Jaki był początek przewiertów HDD Horizontal Directional Drilling

Martin Cherrington zapoczątkował w latach 60 – tych wykorzystywanie sterowanych przewiertów poziomych (Horizontal Directional Drilling) jako praktyczną alternatywę dla konwencjonalnych metod wykopowych. Technologia HDD, gdy stała się znana, zrewolucjonizowała budownictwo w dziedzinie instalacji urządzeń podziemnych i rurociągów w miastach i pod dużymi naturalnymi przeszkodami takimi jak np. rzeka Missisipi.

Na początku swojej kariery Cherrington pracował z ojcem w branży budowlanej, gdzie zdobył doświadczenie przy budowie zapór, tuneli, rurociągów, instalacji telekomunikacyjnych i energetycznych. W celu zainstalowania rurociągu lub przewodu telekomunikacyjnego pod drogą lub autostradą, w projektach budowlanych w tym okresie wykorzystywano wiercenia niesterowane, tylko gdy tradycyjne metody wykopowe nie mogły być wykorzystane do realizacji projektu. Technologia i metoda wierceń kierunkowych, która pewnego dnia umożliwiła „kierunkowe” wiercenia poziome, jakimi znamy je dzisiaj, w początkowej ich fazie rozwijały się w wiertnictwie naftowym i gazowym.

Podczas pracy dla wykonawcy w Los Angeles w 1963 roku, Cherrington zdał sobie sprawę, że może istnieć możliwość wykorzystania technologii wiercenia do zwiększenia skuteczności instalowania kabli i przewodów podziemnych. Cherrington był zatrudniony jako majster przy wykonywaniu projektu instalacji kabli telefonicznych metodą wykopu otwartego w dzielnicy mieszkalnej. Inny wykonawca rozpoczął kilka tygodni później układanie kabli o podobnej wielkości i długości. Różnica była jednak taka, że ten drugi wykonawca stosował głównie drążenie zamiast wykopu do instalowaniakablii przewodów. Wykonawca, który rozpoczął pracę dwa tygodnie po Cherringtonie, zakończył ją dwa tygodnie wcześniej! Ponadto jego projekt wykonano znacznie czyściej. Efektem tego projektu było zapoczątkowanie przez Cherringtona nowej technologii – Horizontal Directional Drilling.

W 1964 roku Cherrington zbudował swoją pierwszą wiertnicę i założył firmę Titan Contractors, specjalizującą się w użytkowych wierceniach pod drogami w Sacramento w Kalifornii. Do początkowego sukcesu Titan Contractors przyczynił się wyjątkowo korzystny zbieg okoliczności. Bum budowlany w Sacramento w połączeniu z ruchem społecznym, mającym na celu poprawę wyglądu miast amerykańskich, który wspierała pierwsza dama Lady Bird Johnson, zmotywował lokalne władze do konkretnych działań. Z dzielnic mieszkaniowych miały na zawsze zniknąć umieszczone na słupach, szpecące krajobraz wszelkie instalacje kablowe. Przed firmą Titan Contractors otworzyła się wyjątkowa szansa rozwoju. Lokalny zakład energetyczny zlecił firmie Titan Contractors wykonanie przewiertów umożliwiających realizację tego projektu na całym swoim terenie. Zakres robót był tak wielki, że wymagał zbudowania kilku nowych wiertnic.

Pomimo sukcesu Tytana, źródła finansowania badań i rozwoju w celu ulepszania tej technologii były ograniczone. W tym czasie AT & T Western Electric prowadził własne doświadczenia nad możliwością wykorzystania metod kontroli kierunku wiercenia, które nie przyniosły sukcesu na rynku. Tymczasem Titan inwestował zyski w budowanie kolejnych wiertnic i oprzyrządowanie jak i w eksperymentowanie z nową technologią, która mogłaby przyczynić się do zaakceptowania horyzontalnej technologii wiercenia(HDD) jako uznanej metody budowlanej.

Titan Contractors musiała konkurować z istniejącymi i uznanymi firmami, które wykonywały otwarte wykopy. W czasie bumu budowlanego w Sacramento Titan Contractors miał trudności z przekonaniem lokalnych władz do wyboru technologii HDD w miejsce technologii otwartych wykopów w celu przekroczenia ulic i autostrad. Nawet w przypadku dróg o dużym natężeniu ruchu władze, zgadzając się na wzięcie pod uwagę technologii HDD, obawiały się zniszczeń jakie może wywołać płuczka wiertnicza.

Wydawało się to niezrozumiałe, ponieważ większość przekraczanych metodą wykopową ulic uszkadzała strukturę drogi w przeciwieństwie do technologii HDDHorizontal Directional Drilling, która nie powodowała jakichkolwiek uszkodzeń nawierzchni.

W przeciągu następnych kilku lat firma Titan zdobyła niemałe doświadczenie i zrealizowała kilka znaczących projektów. Jeden z tych projektów wymagał przeprowadzenia kabla elektrycznego wzdłuż ulicy po łuku o długości 466 m. W celu wywiercenia otworu pilotowego Titan użył wiertnicy o sile uciągu ok.920 kG o momencie obrotowym 76 kGm (500 ft x lb) i rury wiertniczej o średnicy 1 i 1/8”. Biorąc pod uwagę, że nie istniała dotąd jakakolwiek technologia kontroli kierunku przewiertu, zakończenie tego projektu było sporym sukcesem. Mimo to, nie odnotowano tego w prasie fachowej ponieważ wówczas nie istniała prasa branżowa.

W 1971 roku firma Tytan była zaproszona do przetargu na kilkanaście przejść drogowych dla firmy PG&E w Californi na południe od San Francisco. W czasie wizytacji potencjalnego miejsca budowy inżynier z firmy PG&E poprosił Martina Cherrington aby obejrzał miejsce, w którym rury z gazem i przewodami elektrycznymi miały przekroczyć rzekę Pajaro. Firma była zainteresowana rozwiązaniem, w którym rury gazowe ułożone byłyby w poprzek rzeki metodą bezwykopową. W trakcie badania miejsca przekroczenia okazało się, że będzie problem z użyciem konwencjonalnych metod wykopowych. Rzeka miała stromy brzeg o wysokości do 8 metrów. Dolna część brzegu była zbudowana z piasku a górna z bogatej gleby ornej. Na sąsiednim polu uprawiane były karczochy. Po drugiej stronie koryta rzeki był niski brzeg o wysokości ok. 2m dochodzący na długości 13 m do 3 metrowej zapory, za którą było pole ziemniaków. Dno koryta rzeki składało się z luźnego piachu.

W celu przekroczenia rzeki należało zainstalować podwójne równoległe stalowe ściany chroniące przed wodą, aby umożliwić wybieranie urobku z dna rzeki i ułożenia czterometrowej rury. Po wykonaniu przejścia przez rzekę wykop byłby ponownie wypełniony a płyty osłonowe usunięte. Biorąc pod uwagę koszt podobnego projektu realizowanego półtora kilometra w dół rzeki, niżej firma PG&E doszła do wniosku, że użycie technologii wiercenia kierunkowego może być korzystniejsze ekonomicznie.

Zarówno Cherrington jak i firma PG&E brała pod uwagę zainstalowanie dwóch pionowych komór po obu stronach rzeki. Jedna znajdowałaby się na szczycie wysokiego, zachodniego brzegu a druga przy zaporze po drugiej stronie rzeki. Rura mogła być wówczas poprowadzona pod dnem rzeki, blisko dna obu komór.

W drodze powrotnej do Sacramento Cherrington rozważał zagadnienie i zdał sobie sprawę, że jest możliwe zastosowanie innego rozwiązania. Dotychczasowe doświadczenia pokazywały szczególną trudność w precyzyjnym dotarciu z jednej komory do drugiej. Bez technologi kontrolującej kierunek przewiertu niektóre typy urządzeń wiertniczych miały tendencję do wznoszenia się w górę i wychodzenia na powierzchnię np. przekraczanej ulicy. Z tego typu urządzeń zrezygnowano, jako z nieudanych konstrukcji. Mało kto wiedział, że były one możliwym do wykorzystania rozwiązaniem problemu, przed którym stało wielu wykonawców – sposobem aby przekraczać większe rzeki bez ich naruszania. Z nadzieją na przetestowanie nowej, rewolucyjnej idei z wykorzystaniem wcześniej odrzuconych narzędzi wiertniczych. Cherrington stworzył zespół ludzi wyposażony w sprzęt HDDHorizontal Directional Drilling i ruszył nad rzeką Feather kilka mil na północ od Sacramento. Próbki gleby pobrane nad rzeką Feather były podobne do tych znad rzeki Pajaro. Zamiast wiercenia w poprzek rzeki postanowiono poprowadzić próbne wiercenie równoległe do rzeki na jednym z brzegów. Kąt wejścia pierwszego otworu wynosił ok 10 º. Po przewierceniu ok 20 m czoło wiertła pojawiło się na powierzchni. Zwiększając kąt wejścia w drugim otworze do 15 º, końcówka wiertła wyszła na powierzchnię w odległości ponad 30 m. W trzeciej i ostatniej próbie kąt wejścia został zwiększony do 30 º. Żerdź, po żerdzi wprowadzana była do otworu. Olbrzymie napięcie towarzyszyło załodze gdy końcówka wiertła pojawiła się na powierzchni w odległości ponad 100 m od punktu wejściowego i 13 m od planowanej linii przewiertu. Cherrington poczuł ulgę i uniesienie, że urządzenia wiertnicze, które uratował ze złomowiska wykonały swoją prace tak jak się spodziewał. Testy potwierdziły, że znając optymalny kąt wejścia, właściwe techniki wiertnicze, właściwe oprzyrządowanie, bariera taka jak rzeka może być przekroczona przy użyciu technologii HDDHorizontal Directional Drilling.

Przewierty horyzontalne byłyby rewolucyjnym krokiem w kierunku wyeliminowania wszystkich problemów związanych z konwencjonalnymi metodami wykopowymi. Będąc przekonanym, że jego technologia sprawdzi się, Cherrington spakował się i pojechał do domu aby przygotować się do wiercenia pod rzeką Pajaro.

Będąc pewnym, iż możliwe jest przekroczenie rzeki Pajaro przy użyciu technik HDD, Charrington zrezygnował z klasycznego przekroczenia przy użyciu dwóch pionowych komór. Przed rozpoczęciem robót postanowił sprawdzić czy da się wykorzystać techniki i metody kierunkowych przewiertów, stosowanych przy poszukiwaniu ropy naftowej, do przewiertów horyzontalnych. Po zapoznaniu się z nowymi możliwościami Cherrington postanowił zmienić swoje pierwotne plany dotyczące wierceń i wykorzystać narzędzia i techniki stosowane w wierceniach naftowych.

Do wiercenia Charrington wykorzystał 5-cio calowy silnik wgłębny napędzany ciśnieniem płuczki. A do pomiarów położenia czoła narzędzia zastosował proste urządzenie mierzące kąt pochylenia czoła narzędzia i azymut. To proste urządzenie składało się z żyrokompasu umieszczonego w szklanej półkuli z naniesioną siatką do pomiaru azymutu i inklinacji. Mała kulka umieszczona w niemagnetycznym cylindrze wypełnionym płynem, dzięki sile grawitacji wskazywała kąt nachylenia rury wiertniczej i jednocześnie azymut.

To urządzenie pomiarowe było wprowadzone do rury wiertniczej tuż za silnikiem wgłębnym. Umieszczone tam urządzenie fotografowane było przez miniaturowa kamerkę wyposażoną w w oświetlenie i stoper. Po wykonaniu pomiarów miniaturowa kamera wyciągana była na powierzchnię, gdzie po wywołaniu filmu odczytywano wyniki pomiaru. Uzyskane odczyty dostarczały informacji o azymucie, inklinacji i płożeniu czoła narzędzia.

Jednak wykorzystanie narzędzi używanych w naftowych wierceniach kierunkowych nie dało pożądanych rezultatów. Ustalanie kąta wejścia przy użyciu technik naftowych okazało się nieprzydatne w technice wierceń horyzontalnych. Wracając do doświadczeń zdobytych podczas wiercenia w sąsiedztwie Feather River, Charrington wykorzystując uważane wcześniej za nieprzydatne oprzyrządowanie, z powodzeniem przekroczył rzekę Pajaro.

Firma Titan była pionierem wyznaczającym nowe trendy w technologii wierceń. Eksperymentowanie z nową technologią nie było jednak pozbawione ryzyka. Większość klientów nie była gotowa zgodzić się na eksperymentowanie z owymi technologiami na swoich projektach. Na szczęście, firma PG & E przeznaczyła fundusze na przekroczenie rzeki Pajaro, co umożliwiło Charringtonowi wprowadzenie technologii HDDHorizontal Directional Drilling na rynki światowe.

Od tego pierwszego przewiertu, w technologii HDD Martin Charrington postanowił poświęcić swoje życie udoskonalaniu technologii HDD na świecie. Jest on właścicielem wielu patentów, które w zdecydowanym stopniu rozwinęły ten przemysł i uczyniły niemożliwe możliwym.Kto by pomyślał w 1971 roku, że rurociągi i przewody z kablami będą mogły z łatwością przekraczać rzeki, plaże i wybrzeża morskie z tak niewielkim wpływem na środowisko.

Mirosław Makuch, właściciel i założyciel firmy HDD Serwis, miał zaszczyt w latach 90 – tych współpracować z Martinem Charringtonem. Jest naturalnym kontynuatorem jego idei w Polsce i z wieloma sukcesami realizuje najbardziej skomplikowane projekty.