工作方式 鑽機上的控制裝置顯示了鑽頭的朝向 鑽桿可以旋轉到任何角度成爲時鐘定位 然後前進以改變鑽孔的方向 有時位於鑽頭尖端的噴嘴會噴出鑽井液 以幫助鑽井進展 如果噴嘴偏離中心 它可以像不對稱鑽頭一樣幫助形成轉向偏差 就像綠巨人的祕密是它總是生氣一樣 定向鑽桿的祕密是它總是彎曲 鑽機操作員唯一的操控方向是鑽柱的彎曲方向 還有 如果這聽起來是你想要嘗試的事情 我的朋友丹西夫曼在CodingTrain YouTube頻道製作了一個 二維水平定向鑽井模擬器 我們成功了 水平定向鑽井 這是一個開源項目 你可以自己貢獻功能 但如果你只是想玩幾局 那也是很有趣的 如果你對編程感興趣或者想要入門 沒有比逐步完成DNA爲它的編程挑戰設計的那些 令人驚歎和富有藝術性的例子 更好的方法了 看完這個視頻後 去看看他關於HDD的視頻 告訴他說 我是給你推薦的 一旦鑽桿朝正確方向前進 就可以持續旋轉以保持鑽頭沿相對直線移動 HDD項目的導向孔 只是一種反覆檢查位置 和調整鑽井管道時鐘方位的練習 直到鑽井管道順利從另一側出口 希望能夠精確到你預期的位置 但並不是所有土壤條件都允許鑽桿 簡單地在地下推進 尤其是在岩石條件下 操作鑽機的引導非常具挑戰性 一種替代直接將鑽頭撞擊土壤的方法 是使用井下液壓馬達 這些被稱爲泥漿電動機的設備 將從鑽井液中抽取的液壓能量 轉化爲旋轉鑽頭的動力 從而切割土壤和岩石 這使得鑽井更快更高效 而無需旋轉整個鑽桿 泥漿電動機的外殼是彎曲的 以提供導向偏差 鑽桿可以調整方向以改變鑽孔的方向 一旦導向孔從另一側穿出 就必須擴大以容納管道或通道 這個過程稱爲擴孔 一個擴孔器從出口孔連接到鑽桿 並通過導向孔向鑽井平臺拉動 以擴大孔徑 根據要安裝管道的大小 承包商可能會分多個步驟進行擴孔 最後的擴孔與管道的安裝結合在一起 這一步叫做拉回 要安裝的管道在出口井後面的滾輪上對齊 管道的一端連接到剩餘的組件上 整個裝置被以巨大的力量 拉過鑽孔朝向鑽機方向 最後可以在兩端連接並投入使用 當一切順利時 事情就是這樣運轉的 但是水平定向鑽井 也有很多可能出錯的地方 鑽桿的部分可能斷裂並卡在導向孔中 酸碳可能會無意中影響其他地下管線或地下結構 在回拉過程中 管道可能會卡住或損壞 或者鑽孔可能會塌陷 在2017年至2022年間 賓夕法尼亞州備受爭議的Mariner East 2管道 在建設過程中遭遇了一系列環境問題 這些問題大多發生在管道的HDD段 涉及鑽井液的意外迴流 這就是技術術語指的是 鑽井液在地面上從鑽孔中流出 而不是迴流到入口坑 Mariner East 2線路的意外迴流 導致附近井水質問題 部分地區出現了塌陷 並將鑽井液泄漏到敏感的環境區域 在建設過程中 管道擁有者因違反許可證 而被罰款超過2000萬美元 至今仍深陷法律糾紛 和公衆對該項目的極大反對之中 就馬里納東2號項目而言 大多數鑽井液泄漏 與賓夕法尼亞州複雜的地質情況 部分相關 顯然 HDD並不適合所有項目 但在大多數情況下 無開挖技術 是安裝地下設施的環保優選方法 因爲它能夠減少 對城市地區人們的表面干擾 以及對河流和溼地周圍敏感 棲息地的影響 本視頻的贊助商實際上是兩個贊助商 CuriosityStream和Nebula 這太棒了 因爲你以低於類似服務的價格 就能同時獲得 這兩個平臺的訪問權限 Nebula是一款 完全無廣告的流媒體服務 旨在爲獨立創作者 如Wendover Productions Real Engineering 和我自己所打造 這讓我們能夠嘗試新想法 和較長的視頻 而這些在像YouTube這樣 支持廣告的平臺上 可能效果不好 我的視頻在那裏上線的時間 是他們在YouTube上之前 一天Nebula 我最喜歡的一部分 就是可以無廣告的 重溫一些 我喜歡的創作者的舊視頻 我們非常高興 能繼續與CuriosityStream合作 這是一項擁有成千上萬部 關於幾乎所有 你能想象的主題的紀錄片 和非小說類作品的服務 CuriosityStream喜愛獨立創作者 並希望幫助我們壯大平臺 因此在您通過 CuriosityStream Complex Practical Engineering註冊時 他們將提供Nebula的 免費訪問權限 我知道現在有很多串流服務 如果把它們加起來 每個月可能要花幾百美元 這就是爲什麼 這個套餐如此划算 你每年花不到15美元 就能同時使用Nebula 和CuriosityStream兩個平臺 我有孩子 所以當我們家裏開電視時 我希望看到的節目 能拓寬他們的視野 CuriosityStream擁有大量 適合兒童觀看的內容 例如這個涵蓋 美國所有國家公園的系列 這些就是我小時候 在電視上看到的東西 太好了 另外觀看Wendover Productions的Sam 在Nebula獨家系列犯罪狂歡中 嘗試在躲避 他的製作團隊時違法 這個捆綁套餐 是支持我的頻道 和其他許多你喜愛的 教育創作者的好方式 而且這真是個好交易 幫我們倆個忙 點一下簡介中的鏈接吧 感謝您的觀看 歡迎告訴我您的想法