Ultra No-Dig (UmbiliDrill)

Establishing subsurface micro tunnels for pipes (water and sewage), cables (electricity and communication) and pipes for district heating may imply significant interventions in nature or in urban areas. Drilling of subsurface micro tunnels without digging from surface is possible with existing technology, so called "no-dig" technology. However, this technology has limitations related to drilling range (length of micro tunnel), and has performance issues when drilling in ground conditions comprising a combination of loose soil and hard rock. The "Ultra No-Dig" is a drilling system for establishing (ultra) long subsurface micro tunnels with no limitations to in which type of ground conditions drilling is executed. The system will use directional drilling technology with a low turning radius, which will be an advantage in urban areas where existing subsurface infrastructure is already present and consequently has to be avoided. The drilling system comprises an anchor and propulsion mechanism, a drilling unit and a steering mechanism. All these functions are located close to the drill bit to avoid transferring anchoring and propulsion loads, rotational motion for drill bit and having to control the drilling direction via a rigid drill pipe. The drilling system will instead be operated through a flexible, spoolable umbilical which is pulled into the micro tunnel while drilling. This makes drilling of ultra-long micro tunnels possible. The goal is that all functions in the drilling system shall be electromechanically operated. An anchor and propulsion mechanism which can operate in any ground condition, is a crucial functionality for the drilling system. The solution is to let this mechanism have its interface against a tunnel lining which is established by the drilling system (and not have the interface against the actual tunnel wall). Based on this the anchor and propulsion mechanism is developed as a belt driven mechanism (module), where the belts provides both the anchoring and the propulsion. The anchor and propulsion mechanism shall deliver sufficient weight on bit (WOB) and counterhold when drilling, while also having enough power to continuously pull the umbilical into the tunnel. This is solved by organizing several belt modules as a train to increase the total power available. A prototype of the belt mechanism is produced and tested with respect to functionality and capacity. The results show that the mechanism combines a large pull force with a low contact pressure on the tunnel liner. Maintaining the tunnel integrity by preventing a tunnel collapse, especially when drilling in loose soil, is a precondition for the drilling system. The tunnel integrity must be maintained also after completion of the drilling operation. Generally, drilling in loose soil leads to two major challenges: 1) how to prevent the micro tunnel from collapsing, and 2) how to ensure proper functionality of the anchor and propulsion mechanism? The R&D work needed to develop a tunnel integrity method to prevent tunnel collapse is given great attention in this project, as the solution to this forms a design basis for the rest of the drilling system. The integrity method chosen is a tunnel lining which will be installed throughout the micro tunnel by the drilling system while drilling. This will prevent collapse and provide a smooth inner surface of the micro tunnel on which the belt mechanism can operate. This will be solved technologically by supplying a liquid material which shall be casted and cured to a tunnel lining in a dedicated module in the drilling system. Much of the project activity has been to identify and test various types of materials which may be suitable for this solution. This identification and test work is laboriously as the material characteristics and behavior both before, during and after curing are important criterias. The project has also focused some R&D work to identify existing drilling technology which can be modified to fit into and complete the drilling system. The R&D work needed to complete the drilling system, beyond the scope of this project, shall be executed within three main activities: 1) complete the development of the anchor and propulsion mechanism, 2) develop the tunnel integrity method and the dedicated system mechanism, and 3) indentify and modify existing drilling and sensor technology to fit into and complete the drilling system.

Virkning: 1) Prosjektdeltakere og bedrift har fått økt kunnskap og kompetanse om herdeplast og bruk av denne til industrielle formål. 2) Prosjektdeltakere og bedrift har fått økt innsikt i utfordringer og teknologibehov i vann- og avløpsbransjen, en bransje med økt politisk fokus de siste årene. Dette kan være avgjørende i møte med fremtidige bedriftsprioriteringer. Effekt: 1) I prosjektet har det blitt forsket på en helt ny metode for bruk av herdeplast, noe som kan gi grunnlag for videre forskningssamarbeid mellom bedrift og aktører eller institusjoner med kunnskap om herdeplast.

Behovet for ny no-dig teknologi er presserende. Direktør Toril Hofshagen i Norsk Vann uttalte i forbindelse en skandinavisk no-dig konferanse at "i de neste 15 årene må den norske vannbransjen investere nærmere 500 milliarder kroner for å ta igjen et vedlikeholdsetterslep i den omfattende vann- og avløpsinfrastrukturen, samtidig som vi skal investere for å takle økt befolkningsvekst og et endret klima." For å imøtekomme noen av utfordringene, og utvikle teknologien som behøves, kan kompetanse og teknologi fra olje- og gassindustrien benyttes. Aarbakke Innovation AS skal, basert på den forsknings- og teknologikompetansen som finnes i olje- og gassindustrien, utvikle et boresystem for mikrotunneler hvor fremdriftsmekanismen flyttes fra overflaten ned til borekronen, og hvor en stiv borestreng erstattes av en fleksibel navlestreng (umbilical). Målet er å muliggjøre no-dig installasjoner på inntil 30 km med et konkurransedyktig boresystem som imøtekommer mange av de operasjonsutfordringer som relateres til eksisterende no-dig teknologi. Det er definert at prosjektets FoU-utfordringer vil knyttes til utviklingen av en egnet anker- og framdriftsmekanisme med nødvendig funksjonalitet og kapasitet, løse utfordringen med potensiell kollaps av mikrotunnel ved boring i løse masser, og identifikasjon av eksisterende bore-, kontrollsystem- og sensorteknologi som kan tilpasses og implementeres for å komplettere boresystemet. Prosjektets FoU-aktiviteter skal bestå av systematisk ingeniørarbeid for å søke og løse utfordringene knyttet til blant annet rekkevidde (borelengde), styring, boring i alle typer grunnforhold, og håndtering av boreslam/kaks. Det er ikke planlagt innkjøp av FoU-tjenester da det ikke er vurdert som en nødvendighet for å løse prosjektets definerte FoU-utfordringer. Aarbakke Innovation AS besitter selv den nødvendige kompetanse for å kunne nå prosjektets mål. Samtidig skal Aarbakke Innovation AS kvalitetssikre prosjektet ved å jevnlig søke innspill fra relevante samarbeidspartnere, både når det gjelder teknologiske løsninger og metoder, samt markedsbehov og ønsker. Det er i prosjektet planlagt innkjøp av utstyr for å kunne gjennomføre laboratorietester av utviklet teknologi. Resultater fra testene skal brukes til å verifisere teknologien med hensyn på funksjonalitet og kapasitet. Det er planlagt innkjøp av utstyr for å bygge en prototype av anker- og framdriftsmekanismen, og sammen med innkjøp av diverse testutstyr vil det muliggjøre laboratorietesting av denne mekanismen. Det er også planlagt innkjøp av materialer og testutstyr for å kunne gjennomføre laboratorieforsøk knyttet til utviklingen av en tunnelsikringsmekanisme, blant annet for å finne et egnet materiale for tunnelsikring.