TECNOLOGIE & SISTEMIDirectional Drilling
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Il directional drilling:la tecnologia
e le applicazioni
Renzo Chirulli
LA TECNOLOGIADI BASE
Nel seguito con il termine direc-tionaldrilling intenderemoquella tec-nologia di perforazione, con control-loattivo della traiettoria,chevieneuti-lizzata nelle applicazioni di installa-zione e sostituzione di servizi interra-ti, bonificaed isolamento di siti inqui-nati ed inquinanti e stabilizzazione dipendii in frana.
Questa precisazione è necessariaperchénella letteratura internazionaleil termine directional drilling si riferi-sce tradizionalmentealletecnologiediperforazioneguidatautilizzate incam-po petrolifero.
Ed in effetti il directional drilling,per impieghi civili, è una tecnologiaderivata dal settore petrolifero.
L’espressione“directionaldrilling”o anche semplicemente D D, è un’ab-breviazione di horizontal directionaldrilling (H D D). In italiano quest’e-spressione ha trovato diverse tradu-zioni, cheoggi, nella terminologiatec-nica, vengono utilizzate in manieraequivalente. Le principali espressio-ni che in italiano identificano il direc-tionaldrilling sono:perforazioneoriz-zontalecontrollata, trivellazioneoriz-zontale controllata (TO C), trivellazio-neorizzontaleteleguidata(TO T),perfo-
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Il directional drilling rappresenta sicuramente la piùd i ffusa tra le tecnologie No-Dig. Questa sua diff u s i o n e
è legata soprattutto a tre fattori determinanti quali laflessibilità d’impiego, l’elevata produttività e
l’economicità. Trattandosi della tecnologia No-Dig piùutilizzata e con lo scopo di appro f o n d i re
adeguatamente quest’argomento, abbiamo scelto dis u d d i v i d e re quest’articolo in due parti. La prima, che
viene sviluppata in questo numero della rivista, èrelativa alla descrizione della tecnologia in se, alle sue
applicazioni nonché alle attività che pre c e d o n ol’esecuzione dei lavori (indagini preliminari, pro g e t t o ,ecc.). La seconda parte, che invece verrà pubblicata
sul numero di maggio de Le Strade, descrive alcunii n t e ressanti e recenti case history relativi ad
applicazioni di directional drilling in Italia.
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razione teleguidata, perforazione di-rezionale.Manell’uso comune non èraro leggere in determinati capitolatidi gara l’espressione “microtunnel-ling” riferita al directional drilling. Inquestocasopiùchedisinonimosi trat-tadiunvero eproprio errore termino-logico, essendoilmicrotunnellingunatecnologiaNo-Digprofondamentedi-versadaldirectionaldrilling (Le Stra-de - marzo 2005).
Nel seguito continueremo ad uti-lizzare l’espressione“directionaldril-ling” o eventualmente l’espressioneitalianaperforazione orizzontalecon-trollata,cheriteniamoesserelapiùcor-retta.Abbiamo detto che ildirectionaldrilling è sostanzialmente una tecno-logia di perforazione del terreno concontrollo attivo della traiettoria.
Ma cosa significa controllo atti-vo della traiettoria?
Significa che, combinando un si-stema di localizzazione della puntadiperforazioneconl’uso diutensilidiperforazionedirezionabili, èpossibilecontrollare la traiettoria che l’utensiledi perforazione segue in avanzamen-to. In altri termini mentre con il siste-ma di localizzazioneotteniamo infor-mazioni sulla posizione assunta nelsottosuolo dallapuntadiperforazione(essenzialmentecoordinatex,yez, in-clinazioneed orientamento dell’uten-sileedellapunta),dacuipossiamotrac-
ciare la traiettoria seguita, congliuten-silidirezionabilipossiamoattuaredel-lemanovrechepermettonodimante-nere la batteria di fondo foro lungo latraiettoria di perforazione prestabilita(drilling path).
Questa è la caratteristica peculia-re del directional drilling, ovvero lapossibilità di eseguire delle perfora-zioni seguendo un percorso prestabi-litochepuòcontenereanchecurvepla-no-altimetriche, il cui raggiodicurva-tura può raggiungere, se l’attrezzatu-raelecaratteristichedel terrenolocon-sentono, anche valori molto piccoli(nell’ordine anche di pochi metri).
Questacaratteristicapermette l’u-tilizzo deldirectionaldrilling per l’in-
stallazione di tubazioni interrate po-tendo aggirare, entro certi limiti, gliostacoli eventualmente presenti nelsottosuolo, oppure sottopassare, par-tendo dalla superficie ed arrivando insuperficie, zoned’interferenza (comeinfrastrutture di trasporto, zone sensi-bili da un punto di vista ambientale,aree in cui non è ammessa alcuna in-terferenza di superficie, aree caratte-rizzate da elevato rischio per il perso-nale operante in cantiere, ecc.).
Con riguardo alle installazioni ditubazioni o cavi interrati, nonché conriguardoanchealle sostituzionidique-ste infrastrutturesotterranee(eff e t t u a-bili con macchine da directional dril-ling), come per tutte le altre tecnolo-
1. Schema diuna perforatriceda directionaldrillingù
2. Foro pilota
3. Alesatura e tiro
4. Microperforatrice dadirectionaldrilling
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gieNo-Dig, ancheneldirectionaldril-ling il principale elemento caratteriz-zante è proprio la possibilità di eff e t-tuare queste applicazioni limitandodrasticamente o eliminando del tuttogli scavi a cielo aperto.
L’altroenormevantaggiospecifi-co del directional drilling è che tuttequesteoperazionipossonoesseresvol-teoperandodallasuperficieesenzaal-cun presidio umano al fondo foro.
Ma vediamo più nel dettaglio incosa consiste la tecnologia del direc-tional drilling.
Lecomponentiprincipalidiunim-pianto da directional drilling sono es-
senzialmente quattro:1)unaperforatricedirezionale (dasu-perficie o da buca) detta anche mac-china di perforazione (in inglese rig);2) unabatteriadi fondoforochecom-prende leastediperforazione,gliuten-sili di perforazione direzionale e gliutensili per l’alesatura ed il tiro;3) un sistema di guida;4)unsistema per laproduzione, l’im-missione in foro e l’eventuale recupe-ro, filtraggio e ricircolo dei fluidi dip e r f o r a z i o n e ;
In funzionedella tipologia di flui-didiperforazione impiegativienefat-ta un’ulteriore distinzione tra:• sistemi a liquido (quando i fluidi diperforazione sono in fase prevalente-mente liquida - si parla in questo ca-so di wet boring);• sistemi a secco (quando i fluidi diperforazione sono in fase prevalente-menteaeriforme-siparlain questoca-so di dry boring o anche di dry direc-tional drilling o D D D) .
Sebbene le fasi di lavoro siano si-mili, esistono tuttavia profonde diff e-renze tra wet boring e dry directio-naldrilling, chenonrisiedono soloneld i fferentestatofisico dei fluidi impie-gati durante la perforazione (liquidonelprimo,aeriformenel secondo),maanche e soprattutto nella diversa mo-dalità di escavazione e nella diff e r e n-tepossibilitàdi impiegoasecondadel-le condizioni litologiche presenti.
Solocomecenno, segnaliamo chementrenelwetboringlaperforazioneavvieneattraversounarimozionepres-soché totale del terreno perforato, nelD D D invecegranpartedel terreno vie-
nedislocatoecompattatopiuttostocherimosso. Inoltre mentre con tecnichediwetboring la perforazionedimate-riali rocciosi avviene con l’ausilio dispeciali attrezzature quali i mud-mo-tors ovvero le turbine a fango (eccet-tuata la ghiaia che con questi sisteminon è perforabile), nel dry directionaldrilling,ovesi faprevalentementeusodimartellipneumatici fondoforo aro-topercussione, la perforazionedi ban-chi rocciosio dighiaiaèpossibile.Na-turalmentenelcaso diperforazione inroccia con D D D, questa viene polve-rizzata piuttosto che dislocata.
Le fasi essenzialidel directional drilling
L’installazione di una tubazioneinterrata mediante directional drillingavvienesecondo unoschemaesecuti-vo generale che prevede tre fasi fon-d a m e n t a l i :• perforazione pilota (pilot bore)• alesatura (backreaming)• tiro (pullback)
Nel caso d’installazione di tuba-zioni di piccolo diametro (in generenon superiori ai 180-200 mm) le ulti-me due fasi (alesatura e tiro) possonoessereeffettuatecontemporaneamen-te riducendo ulteriormente i tempi die s e c u z i o n e .
Laperforazione pilota rappresen-ta unasortadi tracciamento tridimen-sionale del percorso d’installazione,con la quale si realizza un perforo dipiccolo diametro (in genere 4-6 pol-lici - 100-150 mm) seguendo unatraiettoria prestabilita da progetto.
Le caratteristiche geometrichedella traiettoria di perforazione (equindi essenzialmente lo svilup-po del tracciato ed i valori dei rag-gi di curvatura) sono il risultato diun calcolo che tiene conto delle ca-ratteristiche meccaniche del pro-dotto da installare (tubazione o ca-vo), delle attrezzature utilizzatenonché delle caratteristiche geo-meccaniche del terreno (la meto-dologia di calcolo utilizzata nel di-rectional drilling sarà ampiamenteillustrata nel vol. 3 del manuale“Progetto No-Dig” pubblicato dal-la casa editrice La Fiaccola).
Naturalmenteavràaltresì influen-zasullaformaesullosviluppodel trac-
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55. Inizio dellaperforazione
pilota - sistemadi perforazionecon sistema di
guida di tipowalk-over
6. Termine dellaperforazione
pilota nella bucadi arrivo
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ciato diperforazione anche la presen-za di oggetti interrati quali: altri sot-toservizi,strutture interrate, ipogei,ecc.
Per eseguire la perforazione pilo-ta la perforatrice direzionale (da su-perficie o da buca) viene posizionatainun puntoosezionedipartenza.L’ o-perazionediperforazionepropriamentedettapuòavvenire, asecondadellana-tura litologicadei terrenipresenti,me-diante diverse tecniche (perforazionerotativa, idromeccanica,rotopercussi-va, mista).
Ilperforopuòessere realizzatosiaa partire direttamente dalla superficiesia partendo da una buca di servizio.
Una volta intestata la perforazio-ne nel punto iniziale, si procede se-guendo il tracciato indicato e operan-do, quando necessario, le manovre dideviazione.Ledeviazionivengono ef-fettuate compatibilmente con le va-riazionidi inclinazionepercentualechederivano dai raggi di curvatura cal-colati da progetto. Man mano che laperforazione pilota procede, per pro-lungare la batteria di perforazione simontano nuove aste di perforazione,sino a raggiungere la lunghezza fina-le del perforo così come da progetto.Le aste di perforazione sono essen-zialmente dei tubi in acciaio specialedotati alleestremitàdi terminazioni fi-lettate (i manicotti o tool-joints). Leaste svolgono l’importante funzionedi trasferimento delle forze e dei flui-di diperforazionedallaperforatricealfondoforo.Essesonosuff i c i e n t e m e n t eflessibili da consentire curvature del-la batteria di perforazione anche piut-tosto elevate (e quindi piccoli raggidi curvatura).
Partendo dal fondo foro (ovverodal frontediscavo), labatteriadiperfo-razionesicomponequindidei seguentielementi principali:• punta di perforazione•utensile diperforazione(chepuòes-seredotatodimovimentiautonomico-me nei mud-motors o turbine a fan-go o come nei martelli fondo foropneumatici o idraulici)• sezionefondoforodelsistemadigui-da (si tratta in generediun complessodi sensori e di un sistema per la tra-smissione dei dati dal fondo foro allas u p e r f i c i e )• aste di perforazione
Aquesti componenti principali van-no poi aggiunti, a seconda delle esi-genze, altri elementi complemen-tari quali cross-over, stabilizzatori,bent-sub, ecc.
Durante laperforazionepilota il si-stema di guida fornisce, sezione persezione,profondità della sonda, incli-nazione sull’orizzontale (detta pitch),orientamento dell’asimmetria dell’u-tensile (tool face orientation), e posi-zione planimetrica della sonda.
Lemodalitàcon lequaliquestida-ti vengono raccolti e restituiti all’o-peratoredipendonodal tipo di sistemadi guida utilizzato.
Solo a livello di cenno, diciamoche i sistemidiguidaper ildirectionaldrilling, destinato all’installazione diservizi interrati, sono fondamental-mente di due tipi:• sistemi walk-over,• sistemi magnetici (MGS - MagneticGuidance System).
I sistemi di tipo walk-over, ed inparticolare quelli radio, si basano sul-l’impiego di trasmettitori radio mon-
tati solidalmente alla punta di perfo-razione.
Il trasmettitore radio, chiamatocomunemente “sonda” (sonde), vie-ne alloggiato in un particolare por-tasonda (sonde housing), che non èaltro che una sorta di asta di perfo-razione corta e tozza,dotata di un va-no interno speciale per l’alloggia-mento del trasmettitore.
Un opportuno ricevitore (recei-ver), manovrato in superficie da unoperatore (strumentista) che si muo-ve in prossimità della verticale del
trasmettitore di fondo foro (da qui ilnome di sistemi walk-over), riceveuna serie di informazioni elaboratedal software dello strumento, e checonsistono essenzialmente nella di-stanza del trasmettitore dal ricevito-re (e quindi la profondità rispetto al-la superficie del suolo), nell’incli-nazione (pitch) sempre del trasmet-titore rispetto all’orizzontale e nel-l’orientamento del trasmettitore ri-spetto all’asse di rotazione della bat-t e r i a di perforazione (tool-face).
La posizione planimetrica dello
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8 7. Preparazionedella tubazioneper la fase di tiro
8. Inizio dellafase di alesaturae tiro conindicazione deicomponenti deltreno dialesatura e tiro
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strumentista, quando questi si trovaesattamente sulla verticale del tra-smettitore, determina anche la posi-zione planimetrica del trasmettitore equindi della punta di perforazione. Inquesto modo sono note le tre coordi-nate spaziali x, y, z (con origine adesempiorispettoallaperforatrice),non-chél’inclinazionee l’orientamentodel-la punta.
I sistemi walk-over non sono ingradodieffettuaremisuredegli ango-li azimutali, e pertanto le coordinatespaziali vengono ricavate in manieraindiretta,proprio grazieallaposizioneche lostrumentista raggiungesulcam-po, per portarsi sulla verticale precisa
deltrasmettitore.Neisistemiwalk-overlaprofonditàmassimadi ricezionedeisegnali emessidal trasmettitore,neisi-stemipiùavanzatioggidisponibili,nonsupera i 15-20 metri e questo è un li-mite sufficientemente ampio per lamaggior parte delle applicazioni cheriguardanol’installazionedi servizi in-terrati ma può costituire un limite re-strittivo per certe altre applicazioni.
I sistemidiguidamagnetici(M G S)permettonodieffettuare laguida inre-moto perché sono in grado di resti-tuire tutte le misure posizionali dellasonda di fondo foro, incluso l’angoloa z i m u t a l e .
In questi sistemi la posizione del-la punta di perforazione viene deter-minatautilizzandounacomplessasen-soristica che viene posizionata inun’apposita sezione della batteria difondo foro, in prossimità della puntadi perforazione.
La sensoristica fondamentale di
questi sistemi è costituita da un com-plesso di magnetometri ed accelero-metri triassiali. I primi (magnetome-tri) misurano l’intensità di un campomagnetico che può essere quello ter-restreouncampo artificialmentecrea-to nel sito nel quale si sta perforando.Gli accelerometri misurano invece leaccelerazionidelsistema,da intendersiprincipalmente comevariazionididi-rezione. I dati ricavati da questi sen-sori, che vengono trasmessi in super-ficie generalmenteattraversouncavoelettricomontato internamentealleastedi perforazione, vengono opportuna-mente processatiper ricavare le coor-dinate spaziali del sistema, consen-
tendodiricostruire latraiettoria seguita,nonché l’orientamento degli utensili.
Si tratta pertanto di sistemi piùcomplessi ecostosidiquelliwalk-overil cui uso è destinato ad applicazioniparticolari in cui i walk-over non so-no utilizzabili.
I dati raccolti dal sistema di gui-da servono sia a controllare che laperforazioneproceda lungo ilpercor-so prestabilito, sia a stabilire le even-tuali manovre correttive atte a man-tenere la perforazione entro tale per-corso. La lettura dei dati provenientidal sistemadiguidavienedi regolaef-fettuata a batteria di perforazione fer-ma ed in genere ogni qual volta si in-terrompe la perforazione per monta-re in batteria una nuova asta di perfo-r a z i o n e .
La perforazione pilota terminaquandol’utensilediperforazioneemer-ge nel punto indicato nel progetto co-me punto o sezione di arrivo.Aq u e-stopunto l’utensilediperforazioneedil sistema di guida vengono smonta-ti,mentre labatteriadiastediperfora-zione resta nel perforo.
L’alesatura (in inglese back rea-ming), che è la fase immediatamentesuccessiva, consiste essenzialmenten e l l ’ a l l a rgamento aritroso del foropi-lota (generalmente per tiro e rotazio-ne semplice) sino ad ottenere un dia-metro del perforo sufficiente al pas-saggio del prodotto da installare (tu-bazione o cavo).
Viene effettuata montando all’e-stremità della batteria di aste un uten-sileallargatoredetto alesatorechevie-neposto inrotazioneconlabatteriadiastediperforazioneequindi tiratoa ri-troso nel perforo. Se il diametro fina-le del perforo è rilevante, l’alesaturaviene effettuata in più passaggi suc-cessivi, incrementando ad ogni pas-saggio il diametro dell’alesatore, se-condo una sequenza che rappresentail risultato di un calcolo.
Inquesti casi in codaall’alesatorevienemontataunasecondabatteriadiastediperforazione, che segue(senzaruotare - grazie alla presenza di ungiunto folle) l’alesatore nel moto a ri-troso entro il perforo.
Una voltache l’alesatore raggiun-ge la sezione di partenza (ovvero laperforatrice) viene smontato e la bat-
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9. Arrivo dellatubazione nella
sezione dipartenza (terminedell’installazione)
10. Perforazionepilota lungo un
tracciatocontenente una
stretta curvaplanimetrica
(raggio dicurvatura = 30 m)
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teria di aste che è stata trascinata nelperforovienecollegataallaperforatri-ce da una parte e dall’altra ad un ale-satorepiù grandecheviene asuavol-ta tiratoaritrosonelperforo(inunmo-to roto-traslativo), ecosìviasinoad ot-tenere il diametro desiderato.
Durante tutta questa fase il ma-teriale escavato viene allontanatomediante il fluido di perforazioneche per questo motivo viene man-tenuto in circolazione forzata di-retta. Se il terreno richiede ancheun sostegno (perché le pareti ten-dono a crollare) allora si utilizzeràun fluido di perforazione in gradodi assolvere anche a questa impor-tante funzione (ovvero sostenta-mento delle pareti del perforo).Quando non si opera con sistemi asecco (D D D), il fluido di perfora-zione è in genere fango bentoniti-co opportunamente formulato infunzione delle caratteristiche spe-cifiche del terreno da perforare.
Unavoltaottenuto l’allarg a m e n t odesiderato si procede al tiro della tu-bazione.Inparticolarequestavieneag-ganciata sempre nella sezione di arri-vo della perforazione e collegata allabatteria di aste già presente nel perfo-ro con interposizione di un giunto gi-revole reggispinta (cheevitache la tu-bazionesimettaa ruotare insiemeconlabatteriadiperforazione), equindi ti-rato a ritroso dentro il perforo (in in-glese questa fase viene infatti deno-minata pullback).
Comegiàaccennato,quandoildia-metro della tubazione da installare èridotto, allora l’alesaturapuòessereef-fettuata in un solo passaggio duranteil quale si può anche procedere al tirodella tubazione da installare, in mo-do da ridurre i tempi di esecuzione.
Tutte queste operazioniavvengo-noin sequenza, e rappresentanola fa-seesecutivadiun progetto che preve-de due step propedeutici, quali:1) indagini insito per lamappaturadelsottosuolo e la caratterizzazione deit e r r e n i2) progetto di perforazione
Non rientra negli scopi di questoarticolo,entrareneldettagliodelleme-todologied’indagineedicalcolo.Tu t-taviariteniamoestremamenteutileda-re un cenno sullo scopo di queste at-
tività e sui risultati che si ottengono.Naturalmente l’obiettivo fonda-
mentale delle attività di progettazioneè quello di garantire che l’applica-zione di directional drilling possa es-sere effettuata con successo assicu-rando il rispetto di costi, tempi, qua-lità dell’applicazione e livelli di si-curezza prestabiliti.
Le indagini preliminari consi-stono essenzialmente nella ricercadi servizi interrati preesistenti nel-l’area nella quale si intende eff e t t u a r el’installazione, nonché di altri pos-sibili oggetti presenti, quali: struttu-re interrate, ipogei, cavità naturali,serbatoi, ordigni inesplosi, ecc.
Queste operazioni di indagine fi-nalizzate alla mappatura del sotto-suolo sono il complesso di una seriedi attività distinte quali:a) raccolta di dati storici presso entigestori di servizi a rete
b) indagine di superficie per l’identi-ficazionedielementi riconducibili al-la presenza nel sottosuolo di serviziinterrati o di altri oggetti interrati,c) indagini strumentali mediante si-stemi radar o altri sistemi di localiz-zazione di sottoservizi ed oggetti in-t e r r a t i .
È l’integrazione dei risultati rive-nienti dal complesso di attività appe-naelencateapoter garantireuna certaa ffidabilità della mappatura del sot-tosuolo.Nessunadellemetodichepri-ma elencate, utilizzate singolarmentesenza il conforto dei risultati ottenuticon le altre, è in grado di garantire uns u fficiente livello diaffidabilitàdei ri-sultati dell’indagine.
Inoltre èbene specificarechenonè sufficiente specificare in un capito-latocheoccorreeffettuare tali attività,maè necessario indicareneldettaglioanchecomequesteattivitàdevonoes-
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11. Aste diperforazione dadirectionaldrilling
12. Alesatore daroccia di grandidimensioni perdirectionaldrilling
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sere condotte e con quale tipologia dim e z z i .
È giusto il caso delle indagini ra-dar per la localizzazione e la mappa-tura di servizi interrati.
Comunemente, ed erroneamente,questo genere di indagine ed il relati-vosistemad’indaginevienedettageo-r a d a r. Purtroppo nella pratica comu-ne, e a causa della mancanza di capi-tolati enormetecnicheadeguateespe-cifiche,molte volte la ricercaservizi èstata effettuata mediante sistemi geo-radar (ovverosisteminati ededicati adindagini di tipo geognostico). I siste-mi radar per la ricerca servizi interra-ti, che rappresentano una specializ-zazione dei più generali sistemi G P R,sono concepiti ed hanno un’architet-tura e delle funzionalità, completa-mente differenti da quelle dei tradi-zionali sistemi georadar. Il loro svi-luppo si è avuto nella seconda metàdegli anni ’90.Tuttaviasolooggi si in-comincia a fare un distinguo in alcu-ne norme tecniche (nemmeno troppoadeguato), tra sistemi georadar tradi-zionali e sistemi radar per la ricercas e r v i z i .
Quanto al progetto di perforazio-ne, in questo caso esistono una stan-dardizzazioneed unaconoscenza an-cora meno spinte di quanto esiste perle indagini preliminari.
Il progetto di perforazione ha co-merisultato lageometriadelpercorsodiperforazione,ovverodiquelperfo-
ro entro cui verrà tirato il prodotto dainstallare(tubazionesingola,paccotu-bi o cavo).
Poiché per arrivare al tiro dellacondotta e quindi alla sua installa-zione finale, occorre effettuare unaserie di operazioni che chiamano incausa la resistenza del terreno, la re-sistenza delle attrezzature di perfo-razione e del prodotto da installare,le performance del sistema in terminidi deviabilità, si intuisce che la geo-metria del percorso di perforazioneè il risultato di un complesso di ve-rifiche di calcolo che chiamano incausa tutti i fattori appena elencati.
Ma non solo. Il progetto includeanche la definizione di un volume disottosuolo perforabile perché suff i-cientemente distante da ciò che è giàpresente nel sottosuolo. Non sarebbeinfattisicurofarpassareadistanzamol-toravvicinataunaperforazionedaunatubazione in alta pressione del gas, oin adiacenza ad un cavo interrato del-l’alta tensione.
Queste circostanze impongono ilricorsoad adeguati franchidi sicurez-za, che possano garantire che non in-s o rgano interferenze pericolose tra laperforazione inatto eglioggetti inter-rati preesistenti.
Tuttiquesticriterieverifichedical-colo sonooggettodiunametodologiacomplessiva e coerente che abbiamoappunto chiamato progetto di perfo-razione e che è illustrata in dettaglio
nel 3° volume del manuale “ProgettoNo-Dig” pubblicato dalla casa editri-ce La Fiaccola.
LE APPLICAZIONI DELD I R E C T I O N A LD R I L L I N G .
Il directional drilling trova og-gi impiego in moltissime appli-cazioni, quali:• installazionesenzascavoacieloaper-to di tubazioni interrate;• sostituzionesenzascavoacieloaper-todi tubazioni interrate (pipe reaming)- di cui daremo un cenno alla fine delpresente articolo;• difesa ambientale (decontaminazio-ne di siti inquinati o inquinanti);•difesadel suolo(installazionedidre-naggi nel sottosuolo per la stabilizza-zione di pendii in frana).
Certamente l’installazione senzascavoa cieloaperto di tubazioni inter-rate costituisce la principale applica-zionediquesta tecnologia,sebbenean-che gli altri campi di impiego stianoprogressivamente crescendo.
Le tubazioni interrate installabilimediante directional drilling posso-no essere destinate ai più svariati im-pieghi, quali:a) cavidotti per telecomunicazioni,b) condotte per il trasporto e la distri-buzione dell’acqua,c) condotte fognarie,d) condotte per il trasporto e la distri-buzione di gas ed olii combustibili,e) cavidotti elettrici,f) tubazioni per il teleriscaldamento,g) tubazioni per drenaggi.
Recentemente il directional dril-ling èstatoanche utilizzato per instal-laresenzascavoacieloapertocavielet-tricinudidirettamentenel terreno (ov-vero senza cavidotto in plastica).
Si tratta di una nuova e promet-tente applicazione che potrebbe sem-plificare notevolmente e rendere par-ticolarmenteeconomiche leoperazio-ni di interramento dei cavi elettrici inmedia ed alta tensione.
I materiali che più si prestano adessere installati mediante directionaldrillingsonoessenzialmentequellidut-tili, e quindipolietilene (a bassaed al-ta densità) ed acciaio.
Stannotuttaviaaumentandole in-stallazionidi tubazioni inP V Cg i u n t a-
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13. Sistema diguida dell’ultima
generazionederivato da unsistema di tipowalk-over con
lettura azimutalee trasmissione
dati via cavo (per gentile
concessione dellaDigital Control Inc.)
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te a freddo e si comincia a sperimen-tare anche l’installazione di tubazioniin ghisa.
Idiametri installabilimediantedi-rectional drilling variano da 1” (25.4mm) a 60” (ca. 1500 mm) con lun-ghezzechepossonoraggiungereesu-perare anche i 1000 metri.
In applicazioni particolari i limitiindicati sono stati anchesuperati, rea-lizzando dei veri e propri record, perraggiungere i quali sono state impie-gate macchinespeciali, espressamen-tecostruiteperqueiparticolariprogetti.
Nellapraticacorrente, esoprattut-to utilizzando macchine standard diserie, le applicazioni spaziano in unrange dimensionale più ridotto, chepuò essere convenientemente indica-to:per idiametrinell’intervallo2”-24”(50 -600 mm)eper le lunghezzenel-l’intervallo 10-500 m.
All’aumentaredeldiametroedel-la lunghezza di installazione, aumen-ta ingeneraleladimensionedellamac-china di perforazione, ed in partico-lareaumentanolecapacitàdi tiro/spin-ta della macchina e la sua torsione, ecorrispondentemente il suoingombroed il suo peso.
Unaclassificazionedellemacchi-nedadirectionaldrilling,piuttostodif-fusa, è quella che individua quattroclassi, in funzione della massima for-za di tiro sviluppabile:1)M I C R O -perforatrici conforzadi ti-ro fino a 6 t,2) MINI - perforatrici con forza di tiroda 6 a 12 t,3) M I D I - perforatrici con forza di tiroo da 12 a 24 t,4) MAXI - perforatrici con forza di ti-ro oltre le 24 t.
InItalia ildirectionaldrillingèsta-to inizialmente utilizzato quasi esclu-sivamente nelcampo dellacostruzio-nedioleodottiemetanodotti edin par-ticolare per la realizzazione di grandiattraversamenti fluviali. In questi ca-si sono state utilizzate macchine diperforazione non standard, di grandidimensioni (maxioltre le50tonnella-te di tiro).
Successivamente, circa una de-cina di anni fa, si è dato un partico-lare impulso all’uso del directionaldrilling per l’installazione di cavi-dotti per reti di telecomunicazione
(cavi coassiali e fibra ottica), conse-guendo grandi vantaggi sul pianodella maggiore compatibilità am-bientale degli interventi nonché sulpiano dei costi di costruzione.
Per queste applicazioni si è fat-to ricorso a perforatrici di serie di di-mensione medio piccola (e quindimidi, mini e micro rigs).
Il trend di crescita dell’uso deldirectional drilling nel settore delletelecomunicazioni è cresciuto di pa-ri passo con l’espansione delle retiinterrate nei grandi centri urbani chesi è avuta nella seconda metà deglianni ‘90, seguendone però anche lasuccessiva parabola discendente cheha coinciso con la crisi che ha col-pito internazionalmente il settore del-le telecomunicazioni, verso l’iniziodel 2000.
L’attenzione verso l’utilizzo il di-rectional drilling si è quindi sposta-ta su altri settori, e principalmentequello elettrico e quello idrico.
Se si escludono quei casi in cuinon esistono alternative confrontabi-li con ildirectionaldrilling (comene-gli attraversamenti fluviali, stradali,ferroviari, aeroportuali, ecc.) neiqua-li questa tecnologia è particolarmen-te efficace ed economica, in terminigeneralipossiamodireche questa tec-nologia risulta ancora particolarmen-te vantaggiosasia sotto l’aspetto eco-nomico cheproduttivo quando ricor-re uno o più dei seguenti casi:
a) installazioni sotto pavimentazio-ni di pregio o quando le interferen-ze con il soprasuolo sono partico-larmente rilevanti (es.: strade ad in-tenso traffico,piazze storiche, siti na-turali vincolati, ecc.);b) installazione di tubazioni in pres-sione o di servizi a secco (cavidotti)condiametrinon superiori ai450mme lunghezze di installazione non su-periori ai 250 m;c)profondità di installazionesuperio-re ai 2 metri.
Potrebbe invecenonrisultarecon-veniente quando si tratta di installa-zioni di grandi diametri (superiori ai1200 mm), su lunghezze molto ridot-te (inferiori ai 20 m) oppure eccessi-vamenteelevate (superioriai1000m),oppure quando è richiesta un’elevataprecisione di installazione in terminidi pendenza (come nel caso delle fo-gnature a gravità).
In quest’ultimo caso (fognature agravità) l’uso deldirectional drilling èancora possibile e conveniente a pat-to che non si superino certi diametri(in genere 600 mm) e che non si va-daaldi sotto dipendenzedello 0.5%.
Risulta invece non utilizzabilequandosi trattadi installazioniurbanedigrandediametro (oltre1000 mm)oquando lependenzerichiestesonoin-feriori allo 0.5 %. Quando ricorronoquestecondizionisfavorevoliperl’im-piego del directional drilling, è anco-ra possibile fare applicazioni di tipo
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14. Lavori di installazione di cavidotti per telecomunicazioninel centro di Milano (per gentile concessione della F.lli Esposito Srl)
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No-Digricorrendo ad altre tecnologiecome ad esempio almicrotunnelling.
Anchedalpunto di vistadellana-turadeiterreniattraversabili, sesiesclu-donoletorbechenongarantisconounas u fficiente portanza per le deviazionidegliutensili, con leattuali attrezzatu-re da directional drilling è possibileperforare qualsiasi materiale, inclusala roccia dura.
Particolarmente interessanteèan-che l’attenzione che è stata prestatain questi anni, da parte dell’industriadel directional drilling, allo sviluppodi tecnicheesecutiveematerialiorien-tati al conseguimento di un impattoambientalesemprepiùridotto.Percuiil directionaldrilling, così come è og-gi, non solo da questo punto di vistabatteabbondantemente le tecniche tra-
dizionali con scavo a cielo aperto, ri-sultando sempre più spesso più con-veniente anche sotto l’aspetto econo-mico,maèdecisamentemiglioratori-spetto alle applicazioni che si faceva-no anche solo quindici anni fa.
Applicazioni nonconvenzionali deld i rectional drilling
Abbiamo accennato al fatto che ildirectionaldrillingpossaessereappli-cato anche in settori diversi da quellodei servizi interrati, come ad esem-pio il settore della difesa ambientaleed inquello delladifesa del suolo, co-sì come nella sostituzione No-Dig ditubazioni interrate preesistenti.
Qualchecenno puòaiutareacom-prendere i vantaggi che derivano daqueste applicazioni.
In particolare quando si parla diapplicazione del directional drillingnella difesa ambientale ci si riferiscead applicazioni di bonifica del ter-reno in sito. Queste applicazioni sibasano tradizionalmente sull’utiliz-zo di pozzi verticali che permettonodi drenare e di attuare una ventila-zione del terreno.
La possibilità di realizzare poz-zi ad andamento suborizzontale puòrendere ancora più efficaci questi in-terventi, sia perché aumenta la ca-pacità del pozzo di drenare sia per-ché si riescono a raggiungere volu-mi di terreno difficilmente raggiun-gibili dalla superficie (pensiamo adesempio al terreno sottoposto ad ungrosso serbatoio di idrocarburi).
Questa possibilità risulta parti-colarmente interessante nel caso del-le discariche, nelle quali la massa deirifiuti può essere o sottopassata dauna fitta rete di drenaggi che capta-no ad esempio il percolato, oppureattraversata da dreni suborizzontaliche catturano il biogas.
E la stessa tecnica può essere im-piegata per realizzare ad esempio de-gli strati impermeabilizzantiper isola-re masse o siti inquinanti, combinan-do ad esempio il directional drillingcon il jet-grouting secondo una tecni-ca già sperimentata in altri paesi daqualche anno.
Lapossibilitàdi installaredrenisu-borizzontali, controllando la traietto-
ria di installazione, risulta particolar-mente interessante quando si intendestabilizzare un pendio in frana con-trollando il livello di falda.A b b a s s a-re il livello di falda significa procura-reunaumentodella resistenzaa tagliodel terreno e di conseguenza incre-mentare il coefficientedi sicurezzaal-lo scivolamento delle masse in franalungo lesuperficidiscorrimento.Que-ste applicazioni sono già state utiliz-zate in altripaesi.Nelnostro restano alivello puramente sperimentale.
Lasostituzione di tubazioni inter-rate medianteattrezzaturedadirectio-nal drilling avviene seguendo unoschema piuttosto simile a quello esa-minato per lenuove installazioni, conladifferenzache inquestocasoil foropilotaècostituitodallacondottadaso-stituire.Pertanto non si faaltro che in-filare la batteria di aste nella tubazio-nedasostituire (lanciopilota).Unavol-taraggiunta lasezionediarrivosimon-ta un alesatore con eventuale batteriadiasteaseguireesi alesa, in questoca-sodemolendolatubazionepreesistenteedallargando(sedelcaso) il foro.L’ u l-tima fase consiste nel tiro della nuo-va condotta. Con questa tecnica (det-ta di pipe reaming) è possibile sosti-tuirecondotte inmateriale lapideoco-mecalcestruzzononarmato,gres, con-dotte in muratura.
C O N C L U S I O N IIl directional drilling è una tecno-
logia semplice ed efficace. Permettedi risolvere una molteplicità di pro-blemiapplicativi legati all’installazio-need allasostituzionedi servizi inter-rati, così come nel campo della boni-ficaambientaleenella stabilizzazionedi pendii in frana.
Ilprincipalevantaggiorisiedenel-la sua flessibilità e relativa semplicitàd’uso, a cui corrispondono un’eleva-ta produttivitàedeconomicità, cheneconsente l’utilizzo in moltissimi casi,a vantaggioancheesoprattuttodiunamigliorecompatibilitàambientalede-gli interventi.
Tuttavia il suo utilizzo è subordi-nato ad una adeguata conoscenza siadella tecnica esecutiva che, soprattut-to, delle metodologie di progetto cherisultanonecessariepergarantireilsuc-cesso delle applicazioni. �
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15. Installazionedi cavi elettricinudi mediante
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