1. METODY WYKONYWANIA OTW. Metody wiertnicze dzielimy na klasyczne i na metody niekonwencjonalne, mające mniejsze zastosowanie i będące w stadium prób.

Metody klasyczne dzielimy w zależności od:

- sposobu zwiercania skały na dnie otworu

- rodzaju przewodu wiertniczego

- wielkości średnicy otworu

- sposobu usuwania zwiercin z dna otworu

- siły napędowej używanej do wiercenia i umieszczenia silnika

- kierunku wykonywania otworów

W zależności od sposobu zwiercania skały na dnie otworu wiertniczego wiercenia można podzielić na udarowe, obrotowe i udarowo-obrotowe lub obrotowo-udarowe. Metody wierceń udarowych można podzielić w zależności od rodzaju przewodu na wiercenia z przewodem linowym i wiercenia z przewodem żerdziowym. Wiercenia udarowe na przewodzie żerdziowym, w zależności od liczby udarów świdra o skałę, można podzielić na wolno- i szybkoudarowe.

W zależności od sposobu usuwania zwiercin z dna i spodu otworu wiercenia udarowe dzielą się na suche lub płuczkowe. W czasie wiercenia suchego zwierciny z dna otworu wiertniczego wydobywa się zawieszoną na linie łyżką, a przy wierceniu płuczkowym zwierciny są usuwane i wynoszone na powierzchnię przez wtłaczaną do otworu płuczkę wiertniczą.

Wiercenia udarowe mogą być ręczne lub mechaniczne, można je podzielić na wiercenia udarowe zwykłe z silnikiem na powierzchni ziemi oraz wiercenia z silnikiem na spodzie, w otworze ponad świdrem. W zależności od częstotliwości udarów świdra o skałę w metodzie udarowej można wyróżnić wiercenia wolnoudarowe lub szybkoudarowe.

Metody wierceń udarowych mogą służyć do wykonywania otworów normalnych o średnicy do 500 mm lub otworów wielkośrednicowych, np. szybów wiertniczych, o średnicy powyżej 500 mm.

Metody wiercenia obrotowego, ze względu na siłę napędową potrzebną do obracania świdra przy wierceniu, dzielą się na wiercenia ręczne obrotowe - okrętne albo wiercenia mechaniczne obrotowe - maszynowe. W metodzie okrętnej przewodem są żerdzie, a w metodach mechanicznych rury płuczkowe.

Przy metodach obrotowych mechanicznych zwierciny usuwane są z dna otworu przez tłoczoną z powierzchni płuczkę wiertniczą, przy metodach udarowych zaś specjalnym przyrządem w kształcie rury zwanym łyżką, która ma umieszczony u dołu zawór. Stąd też wiercenie z płuczką nazywa się mokrym, a bez płuczki — suchym.

W zależności od wielkości średnic wykonywanych otworów wiercenia mechaniczne obrotowe można podzielić na:

— normalnośrednicowe — Rotary — o początkowej średnicy ≤ 500 mm,

— małośrednicowe, zwane czasem małodymensyjnymi, zwykle o początkowej średnicy otworu wynoszącej ≤ 200 mm,

— wielkośrednicowe, zwane wielkodymensyjnymi, przy wykonywaniu otworów (szybów wiertniczych, tuneli) o najmniejszej początkowej średnicy ≤ 500 mm.

W zależności od sposobu otrzymywania próbek z wierceń metody wiertnicze można podzielić na: — wiercenia rdzeniowe i wiercenia pełne, zwane też pełnootworowymi — bezrdzeniowe. Rdzenie można też otrzymywać przy wierceniach w postaci „kawałków" przy odwrotnym krążeniu płuczki (metoda Con-Cor).

Biorąc pod uwagę sposób wprowadzania w ruch obrotowy przewodu wiertniczego (rur płuczkowych), wiercenia mechaniczne można podzielić na: — wiercenia stołowe (Rotary), — wiercenia wrzecionowe.

W zależności od sposobu usuwania próbek skalnych spod świdra przez płuczkę. wiercenia obrotowe można podzielić na: — płuczkowe z prawym krążeniem płuczki wiertniczej, — płuczkowe z odwrotnym krążeniem płuczki wiertniczej.

Jednocześnie płuczkę wiertniczą można stosować w postaci lotnej (powietrze), w postaci płynnej (iłowa, olejowa, wapienna, wodna, skrobiowa itd.) lub w postaci „kombinowanej".

W zależności od miejsca umieszczenia silnika napędowego wiercenia obrotowe mechaniczne można podzielić na: — wiercenia z silnikiem na powierzchni, wiercenia z silnikiem na spodzie otworu wiertniczego, bezpośrednio nad świdrem. Do metod z silnikiem na spodzie otworu wiertniczego można zaliczyć: — wiercenia elektrowiertem, — wiercenia turbowiertem.

W zależności od rodzaju przewodu, na którym zapuszcza się elektrowiert do otworu, można podzielić te wiercenia na:

— wiercenia elektrowiertem rurowym zapuszczanym na rurach płuczkowych, — wiercenia elektrowiertem bezrurowym zapuszczanym na linie. Przy wierceniach turbowiertem, zwanych inaczej wierceniami turbinowymi, zamiast silnika elektrycznego stosuje się turbinę napędzaną płynną płuczką wiertniczą. Wierceniami, w których przewodem wiertniczym są rury płuczkowe, można wykonywać otwory: — normalne — pionowe w dół, kierunkowe — celowo odchylone od pionu pod określonym kątem.

Wiercenia udarowo-obrotowe w zależności od przewagi udarów czy też obrotów przy wierceniu dzielą się na: — udarowo-obrotowe, — obrotowo-udarowe.

Metody niekonwencjonalne dzielą się na: wybuchowe, termiczne, hydrauliczne i elektrofizyczne.

2. SYSTEMY OBIEGU PŁUCZKI.

- normalne krążenie płuczki

- odwrotne krążenie płuczki

- specjalne systemy krążenia płuczki

Wynoszenie zwiercin ze spodu otworu odbywa się przy wierceniach obrotowych wskutek krążenia płuczki wiertniczej. Krążenie płuczki wiertniczej może być normalne czyli prawe lub odwrotne. Najczęściej jest stosowane prawe krążenie płuczki. Odmianą prawego krążenia płuczki Jest odwrotne krążenie. W tym przypadku płuczka wiertnicza jest tłoczona z powierzchni ziemi pompą płuczkową na spód otworu, przestrzenią między ścianą otworu a przewodem wiertniczym. Z dna otworu wiertniczego wynosi kawałki rdzeni odwiercone przez koronkę i rurami płuczkowymi wypływa do koryta na powierzchnię ziemi. Przy odwrotnym krążeniu płuczki mogą być wynoszone większe okruchy skalne, a nawet kawałki rdzenia. Jest to możliwe dzięki większej prędkości strumienia wypływającej płuczki wiertniczej w rurach płuczkowych.

Przy wierceniach otworów wielkośrednicowych bezrdzeniowych można po kolei stosować wszystkie trzy systemy krążenia, przy czym mogą się one zmieniać w poszczególnych etapach wiercenia takiego otworu.

Przy wierceniach rdzeniowych oraz turbinowych stosowane jest zazwyczaj normalne krążenie płuczki lub obiegi specjalne, jakkolwiek mogą wystąpić wówczas trudności w stosowaniu pomp płuczkowych o wymaganych wydajnościach.

Przy wierceniach wielkośrednicowych bezrdzeniowych powinno się stosować odwrotne krążenie płuczki, które w porównaniu z normalnym zapewnia większą prędkość przepływu płuczki wynoszącej zwierciny, w związku z czym mogą być wynoszone większe cząstki zwiercin. W przypadku powiększenia prędkości przepływu płuczki dla uzyskania lepszego oczyszczania dna otworu, wymywanie ściany otworu wiertniczego nie stwarza zbyt dużego niebezpieczeństwa. Do wad tego systemu krążenia należy zaliczyć jednak zbyt słabe oczyszczanie dna otworu oraz ostrzy świdra przez płuczkę na skutek małej prędkości jej przepływu na dnie otworu. Poza tym przy odwrotnym systemie krążenia płuczka porywa zwierciny spod świdra, doprowadzając je do środka otworu. Przeciwstawiają się temu siły odśrodkowe powstałe przy obracaniu się przewodu ze świdrem. W wyniku tego zwierciny skalne przemieszczają się do środka otworu po dłuższej drodze, co powoduje większe zanieczyszczenie dna otworu zwiercinami oraz powtórne ich urabianie (dodatkowa praca). Przy tym obiegu do wynoszenia płuczki ze zwiercinami wykorzystywana jest energia sprężonego powietrza, którego cząsteczki wtłoczone w płuczkę ciekłą posiadają siłę unoszenia równą ciężarowi wypartej płuczki (przy pominięciu ciężaru powietrza). Poza tym przy odwrotnym systemie płukania otworu płuczka znajduje się w ruchu wraz z przewodem wiertniczym poniżej poziomu zanurzenia rur powietrznych. W związku z tym powstają dodatkowe opory hydrauliczne przepływu, na pokonanie których zużywane jest dodatkowe ciśnienie.

Odwrotny system krążenia płuczki może być zrealizowany przez zastosowanie sprężonego powietrza (air-liftu) do wynoszenia płuczki ciekłej ze zwiercinami na powierzchnię przy użyciu agregatu pompowego ssącego.

Prawe i lewe krążenie płuczki wiertniczej

Wiercenia mogą być wykonywane przy prawym i lewym (odwrotnym) krążeniu płuczki w otworze wiertniczym. Przy prawym krążeniu płuczki pompy płuczkowe zasysają płuczkę wiertniczą ze zbiornika ssawnego i przetłaczają ją za pośrednictwem przewodów napowierzchniowych do kolumny rur płuczkowych i do świdra, skąd po wypływie z kanałów świdra płuczka oczyszcza dno otworu wiertniczego ze zwiercin i wypływa przestrzenią pierścieniową poza kolumną rur płuczkowych na powierzchnię, gdzie oczyszcza się w korytach płuczkowych i następnie wpływa do zbiornika stawnego płuczki.

Przy lewym krążeniu płuczki wiertniczej przepływ płuczki odbywa się w odwrotnym kierunku. Płuczka wiertnicza wtłaczana jest do przestrzeni pierścieniowej poza kolumną rur płuczkowych i po oczyszczeniu dna otworu ze zwiercin wpływa otworami do wnętrza świdra, a stąd do kolumny rur płuczkowych, którymi wypływa na powierzchnię, wynosząc zwierciny skalne w postaci małych rdzeni.

Lewe krążenie zaleca się przy przewierceniu pokładów o wysokim ciśnieniu złożowym. W tych przypadkach płuczka o wyższym ciężarze właściwym, płynąc w dół w przestrzeni pierścieniowej, będzie zabierać z sobą bańki gazu razem ze zwiercinami i wynosić je na powierzchnię poprzez kolumnę rur płuczkowych.

Krążenie lewe można także z korzyścią zastosować przy wierceniach węglowych, gdzie uzyskanie rdzeni z pokładów węglowych ma podstawowe znaczenie. Wszystkie urządzenia do wiercenia z krążeniem lewym przystosowane są również do wiercenia z krążeniem prawym.

Przy wierceniu z krążeniem lewym wylot otworu wiertniczego musi być uszczelniony za pomocą odpowiedniego dławika, poza tym świdry muszą mieć kanały przelotowe o większej średnicy dla przejścia rdzenia. Stosowanie krążenia lewego ma następujące zalety: — zmniejszanie się zaiłowania przewiercanych pokładów, — wysoka prędkość wynoszenia okruchów skalnych (rdzeni), — wynoszenie większych okruchów skalnych, które dają możność szybszego rozpoznania geologicznego przewierconych warstw, — łatwiejsze wykonywanie niektórych robót ratunkowych. Do wad krążenia lewego należą:

— niemożność jego stosowania w przypadku zaniku płuczki w otworze wiertniczym w warstwach spękanych, szczelinowatych i silnie porowatych,

— trudności z utrzymaniem szczelności dławika u wylotu otworu wiertniczego,

— możliwość zatykania okruchami skalnymi kanałów przelotowych w świdrze i w rurach płuczkowych,

— konieczność w wielu przypadkach orurowania ścian otworu wiertniczego.

3. Rodzaje płuczek wiertniczych i ich parametry technologiczne oraz reologiczne.

Przy wierceniach stosowane są dwa rodzaje płuczek: gazowa (powietrze) i ciekła (albo równocześnie oba rodzaje). Jako płuczkę ciekłą najczęściej stosuje się wodę, zwykle z różnymi datkami (syntetyczne mydła, oleje itd.). Można też sporządzać płuczkę z wody, iłu oraz różnych dodatków, czyli odczynników. Płuczki ciekłe można zaliczyć częściowo do zawiesin, częściowo do roztworów koloidalnych.

Różnice zachodzące między roztworami zależą od składu chemicznego, rodzaju i wymiarów oraz kształtu cząstki ciała stałego znajdującego się w wodzie. W wiertnictwie stosuje się rozmaite płuczki wiertnicze, różniące się od siebie własnościami chemicznymi i fizycznymi. Płuczki ciekłe można zaliczyć do następujących płynów: plastyczno - lepkie (binghamowskie), niekiedy jako płyny pseudoplastyczne lub plastyczno-tiksotropowe, a nawet jako płyny lepko-sprężyste.

1) Płuczkę wapniową można zaliczyć do płuczek inhibitowanych. Jej zalety to niska lepkość i odporność na rozpuszczanie iłów oraz odporność na zbyt duże skażenia elektro­litami. Wadą tej płuczki jest jej nieodporność na wysoką temperaturę. Głównym składnikiem jest tu bentonit - ok. 8%

2) Płuczki chlorkowo-wapniowe różnią się od płuczek wap­niowych tym, że oprócz słabo rozpuszczalnego wapna stosuje się dodatki chlorku wapnia o dużej rozpuszczalności.

3) Płuczka gipsowa jest odporna na temperatury do 200°C i ma oprócz bentonitu w ilościach 7% również gips w ilości 1-2%

4) Płuczki potasowe są przystosowane do wiercenia w skałach ilastych. Obok bentonitu zawierają one wodorotlenek potasu, lignit potasowy i potasowy preparat skrobiowy.

5) Płuczka chlorkowo-potasowa ulega gęstnieniu w temperaturze około 200°C i jest odporna na skażenia chlorkiem sodu (do 5%). Jest mało odporna na gips, anhydryt i chlorek magnezu.

6) Płuczki zaso1one stosuje się do przewiercania warstw soli lub po­kładów zasolonych. W zależności od ich składu, płuczki te dzielą się na: solankowe, wie­losolne, glikocelowo- solne. Płuczki te działają korozyjnie na przewód wiertniczy. Ograniczanie korozyjnej działalności tej płuczki jest możliwe poprzez podniesienie wartości pH do około 10.

7) Płuczka so1no-skrobiowa- jest sporządzona na bazie płuczki iłowej lub bentonitowej, do której dodaje się takich soli, jak NaCI, KCl lub MgCl₂, a następnie obniża się filtrację dodatkiem skrobi. Ma bardzo niską wytrzymałość strukturalną.

8) Płuczki emu1syjne otrzymuje się na bazie każdej płuczki sporzą­dzonej na bazie wodnej przez dodanie 5-20% oleju napędowego lub ropy naftowej. Odmianą tych płuczek mogą być płuczki wiertnicze inwersyjne. Do płuczek wiertniczych inwersyjnych dodaje się stabilizatory emulsji.

9) Płuczka powietrzna ma zastosowanie tam, gdzie są trudności w zaopatrzeniu w wodę. Nadaje się do wiercenia w warstwach suchych i w przypadku zaniku krążenia płuczki ciekłej w skałach porowatych.

4. Napowierzchniowe układy urządzeń do sporządzania, regulacji parametrów oraz oczyszczania płuczki.

Na osiągnięcie celu wiercenia wpływa jakość zastosowanej płuczki wiertniczej. Materiałem wyjściowym do sporządzania płuczek jest ił. Najlepszym z materiałów ilastych do sporządzenia płuczek jest grupa montmorillonitu, iły pochodzące od tej grupy mają zdolność dużego rozproszenia cząstek w wodzie. Iłem tego typu jest bentonit, który w stanie suchym jest zbity i zwarty, natomiast po zmieszaniu z wodą wchłania ją na swojej powierzchni. Materiał ilasty nie zawsze jest głównym składnikiem płuczki wiertniczej, ale może być użyta jako część składowa. Jakość płuczki jest tym wyższa im więcej jest w niej cząstek koloidalnych. Wielkością charakteryzującą przydatność danego iłu do sporządzania płuczki wiertniczej jest jego wydajność (tzn. ile otrzymamy płuczki w m³ z jednej tony suchego iłu).

Płuczkę sporządza się w dwojaki sposób:

1) mat. do sporządzania pł. Przygotowuje się w wytwórni w postaci proszku, (ił jest suszony, drobno mielony, przesiany przez sita, następnie mieszany wraz dodatkami i workowany).

2)drugi sposób polega na mieszaniu surowego iłu z wodą w specjalnych mieszalnikach bezpośrednio przy otworze lub w wytwórni pł.

Mieszania pł. dokonuje się w specjalnych mieszalnikach, do których zaliczyć należy :

- mieszalniki jednowałowe poziome lub dla uzyskania lepszej wydajności dwuwałowe poziome stosowane do mieszania iłów surowych (w skład mieszalnika wchodzi: kadłub w którym znajduje się wał (wały) z łopatkami służącymi do mieszania iłu z cieczą zarobową)

- mieszalniki lejowe do wykonywania pł. z suchego iłu, (zbudowany jest on z leja pod którym jest komora próżniowa wraz z dyszą przez którą doprowadza się wodę).

- mieszalniki składające się z kilku pionowych mieszadeł (na zbiorniku płuczki zamocowane są mieszadła, w tymże zbiorniku znajduje się komora gdzie można mieszać sproszkowany ił z dodatkami ulepszającymi).

Wzory na obl. masy iłu i wody potrzebnej do sporządzenia 1 m³ płuczki o określonej gęstości:

m_i - masa iłu suchego

m_w - masa wody

(indeksy oznaczają:

p - płuczki, w - wody,

i - iłu).

Oczyszczanie płuczek wiertniczych

Do oczyszczania wypływającej płuczki z otworu ze zwierconych i wynoszonych zwiercin służą specjalne urządzenia umieszczone przy otworze wiertniczym.

Oczyszczenie płuczki wiertniczej ze zwiercin można przeprowadzić hydraulicznie, mechanicznie i chemicznie. Oczyszczanie hydrauliczne odbywa się w takich urządzeniach jak zbiorniki i koryta płuczkowe, oczyszczanie mechaniczne zaś na sitach wibracyjnych, sitach transporterach, w separatorach i hydrocyklonach.

Osadzanie się zwiercin w czasie przepływu płuczki przez koryta i zbiorniki zależy głównie od prędkości jej przepływu przez koryta, od długości koryt oraz od typu zastosowanych przegród osadników lub zbiorników.

Do oczyszczania płuczki wiertniczej można stosować koryta składające się z dwóch koryt równoległych, połączonych ze sobą co parę metrów. Płuczkę można skierować jednym lub obydwoma równoległymi korytami. Przegrody o wysokości 12-30 cm dzielą koryta na sekcje.

Zwierciny z płuczki mogą się również osadzać w osadnikach, które wbudowane są poziomo w korytach płuczkowych.

Do właściwego oczyszczania płuczki ze zwiercin służą urządzenia mechaniczne i hyd­rauliczne. Jednym z takich urządzeń jest sito wibracyjne. Na sicie pozostają zwierciny, które stopniowo zsuwają się po pochyłej powierzchni siatki do dołu zwiercinowego, płuczka zaś, wstępnie oczyszczona, przepływa do koryt. Sito może być pojedyncze lub podwójne. Sito podwójne ma dwie sekcje, a jego wydajność jest dwukrotnie większa niż wydajność sita pojedynczego.

Oprócz sita wibracyjnego ma także zastosowanie sito obrotowe (separatory).

Innym urządzeniem jest wirówka, która służy do oczyszczania płuczek wiertniczych, zwłaszcza do rozdzielania ciekłych zawiesin lub emulsji zawierających składniki o róźnej gęstości. Podczas pracy tego urządzenia powstaje siła odśrodkowa, wskutek czego większe i cięższe cząstki odrzucane są na ścianę zewnętrznego cylindrycznego stożka. Tylko mniejsze cząstki przenoszone są do wnętrza wirnika razem z oczyszczoną cieczą, większe zaś wypływają na zewnątrz.

Do oczyszczania płuczki wiertniczej zwłaszcza z piasku, oraz materiałów obciążających, stosuje się hydrocyklony. Oczy­szczanie płuczki w hydrocyklonie odbywa się wskutek działania siły odśrodkowej wirującej strugi płuczki oddzielającej z niej zwierciny. W celu uzyskania większej wydajności kilka hydrocyk­lonów łączy się ze sobą równolegle.

Do oczyszczenia płuczki wiertniczej, w zależności od wymaganego stopnia jej oczysz­czania, stosuje się urządzenia mechaniczne oczyszczające jedno- lub wielostopniowe. Dwustopniowy system oczyszczania stosowany jest do płuczek wiert­niczych konwencjonalnych, o dużej zawartości zwiercin. W przypadku wiercenia z płuczką o małej zawartości fazy stałej można zastosować trójstopniowy system oczyszczania, z wykorzystaniem np. odmulaczy.

Odgazowanie płuczek wiertniczych z gazu ziemnego przedostającego się z przewier­conego pokładu ma duże znaczenie dla regulowania parametrów płuczki. Urządzenia do oddzielania gazu z płuczki wiertniczej opierają się na zasadzie mieszania płuczki i rozprowadzania jej cienkimi warstwami, co ułatwia uwolnienie pęcherzy­ków gazu od cieczy. Drugi sposób to odgazowywanie próżniowe.

5. Regulowanie własności płuczek wiertniczych (gęstość, lepkość, zawartość fazy stałej, granicy płynięcia i wytrzymałości strukturalnej, filtracji i pH)

płuczki powinny być przystosowane do warunków występujących w otworze. Uzyskuje się to przez dodanie do płu­czki odczynników chemicznych odczynniki chemiczne można podzielić na trzy grupy:

1. Odczynniki stabilizatory (peptyza-tory)- środ­ki powierzchniowo-aktywne

2. Odczynniki strukturotwórcze, przyczyniające się do tworzenia struktury w płuczce wiertniczej

3. Odczynniki · koagulatory- obojętne lub kwaśne sole lub kwasy,

Lepkość

Najprostszą metodą obnażania lepkości płuczki jest rozrzedzenie jej wodą lub wodą z dodatkiem bentonitu. Wodę do płuczki dodaje się wówczas, jeśli lepkość wzrosła na skutek wzrostu koncentracji fazy ilastej

lepkość płuczki reguluje się najczęściej za po-mocą chemicznych środ­ków rozrzedzających. Fosforany:

1. kwaśny pirofosforan sodu

b. heksametafosforan sodu

Stosowanie fosforanów jest ograniczane bo ich działanie jest krótkotrwałe i nie są odporne termicznie.

garbniki

1) Quebracho - ekstrakt z dębu quebracho zawierający naturalne taniny

2) Rotanina - syntetyczny garbnik polifenolowy

Hortan - syntatyezny garbnik polifenolowy

Lignosulfoniany - są to produkty otrzymywane z odpadów przemysłu celu­lozowo-papierniczego.

1) Klutan - sproszkowany garbnik polifenolowy zawierający lignosulfonian wapnia

2) Gr
ligan - modyfikowany lignosulfanian chromowy

3) Q-broxin - lignosulfanian żelazochromowy

Odczynnik z węgla brunatnego

Węglan sodu znajduje zastosowanie do obniżenia lepkości płuczki tylko wówczas, gdy jej wzrost nastąpił przy przewiercaniu gipsów, anhydrytów i wapieni. Zapobiega rozpuszczaniu się węglanu wapnia w płuczce.

Kwaśny węglan sodu stosuje się w przypadkach, gdy wzrost lepkości płu­czki nastąpił na skutek skażenia cementem.

Regulowanie filtracji płuczki

Czynnikiem; który wpływa na wielkość filtracji płuczki jest przede wszystkim obecność bentonitu. Przy czym istotna jest wielkość cząstek stałych.

Do regulowania filtracji płuczki stosowane są koloidy ochronne, takie jak: skrobia, pochodne celulozy itp. Preparaty chemi­czne wiążące trwale elektrolity powodujące koagulację oraz dodatki chemi­czne wpływające na wzrost dyspersji iłu w płuczce,

Koloidy ochronne

Są to układy o dużym stopniu rozdrobnienia stanowiące stan pośredni między roztworami rzeczywistymi a zawiesinami. Działanie koloidów ochronnych polega na zwiększeniu odporności płuczki na elektrolity. Do najczęściej stosowanych koloidów ochronnych zaliczamy tylozę, skrobię oraz odczynnik z węgla brunatnego.

Tyloza - otrzymuje się z celulozy będącej głównym składnikiem drewna. Jako koloid hydrofilny wiąże ona część wody, dzięki czemu zmniejsza się filtracja płuczki. Inne pochodne celulozy stosowane jako dodatki do regulacji filtracji płuczki to: metylowana i etylowana celu­loza i jej sulfonowe pochodne.

Glikgcel - sól sodowa karboksymetylocelulozy zanieczyszczona chlor­kiem sodu i glikolem sodu. Glikole nie zmieniają swych własności fizyczno-chemicznych do temp. 160⁰C

Skrobia. jest preparatem roślinnym otrzymywanym z ziemniaków i ziaren zbóż. Skrobia obniża filtrację płuczki wówczas, gdy jej Cząstki zostaną rozerwane a ich zawartość przejdzie w roztwór wodny. Działanie jej będzie polegał na wiązaniu części wo­dy co prowadzi do zmniejszenia filtracji płaczki.

Rotosol - modyfikowany krochmal ziemniaczany, rozpuszczalny w wodzie, odporny do temp. 120^oC. Służy do obniżania filtracji płuczek iłowych, wapiennyoh i zasolonych.

Rotocal - preparat skrobiowy otrzymywany przez chemiczną i termiczną obróbkę krochmalu ziemniaczanego. Stosuje się do płuczek chlorkowo-wapiennych

Rotamyl, Rototerm - preparaty skrobiowe odporne do temp. 150oC. Fermentacja skrobi objawia się pienieniem płuczki na skutek wydzielania się C02, przy czym następuje wzrost filtracji i lepkości płuczki.

Rotomag - preparat skrobiowy zawierający jon magnezu.

Rotopol - preparat skrobiowy zawierający jon potasu.

Odczynnik z węgla brunatnego sporządza się z węgla brunatnego lub torfu, sody kaustycznej i wody.

Geopol - pochodna akrylonitrylowa o dużym ciężarze cząsteczkowym.

Gęstość - jej powiększenie uzyskuje się przez dodanie do płuczki materiałów obciążających, odznaczających się dużą gęstością.

Materiały do obciążenia płuczki dzieli się na następujące grupy:

• sproszkowane rudy żelaza, takie jak hematyt, magnetyt

• sproszkowany baryt

• sproszkowane odpady powstałe w procesach metalurgicznych

• sproszkowane rudy metali nieżelaznych, jak galena czy blenda cynkowa,

• mielona kreda.

Materiały obciążające płuczkę wiertniczą powinny charakteryzować się wysoką gęstością, dobrym przełomem, małą zawartością szkodliwych domieszek, niską twardością (odpowiednią ściernością) oraz odpornością na wysokie temperatury. Zawartość rozpuszczonych soli w materiałach obciążających nie powinna być większa od 0,2%. Do materiałów obciążających płuczkę do 3000 kg/m³, zalicza się małokoloidalne iły, kreda itp. Do materiałów obciążających płuczkę powyżej 3000 kg/m³, zalicza się baryt, galenę i sproszkowane rudy żelaza. Dzięki tym materiałom można zwiększyć gęstość płuczki wiertniczej bez nadmiernego wzrostu zawartości fazy stałej w płuczce.

Zawartość fazy stałej - na fazę stałą w płuczce wiertniczej składa się :

a) faza stała użyteczna - bentonit, baryt i inne materiały obciążające,

b)faza stała nieużyteczna - zwierciny i inne okruchy skalne.

Do obniżenia grubości osadu iłowego zastosowanie znalazł odczynnik z ługu siarczanowo - celulozowego. Do podwyższenia natomiast stosuje się karboksymetylcelulozę (KMC).

Wytrzymałość strukturalna - płuczek wiertniczych odgrywa bardzo ważną rolę w przypadku zaistnienia konieczności zwiększenia ich gęstości (masy) przez dodawanie do nich materiałów obciążających.

Wytrzymałość strukturalną oraz granicę płynności płuczki reguluje się zawartością np. bentonitu lub iłu. Wytrzymałość płuczki iłowej spada po dodaniu do niej niewielkiej ilości sody kalcynowanej. Większy dodatek sody kalcynowanej powoduje wzrost wytrzymałości strukturalnej.

6. Elementy przewodu wiertn: typy, rodzaje, rodzaje połączeń.

Rury płuczkowe, skręcone z sobą za pośrednictwem złączek i zworników tworzą kolumnę rur płuczkowych. Kolumna ta służy w wierceniu obrotowym do przeniesienia ruchu obrotowego od stołu wiertniczego, umieszczonego na powierzchni, do świdra pracującego na dnie otworu wiertniczego oraz dla doprowadzenia płuczki wiertniczej od pomp płuczkowych, ustawionych na powierzchni, do świdra. W wierceniu turbinowym kolumna rur płuczkowych znajduje się w spoczynku i służy tylko do doprowadzenia płuczki wiertniczej do turbiny turbowiertu. Kolumna rur płuczkowych spełnia również pomocniczą rolę przy robotach mających na celu usunięcie awarii wiertniczej, powstałej w otworze wiertniczym.

Kolumnę rur płuczkowych, składającą się — idąc od góry — z graniatki, rur płuczkowych wraz z złączkami i zwornikami oraz obciążników, nazywa się przewodem wiertniczym. Dwie lub trzy rury płuczkowe, skręcone z sobą za pomocą złączek (lub w przypadku dłuższych rur za pomocą zworników) tworzą pas rur płuczkowych. Pasy rur płuczkowych łączy się za pomocą dwuczłonowych łączników zwanych zwornikami. Stosowane są również bezzwornikowe połączenia rur płuczkowych.

Kolumna rur płuczkowych pracując przenosi moment obrotowy od silnika do świdra na bardzo dużą odległość i na skutek sił odśrodkowych przyjmuje postać spiralnie wygiętej sprężyny; ze względu na warunki pracy musi być wykonana z wysokogatunkowej stali.

Rury płuczkowe wykonuje się jako rury stalowe bez szwu o średnicach zewn. 6,5/8'', 5,1/2'', 5'' ,4,1/2'' ,4'', 3,1/2'', 2,7/8'', 2,3/8.

Według typu połączeń, rozróżnia się cztery kategorie rur płuczkowych:

— rury płuczkowe ze spęczonymi do wewn. końcami i naciętym na nich drobnym gwintem - najbardziej rozpowszechniona,

— rury płuczkowe ze spęczonymi na zewnątrz końcami i naciętym na nich drobnym gwintem,

— ze spęczonymi na zewnątrz końcami i naciętym na nich grubym stożkowym gwintem,

— z przyspojonymi na styk zwornikami.

Spęczenia na końcach rur płuczkowych mają na celu zapobiec osłabieniu przekroju rury w tych miejscach, w których nacięty jest gwint. Kolumna rur płuczkowych,. złożona z tego rodzaju rur, charakteryzuje się zwiększonymi oporami hydraulicznymi, co stanowi jej ujemną stronę.

Zewnętrzna, jak i wewnętrzna powierzchnia rur płuczkowych powinna być gładka, bez zadziorów, guzów, wklęsłości, łusek, rys i pęknięć.

Rury płuczkowe wykonuje się z wysoko jakościowej stali węglowej lub stali stopowej. Do głębokich wierceń powinny być stosowane rury płuczkowe wykonane ze stali stopowej, ulepszonej termicznie.

Długość rur płuczkowych wynosi: do średnicy zewnętrznej 2.3/8'' — 5,5 do 6,7 m, zaś rur płuczkowych powyżej 2,7/8''— 8,2 do 9,1 m.

Gwint rur płuczkowych jest prawy, a gwint lewy wykonywany jest tylko na zamówienie i stosowany jest przy robotach ratunkowych gdy odkręca się w odwiercie urwane rury płuczkowe o prawym gwincie.

Zworniki

Pojedyncze rury płuczkowe skręca się z sobą w tzw. pasy, których długość zależy od wysokości wieży wiertniczej. Pasy rur płuczkowych łączy się z sobą za pomocą krótkich łączników rurowych, zwanych zwornikami.

Każdy zwornik składa się z dwóch części: czopa i mufy. Zarówno czop, jak i mufa mają z jednej strony drobny gwint o liczbie 8 zwojów na cal dla przykręcenia ich na końce rur płuczkowych, natomiast na drugim końcu mają gwint gruby o liczbie 4 lub 5 zwojów na cal dla wzajemnego skręcania obu części zwornika, czyli połączenia z sobą dwóch pasów lub dwóch rur płuczkowych. Dzięki takiej konstrukcji gwintu zwornikowego, kolumny rur płuczkowych skręca i rozkręca Się szybko i lekko, a poza tym oszczędza się gwintu rur płuczkowych.

Istnieją także zworniki, których średnica zewnętrzna jest równa lub prawie równa średnicy zewnętrznej rury płuczkowej. Stosuje się je wówczas, gdy rury płuczkowe podczas zapuszczania i wyciągania z odwiertu, muszą przechodzić przez odpowiedni dławik, umieszczony u wylotu otworu wiertniczego.

Poza tym istnieją zworniki wewnątrz gładkie, które stosuje się przy rurach płuczkowych o końcach spęczonych na zewnątrz. W tych zwornikach strumień przepływającej płuczki nie doznaje żadnego zwężenia, tak że opór dla przepływu w tych zwornikach się nie zwiększa. Zworniki te ulegają jednak szybkiemu zużyciu od zewnątrz.

Zworniki z wąskim i .szerokim przelotem nakręca się na rury płuczkowe z końcami spęczonymi od wewnątrz, natomiast zworniki gładkie nakręca się na rury płuczkowe z końcami spęczonymi od zewnątrz.

Zworniki wykonuje się ze stali stopowej konstrukcyjnej. Gwint zworników może być prawy lub lewy.

Obciążniki do wiercenia obrotowego

Zadaniem obciążników przy wierceniu obrotowym jest wywieranie swym ciężarem odpowiedniego nacisku na świder w czasie wiercenia oraz usztywnianie dolnej części kolumny rur płuczkowych, znajdujących się tuż za świdrem. Przy braku obciążników wywieranie nacisku na świder dolną częścią kolumny rur płuczkowych powoduje ich ściskanie i wyginanie, co przy zmiennym charakterze tych obciążeń prowadzi do zmęczenia materiału rur płuczkowych, mogącego stać się przyczyną ich urywania.

W celu uzyskania odpowiednio dużego nacisku skręca się z sobą kilka lub kilkanaście obciążników. Ciężar obciążników powinien być tak duży, aby co najwyżej 70—80% ich ciężaru służyło do wywierania nacisku na świder, a reszta do utrzymania przewodu w stanie napiętym.

Długość obciążników do wiercenia stołowego, jest najczęściej równa długości rur płuczkowych, tj. 6 i 9 m. Grubość ścian obciążników wynosi średnio od 20 do 25 mm.

Graniatki

Graniatka służy do połączenia kolumny rur płuczkowych z głowicą płuczkową i do przeniesienia momentu obrotowego od stołu wiertniczego na kolumnę rur płuczkowych, a zarazem na świder pracujący na dnie otworu wiertniczego. Przekrój graniatki jest najczęściej kwadratowy, ale są również graniatki o przekroju sześciobocznym, ośmiobocznym lub krzyżowym. Graniatki o przekroju sześcio- i ośmiobocznym stosowalne są przeważnie przy większych liczbach obrotów stołu wiertniczego, np. ponad 250 obr/min lub więcej. Zewnętrzne wymiary graniatek dostosowane są do wymiarów zworników. Długość graniatek jest różna — powinna ona być równa lub większa od długości rur płuczkowych.

Są dwa typy graniatek, a mianowicie typ jednolita i wieloczęściowa. W każdym typie rozróżnia się dwie odmiany — graniatka z prawymi i lewymi gwintami. Oba końce graniatki mają nacięty gwint o 8 zwojach na cal, przy czym na górnym końcu znajduje się gwint lewy, przeciwdziałający odkręceniu graniatki w czasie wiercenia, na dolnym zaś — gwint prawy. Do połączenia graniatki z kolumną rur płuczkowych oraz z głowicą płuczkową służą specjalne łączniki.

Z powodu dużych obciążeń, jakim podlega graniatka w czasie wiercenia, wykonuje się ją ze stali stopowej, starannie przekuwa i poddaje obróbce cieplnej, a następnie obrabia się, aby gładko przechodziła przez wkłady główne stołu wiertniczego.

Graniatka powinna być prostoliniowa, aby zapewnić symetrię, równowagę i wykonywanie prostego otworu. Graniatki nie można używać do wiercenia, gdy: — ma krzywiznę większą od dopuszczalnych odchyłek, — przepuszcza płuczkę na połączeniach gwintowych albo w caliźnie, — nie wytrzymuje ciśnienia 120 atm, — wykazuje wyżery korozyjne na powierzchni.

Łączniki

Łączniki stosuje się do łączenia elementów przewodu wiertniczego oraz do łączenia z nim narzędzi wiertniczych.

Rozróżnia dwa rodzaje łączników: J — o jednakowych wielkościach złączy i R — o różnych wielkościach złączy. W każdym z tych rodzajów rozróżnia się typy: CM — łącznik z czopem i mufą, C — łącznik z dwoma czopami i M — łącznik z dwiema mufami. Prócz tego w rodzaju R wyróżnia się typ MC, gdy mufa ma złącze mniejsze niż czop.

7. Rodzaje naprężeń występujących w przewodzie w trakcie zapuszczania, wyciągania i wiercenia.

W czasie wiercenia lub przy wyciąganiu kolumny rur płuczkowych występują różne obciążenia, wskutek czego w materiale rur powstają na przemian zmienne naprężenia ściskające, rozciągające, zginające, skręcające. Dlatego też rury płuczkowe są wykonywane z wysokowartościowej stali.

Naprężenia rozciągające pochodzą od ciężaru własnego rur podczas ich zapuszczania lub wyciągania. Przy wyciąganiu naprężenia te rosną na skutek tarcia rur płuczkowych o ścianę otworu, zwłaszcza gdy otwór jest odchylony od pionu.

Wielkość sił rozciągających zwiększa się ze wzrostem głębokości otworu. Największe naprężenia są w materiale pierwszej rury płuczkowej. Często stosuje się kombinowaną kolumnę rur płuczkowych złożoną z 2 sekcji o różnych średnicach aby zwiększyć jej głębokość zapuszczania.

Naprężenia rozciągające zależne są od ciężaru kolumny rur płuczkowych w momencie podnoszenia, hamowania i opuszczania.

Naprężenia ściskające powstają wskutek przenoszenia nacisku wywieranego ciężarem kolumny rur płuczkowych (obciążników) lub jej części na narzędzie wiercące, co powoduje wygięcie dolnej części przewodu. W miarę zwiększania nacisku na świder przewód będzie się giął dotykając ścian otworu - powoduje wzrost momentu zginającego. Naprężenia skręcające powstają zaś przy przenoszeniu obrotów z wiertnicy na koronkę rdzeniową w czasie wiercenia. Wyboczenie rur płuczkowych może powstać wskutek przenoszenia nacisku na narzędzie wiercące, szczególnie w otworze o większej średnicy.

Niepożądane naprężenia mogą wyniknąć z wewnętrznego ciśnienia spowodowanego tłoczoną płuczką, np. w chwili wznawiania krążenia płuczki podczas przychwycenia przewodu wiertniczego przez warstwę skalną. Stąd więc, ze względu na występowanie tych naprężeń, rury płuczkowe są produkowane ze stali o wytrzymałości doraźnej na rozerwanie R_m= 785—882 MPa, walcowane bez szwu.

8. Zasady eksploatacji przewodu.

Eksploatacja rur płuczkowych

Rury płuczkowe pracują w trudnych warunkach wywołanych działaniem zmiennych obciążeń. Na skutek niewłaściwego obchodzenia się z nimi i braku należytej kontroli warunków ich pracy zdarzają się często awarie wiertnicze; dwie trzecie wszystkich awarii z rurami płuczkowymi przy wierceniu stołowym następuje wskutek urwania rury płuczkowej w części spęczonej, na dolnych lub górnych zwojach gwintu drobnego. W miejscach wgłębień gwintów występuje znaczna koncentracja naprężeń, która wzrasta szczególnie w częściach szybkiej zmiany przekroju poprzecznego rury płuczkowej. Pod wpływem zmiennych naprężeń w głęboko naciętych gwintach tworzą się szczeliny zmęczeniowe.

W miarę powstawania nowych szczelin i rozszerzania się już istniejących faktyczna grubość metalu, która podlega działaniu obciążeń, zmniejsza się, co prowadzi do dalszego wzrostu naprężeń, aż wreszcie dochodzi do urwania rury na połączeniu gwintowym. Wielkość tych naprężeń może jeszcze więcej wzrosnąć, gdy części połączenia gwintowego są dobrane nieprawidłowo i mają różną zbieżność, skok i kąt profilu u wierzchołka gwintu. Uszkodzenie gwintu może nastąpić również na skutek ukośnego skręcenia lub dużego prześwitu pomiędzy ścianą odwiertu i rur płuczkowych. Moment zginający, działający na rury płuczkowe i ich połączenia gwintowe, powoduje nierównomierny rozkład naprężeń wzdłuż gwintu i intensywne jego zużycie.

W celu zapobieżenia wypadkom z połączeniami gwintowymi trzeba koniecznie obniżyć naprężenia powstające w materiale rur płuczkowych. Można to osiągnąć zwiększeniem sztywności dolnej, ściskanej części kolumny rur płuczkowych przez zastopowanie obciążników, starannym doborem połączenia gwintowego i jego wzmocnieniem. Nie należy nakręcać zworników na rury płuczkowe na miejscu wiercenia, gdyż w tym przypadku jest rzeczą niemożliwą skontrolowanie momentu skręcającego, jak również należytego doboru połączenia gwintowego. Często z powodu braku kontroli momentu skręcającego skręcenie jest niedostateczne i w czasie dalszej eksploatacji rur płuczkowych następuje ich dokręcanie w warunkach, gdy współosiowość rury płuczkowej i zwornika została naruszona. Zmniejsza to wytrzymałość szczelność połączenia gwintowego.

Zworniki na rury płuczkowe powinno się nakręcać w sanie gorącym (przy ogrzaniu do temperatury 380—400° C) na tokarkach do skręcania rur w bazie rurowej. W tym przypadku można dokładnie dostawać zwornik do rury płuczkowej, zapewnić całkowitą współosiowość gwintu i kontrolę dociągu. Po ochłodzeniu zwornik mocno ściska koniec rury płuczkowej, dzięki czemu uzyskuje się wysoką szczelność i wytrzymałość połączenia gwintowego. W celu zwiększenia szczelności połączenia gwintowego i zmniejszenia sił tarcia gwint rury płuczkowej przed nakręceniem na nią zwornika pokrywa się smarem grafitowym.

Kolumna rur płuczkowych powinna być szczelna. Ucieczki płuczki wiertniczej przez połączenia gwintowe, szczeliny i inne defekty w rurach płuczkowych mogą łatwo doprowadzić do awarii wiertniczej albo do przychwycenia przewodu wiertniczego. Szczelność rur płuczkowych i ich połączeń gwintowych bada się, poddając je próbnemu ciśnieniu wody równemu 100 atm w ciągu 30 sek.

Przy wierceniu stołowym należy docinać kluczami maszynowymi dolne 15—20 pasów rur płuczkowych, aby zapobiec ich samoczynnemu odkręceniu się w czasie zapuszczania.

Przy wierceniu stołowym powierzchnia zewnętrzna rur płuczkowych, a szczególnie zworników, ulega silnemu zużyciu wskutek tarcia o ścianę otworu wiertniczego. W celu zmniejszenia zużycia rur płuczkowych i zworników zaleca się nawlekać na rury gumowe pierścienie ochraniające, tzw. ochraniacze rur, o średnicy nieco większej od średnicy zewnętrznej zworników.

W czasie transportu i magazynowania rur płuczkowych i zworników należy zabezpieczyć ich gwinty przed uszkodzeniem i korozją.

Nie należy używać skrzywionych rur płuczkowych, zwłaszcza przy wierceniu turbowiertem, gdyż może to doprowadzić do skrzywienia otworu wiertniczego. Dlatego należy co pewien czas badać ich prostolinijność. Maksymalne ugięcie nie powinno przekraczać 1/2000 długości rury.

Warunki pracy rur płuczkowych w kolumnie, jak również i ich zużycie, nie są jednakowe. Dolna część kolumny rur płuczkowych jest w użyciu przez cały okres głębienia otworu i znajduje się w najbardziej złożonych warunkach stanu naprężenia, natomiast górna część kolumny rur płuczkowych jest w użyciu przez krótszy okres czasu.

Obecnie stopień wykorzystania rur płuczkowych ocenia się na podstawie umownego zużycia, które zależy od sposobu wiercenia, przeznaczenia i głębokości otworu wiertniczego, prędkości wiercenia, a także średniej normy zużycia stali na jeden metr uwierconego otworu. Umowne zużycie rur płuczkowych opisuje wzór:

gdzie S — umowne zużycie rur płuczkowych odnośnego zestawu w czasie pracy w danym otworze wiertniczym, kg,

A — norma zużycia rur płuczkowych, ustalona dla danego rejonu wiertniczego, kg/m,

l — liczba uwierconych metrów, m.

Zależnie od wielkości wyliczonego zużycia, rury płuczkowe dzieli się na trzy klasy. Do I klasy zalicza się rury płuczkowe, których umowne zużycie wynosi mniej niż 50% ciężaru całego zestawu, do II klasy — których umowne zużycie wynosi od 51 do 85% ciężaru całego zestawu, a do III klasy — których umowne zużycie wynosi od 86 do 100% ciężaru całego zestawu.

Po ciężkich awariach wiertniczych rury płuczkowe mogą być przepisane do niższej klasy lub zbrakowane. Po użytkowaniu rury muszą być kontrolowane.

9.Konstrukcje otworów wiertniczych. Rodzaje kolumn okładzinowych.

Przy wykonywaniu otworów wiertniczych, w miarę wzrostu ich głębokości, często zachodzi konieczność zabezpieczenia danego otworu przed możliwością powstania zasypów przy przewiercaniu skał zwięzłych i sypliwych. Orurowanie otworu wykonuje się również w celu odizolowania przewierconych poziomów wodonośnych, ropo- i gazonośnych oraz oddzielenia warstw płonnych, ochrony nawierconych złóż przed zawodnieniem, a szczególnie przy przewiercaniu szczelinowatych skał w celu przywrócenia krążenia płuczki wiertniczej, oraz zapobieganiu przedostawaniu się węglowodorów z warstw produktywnych do warstw płonnych, na powierzchni ziemi kolumny rur umożliwiają przyłączenie głowicy wydobywczej. W zależności od geologicznych warunków i przeznaczenia otworu, od metody i technologii wiercenia w celu rozwiązania postawionego technicznego zadania, należy zaprojektować odpowiednią konstrukcję otworu. Przez konstrukcję otworu należy rozumieć podziemną obudowę stałą lub tymczasową, umożliwiającą dowiercenie otworu do żądanej głębokości przy określonych warunkach geologicznych i hydrogeologicznych.

Podstawowym elementem konstrukcyjnym otworu są rury okładzinowe. Rury te zazwyczaj łączy się w kolumny poprzez złączki (połączenia gwintowe).

Rury okładzinowe zapuszczane są do otworu przez specjalne elewatory, niekiedy z zastosowaniem klinów pneumatycznych. Rury do rurowania otworów są usystematyzowane według średnic, z podaniem rodzaju materiału, a dane te zestawione są w tabelach według norm.

Rury okładzinowe skręcone i zapuszczone do otworu tworzą kolumnę rur, kilka zaś rur okładzinowych oraz ich uszczelnienie (cementowanie lub iłowanie) tworzą obudowę otworu.

Liczba kolumn rur okładzinowych zapuszczonych do otworu wiertniczego zależy przede wszystkim od głębokości otworu, metody i technologii wiercenia, charakteru przewiercanych warstw, warunków hydrogeologicznych oraz celu wiercenia, samo orurowanie nie zabezpiecza jeszcze oddzielenia od siebie pokładów ropogazonośnych o wodonośnych, trzeba jeszcze zacementować przestrzeń między ścianą otworu a kolumną rur.

Konstrukcja otworu wiertniczego podaje liczbę kolumn rur okładzinowych, średnicę zewn. i wewn. tych rur, grubość ścian, rodzaj stali z jakiej są wykonane, średnice świdrów, głębokość zapuszczenia rur, wysokość słupa cementu.

Konstrukcja otworu wykonanego metodą obrotową z płuczką obejmuje najczęściej jedną, dwie lub trzy, rzadziej więcej kolumn rur okładzinowych.

Pierwsza kolumna rur (wstępna, wierzchnia, blaszanka) składa się z jednej lub kilku rur skręconych ze sobą. Kolumna ta ma zwykle na celu zabezpieczenie górnych warstw przed wymyciem ich przez tłoczoną płuczkę, wzmocnienie ścian w warstwach słabo związanych, powinna dochodzić do powierzchni gruntu Zapuszcza się ją zazwyczaj do głębokości 2—40 m, zależnie od warunków (nawet 50m), średnica wynosi zazwyczaj 16'' do 20'' i więcej.

Druga kolumna rur — prowadnikowa, czyli tzw. konduktor, jest zapuszczana po odwierceniu otworu, m. in. w celu nadania pionowego kierunku wiercenia. Kolumna ta ma także zabezpieczać otwór przed obsypywaniem się słabo związanych warstw górnych. Stanowi podstawę uzbrojenia wylotu, przyłącza się do niej głowicę wydobywczą, głębokość zapuszczenia jest różna, waha się w szerokich granicach 40 - 900 m.

Trzecia kolumna pośrednia, (techniczna) może być jedna, dwie lub więcej, ich liczba zależna jest od głębokości projektowanego otworu, od technologii wiercenia, a przede wszystkim od warunków hydrogeologicznych. Kolumny pośrednie stosuje się:

— dla zwalczania przypływu do odwiertu dużych ilości wód zmineralizowanych, które powodują zepsucie płuczki wiertniczej;

— dla zakrycia stref, w których następuje zanik płuczki albo też gdy występują silne objawy gazowe;

— gdy obserwacje w czasie wiercenia otworu wskazują, że istnieje więcej pokładów skłonnych do tworzenia w otworze zasypu;

— gdy wiercenie stało się utrudnione z powodu napotkania pokładów solnych o większej miąższości, w których wskutek rozpuszczania się soli mogą powstać duże ropnych i gazowych. kawerny, przy czym ściany tych kawern mogą ulec obwałowi, co może doprowadzić do zgniecenia kolumny rur okładzinowych;

— dla oddzielenia od siebie napotkanych w czasie wiercenia horyzontów wodnych, ropnych i gazowych.

Kolumna pośrednia zabezpiecza również kolumnę eksploatacyjną przed korozją agresywnych wód zmineralizowanych.

Długość kolumny pośredniej może wynosić od 1800 do 5000 m.

Kolumna eksploatacyjna służy do umożliwienia eksploatacji wody lub innych złóż (ropy naftowej, gazu ziemnego, soli, siarki itp.). Jak widać, zadaniem obudowy otworu wiertniczego jest często zabezpieczenie ściany przed obsypywaniem się, przed zmniejszeniem jego średnicy, a także czasem zamknięcie nawierconego horyzontu wodonośnego, nie przeznaczonego do eksploatacji, oraz oddzielenie pokładów produktywnych od skał płonnych.

Kolumnę eksploatacyjną zapuszcza się w następujących przypadkach:

— gdy badania wykazały napotkanie pokładu produktywnego,

— gdy analiza danych, uzyskanych w nieorurowanym jeszcze otworze wskazuje na możliwość istnienia pokładu produktywnego, lecz potrzebne jest uzyskanie dokładniejszych wyników,

— dla należytej oceny produktywności nawierconego pokładu, gdy ściana otworu jest nietrwała (sypliwa) i nie zezwala na zapuszczenie przyrządów do przeprowadzenia koniecznych badań i pomiarów. Kolumna eksploatacyjna stanowi osłonę dla kolumn rur wydobywczych przy zastosowaniu gazodźwigu lub też pomp wgłębnych.

Średnica kolumny eksploatacyjnej wpływa w dużym stopniu na dobór innych kolumn rur okładzinowych, czyli na konstrukcję odwiertu. Średnicę kolumny eksploatacyjnej dobiera się w zależności od spodziewanej wydajności odwiertu i od projektowanej metody wydobywania ropy.

Obecnie stosowane są najczęściej następujące średnice rur kolumny eksploatacyjnej: 140 mm 5i1/2"), 127 mm (5'') i 114 mm (4i1/2''), natomiast coraz mniej stosuje się rury o średnicy 168 mm (6i5/8'').

Kolumna eksploatacyjna może sięgać od dna otworu wiertniczego aż do jego wierzchu albo też może obejmować tylko część długości otworu wiertniczego od jego dna do buta kolumny pośredniej, z tym jednak zastrzeżeniem, że powinna ona wchodzić do poprzedniej kolumny rur na długości co najmniej 30 m i być w tej kolumnie uszczelniona - tracona kolumna rur.

Każda kolumna rur okładzinowych, ma u dolnego końca przykręcony i przyspojony, stalowy, grubościenny pierścień, nazywany butem kolumny rur.

Jeżeli do odwiertu zapuszcza się oprócz kolumny wstępnej i kierunkowej tylko kolumnę eksploatacyjną, taką konstrukcję odwiertu nazywa się jednokolumnową. Jeżeli zapuszcza się jedną kolumnę pośrednią, taką konstrukcję odwiertu nazywa się dwukolumnową, a jeśli dwie kolumny pośrednie — wielokolumnową.

Ogólnie biorąc należy dążyć do tego, aby nie zapuszczać wielu kolumn pośrednich; zależy to jednak od jakości płuczki, wytrzymałości przewiercanych skał i szybkości wiercenia otworu.

Otwór orurowany umożliwia swobodne zapuszczanie i wyciąganie na całej swojej głębokości narzędzia wiertniczego oraz urządzenia pompowego, filtra zatem przy opracowywaniu projektu konstrukcji otworu należy zacząć najpierw od projektowania kolumny o średnicy najmniejszej (eksploatacyjnej), przyjmując jej średnicę zależną od konstrukcji filtra i wymiarów pompy głębinowej oraz ustalając głębokość zapuszczenia do otworu. Dla tej kolumny rur wyznacza się średnicę świdra do odwiercenia otworu o żądanej średnicy i głębokości. Średnica otworu nieorurowanego musi być większa od zewnętrznej średnicy łącznika kolumny rur okładzinowych, tak by przy zapuszczaniu kolumna mogła swobodnie wejść na określoną głębokość otworu.

10. Metoda wyznaczania dopuszczalnych głębokości zapuszczania rur okładzinowych.

12. Rodzaje obciążeń w rurach okładzinowych.

1) Zgniatanie pod wpływem ciśnienia warstw skalnych oraz pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego wód wgłębnych lub płuczki wiertniczej.

2) Ściskanie przy postawieniu na dnie odwiertu.

3) Ciśnienie wew. przy przetłaczaniu zaczynu cementowego, płuczki lub też przy samoczynnym wypływie ropy lub gazu bądź w czasie zamknięcia odwiertów ropnych lub gazowych o wysokim ciśnieniu.

4) Naprężenia powodowane oddziaływaniem termicznym.

5) Rozciągające - występujące w caliźnie rur oraz połączeniach gwintowych pod wpływem ciężaru własnego rur w czasie ich zapuszczania lub wskutek oporów tarcia przy ich wyciąganiu z otworu wiertniczego.

Na kolumnę rur znajdującą się w płuczce działają siły rozciągające pochodzące od ciężaru kolumny oraz siły ściskające pochodzące od sił wyporu. W wyniku tego zjawiska w kolumnie rur znajdują się tzw. punkty obojętne zwane także punktami zerowymi.

13. Zasady eksploatacji rur okładzinowych.

Aby kolumna spełniała swoje zad. należy prawidłowo dobrać parametry: średnice, typ połączenia gwintowego, grubość ścianki, rodzaj gwintu, gatunek stali.

Przygotowanie rur polega na dokręceniu na pierwszą rurę okładzinową zaostrzonego stalowego buta o średnicy co najmniej równej średnicy zew. rury, przy czym bada się stan i prawidłowość połączeń gwintowych. Sprawdzić należy wew. średnicą rur a także ich prostolinijność. Jeżeli istnieje potrzeba należy przygotować odpowiednie prowadniki na rury.

Do skręcania buta rur z pierwszą rurą a także samych rur używa się kluczy.

Do podtrzymywania oraz manipulacji rurami(podnoszenie, opuszczanie oraz przy dodawaniu następnych rur) stosuje się ściski płytowe i elewatory.

Rury okładzinowe do wierceń małośrednicowych mają cienkie ścianki (3-6mm). Prześwit między ścianą rury a koronką wiertniczą jest mały, stąd już nawet małe zgniecenia rury mogą powodować znaczne straty czasu i komplikacje, dlatego należy dbać aby rury a zwłaszcza połączenia gwintowe były w dobrym stanie. Z czasem rury okładzinowe ulegają zużyciu (gwint - skręcanie i rozkręcanie) więc należy pilnować aby nie łączyć rur starych z nowymi, stąd konieczność okresowego sprawdzania stanu rur. Gwinty powinny być zabezpieczone drewnianymi korkami lub ochronnymi pierścieniami.

15. Technologie uszczelniania kolumn rur okładzinowych .

1. Przygotowanie otworu wiertniczego do rurowaniem i cementowania

• przed zapuszczeniem kolumny rur okładzinowych należy wykonać pomiary geofizyczne w otworze zgodnie z planem ruchu

• konieczność przerobienia otworu wiertniczego na podstawi zarejestrowanych badań

• płukanie otworu wiertniczego

• przygotowanie rur do zapuszczenia

2. Przygotowanie sprzętu i rur okładzinowych

• należy sprawdzić stan techniczny urządzenia wiertniczego, podzespołów i sprzętu do zapuszczania rur

• rury zastosowane muszą wynikać z obliczeń i posiadać atest przez producenta

• rury przeznaczone do zapuszczenia do otworu powinny być przebadane na wytrzymałość na ciśnienie wewnętrzne, na makroskopową ocenę stanu powierzchni i gwintów rur

• należy dokonać pomiarów długości poszczególnych odcinków rur

Czynniki wpływające na skuteczność uszczelniania kolumn rur okładzinowych.

1. stan techniczny otworu

2. wybór odpowiedniej metody uszczelniania

3. rodzaj zaczynu uszczelniającego

4. stopień wyparcia płuczki wiertniczej z przestrzeni pierścieniowej otworu:

• charakter przepływu cieczy:

• burzliwy

• tłokowy (sublaminarny)

• stopień centryczności kolumny rur w otworze, prowodniki

• sposób uzbrojenia technicznego kolumny

• poruszanie kolumny rur podczas zabiegu

• stosowanie odpowiedniego rodzaju cieczy buforowej

• ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

Metody uszczelniania kolumny rur okładzinowych

1. Projekt cementacji kolumny rur okładzinowych:

• metoda cementowania

• rodzaj spoiwa hydraulicznego przeznaczonego do sporządzania zaczynu cementowego

• współczynnik wodno cementowy

• głębokość zapuszczania kolumny rur okładzinowych

• uzbrojenie techniczne

• wysokość zatłoczenia zaczynu

• obliczanie cementowania

• czas wiązania i twardnienia zaczynu

• sposób sprawdzenia skuteczności cementowania

2. METODY

• bez użycia klocka

• jedno klockowa - polega na zastosowaniu klocka rozdzielającego zaczyn cementowy od przybitki

• dwu klockowa (Perkinsa)

• rurowa - system rurek zasilających o małej średnicy do cementowania

• manszetowa - stosowana w przypadku złóż o niskim ciśnieniu i stabilnych ścianach otworu wiertniczego

• na zakładkę - może być realizowana za pomącą rur okładzinowych lub przewodu wiertniczego

• dwustopniowa - przy uszczelnieniu rur okładzinowych w głębokich otworach wiertniczych

3. WTÓRNE METODY USZCZELNIANIA ZALEŻY OD:

1. celu wykonywanego zadania

2. czynników geologiczno technicznych:

• konstrukcje otworu wiertniczego

• zmiana średnicy wzdłuż jego długości

• temp. na dnie otworu

• ciśnienie hydrostatyczne

• głębokość zalegania warstw z anomalnymi ciśnieniami złożowymi

• występowanie horyzontów wodonośnych silnie mineralizowanych

• występowanie stref chłonnych

• miąższość warstw produktywnych

• litologie warstw

• parametry fizykochemiczne górotworu

• skład chemiczny płynów złożowych

3. czynników technologicznych:

• przygotowanie otworu wiertniczego do orurowania i uszczelniania

• uszczelnienie kolumny rur okładzinowych

• stosowanie odpowiedniej cieczy buforowej

• wybór optymalnej prędkości zatłaczania przepływu

• podnoszenie i obracanie kolumny rur okładzinowych

• zmniejszenie ciśnienia w kolumnie po zakończeniu cementowania

4. fizykochemicznych właściwości zaczynu

Zaczyny uszczelniające.

1.Wypełniacz - wypełnianie przestrzeni pierścieniowej otworu powyżej pierścienia cementowego znajdującego się naprzeciw poziomu skały zbiornikowej, który uszczelnia się specjalnym zaczynem cementowym.

- zmniejszenie ciśnienia hydrostatycznego na poziom skały zbiornikowej, w którym mogą występować ucieczki zaczynu cementowego. Czas gęstnienia od 3 - 4 h. Wytrzymałość na zgniatanie większa od 0.7 MPa.

2.Cementy tikstropowe - stosowane w przypadku występowania ucieczek zamiast zaczynów cementowych stosowanych jako wypełniaczy.

3.Zaczyny cementowe do cementowania rur okładzinowych w strefie skał zbiornikowych - stosuje się dla uszczelniania poziomów skał zbiornikowych oraz do uszczelniania rur okładzinowych lub całej jej długości. Czas wiązania może być krótszy niż dla wypełniaczy. Po 8 h wytrzymałość na ściskanie jest mniejsza niż 3.5 MPa, a końcowa 21 MPa. Gęstość większa od 0.024 g/cm³

4.Zaczyny cementowe do uszczelnienia poziomów skał zbiornikowych wtłaczane pod ciśnieniem:

• stosowane przy rekonstrukcjach otworów

• likwidacji otworów perforacyjnych

• do uszczelniania wierzchu kolumny rur traconych oraz w celu ograniczenia przepływu do otworu wód złożowych.

W tym celu używa się zaczynów cementowych różnych typów:

- cement klasy A - 1.87 g/cm³

- cement klasy C - 1.78 g/cm³

- cement klasy H - 1.87-1.98 g/cm³

5.Zaczyny cementowe stosowane w celu likwidacji ucieczek - w celu uszczelnienia strefy ucieczek wykonuje się korki cementowe które nie mogą mieć dużej wytrzymałości ponieważ przy ich wwiercaniu łatwo odchylić oś otworu i zaciąć nowy otwór. Gęstość zaczynu cementowego od 1.32- 1.54 g/cm³. Dla temp. W otworze poniżej 93 C stosuję się dodatki przyśpieszające początek czasu wiązania zaczynu cementowego a dla temp. powyżej 93 C dodatki opóźniające.

6.Zaczyny cementowe do wykonywania korków przeznaczonych do odchylania osi otworu - korek cementowy wykonuje się przy zacinaniu nowego otworu w celu ułatwienia odchylenia przewodu wiertniczego od osi głównego otworu. Zawartość od 10-40% piasku powyżej temp. 110 C. W strefie pokładu soli dodaje się 2% CaCl₂. W zależności od temp. Stosuje się dodatki opóźniające lub przyśpieszające początek wiązania zaczynu cementowego.

Elementy wyposażenia kolumn rur do uszczelniania.

1.Wyposażenie dolnej kolumny rur okładzinowych:

• buty rur - stanowią on ochronę (wzmocnienie dolnego końca kolumny podczas zapuszczania jej do otworu i późniejszego wiercenia . spełniają również rolę prowadnika kolumny rur oraz bardzo często zaworu zwrotnego.

• zawory zwrotne - mają one zapobiegać powrotnemu przepływowi zaczynu z przestrzeni pierścieniowej do kolumny rur, w wyniku różnicy ciśnień hydrostatycznych słupów zaczynów (za rurami) i płuczki (w rurach).

• pierścienie oporowe - zabudowywane nad zaworami zwrotnymi. Służą wyłącznie do ustalenia miejsca zatrzymania się klocka dolnego i górnego. Są one zwykle wykonywane z tworzywa cementowego z gniazdem metalowym lub z płyty aluminiowej z otworem i są wkręcane do łącznika rur (złączki).

• klocki cementacyjne - ich zadaniem jest max. Zmniejszenie ryzyka zanieczyszczenia płuczki i zaczynu cementacyjnego czyli zapobieżenia w zetknięciu się tych cieczy tak długo jak to jest możliwe.

• manszety - są używane gdy chodzi o odizolowanie słupa zaczynu cementowego od ropo- i wodo- nośnych oraz słabo zwięzłych i szczelinowatych warstw znajdujących się poniżej buta kolumny lub poniżej mufy cementowania stopniowego.

• pakery - spełniają podobną rolę, konstruuje się je w połączeniu z butem lub mufą cementacyjną.

• łączniki bezpieczeństwa - stosuje się przy zaczynie cementowym z dodatkiem materiałów zapobiegających zanikom cyrkulacji lub materiałów obciążających kiedy istnieje zwiększone zagrożenie zatkania się dróg przepływu w bucie rur.

2.Wyposażenie kolumny rur okładzinowych

• centrolizatory - mają za zadanie centryczne ułożenie kolumny rur okładzinowych w otworze, co jest jednym z nie zbędnych warunków skutecznej cementacji.

• Skrobaki i wycieraki - celem ich użycia jest:

1. mechaniczne usunięcie nieruchomej przyściennej warstwy płuczki oraz najbardziej uwodnionej zewnętrznej warstwy żelu tworzącego się na powierzchni skał ilastych

2. niszczenie tiksotropowej struktury płuczki znajdującej się w pobliżu ściany otworu

3. rozprowadzanie zaczynu cementowego na całym przekroju pierścieniowym przestrzeni poza rurowej

4. wzmocnienie płaszcza cementowego zwłaszcza w dolnym odcinku kolumny oraz w warstwach iłów plastycznych, soli i w strefach anomalnie wysokich ciśnień

• pierścienie ograniczające - używane są do ograniczania przesuwu prowadników i skrobaków lub wycieraków pierścieniowych wzdłuż rur okładzinowych.

mufy do wielostopniowego cementowania - nie mają bezpośredniego wpływu na skuteczność cementowania stosuje się je w celu umożliwienia wykonania 2-stopniowego lub 3-stopniowego cementowania.

16. Rodzaje narzędzi do urabiania skał.

Do urabiania skał stosujemy świdry, które dzielimy na dwie grupy:

-świdry gryzowe,

-świdry diamentowe,

Świdry gryzowe ze względu na sposób wykonania zębów dzielimy na:

a) z frezowanymi zębami,

b) z wstawianymi zębami słupkowymi,

ad a). Przeznaczone są głównie do zwiercania skał miękkich i średnio twardych, produkowane są z samooczyszczających się uzębieniem przy czym gryzy maja kształt dwóch lub więcej stożków. Świdry gryzowe kalibrują ścianę otworu tylną częścią zębów gryzów. Średnice i kąt przy wierzchołku dobiera się z warunku uzyskania największej objętości elementów tocznych łożysk świdra. Wielkości te zależ od kąta nachylenia osi czopów łap w stosunku do osi świdra i kąta nachylenia gryzów względem osi otworu. Typy świdrów różnią się geometrią gryzów, wysokością, długością podziałka i kątem zaostrzenia zębów. Świdry charakteryzują się zmiennym współczynnikiem pokrycia dna otworu zębami, liczba zębów na wieńcach gryzów, sposobem ich rozmieszczenia wzdłuż tworzących gryzów, utwardzeniem, wzmocnieniem i napawaniem elementów pracujących świdra. Konstrukcja łożysk tych świdrów uzależniona jest od wymiarów świdra i dostosowana do przenoszenia dużych obciążeń osiowych. Świdry gryzowe mogą się różnić liczbą gryzów i występują jako:

dwu,truj,cztero-gryzowe.

Ad2).Świdry gryzowe słupkowe są stosowane do wiercenia otworów w bardzo twardych i ściernych skałach. Zmiana kształtu wierzchołków słupków i konstrukcji wieńców dla świdrów słupkowych przeznaczonych do zwiercania skał miękkich i średnio twardych przy równoczesnym ulepszeniu łożysk i wydłużeniu czasu ich pracy umożliwia stosowanie świdrów słupkowych do zwiercania skał o różnej twardości. Świdry gryzowe ze słupkami z węglika wolframu są bardziej efektywne przy wierceniu otworów głębokich niż świdry z zębami frezowanymi. Uzyskuje się wydłużenie czasu pracy świdrów gryzowych słupkowych przy zwiercaniu skał twardych. Wydłużenie czasu pracy uzyskuje się przez stosowanie uszczelnionych i smarowanych łozysk.

Świdry diamentowe przeznaczone do wiercenia otworów głębokich zbrojone są dużą liczbą drobnoziarnistych diamentów, umocowanych w metalu matrycowym, składającym się z proszku twardych spieków na osnowie węglika wolframu. Skład twarde­go spieku, liczbę, wielkość ziarn oraz sposób rozmieszczenia diamentów na powierzchni matrycy dobiera się w zależności od fizyczno-mechanicznych właściwości zwiercanej skały.

W świdrach diamentowych przeznaczonych do zwiercenia skał twardych stosuje się drobnoziarniste diamenty, zaś do skał średniej twardości diamenty gruboziarniste. W zależności od stopnia ścierności zwiercanej skały dobiera się świdry diamentowe o nor­malnej i zwiększonej wysokości powierzchni bocznej matrycy świdra, kalibrującej ścianę otworu wiertniczego

Dalszą cechą charakteryzującą świdry diamentowe jest geometria stożka wewnętrz­nego. W skałach sprężysto-kruchych i ścier­nych, w celu zwiększenia bocznej powierzch­ni narzędzia diamentowego i osadzenia więk­szej ilości diamentów, stosuje się świdry o ma­łym kącie wierzchołkowym od 60 do 70°.

Obecne konstrukcje świ­drów PDC charakteryzują się:

- stalowym lub matrycowym kadłubem z węglika wolframu,

- segmentowym, żebrowym lub skrzydłowym rozmieszczeniem ostrzy, - bocznymi kanałami płuczkowymi,

- kilkoma nasadkami dyszowymi w zależności od średnicy i konstrukcji świdra.

Rozróżnia się następujące typy świdrów PDC:

-serii R -przeznaczone do wiercenia w skałach miekkich i średnio twardych,

-serii S -maja ostrza z syntetycznych polikrystalicznych diamentów, zastosowanie jak wyżej,

-serii M -mają ostrza z termicznie odpornych polikrystalicznych diamentów, przeznaczone do wiercenia w skałach średnio twardych i twardych,

-serii Z -wykonane z kombinowanymi ostrzami z polikrystalicznych diamentów oraz z termicznie odpornymi ostrzami mozajkowymi, do wiercenia w skałach ściernych.

17. Klasyfikacja narzędzi wg IADC.

18. Metody doboru narzędzi do rodzajów przewiercanych skał

Pierwszy indeks. Cyfry 1, 2, 3 charakteryzują świdry gryzowe ze stalowymi, frezo­wanymi zębami i odpowiadają wzrostowi twardości skał,

1) skały miękkie o dużej wytrzymałości na ściskanie i z wysoką zwiercalnością.

2) skały średnio twarde o dużej wytrzymałości na ściskanie.

3) do skał twardych półściernych lub ściernych

Cyfry 4, 5, 6 i 8 - świdry gry­zowe ze słupkami z twardych spieków i również odpowiadają wzrostowi twardości skał.

4) do skał o wysokiej zwiercalności, miękkich o niskiej wytrzymałości na ściskanie.

5)do skał miękkich lub średnio twardych, o niskiej wytrzymałości na ściskanie,

6) do skał średniotwardych, z wysoką wytrzymałością na ściskanie,

7) świdry do skał twardych, średnich lub pół-średnich (abrazywnych lub półabrazywnych).

8) do skał niezwykle twardych, i łatwo ściernych.

Drugi indeks. Cyfry 1, 2, 3, 4 określają podklasyfikację typu świdra w zależności od twardości skał, w każdej z ośmiu klas typów świdra, oznaczanych pierwszą literą.

Trzeci indeks. Cyfry 1 do 7 oznaczają typ łożysk gryzów oraz wskazują na obecność

lub brak utwardzenia zewnętrznej części gryzów kształtkami z twardego spieku:

1) cyfra 1 oznacza odkryte, nie uszczelnione łożyska oraz brak utwardzania zewnę­trznej części gryzów,

2) cyfra 2 oznacza odkryte, nie uszczelnione łożyska w świdrach gryzowych, prze­znaczonych do wiercenia otworów z użyciem płuczki powietrznej,

3) cyfra 3 oznacza odkryte, nie uszczelnione łożyska oraz utwardzenia zewnętrznej części gryzów kształtkami z twardych spieków,

4) cyfra 4 oznacza uszczelnione łożyska oraz brak utwardzenia zewnętrznej części gryzów kształtkami z twardych spieków,

5) cyfra 5 oznacza uszczelnione łożyska oraz utwardzenia zewnętrznej części gryzów kształtkami z twardych spieków,

6) cyfra 6 oznacza uszczelnione łożyska ślizgowe oraz utwardzenia zewnętrznej czę­ści gryzów kształtkami z twardych spieków,

7) cyfry 8 i 9 przeznaczone jako rezerwa do kodowania w przyszłości. Dodatkowe litery oznaczają czwarty indeks kodu:

A- świdry gryzowe z łożyskami ślizgowymi, przeznaczone do wiercenia otworów z płuczką powietrzną,

C - świdry ze środkowym płukaniem,

D - świdry specjalne przeznaczone do wiercenia otworów kierunkowych, E - świdry dyszowe z wymiennymi nasadkami dyszowymi,

F - świdry dyszowe ze wzmocnionym utwardzaniem zewnętrznej części gryzów,

J - świdry dyszowe z nasadkami dyszowymi skierowanymi pod kątem względem dna otworu,

R - świdry ze wzmocnionymi spawkami, przeznaczone dla udarowo-obrotowego wier­cenia otworów,

S - świdry ze zwykłymi stalowymi, frezowanymi zębami,

X - świdry ze słupkami z twardego spieku o zakończeniu w postaci klina,

Z - świdry ze słupkami z twardego spieku o różnych ich zakończeniach, oprócz kształtu klinowego i stożkowego.

Klasyfikacja świdrów diamentowych

Oznaczenia literowe pierwszego indeksu:

D-świder diamentowy z naturalnymi diamentami, kadłub matrycowy wykonany tech­nologią prasowania temperaturowego,

M-świder diamentowy typu PDC (polikrystaliczne ostrza diamentowe); kadłub matry­cowy wykonany technologią prasowania temperaturowego,

S - świder diamentowy typu PDC; kadłub stalowy,

T - świder diamentowy typu TSP (termicznie odporne polikrystaliczne ostrza); kadłub w matrycowy wykonany technologią prasowania temperaturowego,

O - pozostałe typy świdrów diamentowych.

Drugi indeks. Cyfry od 1 do 9 charakteryzują typ profilu kadłuba świdra diamento­wego

Wysokość stożka kalib-rującego śc-ianę otworu	Wys. stożka głównego
		duża	średnia	mała
		¼ D	1/8 i 1/4 D	1/8D
Duża 3/8D	1	2	3
Średnia 1/8-3/8D	4	5	6
Mała 1/8D	7	8	9

Trzeci indeks. Cyfry od 1 do 9 oznaczają rodzaj hydrauliki świdra diamentowego

Rozmieszczenie ostrzy	Wymienne nasadki dyszowe	Płukanie strumieniowe	Płukanie środkowe
Łopaty -skrzydła o grub. 25.4mm	1	2	3
Żebra o grubości <25.4mm	4	5	6
Matryca płaska	7	8	9

Zamiast cyfr 6 i 9 mogą być użyte litery:

R- promieniowo usytuowane kanały płuczkowe

X- poprzecznie usytuowane kanały płuczkowe

O- świdry diamentowe impregnowane

Czwarty indeks. Cyfry od 1 do 9 oznaczają rodzaj hydrauliki świdra diamentowego

Wielkość ostrzy	Twardość ostrzy
		Mała	Średnia	duża
Duża	1	2	3
Średnia	4	5	6
Mała	7	8	9

19. Metody i procedury doboru mechanicznych parametrów technologii wiercenia.

Marszowa prędkość wiercenia otworu - wartość wskaźnika marszowej prędkości wiercenia otworu zależy od poziomu technologii wiercenia, wydajności stosowanych świ­drów lub koronek rdzeniowych, długości rdzeniówki, głębokości i średnicy otworu, mocy wskaźnika marszowej napędowej zespołów wiertnicy, sposobu organizacji i czasu trwania operacji dźwigowych przewodu wiertniczego oraz od mechanizacji czynności przy zapuszczaniu i wyciąganiu świdra lub koronki rdzeniowej. Marszową prędkość wiercenia określa się następującym wzorem:

gdzie:

• Tzw - oznacza sumaryczny czas zużyty na: operacje dźwigowe zapuszczania i wy­ciągania przewodu wiertniczego, płukanie otworu, dodawanie pojedynczej rury płuczkowej lub obciążnika oraz na zmianę świdra lub koronki rdzenio­wej. Marszowa prędkość wiercenia otworu jest podstawowym wskaźnikiem technicznym, który określa jednoznacznie tempo głębienia otworu,

• T - oznacza czas wiercenia,

• H - oznacza przewiert świdra w czasie T.

Mechaniczna prędkość wiercenia (V) -

,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

Czynniki wpływające na techniczne-ekonomiczne wskaźniki wiercenia otworów - na kształtowanie się wielkości wskaźników techniczne- ekonomicznych wiercenia otworów, omówionych w poprzednim ustępie, duży wpływ mają techniczne-geologiczne i złożowe warunki wiercenia otworu przeznaczenie, średnica i głębokość otworu, zakres i charakter prac przygotowawczych, stopień organizacji i mechanizacji prac przy mon­tażu i demontażu zespołów wiertnicy, konstrukcja i schemat orurowania otworu, program pomiarów inklinometrycznych i geofizycznych, sposób i interwały rdzeniowania skał oraz zakres prac badawczych i opróbowanie poziomów skał zbiornikowych.

Na bezwzględne wartości osiąganych wskaźników prędkości wiercenia otworu bez­pośrednio wpływa:

- racjonalne wykorzystanie dostępnych środków techniki wiertniczej,

- racjonalne dobranie wielkości, typu i mocy napędowej zespołów wiertnicy, w zależ­ności od średnicy i głębokości otworu,

- stopień wyszkolenia załóg wiertniczych i personelu inżynieryjne-technicznego. Wydajność świdrów i koronek rdzeniowych.

Z techniczno-ekonomicznego punktu widzenia ocena efektywności pracy różnych modeli, typów i rodzajów świdrów lub koronek rdzeniowych w poszczególnych marszach może być jednoznacznie określona wielkością kosztu wiercenia lub rdzeniowania 1 m otworu. Porównanie jakości świdrów lub koronek rdzeniowych tylko na podstawie wartości uwiertu, czasu pracy, wielkości osiąganego wskaźnika średniej mechanicznej lub marszowej prędkości wiercenia otworu nie daje z punktu widzenia ekonomicznego jednoznacz­nego określenia.

Efektywność pracy danego modelu, rodzaju i typu świdra lub koronki rdzeniowej, w dowolnym interwale głębokości otworu, dla danego przekroju geologicznego może być określona kosztem jednego metra wiercenia otworu, który oprócz wskaźników technicz­nych ujmuje również cenę świdra oraz koszt eksploatacji jednej godziny wiertnicy. Tak rozumiany koszt jednego metra otworu dla danego marszu narzędziem wiercącym, okre­śla się wzorem:

gdzie:

Q - koszt jednej godziny eksploatacji wiertnicy, zł/h,

q - cena świdra lub koronki rdzeniowej, zł; (dla świdra i koronki diamentowej odlicza się wartość odzysku diamentów),

H - liczba metrów otworu uwierconych w danym marszu świdrem lub koronką rdzeniową, m,

T - czas pracy świdra lub koronki rdzeniowej na dnie otworu, h,

Tzw - czas zużyty na operacje dźwigowe zapuszczania i wyciągania przewodu wiertniczego.

.............................................

Parametry zużycia świdrów - dla skał miękkich i średnio twardych -

• dla skal twardych

-stała zużycia łożysk (jednostki angielskie)

-stała zużycia zębów (jednostki angielskie)

(jednostki układu SI)

Ponieważ prędkość wiercenia jest funkcją

V=f(p^α) α=1 - 1.1

V=f(n^β) β=1 - 0.5

Gdy wzrasta ilość obrotów współczynnik przekazywania mocy na dno spada. Zatem przy kontynuowaniu wiercenia musimy zmniejszać obroty przy stałym nacisku.

Nacisk dobieramy w zależności od:

• ilości obrotów

• stopnia oczyszczania dna otworu

• wytrzymałości świdra

• ilości obciążników

• sztywności przewodu

W miarę wzrostu twardości skały:

• zmniejszamy obroty

• zwiększamy nacisk

20. Dobór hydraulicznych parametrów technolog wiercenia.

1.Wzór Rittingera, na prędkość opadania okruchu skalnego w otworze wiertniczym

gdzie;

gdzie;

• d_o - średnia średnica okrucha skalnego

• γ_s - ciężar właściwy okruchu skalnego

• γ_p - ciężar właściwy płuczki

• a - współczynnik zależny od liczby Re

2.Wymagany strumień objętości płuczki - Q zapewniający wynoszenie zwiercin w pierścieni pierścieniowej - F_ą

Q=F_pv_p

gdzie;

- v_p - prędkość przepływu płuczki płuczki w przestrzeni pierścieniowej

v_p=c+eu

- c -wymagana prędkość wynoszenia zwiercin

- e -współczynnik korekcyjny, e∈(1.05 - 1.4)

3.Wymagana prędkość wynoszenia zwiercin w przestrzeni pierścieniowej - c

gdzie;

- v_m- mechaniczna prędkość wiercenia

- D_w - wewnętrzna średnica rur okładzinowych

- d_z - zewnętrzna średnica rur płuczkowych

- ρ_ą - gęstość płuczki

- ρ_w - gęstość płuczki wypływającej z otworu

- ρ_s - gęstość zwierconej skały

- D_o - średnica otworu wiertniczego

4.Średnica cząstki zwierciny znajdującej się w stanie zawieszonym w płuczce d_o

gdzie;

- m - współczynnik wyznaczany doświadczalnie, m∈(1.6 - 2.5)

- τ_y - granica płynięcia płuczki

Max. Średnica cząstek zwiercin wynoszonych przez płuczkę d_m

5.Min. prędkość przepływu płuczki w przestrzeni pierścieniowej u

- przepływ laminarny

- dla kulistego kształtu urobku

- dla płaskiego kształtu urobku

- przepływ turbulentny

- dla kulistego kształtu urobku

- dla płaskiego kształtu urobku

6.Krytyczna prędkość przepływu płuczki, zapewniającej jej burzliwy przepływ w przestrzeni pierścieniowej otworu.

- dla S
14

• dla S >14

gdzie;

- S - liczba Saint Venanta

- f - współczynnik strat na tarcie Fanninga

- v - średnia prędkość przepływu płuczki w przestrzeni pierścieniowej

_____________________________________

(poniższe jest do konkretnego pytania a raczej nie na odpowiedź do powyrzszego pytania0)

Liczba Reynoldsa;

gdzie;

u - prędkość opadania cząstki zwiercin

d_o - średnia średnica okruchu skalnego

Opadanie uwarstwione

10⁴ < Re < 0.4

Opadanie przejściowe

0.4 < Re < 10³

Opadanie burzliwe

10³ < Re < 2⋅10⁵

21. Metody opanowania erupcji wstępnej.

Każda ze stosowanych w praktyce wiertniczej metoda przywracania równowagi ciśnień jako podstawę przyjmuje zasadę, że ciśnienie zostaje zrównoważone ciśnieniem hydro-statycznym płuczki o odpowiedniej gęstości, zabezpieczającej przed dopływem płynu

złożowego do otworu.

Metodami opanowania erupcji są:

• metoda wiertacza

• metoda inżynierska

METODA „WIERTACZA”

Czynności i obliczenia, które należy wyko­nać w niżej podanej kolejności:

1. Czynności związane z zamknięciem głowicy przeciwerupcyjnej:

- wstrzymać wiercenie;

- podciągnąć przewód tak, aby zwornik znalazł się około 1 m nad stołem,

- wyłączyć pompy;

- przykręcić zawór zwrotny o ile sytuacja na to pozwala;

- sprawdzić otwarcie zasuw na węźle dławienia; jeżeli zasuwa awa­ryjna jest sterowana hydraulicznie na leży ją otworzyć;

- zamknąć głowicę przeciwerupcyjną;

- zamknąć zawory iglicowe.

2. Zarejestrować:

- ciśnienie w przewodzie wiertniczym - ZCP;

- ciśnienie w rurach okładzinowych - ZCR;

- przyrost objętości płuczki. w zbiornikach - V₀

- gęstość płuczki obiegowej - ρ₀;

3. Ustalić początkowe ciśnienie przepływu PCP.

. Równo­wagę ciśnień w otworze zapewnia ciśnienie obliczone z zależności:

PCP= p_{op. z r}+ZCP+S [MPa]

PCP - początkowe ciśnienie przepływu, MPa;

P_op.zr.- wartość oporów przepływu, MPa;

ZCP - zarejestrowane ciśnienie w przewodzie, MPa;

S - zapas bezpieczeństwa o wartości 1,0-5,0 MPa;

4. Usunąć z otworu płyn złożowy za pomocą płuczki obiegowej .

Pier­wszy etap metody wiertacza polega na usunięciu płynu złożowego z prze­strzeni pierścieniowej za pomocą płuczki obiegowej w sposób następu­jący:

• uruchamia się pompę równocześnie otwierając zawór iglicowy;

- po osiągnięciu przez pompę wymaganej wydajności /zredukowanej/, regulując zaworem iglicowym, ustala się ciśnienie w przewodzie na war­tość początkowego ciśnienia przepływu /PCP/;

• po ustaleniu się ciśnienia PCP usuwa się z otworu płyn złożowy zachowując stałą wydajność pompy

5. Obciążyć płuczkę do wymaganej gęstości w ilości minimum jednej objętości otworu.

Do obciążania płuczki w zbiornikach zapasowych przystępuje się już podczas usuwania płynu złożowego z otworu. wyma­ganą gęstość płuczki oblicza się ze wzoru:

kg/m³

gdzie:

ρ_o- gęstość płuczki obiegowej, [kg/m³];

γ_o - ciężar właściwy płuczki obiegowej [G/cm^3] ;

h - głębokość zapuszczenia przewodu, m;

g - przyspieszenie ziemskie, m/s²;

S - zapas bezpieczeństwa, który przyjęto w wiertnictwie ~krajo­wym: 1-5 MPa ~10-50 kG/cm² .

6. Obliczyć końcowe ciśnienie przepływu.

Końcowe ciśnienie prze­pływu obliczyć ze wzoru:

MPa

lub

MPa

7. Wykonać wykres zmian ciśnienia w przewodzie.

. Jeżeli róż­nica między gęstością płuczki pierwotnej i obciążonej jest duża, przy­rost ciśnienia hydrostatycznego może być na tyle duży, że będzie powo­dował szczelinowanie skał, a w efekcie bardzo często zanik cyrkulacji płuczki gdyby nie zmniejszano ciśnienia przepływu zgodnie z wykre­sem.

By do tego nie dopuścić należy obniżać ciśnienie przepływu przy zachowaniu stałej wydajności pompy.

8. Zatłoczyć otwór płuczką obciążoną.

W miarę wypełniania przewodu płuczką obciążoną należy obniżać ciśnienie na stojaku zgodnie z wykresem lub z tabelki regulując jego wielkość za pomocą zwężki. Po osiągnięciu przez płuczkę obciążoną spo­du przewodu należy utrzymywać stałe ciśnienie tłoczenia, tj. końcowe ciśnienie przepływu KCP i stałą wydajność pomp, aż do czasu ukazania się płuczki obciążonej na powierzchni.

9. Określić czas zatłaczania otworu.

W celu skontrolowania prze­biegu przywracania równowagi ciśnień w otworze należy obliczyć obję­tość przestrzeni oraz czas jej wypełniania. Po ukazaniu się płuczki obciążonej u wylotu otworu należy zatrzymać pompę. Ciśnienie na stojaku w przestrzeni powinno wynosić 0 MPa [ v at] , co świadczy o równowadze w otworze ciśnień. Gdy ciśnienie w przewodzie jest niższe od ciśnienia w przestrzeni, należy cały zabieg powtórzyć,

METODA INŻYNIERSKA

22.a) Uszkodzenie i usuwanie elementów przewodu wiertniczego.

Przy wierceniu zdarzają się następujące awarie: urwanie rury płuczkowej, złamanie czopa u świdra, odkręcenie świdra, przechwycenie świdra, kolumny rur płuczkowych lub innych przedmiotów.

Chwytanie rur płuczkowych.

Po wyciągnięciu z otworu wiertniczego górnej części kolumny rur płucz. dolny koniec rury oczyszcza się z błota i przemywa wodą. Oględziny pokazują kiedy zauważone zostało urwanie. Przy zapuszczeniu narzędzia ratunkowego nad stołem powinno zostać 2- 2,5m. Urwane rury chwyta się : nieodpinalną koroną z płaskimi sprężynami, koroną przepływową z klinami, gwintownikiem albo tutą. Czasami zapuszcza się najpierw odciskacz a potem narzędzie ratunkowe. Jeżeli koniec urwanej rury jest uszkodzony to dla jej wyrównania zapuszcza się frez.

Gdy przechwyconych rur nie udaje się uruchomić stosuje się przepłukiwanie i napinanie rur. Gdy przywrócono krążenie płuczki lecz nadal przewód jest przechwycony stosuje się przemywanie ropą. Ropa zwilża rury i zmiękcza osad iłu. Ropą przemywa się cały otwór lub tylko dolna jego część (kąpiel olejowa). Jeżeli nadal nie można uruchomić przewodu stosuje się niekiedy jego zwiercanie przy pomocy frezów.

W niektórych przypadkach w celu wyciągnięcia górnej części przewodu stosuje się torpedowanie.

Gdy nie można usunąć urwanego przewodu przystępuje się do wiercenia nowego otworu obok urwanego.

Chwytanie świdra.

Jeżeli świder pozostał w otworze wskutek odkręcenia, można go wyciągnąć za pomocą tuty takiego kalibru, aby można ją było nakręcić na czop świdra. Jeżeli to się nie uda trzeba zrobić to widłami.

Można również odbić świder w bok w ścianę otworu przy pomocy świdra spiczastego.

Chwytanie przedmiotów.

Małe przedmioty chwyta się przy pomocy chwytaka ząbkowego. Stosuje się również koronę magnesową - zapuszcza się ją na rurach płuczkowych do 5-6m do dna. Następnie uruchamia się krążenie płuczki i opuszcza koronę przy równoczesnym obracaniu.

Można również odbić przedmiot w bok w ścianę otworu przy pomocy świdra spiczastego. Czasami również rozdrabnia się metal przy pomocy freza lub dynamitu.

Używany jest także gryzochwytak.

22b) Narzędzia ratunkowe

Odciskacz- ma odpowiedni kanał do przedostawania się przezeń płuczki przy jego zapuszczaniu i wyciąganiu. Od góry zakończony jest czopem lub mufą do połączenia z rurami płuczkowymi. Służy on do chwytania urwanych rur płuczkowych albo przedmiotów o małych wymiarach, podobnie jak tuta.Tuta- korpus ma kształt cylindryczny, lekko stożkowaty ku górze zakończony wewnętrznym gwintem(odpowiadającym wymiarom gwintu rur płuczkowych).

Wzdłuż zewnętrznej ściany wycięte są rowki na przejście metalowego wióra, skrawanego z rury płuczkowej albo z innego chwytanego przedmiotu w otworze. Gwint dla rur płuczkowych w tucie może być prawy albo lewy. Gwint wewnętrzny zależy od gwintu na górnej części tuty, tzn. jeżeli czop tuty jest lewy, to i gwint wewnątrz tuty powinien być lewy.

Gwintowniki służą do chwytania przez wkręcanie do rur płuczkowych, rdzeniowych lub okładzinowych . Mają one kształt stożka, podobnie jak i tuty, mogą mieć gwint prawy albo lewy. Poza tym gwintowniki do rur płuczkowych mogą być pełne albo z otworem przelotowym dla płuczki wiertniczej..

Łącznik bezpieczeństwa- taki łącznik umieszczony jest pomiędzy tutą lub gwintownikiem a rurami płuczkowymi. U góry i u dołu ma on nagwintowane czopy), a w środku połączenie gwintowe z tzw. grubym gwintem, które zapewnia łatwe odkręcenie rur płuczkowych, na których jest zapuszczony chwytający przyrząd ratunkowy.

Korona ze sprężynami - służy do wyciągania rur płuczkowych z otworu. Koronę tę zapuszcza się na rurach płuczkowych połączonych łącznikiem do jego nagwintowanej mufy Łącznik jest przykręcony do rury o długości około 10-12 m, aby mogły do niej wejść urwane rury płuczkowe. Na rurę jest nakręcony łącznik ze sprężynami i prowadnikiem u dołu.

Haki - stosujemy jeżeli rury płuczkowe albo rdzeniowe odchylają się od środka otworu, służą do ich ustawienia w położeniu pionowym. Kształt haka) i promień wygięcia zależą od konkretnych warunków (średnicy otworu, wymiaru i kształtu pozostawionego w otworze przedmiotu itp.).

Do chwytania drobnych przedmiotów może służyć tzw. miotła (chwytak ząbkowy. Miotła jest to rura rozcięta u dołu w postaci zębów którą zapuszcza się do otworu na rurach płuczkowych, używając łącznika bezpieczeństwa. Działanie miotły polega na tym. zapuszcza się ją do otworu na pozostawiony przedmiot. Następnie obraca się miotłą naciskając na nią z góry, tak by zęby miotły podczas nacisku zagięły się do środka, co umożliwi uchwycenie przedmiotu i wyciągnięcie go na powierzchnię ziemi.

W przypadku drobnych przedmiotów pewniejsza w działaniu jest jednak korona magnetyczna, a nawet grabki obrotowe lub gryzochwytak.

Gryzochwytak służy do wyciągania pozostałych na dnie otworu gryzów świdra oraz innych drobnych przedmiotów. Składa się on z kadłuba z naciętymi zębami na dolnej krawędzi i zaworu kulowego. W górnej części kadłuba znajdują się kanały do przepły płuczki.

Frezy wiertnicze do rur okładzinowych stosowane są przy zgnieceniu rur okładzinowych, gdy koronka (szczególnie przy wierceniu diamentowym) nie może prze przez rury albo przechodzi przez nie z wielkim trudem. Frez przykręca się do rur płuczkowi i zapuszcza przy małych obrotach do rur okładzinowych. Podnośniki ratunkowe hydrauliczne stosuje się w celu uwolnienia przy­chwyconego przewodu wiertniczego w przypadkach zaklinowania świdra albo przy silnym pogięciu rur płuczkowych, które spadły z pewnej wysokości. Używa się ich również do uruchamiania przychwyconych rur okładzinowych

22c) Ucieczki płuczki.

Do przyczyn ucieczki płuczki możemy zaliczyć: nieskuteczne zacementowanie rur okładzinowych, sztucznie wytworzone szczeliny w skałach udostępnionych przekrojem otworu, naturalną szczelinowatość skały oraz pustki i kawerny.

Bardzo często przyczyną powstania szczelin jest wahanie ciśnień pod wpływem tłokowania kolumną. Przyczyną ich powstawania jest również nadmierna gęstość płuczki. Tego typu szczeliny skalne zamykają się po usunięcia ciśnienia.

Duże ucieczki płuczki występują często w skałach twardych skawernowarych i szczelino- watych. Tego typu ucieczki trudno zlikwidować przez zatłaczanie cieczy tamponujących. Ciśnienie potrzebne do likwidacji erupcji jest bliskie ciś. wywołujacemu ucieczkę płuczki. W celu uniknięcia ucieczek pł. należy zmniejszyć prędkość manewro- wania przewodem wiertniczym. Dobre wyniki w skałach twardych osiąga się przez dodatek do płuczki materiałów zamykających lub tamponujących. W skałach miękkich należy stosować minimalną gęstość płuczki. Jeżeli ucieczki płuczki mają charakter częściowej utraty krążenia, dobre wyniki daje metoda stopniowego zwiększa- nia gęstości płuczki przed płukaniem otworu.

W większości przypadków ucieczka pł. zauważalna jest w zbiorniku płuczkowym (zmniejszenie się jej poziomu).

W przypadku częściowego zaniku krążenia płuczki ciś. można regulować wg wzoru:

p_o = p_t + p_n gdzie:

p_o - początkowe ciś. tłoczenia pł.

p_t - ciś. pł. w przewodzie wiert.

p_n - straty ciś.w układzie krążenia pł.

1

---