1. Podaj kryteria przepływów laminarnych i turbulentnych – zdefiniuj współczynnik oporów liniowych przepływu – podaj metodykę jego obliczania.

Kryterium do oceny czy mamy do czynienia z przepływem laminarnym czy też z turbulentnym jest bezwymiarowa liczba nazywana liczbą Reynoldsa:

Jak widać ze wzoru wielkość liczby Reynoldsa zależy od prędkości przepływającego płynu jego gęstości i lepkości oraz od średnicy rurociągu. Wielu różnych badaczy podaje nam kryteria według których kwalifikujemy o turbulentnym bądź laminarnym charakterze przepływu.
Przepływ laminarny występuje przy małych prędkościach przepływu, oraz charakteryzuje się znaczną przewagą sił lepkości nad siłami bezwładności. Przy niedużych prędkościach przepływu cząsteczki poruszają się ruchem postępowym w kierunku równoległym do osi rury . Nie występują składowe ruchy w kierunku do niego prostopadłym, prędkość liniowa lokalna zmienia się sposób paraboliczny. Największa prędkość występuje wzdłuż osi przewodu, a przy jego ściance spada do zera. Przy przepływie uwarstwionym strumień gazu składa się z warstw. Zewnętrzna warstwa jest unieruchomiona przy ściance rury siłami adhezji. Każda następna jest hamowana przez działanie sił lepkości gazu jednocześnie pociągana przez szybciej płynący strumień wewnętrzny. Kształt przepływu przez rurociąg, dla płynu rzeczywistego różni się od przepływu płynu idealnego. Różnice te są tym większe, im bardziej własności płynu rzeczywistego odbiegają od własności płynu idealnego.

Z przepływem laminarnym mamy do czynienia dla wartości liczby Reynoldsa do 2300 lub 2000. Pomiędzy wartościami 2000-4000 następuje przepływ przejściowy. Dzięki współczesnym badaniom i doświadczeniom wykazano, że pomiędzy cienką warstewką laminarną a w pełni turbulentnym jądrem strumienia występuje jeszcze obszar przepływów przejściowych już nie o charakterze laminarnym, lecz jeszcze nie w pełni turbulentnym
Przepływ turbulentny – występuje przy większej prędkości przepływu gazu. Wprawdzie przy ściance rury cienka warstwa gazu pod wpływem sił lepkości porusza się dalej ruchem uwarstwionym, ale w centralnej części rury cząstki gazu poza ruchem w kierunku osi maja też kierunek do niej prostopadły. Ruch jest przyspieszany bądź opóźniany co wpływa na bardziej wyrównany rozkład prędkości w przekroju poprzecznym strumienia gazu z wyjątkiem obszaru w pobliżu ścianek. Rozkład prędkości przepływu zależy od liczby Reynoldsa i im ta liczba jest większa tym rozkład prędkości w poprzecznym przekroju strumienia jest bardziej płaski

Współczynnik oporów liniowych – współczynnik tarcia wewnętrznego płynu (uwzględnia wpływ rodzaju ruchu i chropowatości materiału przewodu na wysokość strat energii)

Współczynnik oporów liniowych jest funkcją dwóch wielkości – liczby Reynoldsa i chropowatości względnej. Im przepływ jest bardziej turbulentny tym istotniejsze znaczenie odgrywa chropowatość materiału przewodu. Z kolei przy niskich liczbach Re współczynnik oporów zależy wyłącznie od wartości tej liczby, a nie zależy od chropowatości

Przy przepływach laminarnych współczynnik λ nie zależy od chropowatości i jest równy:

.

Przy przepływach turbulentnych w przewodach gładkich (ε = 0) współczynnik λ dla
3 ∙ 10³ < Re < 8 ∙ 10⁴ ze wzrostem liczby Reynoldsa maleje. Zależność λ= f (Re) aproksymuje:

.

Wzór na bezwymiarowy współczynnik oporu:

.

gdzie: Δp - liniowa strata ciśnienia w badanym przewodzie [Pa];

D – średnica badanego przewodu [m];

L – długość odcinka pomiarowego badanego przewodu [m];

ρ - gęstość powietrza [kg/m³] (około 1,15 [kg/m³]);

v – średnia prędkość przepływu powietrza w badanym przewodzie [m/s].

(potrzebne do wzoru)

2. Wymienić elementy wchodzące w skład przewodu wiertniczego.

Od strony urządzenia wiertniczego:

• Graniatka – jej zadaniem jest przeniesienie momentu obrotowego ze stołu wiertniczego na przewód wiertniczy, zazwyczaj nie przekraczają długości 12m. Stanowią one górną część przewodu wiertniczego, którą przykręca się do wrzeciona głowicy płuczkowej za pomocą łącznika mającego połączenie gwintowe z lewym gwintem. Graniatki przejmują obciążenia rozciągające pochodzące od ciężaru całej kolumny przewodu. Wykonane są z wysokojakościowej stali i produkowane są o przekroju najczęściej kwadratowym, (rzadziej sześciokątnym oraz ośmiokątnym ). Wewnątrz graniatki przepływa płuczka wiertnicza pod wysokim ciśnieniem.

• Rury płuczkowe i zworniki. Rury płuczkowe przejmują różne obciążenia i przenoszą moment obrotowy z graniatki na dolną część przewodu wiertniczego. Rury spęczane są na końcach w miejscach, gdzie przymocowane są zworniki do połączeń gwintowych. Produkowane są ze specjalnych gatunków stali o dużej wytrzymałości, plastyczności i zdolności do przeciwstawiania się nagłym obciążeniom i wibracjom. Wewnętrzną przestrzenią rur płuczkowych płynie płuczka w kierunku narzędzie wiercącego.

• Obciążniki - utrzymują w stanie naprężeń rozciągających kolumnę rur płuczkowych i służą do przeniesienia na świder nacisku osiowego, zwiększają sztywność dołu kolumny przewodu i polepszają warunki wiercenia stołowego. Obciążnik zbudowane są z grubościennej rury na końcach której nataczane są połączenia gwintowe w postaci czopa i mufy. Występują obciążniki spiralne, gładkie i kwadratowe.

• Amortyzatory – produkowane w celu tłumienia lub zmniejszenia wibracji

wywołanych przez świder w czasie wiercenia otworu. Efektywność działania amortyzatora drgań można określić analitycznie lub przez bezpośredni pomiar danych w czasie wiercenia otworu. Dowolny amortyzator drgań składa się z dwóch części przesuwnych względem siebie, a oddzielonych elementami sprężynującymi, które przejmują nacisk osiowy i obciążenie dynamiczne pochodzące od obrotu świdra.

• Nożyce wiertnicze- są jednym z elementów przewodu wiertniczego. Złożone są z dwóch części przesuwalnych względem siebie, umożliwiający swobodne spadanie świdra przy wierceniu udarowym.

• Dodatkowo: stabilizatory spiralne (częściej stosowane ze względu na dłuższą żywotność) lub rolkowe które mają za zadanie zmniejszenie lub zwiększenie kąta skrzywienia otworu.

Łączniki umożliwiają połączenia gwintowe o różnych skokach lub wymiarach.

3. Rodzaje narzędzi wiercących stosowanych w wiertnictwie normalnośrednicowym.

Świdry skrawające – świdry płaskie, rybi ogon o długich i krótkich ostrzach, świdry trójskrzydłowe, czteroskrzydłowe i różnorodne ich modyfikacje. Dla skał bardzo miękkich występujących na niedużej głębokości.

• Dwuskrzydłowe – bardzo krótkie ostrza, we wnętrzu kadłuba świdra wmontowane są nasadki dyszowe. Strumień płuczki wypływający z dysz skierowany jest do dna otworu.

• Trójskrzydłowe i Czteroskrzydłowe – wykonywane głównie z wymiennymi ostrzami, pracują efektywnie przy zmniejszonej powierzchni oporowej i sumarycznej długości ostrzy nie większej od 50 do 100% średnicy otworu

Świdry skrawające maja czopowe lub mufowe połączenia gwintowe z kolumną obciążników. Świdry skrawające z mufowym połączeniem gwintowym mają dłuższy okres pracy. Eksploatuje się je efektywniej niż świdry z połączeniem czopowym. Potrzebny jest duży moment obrotowy, dlatego są one rzadko stosowane przy wierceniu otworów silnikiem hydraulicznym, turbowiertem lub elektrowiertem

Świdry gryzowe z zębami frezowanymi i słupkowe - świdry gryzowe, w zależności od konstrukcji dzielą się na jedno-, dwu-, trój-, cztero-, i wielogryzowe. Wykonywane są one z normalnym usytuowaniem otworów płuczkowych lub w rozwiązaniu dyszowym. Geometria gryzów oraz zębów świdrów dostosowana jest do fizyczno-mechanicznych właściwości skał.

• Dwugryzowe –produkowane są bardzo rzadko. Przeznaczone były do zwiercania wyłącznie skał bardzo miękkich. Przy wierceniu tymi świdrami uzyskiwano znaczne odchylenie osi otworu od pionu. Charakteryzują się one krótkim czasem pracy łożysk i zębów w przypadku napotkania przewarstwień skał twardych.

• Czterogryzowe – świdry tego rodzaju nie są produkowane obecnie z względu na występujące trudności konstrukcyjne przy rozwiązaniu płukania dyszowego.

Konstrukcja łożysk świdrów gryzowych uzależniona jest od wymiarów świdra i dostosowana do przenoszenia dużych obciążeń osiowych. W świdrach o średnicy powyżej 254mm spotykane są dwa łożyska wałkowe i jedno kulkowe. Świdry o średnicy poniżej 254mm mają łożyska wałkowo-kulkowe-ślizgowe.

Świdry diamentowe –wykonuje się ręcznie, dostosowanie go do konkretnych warunków wiercenia przez dobranie odpowiednich diamentów oraz zróżnicowanie sposobu ich rozłożenia. Konstrukcję świdrów można zmieniać również przez zmianę kształtu i średnicy, liczby i konfiguracji kanałów płuczkowych oraz przez dobranie odpowiedniej charakterystyki hydromechanicznej. Świdry diamentowe przeznaczone do głębokich wierceń zbrojone są dużą liczbą małych diamentów, umocowanych metalem matrycowym, składającym się z proszku twardych spieków na osnowie węglika wolframu. Do zwiercenia skał twardych stosuje się drobniejsze diamenty, natomiast do skał o średniej twardości stosuje się diamenty grubsze.

Rdzeniówki podwójne i wrzutowe – w celu otrzymania rdzenia przy wierceniu głębokich otworów stosuje się rdzeniówki i koronki rdzeniowe różnego rodzaju i typu. Proces odwiercania słupka skały odbywa się przy użyciu koronki rdzeniowej, natomiast rdzeniówka spełnia funkcję pomieszczenia rdzenia oraz jego ochrony przez zniszczeniem lub wypłukaniem przez płuczkę.

• Rdzeniówki podwójne – stosowane z koronką diamentową z polikrystalicznymi ostrzami typu stratapaks

• Rdzeniówki wrzutowe – do tego używa się koronki rdzeniowe typu skrawającego, gryzowego i diamentowgo.

Koronki rdzeniowe –składa się najczęściej ze stalowego termicznie obrobionego kadłuba, na którym znajduje się matryca z umocowanymi na jej powierzchni diamentami. Przy wierceniu wymagany jest mniejszy strumień objętości płuczki dla wyniesienia zwiercin niż dla świdrów gryzowych, ponieważ diamenty ścierają i rozkruszają skałę na bardzo drobne okruchy.

Ważną częścią rdzeniówki jest urywak rdzenia. Obecnie najczęściej stosuje się urywaki zaciskowe oraz urywaki z klapkami zaopatrzone w sprężyny, które prawie w 100% pokrywają powierzchnię przekroju rury rdzeniowej i mogą być używane w różnych skałach do urywania rdzenia w czasie podnoszenia przewodu.

4. Opisać rodzaje rdzeniówek wiertniczych oraz krótko je scharakteryzować.

Rodzaje rdzeniówek:

A) Pojedyncza.

Jest najprostszym narzędziem wiertniczym, służącym do pobierania rdzenia przy wierceniu obrotowym. Rdzeniówkę pojedynczą, ze względu na jej wady, można stosować do przewiercania skał nie ulegających rozmywaniu oraz wystarczająco twardych i spoistych, aby nie ulec wykruszeniu w rurze rdzeniowej podczas wiercenia.

Zbudowana jest z: diamentowej koronki rdzeniowej, łącznika dolnego, poszerzacza diamentowego, urywaka rdzenia, rury rdzeniowej, głowicy rdzeniówki.

B)Podwójna.

a). z obracającą się rurą wewnętrzną.

Przeznaczona jest do pracy w skałach o zmiennej Twardości, szczelinowatych.

Zbudowana jest z: koronki rdzeniowej, urywaka rdzenia, korpusu urywaka rdzenia, łącznika dolnego z poszerzaczem diamentowym, rury zewnętrznej i wewnętrznej, głowicy rdzeniówki, łącznika górnego.

b). z nie obracającą się rurą wewnętrzną.

Wyróżnia się rdzeniówki, w których urywak rdzenia jest umieszczony w korpusie koronki lub w rurze wewnętrznej. W skład rdzeniówki z urywakiem w korpusie koronki wchodzą: głowica, rura zewnętrzna, ułożyskowana rura wewnętrzna (w głowicy), urywak rdzenia zabudowany w korpusie koronki.

Przeznaczona jest do skał o zmiennej twardości, szczelinowatych i spękanych, skał sypkich i luźnych.

5. Zasady projektowania mechanicznych parametrów technologii wiercenia otworów

Parametry mechaniczne technologii wiercenia powinny być zaprojektowane w sposób :

• nie prowadzący do zbyt dużego zużywania się świdra

• nie prowadzący do powstawania niepożądanej krzywizny otworu

• zapewniający odpowiednie oczyszczanie otworu ze zwiercin

• nie prowadzący do przechwycenia, zerwania przewodu wiertniczego

Projektowanie mechanicznych parametrów technologii wiercenia składa się z następujących etapów

• obliczenie mocy w dyszach świdra na poszczególnych głębokościach

• obliczenie dopuszczalnego iloczynu I_max na podstawie wykresu Fullertona dla danej średnicy świdra oraz mocy hydraulicznej – określenie minimalnej wartości iloczynu nacisku jednostkowego p_j i liczby obrotów n by występowało zwiercanie efektywne

• obliczenie minimalnej i maksymalnego nacisku osiowego na dobrane narzędzie wiercące

• obliczenie krytycznych nacisków powodujących wyboczenie kolumny obciążników;

• obliczenie dł. jednej bezwymiarowej jednostki obciążenia

• obliczenie wartości kryt. nacisku osiowego I oraz II stopnia

• obliczenie odległości od świdra do punktu styku ze ścianą otworu

Do projektowania mechanicznych parametrów technologii wiercenia otworu zaliczyć należy:

• dobór nacisku na świder

• dobór prędkości obrotowej

Przy projektowaniu parametrów technologii wiercenia rozróżnia się:

• występny dobór parametrów technologii wiercenia gdy dysponuje się tylko jakościowymi parametrami dotyczącymi właściwości skał

• optymalizacje parametrów technologii wiercenia gdy dysponujemy informacjami na temat aktualnie istniejących parametrów technologii

• zużycia stosowanych narzędzi wiercących

• parametrów wytrzymałościowych skał

Projektowanie polega na doborze nacisku osiowego i prędkości obrotowej narzędzia wiercącego. Przy wstępnym doborze dobiera się z katalogu dobierając minimalny i maksymalny docisk oraz minimalną i maksymalną prędkość obrotową narzędzia. Wraz z twardością skał rośnie nacisk, a maleje prędkość. Nacisk natomiast rośnie z rodzajem skały. Optymalizację przeprowadzamy w oparciu o matematyczne metody proce

6. Zasady projektowania hydraulicznych parametrów technologii wiercenia otworów świdrami dyszowymi.

Parametry hydrauliczne technologii wiercenia polegają na ustaleniu ciśnienia tłoczenia pompy płuczkowej strumienia objętości tłoczenia płuczki pośrednio wyznacza się średnice dysz umocowanych w świdrze.

Dla tej prędkości krytycznej przepływu wyznacza się minimalny strumień objętości przepływu a następnie stosując kryteria hydrauliczne (max moce w dyszach świdra maksymalnej prędkości wypływu) wyznacza się strumień optymalny. Dla tego strumienia oblicza się opory przepływu w systemie cyrkulacyjnym za wyjątkiem świdra. Przyjmując wartość max ciśnienia na pompie i strat ciśnienia w systemie cyrkulacyjnym. Mając ciśnienie na świdrze wyznacza się średnicę ekwiwalentną dysz świdra. Przyjmując rzeczywiste wartości średnie dysz produkowanych przez producentów wyznaczamy rzeczywistą średnicę ekwiwalentną dysz, a tym samym rzeczywiste straty ciśnienia na świdrze. Mając rzeczywiste ciśnienie na świdrze oblicza się rzeczywiste ciśnienie na pompie. Najważniejszymi parametrami hydrodynamicznymi jest wydatek optymalny i ciśnienie pompy.

Istotą projektowania hydraulicznych parametrów technologii wiercenia jest określenie strumienia objętości przepływającej płuczki wiertniczej, ciśnienia tłoczenia wywieranego przez pompy płuczkowe oraz średnicy ekwiwalentnej dysz świdra.

W tym celu należy określić :

• Minimalną prędkość przepływu płuczki w największej pod względem przekroju powierzchni pierścieniowej V_pp ( zapewniającą wynoszenie zwiercin z dnia otworu na powierzchnię);

• Minimalny strumień objętości przepływu Q_min;

• Uwzględniając trzy kryteria hydrauliczne ( N_ś, P_d, V_d) wyznaczyć optymalny strumień objętości przepływu Q_opt, zapewniający efektywne wspomaganie procesu wiercenia;

Kryteria hydrauliczne:

-Kryterium maksymalnej mocy wykorzystywanej w dyszach świdra,

-Kryterium maksymalnego parcia dynamicznego,

-Kryterium maksymalnej prędkości wypływu z dysz świdra,

-Kryterium maksymalnej prędkości wiercenia (Eckela).

gdzie:

N_s – moc pompy, P_s – opory na świdrze, Q – wydatek,

P_d – ciśnienie dynamiczne, V – prędkość wiercenia,

a – wykładnik potęgowy, Re – liczba Reynoldsa

• Straty hydrauliczne w systemie cyrkulacyjnym Δp_r oraz ciśnienie tłoczenia Δp_p;

• Straty hydrauliczne w dyszach świdrach;

• Średnicę ekwiwalentną dysz świdra;

Przyjmując rzeczywiste wartości średnie dysz produkowanych przez producentów wyznaczamy rzeczywistą średnicę ekwiwalentną dysz, a tym samym rzeczywiste straty ciśnienia na świdrze. Mając rzeczywiste ciśnienie na świdrze oblicza się rzeczywiste ciśnienie na pompie. Najważniejszymi parametrami hydrodynamicznymi jest wydatek optymalny i ciśnienie pompy

Prędkość przepływu płuczki w przestrzeni pierścieniowej, wyznaczamy:

A) Z warunku wynoszenia zwiercin.

B) Z warunku turbulencji przepływu ( prędkości krytycznej płuczki )

C) Ze wzorów empirycznych.

Minimalny strumień objętości przepływu, wyznaczamy :

Do prawidłowej analizy kryterium hydraulicznych ważnym jest znajomość charakterystyki pompy płuczkowej :

Zakres	Kryterium
	Ns
I	pr = 0,35pp ps = 0,65pp
II	Qmin

7. Metody likwidacji erupcji wstępnej. Charakterystyka jednej z nich.

Metoda jednocyklowa – zwana jest metodą jednoczesnego obciążenia płuczki i wytłaczania jej przez przewód wiertniczy do otworu przy równoczesnym usuwaniu gazu ziemnego z otworu. Polega ona na wytłaczaniu z otworu gazu ziemnego płuczką obciążoną w ciągu jednego pełnego cyklu krążenia, aby ciśnienie płuczki zrównoważyło ciśnienie złożowe.
Metoda dwucyklowa – zwana metodą wiertacza lub metodą wytłaczania z otworu płynu złożowego i wtłaczania płuczki obciążonej. Polega na usunięciu poduszki gazu ziemnego z otworu w pierwszym cyklu krążenia płuczki nieobciążonej, znajdującej się w otworze. W drugim cyklu krążenia następuje wtłaczanie do otworu płuczki obciążonej w celu zrównoważenia ciśnienia złożowego.

Metoda wielocyklowa – jest to metoda równoczesnego stopniowego obciążania płuczki i wtłaczania jej do otworu. Polega ona na wieloetapowym obciążaniu płuczki do wymaganej gęstości, przy równoczesnym usuwaniu gazu ziemnego z otworu i na stopniowym przywracaniu w nim równowagi ciśnień odbudowywanego są obarczone wpływem zewnętrznych granic złoża (strefa oddziaływania odwiertu).

8. Opisać rodzaje połączeń gwintowych rur okładzinowych.

POŁĄCZENIA ZŁĄCZKOWE API Z GWINTEM TRÓJKĄTNYM ZAOKRĄGLONYM:

Są to gwinty długie i krótkie , wysokość gwintów ta sama dla wszystkich średnic(mniejsza średnica - słabsze) , mała wytrzymałość i szczelność , trudności współosiowego ustawienia rur, niska cena. Kąt zaostrzenia – 60⁰, 8 zwojów na cal.

POŁĄCZENIA BUTTRESS - TRAPEZOWY NIESYMETRYCZNY: Gwint pracuje na całej długości. Dla gazu szczelny do 10Mpa( dobra szczelność i wytrzymałość na siły rozciągające; wytrzymałość na rozciąganie połączeń tego typu – 86-92%, zwiększa się w połączeniach o mniejszych średnicach; można doszczelnić poprzez smar.

POŁĄCZENIA EXTREME LINE - TRAPEZOWY SYMETRYCZNY: Sprawność 94 - 96% w pełni szczelny dla ropy i gazu , łatwość skręcania i rozkręcania. Mogą być stosowane jako rury płuczkowe i okładzinowe w płytkich otworach; gazoszczelne nawet przy wielokrotnym skręcaniu i rozkręcaniu; prawie gładki przekrój zewnętrzny i mała średnica zewnętrzna wytrzymałość na naprężenia rozciągające

POŁĄCZENIA RUR TYPU MANNESMANN:

POŁĄCZENIA OMEGA Dzięki kształtowi gwintu duża wytrzymałość na rozciąganie mimo niewielkiej wysokości gwintu. Przy pełna szczelność. Przy skręcaniu samodocisk aż do granic plastyczności;

POŁĄCZENIA BRIG OMEGA Połączenie złączkowe, gwint grubozwojony do dużych średnic rur powyżej 10" Sprawność połączenia gwintowego = wytrzymałość połączenia gwint / wytrzym calizny rury, grzbiety i rowki gwintu są równoległe do tworzącej stożka czopa, powierzchnia nośna nachylona jest pod kątem 90^o MANNESMANN BDS trapezowy niesymetryczny, wymienny z klasycznym Buttress, ma podwójne uszczelnienie na obu niespęczonych końcach MANNESMANN MUST CONNECTION ze specjalnie uszczelnionym gwintem zabezpieczającym pełną gazoszczelnośc, stosowane do rur grubościennych, bezzłączkowe z 2 elastycznymi uszczelnieniami metal-metal

HYDRILL;POŁĄCZENIA VAM – GWINT Buttress z pełnym uszczelnieniem, przelot gładki, szybkie i trwałe skręcanie

ARMCO SEAL-LOCK – w pełni gazoszczelne, zbieżność 1:10, szybko skręcane

ATLAS BRADFORD MODIFIED – z pierścieniami uszczelniającymi, ebonitowo-gumowymi,

9. Wymienić rodzaje kolumn rur okładzinowych, podać ich przeznaczenie i najczęściej stosowane średnice.

Najczęściej stosowanymi kolumnami rur okładzinowych są następujące kolumny: wstępna, prowadnikowi, techniczna (pośrednia), eksploatacyjna, tracona (liner) oraz dodatkowa. Od przekroju geologicznego, głębokości i średnicy otworu również technologią wiercenia oraz sposobem eksploatacji poziomu produktywnego zależy ilość zapuszczanych kolumn rur okładzinowych.

Kolumna wstępna- umożliwia krążenie płuczki w otworze oraz zapewnia stabilność ściany i wylotu otworu po przewierceniu skał słabo zwięzłych (gliny, piaski, żwiry) występujących w pobliżu powierzchni terenu. Przy wierceniu głębokich otworów na kolumnę wstępną stosuje się średnice: 16”; 18 5/8”; 20”. Głębokość zapuszczania zależy od przekroju geologicznego i wynosi do 60 [m] Do głębokości 90[m] przy przewiercaniu skał bardzo miękkich i słabo zwięzłych.

Kolumna prowadnikowa- stosuje się ją w celu:

• Ochrony prze roztłukiwaniem i kawernowaniem słabo zwięzłych skał występujących przy powierzchni terenu,

• Zapewnienia krążenia płuczki w otworze,

• Izolacji poziomów wodonośnych zawierających wodę słodką aby ochronić te wody przed zanieczyszczeniami (ropą, gazem, solanką) pochodzącymi z niżej zalegających poziomów,

• Stworzenia warunków do założenia głowicy przeciwerupcyjnej, więźby rur i zasuw wysokociśnieniowych,

Głębokość zapuszczania wynosi od 60- 900 [m], a nawet więcej. Zależy to od wytrzymałości skał na rozwarstwienia i szczelinowanie hydrauliczne, wielkości ciśnienia płynu złożowego w poziomie udostępnionym w czasie wiercenia otworu poniżej buta rur kolumny prowadnikowej. Średnice: 13 3/8”; 16”

Kolumna techniczna- służy do orurowania otworu w strefach, w których wystąpiły komplikacje wiercenia otworu spowodowane;

• Zmianą właściwości i parametrów reologicznych płuczki wskutek przedostawania się do otworu solanki oraz zanieczyszczeń w postaci soli kuchennej, gipsu, anhydrytu lub występowania w otworze wysokiej temp.

• Trudnością kontroli parametrów płuczki, która prowadzi do nadmiernych kosztów wiercenia,

• Trudnością wiercenia otworu wskutek częstych przechwyceń przewodu, tworzenia się kawern obwałów, zmniejszenia średnicy otworu przez plastyczne pęczniejące łupki.

• Zanikiem i ucieczką płuczki w szczelinowate lub porowate skały,

• Koniecznością uszczelnienia poziomów solankowych, ropnych, gazowych.

Niekiedy stosuje się jedną lub więcej kolumn technicznych. W praktyce przemysłowej, by ustrzec się przed różnymi komplikacjami przy wierceniu głębokich otworów zapuszcza się kolumnę rur technicznych w celu zmniejszenia ryzyka walki z tymi komplikacjami. Średnice: 11 ¾”; 10 ¾”; 9 5/8”; 8 5/8”;

Kolumna eksploatacyjna- jej celem jest oddzielenie poziomu produktywnego od wszystkich pozostałych warstw, uszczelnienie tegoż poziomu oraz eksploatacji płynu złożowego (wody, ropy, gazu). But tej kolumny może być usytuowany nad stropem, w środku lub poniżej spągu poziomu produktywnego. Kolumnę tę zapuszcza się w momencie gdy:

• Opróbowanie wykazało produktywność poziomu na skalę przemysłową,

• Chcemy uzyskać bardziej wiarygodne wyniki opróbowań, gdy analiza danych z badań w nieorurowanym otworze świadczy o występowaniu poziomu produktywnego,

• Chcemy uzyskać dokładniejszą ocenę wartości przemysłowej poziomu perspektywistycznego, w przypadku gdy ze względów technicznych (nadmierne skawernowanie ściany otworu) nie udało się opróbować poziomu próbnikami złożowymi,

Czasami do przepływu płynu złożowego używane są rury eksploatacyjne. Średnice:
5 ½”; 5”; 4 ½”.

Kolumna tracona- stosowana jako końcowa kolumna w otworach eksploatacyjnych i poszukiwawczych. Może być podwieszona powyżej buta rur kolumny poprzedniej albo zacementowana na zakładkę, kolumna ta często wykorzystywana jest po wcześniejszej perforacji jako filtr.

Kolumna dodatkowa- kolumna cementowana rur okładzinowych, stosowana łącznie z kolumna traconą, usytuowuje się ją między górną częścią kolumny traconej, a wylotem otworu.

10. Techniczno-ekonomiczne wskaźniki wiercenia otworów.

Najważniejszymi wskaźnikami charakteryzującymi efektywność wiercenia otworów są:

Mechaniczna chwilowa prędkość wiercenia

Wyraża on przyrost głębokości otworu w jednostce czasu:

$$\text{Vc} = \frac{H}{T}\lbrack\frac{\text{cm}}{\min}\rbrack$$

H - przyrost głębokości otworu, [cm]

T - jednostka czasu, [min]

Dla danej średnicy otworu, chwilowa mechaniczna prędkość wiercenia uzależniona jest od wielu czynników geologicznych i technicznych:

- Jakości, typu, rodzaju i konstrukcji narzędzia wiercącego,

- Fizyczno – mechanicznych właściwości skały,

- Parametrów technologii wiercenia: nacisku osiowego, liczby obrotów świdra, jakości i strumienia objętości płuczki tłoczonej do otworu,

- Sposobu oczyszczania dna otworu ze zwiercin oraz, w przypadku stosowania płuczek iłowych, również od efektywności usuwania osadu iłowego,

- Wielkości wykorzystywanych na dnie otworu parametrów hydraulicznych pomp płuczkowych: mocy hydraulicznej, ciśnienia dynamicznego oraz prędkości wypływu płuczki z dysz lub nasadek świdra,

- Różnicy ciśnienia hydrostatycznego słupa płuczki i ciśnienia płynu złożowego.

Mechaniczna chwilowa prędkość wiercenia w czasie trwania marszu, przy stosowaniu stałych wartości parametrów technologii wiercenia, uwarunkowana jest stopniem zużycia elementów pracujących świdra.

W miarę upływu czasu, w skutek przyrostu powierzchni oporowej ostrzy świdrów, mechaniczna chwilowa prędkość maleje.

Uwiert jednostkowy

Wskaźnik uwiertu jednostkowego określa się następującym wzorem:

$$\text{Hj} = \frac{v_{t}}{n} = \frac{H}{\text{Tn}}\lbrack\text{cm}\rbrack$$

v_t - mechaniczna chwilowa prędkość wiercenia, [cm/min]

H - przyrost głębokości otworu, [cm]

T - przyrost czasu, [min]

n - liczba obrotów świdra

Wartości wskaźnik uwiertu jednostkowego rosną w miarę zwiększania wielkości jednostkowego nacisku osiowego i są proporcjonalne lub maleją ze wzrostem liczby obrotów narzędzia wiercącego. Wskaźnik ten stosuje się często do analizy efektywności pracy poszczególnych typów świdrów i koronek rdzeniowych lub oceny wskaźnika zwieralności skał.

Mechaniczna średnia prędkość wiercenia otworu

$v_{sr} = \frac{H}{T}$ [m/h]

H - uwiert świdrem lub koronką rdzeniową, uzyskany w danym marszu, [m]

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

Mechaniczna średnia prędkość wiercenia:

- W określonych warunkach geologicznych charakteryzuje efektywność zwiercania danym typem świdra skały,

- Występuje w danym interwale głębokości otworu, przy określonych wartościach parametrów technologii wiercenia,

- Wartość wskaźnika w danym marszu zależy od wielu czynników, a przede wszystkim od: fizyczno- mechanicznych wł. Skały, rodzaju jakości i typu świdra, wielkości stosowanych parametrów wiercenia, jakości płuczki oraz od stopnia oczyszczenia dna otworu z urobku i osadu iłowego,

- Uwarunkowana jest głównie długotrwałością pracy poszczególnych elementów świdra, oraz wielkością nacisku osiowego i liczby obrotów świdra

Marszowa prędkość wiercenia

$$\text{Vm} = \frac{H}{T + \text{Tzw}}\ \ \lbrack\frac{m}{h}\rbrack$$

Tzw - czas zużyty na: operacje dźwigowe zapuszczania i wyciągani przewodu, płukanie otworu, dodawanie pojedynczej rury płuczkowej lub obciążnika oraz na zmianę świdra, [h]

$$\text{Vm} = \frac{Vsr}{1 + \frac{\text{Tzw}}{T}}\ \ \lbrack\frac{m}{h}\rbrack$$

Marszowa prędkość wiercenia maleje szybko ze wzrostem głębokości otworu i w miarę zwiększania się twardości skały ( maleje uwiert, wzrasta czas na potrzebny na operacje dźwigowe). W celu utrzymania tego wskaźnika w względnie wysokim poziomie należy stosować przy wierceniach głębokich świdry którymi osiąga się duże uwierty np. świdry diamentowe lub świdry gryzowe ze słupkami z twardych spieków.

Techniczna prędkość wiercenia otworu

Wskaźnik ten wykorzystuje się często do oceny poziomu techniki i technologii wiercenia otworów. Charakteryzuje on również poziom organizacyjno- techniczny pracy załóg wiertniczych i możliwości produkcyjne danej wiertnicy oraz efektywność wykorzystania zdolności pracy narzędzi wiercących. Wskaźnik ten czasem odnosi się również do okresu miesięcznego.

$$\text{Vt} = \frac{H}{T + \text{Tzw} + \text{Tre} + \text{Tp}}\ \ \lbrack\frac{m}{h}\rbrack$$

H - sumaryczna liczba metrów odwierconych w danym otworze lub w określonym czasie kalendarzowym, m

T - sumaryczny czas pracy świdrów i koronek na dnie otwory, [h]

Tzw - sumaryczny czas zużyty na operacje dźwigowe i czynności przy zapuszczani i wyciąganiu przewodu wiertniczego, [h]

Tre- sumaryczny czas zużyty na operacje dźwigowe i prace związane z orurowaniem i cementowanie otworu, [h]

Tp - sumaryczny czas zużyty na czynności i prace pomocnicze w czasie wiercenia otworu, na zmianę liny wielokrążkowej, zmianę

średnicy przewodu wiertniczego, pomiary geofizyczne, zapuszczanie próbników złoża, pomiar średnicy i skrzywienia otworu itp., [h]

Przemysłowa prędkość wiercenia

$$\text{Vp} = \frac{H}{T + \text{Tzw} + \text{Tre} + \text{Tp} + \text{Ts}}\ \ \lbrack\frac{m}{h}\rbrack$$

Ts - czas zużyty na przestoje, remonty zespołów i elementów wiertnicy, usuwanie komplikacji wiercenia otworu oraz awarii wiertniczych i maszynowych, [h]

Wskaźnik przemysłowej prędkości wiercenia odzwierciedla efektywność głębienia otworu. Obejmuje on zarówno produkcyjny jak i nieprodukcyjny czas wiercenia. Bardzo często wskaźnik ten podaje się w odniesieniu do miesięcznego okresu i określa się go jako postęp przemysłowy, oznaczając liczbę metrów odwierconych daną wiertnicą w miesiącu Podobnie określa się wskaźnik postępu technicznego, mnożąc techniczna prędkość wiercenia przez 720.

Ogólna prędkość wiercenia otworu

Odnosi się do bilansu wiercenia otworu daną wiertnicą, bądź do danego asortymentów otworów.

$$V_{a} = \frac{H}{T + \text{Tzw} + \text{Tre} + \text{Tp} + \text{Ts} + \text{Tpr} + \text{Tmd}}\ \ \lbrack\frac{m}{h}\rbrack$$

Tpr - czas zużyty na próby, wywołanie produkcji i pomiary po osiągnięciu planowanej głębokości otworu, jeżeli te prace wykonywane były przy użyciu wiertnicy, którą został odwiercony otwór, [h]

Tmd - czas zużyty na likwidację otworu, transport, montaż i demontaż wiertnicy, [h]

Wskaźnik ten z zasady odnosi się do okresu rocznego i wówczas przedstawia on liczbę metrów otworów, jaką odwierca się w roku kalendarzowym daną wiertnicą W praktyce wiertniczej często przy analizach działalności zakładów lub przedsiębiorstw wiertniczych stosuje się wskaźnik rotacji wiertnic,ujmujący wskaźnik ich wykorzystania przy wierceniu otworów. Wskaźnik ten przedstawia iloraz iloczynu wiertnico- miesięcy efektywnej pracy wiertnicy na otworze do czasu kalendarzowego, ujmującego liczb wiertnico- miesięcy ewidencyjnych.

Koszt odwiercenia jednego metra otworu danym świdrem

$$K = \frac{\left( T + \text{Tzw} \right)Q + q}{H}\ \ \lbrack\frac{zl}{m}\rbrack$$

Q - koszt godziny pracy wiertnicy, [zł]

q - koszt zakupu świdra, [zł]

H - liczba przewierconych metrów w danym marszu, [m]

11. Geoinżynieryjne metody modyfikujące właściwości fizyko-mechaniczne gruntów i skał

Geoinżynieryjne metody modyfikujące właściwości fizykomechaniczne gruntów i skał:
a) Dynamiczne zagęszczanie gruntu - istotą tej metody jest zmniejszenie porowatoœci
gruntu wskutek wibracji (metody wałowania wibracyjnego i wibroflotacji) lub impulsów
(metody ciężkiego ubijania i wybuchów)
b) Wymiana gruntu - usunięcie gruntu słabego i zastąpienie go nasypem budowlanym o lepszej nośności (najczęściej stosowane : poduszki żwirowe, słupy i kolumny kamienne)
c) Zbrojenie ośrodka gruntowego i masywu skalnego - istotą metod tej grupy jest wzmocnienie podłoża wprowadzonymi do gruntu elementami konstrukcyjnymi. Zbrojenie to przenosi naprężenia rozciągające i dużą część naprężeń ścinających, zwiększając tym nośność i sztywność podłoża (np przepony z geosyntetyków, mikropale i kotwy gruntowe, zbrojenie szkieletowe)
d) Prekonsolidacja gruntu - wstępna konsolidacja podłoża przed rozpoczęciem budowy jest powszechnie stosowana. Może być realizowana przez wstępne obciążenie balastem lub redukcję ciśnienia wody w porach (elektroosmoza, dreny). Racjonalna jest kombinacja obciążenia wstępnego z geodrenami
e) Uszczelnianie i wzmacnianie gruntu i skał - wybór zależy od rodzaju szczelnionego ośrodka i jego parametrów fizykomechanicznych. Najczęściej stosowaną metodą jest iniekcja otworowa. Metody udzielimy na mechaniczne, chemiczne oraz fizykochemiczne
f) Stabilizacja i izolacja gruntu

12. Dynamiczne zagęszczanie gruntu

Dynamiczne zagęszczanie gruntu polega na stosowaniu takich zabiegów inżynierskich, w wyniku których uzyskuje się znaczne zmniejszenie przepuszczalności oraz porowatości masywu skalnego. Efekt ten można uzyskać między innymi przez stosowanie metod wibracyjnych i impulsowych

a)Wibracyjne:
Wzmocnienie podłoża gruntowego może być dokonane przez wibrowanie powierzchniowe i wgłębne W wyniku przeprowadzonych prac. uzyskuje sie zwiększenie nośności modyfikowanego podłoża oraz zmniejszenie jego wodoprzepuszczalności.
- Wibrowanie powierzchniowe ma zastosowanie w przypadku potrzeby zagęszczenia gruntu, który był uformowany warstwami w miejsce wymienionych gruntów słabonośnych lub malonośnych. Przez grunt słabonośny rozumie sie grunt organiczny. natomiast przez grunt małonośny - grunt mineralny np. piasek w stanie luźnym lub grunty spoiste w stanie plastycznym lub miękkoplastycznym. Do powierzchniowego zagęszczania gruntów w nasypach budów lanych mogą być zastosowane wibratory płytowe oraz walce wibracyjne drogowe.

- Wibrowanie wgłębne stosuje się do zagęszczenia gruntów małonośnych przy czym zagęszczania przez wibrowanie dokonywano już w praktyce do głębokości 5.0 m Do głębszego zagęszczania gruntów i skal górotworu są stosowane, wśród innych urządzeń, także igły wibracyjne (wibroskrzydła). Te urządzenia wibracyjne wywołują zarówno ruchy pionowe jak i poziome. Niektóre igły wibracyjne mogą powodować poziome siły odśrodkowe wynoszące 220 kN przy 30 Hz i 16 mm amplitudzie. Pionowy system wibracyjny urządzenia może ograniczać częstotliwość do 20Hz a ciężar wibratora może wzrastać nawet do 70 kN Zagęszczony grunt sposobem wibrowania wgłębnego tworzy kolumny dobrze zagęszczonego gruntu, które rozstawia się w planie w trójkącie równobocznym Przypowierzchniowa warstwa gruntu zagęszczonych kolumn nie ma na ogół wysokiego wskaźnika zagęszczenia i dlatego na konńcach kolumn rozmieszcza sic warstwę podsypki około 0.6-0.9m, którą zagęszcza sie metodami powierzchniowymi.

b) Impulsowe:
Metoda konsolidacji dynamicznej (ciężkie ubijanie) jest uważana za jedną z efektywniejszych metod, gdyż jest tańsza i prostsza w wykonawstwie niż np wibroflotacja, pale zagęszczające czy dodatkowe statyczne obciążenie gruntu. Dynamiczną konsolidację można stosować zarówno w budownictwie lądowym, jak i morskim naziemnym i podwodnym. Polega ona na zmianie parametrów mechanicznych gruntu przez bardzo intensywne ubijanie jego powierzchni stalowymi lub stalowo-betonowymi ubijakami o masie 10000-40000 kg. opuszczanymi swobodnie z wysokości 10-40m. Zagęszczanie prowadzone jest w kilku cyklach. Odstęp między cyklami w gruntach gruboziarnistych wynosi kilka dni, a w drobnoziarnistych dochodzi do kilku tygodni. Przed każdym cyklem powierzchnia gruntu jest wyrównywana. Częstość uderzeń ubijaka waha sie od 1 do 3 uderzeń/min. Uderzenia są wykonywane w odległościach od 5 do 15 m zależnie od warunków gruntów, przy czym w jednym miejscu stosuje sie od 3 do 8 uderzeń. Całą operację konsolidacji przeprowadza się w kilku etapach, stopniowo zmniejszając odległość miejsc uderzeń ubijaka oraz wysokość jego spadku. Ostatni etap polega na wyrównywaniu wzmocnionej powierzchni podłoża przez ubijanie gruntu z wysokości około 1 -2 m przy rozstawie mniejszym od szerokości ubijaka. Metodę dynamicznej konsolidacji można stosować do zagęszczania piasków pylastych. pyłów. iłów. piasków grubych i średnich oraz drobnych, żwirów i narzutów kamiennych, do gruntów rodzimych i refulowanych zarówno na ladzie, jak i pod wodą. Stwierdzono, że woda do głębokości około 20 m nie powoduje strat energii odpowiedniego ubijaka z otworami.
Do zagęszczania impulsowego używa się także wybuchów - metoda ma niewieli zakres stosowania, służy przede wszystkim do wzmacniania gruntów pod wodą oraz dużych obszarów nasypowych, gruntów niespoistych, lessów. Szczególnie korzystne wyniki osiąga się w zagęszczeniu narzutów kamiennych, piasków i żwirów. W gruntach spoistych metodę tę używa się do formowania słupów kamiennych. Stosuje się dwa sposoby zagęszczania gruntów metodą wybuchową :
- strzelanie ładunkami zawieszonymi w wodzie, ponad gruntem
- strzelanie ładunkami założonymi wewnątrz otworów wiertniczych

13. Zbrojenie ośrodka gruntowego

Stabilizacja skarp i zboczy polega na realizacji szeregu prac geoinżynieryjnych, przy pomocy których uzyskuje się zwiększenie stateczności zbocza. Podstawowa zasada doboru metody stabilizacji zboczy polega na wykonaniu takiego rodzaju prac inżynierskich, w wyniku których eliminuje się przyczyny powodujące powstawanie zagrożenia. Jednym z bardziej skutecznych sposobów zabezpieczania zboczy, a zwłaszcza podatnych na występowanie osuwisk, jest zbrojenie ośrodka gruntowego. W efekcie tego zabiegu wzdłuż powierzchni poślizgu mobilizowany jest dodatkowy opór przeciw ścinaniu. Opór ten jest efektem powstawania dodatkowej spójności. Wielkość wartości tej spójności jest funkcją zbrojenia gruntu oraz parametrów technologicznych prac związanych z odbudową stateczności stabilizowanych zboczy. Wybór optymalnego systemu stabilizacji skarp i zboczy powinien uwzględniać zarówno czynniki o charakterze technicznym, jak również ekonomicznym, socjologicznym i prawnym. Za najważniejsze kryteria wyboru odpowiedniej metody stabilizacji można uważać koszt przedsięwzięcia i jego spodziewany efekt. Z punktu widzenia bezpieczeństwa konieczne jest monitorowanie zachowania się zestabilizowanego zbocza, głównie poprzez prowadzenie okresowych pomiarów przemieszczeń powierzchniowych i wgłębnych.

14. Zbrojenie szkieletowe podłoża gruntowego.

Zbrojenie szkieletowe można wykonać za pomocą: texsolu, gabionu i metodą pneusolu.
Stabilizacja skarp i zboczy texsolem - Texsol jest to mieszanina pisaku i nieprzerwanej nici polimerowej, uzyskiwanej przez wydmuchiwanie lub wyrzucanie za pomocą podajnika mechanicznego tych składników na powierzchnię pokrywaną Texsolem. W momencie uderzenia w nią następuje przemieszanie piasku z kłębiącą się tam nicią, w rezultacie czego powstaje gęsty materiał, charakteryzujący się korzystnymi cechami wytrzymałościowymi. Nie są do tego stosowane żadne dodatki zespalające w rodzaju lepiszcza, kleju itp. Istotne znaczenie dla dobrego rozkładu w mieszaninie składników Texsolu ma prędkość, z jaką są wyrzucane nić i ziarna piasku.

Zalety: stosunkowo duże deformacje w stanie krytycznym, posiada przepuszczalność taką jaką ma użyty do jego wykonania piasek, jest odporny na erozję wietrzną i opadową, ograniczenie robót ziemnych przy podnoszeniu dróg samochodowych i linii kolejowych , nadaje się do stosowania na obszarach podlegających ruchom tektonicznym, dobrze łączy się z gruntem miejscowym, który w większości przypadków nie wymaga specjalnego przygotowania

Zastosowanie: można nim stabilizować strome zbocza oraz skarpy wykopów i nasypów

Metoda pneusol stabilizacji skarp i zboczy

We Francji opracowano metodę wzmacniania i stabilizacji zboczy i skarp oraz budowy zbrojonych ścian oporowych z wykorzystaniem zużytych opon, tzw. Metodą Pneusol. Ściany oporowe budowane z zastosowaniem opon można podzielić na trzy grupy:

- z opon buduje się ściany oporowe w rodzaju kaszyc, w których powiązanie opon następuje wskutek ich poprzecznych deformacji wywołanych ciężarem opon wypełnionych gruntem, położonych wyżej,

- wypełnionych gruntem opon używa się do uformowania ściany czołowej nasypu, wzmocnionej zakotwieniami wykonanymi także z opon lub kotwami gruntowymi,

- opony wypełnione gruntem mogą stanowić okładzinę konstrukcji z klasycznego gruntu zbrojonego płaskownikami.

Zalety: charakteryzują się znaczną odpornością na obciążenia dynamiczne i sejsmiczne

Zastosowanie: do obudowy i wzmocnienia skarp wysypisk śmieci i odpadów przemysłowych zawierających czynniki agresywne.

Konstrukcje wzmacniające z gabionów

Gabiony są prostopadłościennymi koszami, wykonanymi z podwójnie skręconej siatki stalowej ocynkowanej lub ocynkowanej i dodatkowo pokrytej PCV. Na budowę dostarcza się je gotowe i złożone na płask na czas transportu. Następnie rozkłada się je i zszywa w prostopadłościany. Po połączeniu w większe elementy wypełnia się je kamieniami lub tłuczniem i zaszywa ich wieka.

Zalety: przepuszczalność - nie powodują retencji wody za budowlą; elastyczność - odkształcenia i osiadanie nie powodują spękań czy dezintegracji konstrukcji; pochłanianie hałasu – są stosowane do przegród dźwiękochłonnych wzdłuż autostrad; trwałość (min 5 lat) – odporność na korozję, pożar promieniowanie ultrafioletowe; łatwość montażu – nie wymagają rozbudowanego placu budowy; są elastyczne architektonicznie i krajobrazowo, szybko porastają roślinnością, stymulują rozwój flory i ekofauny, są przyjazne ekologicznie.

Zastosowanie: stosowane są jako samo odwadniające się zazieleniane mury oporowe, szczególnie w rejonach górskich; do stabilizacji zboczy, ochrony przez podmywaniem podstawy konstrukcji hydrogeotechnicznych i obudowy kanałów i rzek, jako osłony przeciwhałasowe przy drogach i liniach kolejowych.

Literatura: Pisarczyk Stanisław, Geoinżynieria. Metody modyfikacji podłoża gruntowego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005

15. Zbrojenie prętowe ośrodka gruntowego (S. Pisarczyk „Geoinżynieria” )

Do zbrojeń prętowych zalicza się: gwoździe, kotwy i mikropale. Ich cechą wspólną jest koncepcja konstrukcyjna- nośny element (pręt, wiązka prętów, kształtownik, rura) ze stali lub materiału równoważnego, otoczony insektem z zaczynu cementowego.

Gwoździowanie
Wprowadzenie w ośrodek gruntowy (np. skarpę wykopu) prętów stalowych, tzw. gwoździ o określonej średnicy i długości (śr. 16-60mm, dł. 4-10m). Instaluje je się w rozstawach 0,75x0,75 do 2x2m, a w skałach nawet 3,0x3,3m. Najlepiej jeśli jeden gwóźdź w gruntach drobnoziarnistych przypada na 2,25m² (1,5x1,5m).

Gwoździowanie stosuje się w celu polepszenia stateczności zboczy i podtrzymania skarp wykopu lub nasypu. Gwoździe wprowadzane są w ścianę skarpy lub wykopu na głębokość 0,5-0,8 całkowitej wysokości ściany za pomocą wibromłotów lub wiertnic. By zabezpieczyć je przed korozją gwoździe zabezpiecza się cementem, a wykonane w otworze wierconym zespala się z gruntem insektem cementowym. Przed pogrążeniem prętów skarpę lub ścianę wykopu pokrywa się za pomocą torkretnicy warstwą betonu o grubości 4-15cm na wcześniej ułożonej siatce zbrojeniowej lub geosiatce. Uciąg gwoździ wynosi od kilku do nawet 50kN i zależy od przyczepności gwoździ do gruntu i ich wytrzymałości na rozciąganie.

Kotwy gruntowe

Kotwa gruntowa iniekcyjna jest urządzeniem cięgnowym, osadzonym w gruncie i z nim zespolonym stwardniałym zaczynem cementowym. Kotwy są stosowane do zabezpieczenia stateczności ścian wykopów i stromych zboczy, zapewnienia stateczności zapór betonowych i fundamentów oraz zabezpieczenia przed siłami wyporu itp. Kotwy są osadzone w skałach lub w gruncie w otworach wierconych obrotowo lub udarowo najczęściej z zastosowaniem rur osłonowych. Kotwy dzielą się na:

• wstępnie naprężone- CZYNNE; zespala się z gruntem tylko na odcinku końcowym nazywanym buławą, mają znaczne długości i duże uciągi.

• bez wstępnego naprężenia- BIERNE (śruby skalne, gwoździe gruntowe); zespala się z gruntem na całej długości.

• poziome i ukośne

• prętowe (z pojedynczych prętów gwintowanych, dł. do 30m)

• splotowe (cięgna splotowe b. elastyczne, nieograniczona długość).

Mikropale

Mają zwykle średnicę 50-300mm, a dł. 6-15m. Mogą być wykonywane metodą wiercenia, wbijania, wwibrowywania, wciskania i wkręcania. Najczęściej stosowane mikropale:

• pale formowane iniekcyjnie,

• pale iniektowane wielokrotnie,

• pale stalowe wbijane lub wwibrowywane,

• pale z powiększoną buławą,

• pale z rdzeniem stalowym.

Mikropale są stosowane jako:

1. nośne- przenoszące siły osiowe wciskające i wyciągające, służące głównie do wzmocnienia fundamentów, budynków, podnoszenia konstrukcji, które doznały osiadań. Używa się ich zamiast sprężonych kotwi gruntowych zapobiegających unoszeniu;

2. zaporowe (stabilizujące)- pracujące na zginanie i ścinanie, używane do stabilizacji osuwisk i formowania obudów wykopów.

16. Kotwy gruntowe

Kotwy gruntowe  są elementami przenoszącymi siły rozciągające na nośną warstwę gruntu. Kotew gruntowa składa się z głowicy, swobodnego odcinka cięgna oraz buławy. Buława jest  częścią kotwy zlokalizowaną w gruncie nośnym i zespoloną z nim stwardniałą zawiesiną cementową.

Kotwy znajdują zastosowanie przy:
- wykonywaniu głębokich wykopów,
- konstrukcjach odciągów masztów i pylonów,
- stabilizacji skarp i zboczy w budownictwie infrastrukturalnym.

 Podział kotew:
a) z uwagi na trwałość wyróżnia się:
- kotwy tymczasowe (eksploatacja do 2 lat),
- kotwy trwałe (eksploatacja dłuższa niż 2 lata),

b) z uwagi na rodzaj materiału wyróżnia się:
- kotwy linowe,
- kotwy prętowe (stalowe lub z tworzyw sztucznych),

c) ze względu na ilość buław wyróżnia się:
- kotwy tradycyjne jednobuławowe,
- kotwy wielobuławowe (SBMA),

d) z uwagi na możliwość demontażu po zakończeniu eksploatacji wyróżnia się:
- kotwy nie demontowane,
- kotwy z demontowanymi linami (WGL).

 Metody wykonywania:
Kotwy gruntowe wiercone są z zastosowaniem medium umożliwiającego odprowadzenie poza otwór wiertniczy powstałego podczas procesu wiercenia urobku. Rolę taką może spełniać między innymi podawane pod dużym ciśnieniem powietrze, zaczyn cementowy lub woda.
W zależności od poziomu wody gruntowej oraz rodzaju zalegającego w podłożu gruntu, kotwy mogą być wykonywane z zastosowaniem rur obsadowych lub bez ich użycia. Wiercenie bez rur osłonowych pomimo iż znacznie przyspiesza proces wiercenia, możliwe jest jedynie w jednorodnych i bardzo spoistych gruntach, które umożliwiają stabilne utrzymywanie otworu na całej długości odwiertu po usunięciu świdra wiertniczego.
W większości przypadków dla umożliwienia wprowadzenia kotwy do otworu stosuje się podczas wiercenia obsadowe rury pomocnicze stabilizujące otwór w czasie iniekcji wstępnej oraz w czasie montażu kotwy.
Prawidłowa kolejność montażu kotwi powinna obejmować wykonanie otworu, wypełnienie otworu zaczynem cementowym, wprowadzenie kotwi do otworu i iniekcję doprężającą na długości buławy.
Minimalny okres „dojrzewania” kotwy powinien wynosić 7 – 14 dni, w zależności od materiału użytego dla iniekcji. Po tym okresie przeprowadza się badania odbiorcze (najczęściej przy obciążeniu równym 1,25 siły obliczeniowej) i blokuje się kotew przy naciągu ok. 0,8 – 0,9 siły obliczeniowej.

Zalety kotew gruntowych:

• zapewniają stateczność obudów głębokich wykopów i stanowią doskonałą alternatywę dla metody podstropowej / obudowy z rozparciem,

• umożliwiają przekazania działającej siły na grunt poza klinem odłamu, nawet w odległości 100m od głowicy kotwy,

• pozwalają weryfikować siłę naciągu w czasie eksploatacji.

17. Zadania i przeznaczenie pali fundamentowych

Pale fundamentowe – są podłużnymi elementami konstrukcji wykonanymi z różnych materiałów (drewna, betonu, żelbetu, cementogruntu), przekazującymi obciążenia na głębsze warstwy podłoża gruntowego. Ze względu na średnicę wyróżnić można: mikropale  (o średnicy do 30 cm), pale normalnośrednicowe (o średnicy do 60 cm) i pale wielkośrednicowe (o średnicy powyżej 60 cm). Elementem nośnym pala może być pobocznica (pal zawieszony), podstawa (pal stojący) lub zarówno pobocznica jak i podstawa (pal normalny).

Ze względu na zadania jakie wykonują można wyróżnić:
pale normalne – przekazujące obciążenie na grunt poprzez tarcie na pobocznicy i odpór podłoża pod jego podstawą,
pale zawieszone – przekazujące obciążenie na grunt poprzez tarcie na pobocznicy,
pale stojące – tzw. pale słupy przekazujące obciążenie jedynie poprzez podstawę pala. Pale stojące to zazwyczaj pale, które swoją podstawą dochodzą do gruntów o bardzo dobrych parametrach wytrzymałościowych np. do gruntów skalistych,

Przeznaczenie
Pale fundamentowe  stosowane do posadowienia obiektów Palowanie jest też konieczne w przypadku, gdy na fundament - a za jego pośrednictwem na grunt - przenoszone będą duże obciążenia skupione (siły pionowe, poziome, momenty oraz ich kombinacje). Tego typu warunki występują w podporach mostów, obiektach budownictwa hydrotechnicznego, morskiego i pełnomorskiego, budynkach wysokich oraz obiektach typu wieżowego. Fundamenty takie stosujemy również do obudowywania głębokich wykopów, stabilizacji skarp, wzmocnienia istniejących fundamentów oraz do ograniczenia bezwzględnej wielkości osiadań lub różnicy osiadań.

18. Funkcje poszczególnych rodzajów geosyntetyków

Separacja - zapobieganie mieszaniu się sąsiadujących gruntów lub kruszyw ( bez utrudniania przepływu wody). Znajdują tu zastosowanie: geowłókniny igłowane, przeszywane, klejone termicznie i chemicznie, geotkaniny, gęste geosiatki bezwęzełkowe, czasami cienkie geomembrany

Zbrojenie - wykorzystanie właściwości geotekstyliów przy rozciąganiu (wytrzymałości, sztywności) do poprawienia właściwości mechanicznych warstwy gruntu. Znajdują tu zastosowanie: georuszty, geosiatki bezwęzełkowe, geokompozyty przepuszczalne, geowłókniny igłowane i przeszywane o powiększonej wytrzymałości, geotkaniny

Drenaż - zbieranie wód opadowych, gruntowych i innych cieczy oraz gazów, przy umożliwianiu ich przepływu w płaszczyźnie wyrobu geotekstylnego ( np. maty drenującej z ażurowym plastykowym rdzeniem ułatwiającym przepływ wody, osłoniętym z jednej lub z obu stron filtrem z włókniny albo filtrem z włókniny po jednej stronie, a folii uszczelniającej po drugiej, służą do odprowadzania wody np z zasypki za ścianami oporowymi). Znajdują tutaj zastosowanie: geodreny, grube geowłókniny igłowane i przeszywane, geokompozyty przepuszczalne

Filtrowanie - zatrzymywanie gruntu i innych cząstek poddanych ciśnieniu spływowemu na kontakcie z gruntem, przy zachowaniu przepływu cieczy ( filtr odwrotny). Znajdują tu zastosowanie: geowłókniny igłowane, przeszywane, klejone termicznie i chemicznie, geotkaniny

Izolacja (uszczelnienie) - znajdują tu zastosowanie: geomembrany jednowarstwowe i wielowarstwowe ( w tym wzmocnione), bentomaty, geomembrany, geomembrany bentonitowe.

Ochrona - ograniczanie lub zapobieganie za pomocą wyrobu geotekstylnego miejscowym uszkodzeniom systemu geotechnicznego np erozji powierzchni gruntu, przebiciu geomembran, przewodów rurowych lub instalacji. Znajdują tu zastosowanie: geowłókniny igłowane, przeszywane, klejone termicznie i chemicznie, geotkaniny.

Zabezpieczenie przeciwerozyjne - znajdują tu zastosowanie: geosiatki komórkowe, geomaty, gęste geosiatki bezwęzełkowe, geowłókniny igłowane i przeszywane, geotkaniny, geokompozyty przepuszczalne.

Bariery

Jedną z najważniejszych właściwości geotekstyliów podczas stosowania ich jako warstwy oddzielającej jest ich zdolność do wydłużania się pod wpływem naprężeń lub obciążeń. Oznacza to, że tekstylia użyte w przeciążonej budowie poddawanej ciężkim naprężeniom mogą je kompensować bez pękania.

19. Metody iniekcji otworowej

Do metod geoinżynieryjnych wykorzystujących iniekcję otworową zalicza się niżej wymienione iniekcje:

- Iniekcja klasyczna ( przez penetrację) polega na powolnym wtłaczaniu w luźne grunty różnego rodzaju zaczynów uszczelniających, które po określonym czasie wiązania przechodzą z cieczy w ciało stałe i spajają ziarna mineralne gruntów skał w monolit. Iniekcję klasyczną można stosować jedynie w przypadku gruntów o współczynniku filtracji większym od 10^–3 m/s. Zaczyny wprowadza się w uszczelniony ośrodek przez tzw. rury (przewód) iniekcyjny z perforacją lub rury z otwartym końcem lub przez nieuzbrojony otwór iniekcyjny.

– Iniekcja ciśnieniowa (szczelinowa) najczęściej znajduje zastosowanie przy wzmacnianiu i uszczelnianiu skał szczelinowatych. Zaczyny uszczelniające wtłacza się przez specjalne uszczelki (nabojnice) iniekcyjne założone do otworów odwierconych w skale. Skuteczność zabiegów iniekcyjnych, wykonywanych w celu wzmacniania i uszczelniania spękanych i szczelinowatych skał, zależy w dużej mierze od prawidłowego zaprojektowania parametrów procesu iniekcyjnego.

– Iniekcja rozrywająca (soilfrac)– stosowana w momencie występowania problemów geomechanicznych w specjalistycznym budownictwie podziemnym. W tej technologii zostają wytworzone w gruncie ścieżki iniekcyjne (fracs) w które pompowany jest twardniejący zaczyn uszczelniający na osnowie cementu. W połączeniu ze specjalnie do tego celu rozwiniętą techniką pomiarów oraz kontroli możliwe jest unoszenie naprawianych obiektów o dziesiątki centymetrów. Prace według tej metody obejmują trzy fazy 1) „wbudowanie” rur iniekcyjnych, 2) „rozerwanie” podłoża gruntowego, 3) iniekcja wielokrotna.

– Iniekcja rozpychająca (compaction grouting) polega na wtłaczaniu w podłoże gruntowe stabilnego materiału wypełniającego, który doprowadza do zagęszczenia gruntów niespoistych lub wzmocnienia gruntów spoistych i organicznych. Wprowadzanie wypełniacza w podłoże odbywa się pod ciśnieniem do ok. 4 MPa w czasie podciągania przewodu wiertniczego. Ważny jest odpowiedni dobór składu, ilości i sposobu wtłaczania zaczynu uszczelniającego. Ponadto konieczne są wnikliwe obserwacje przemieszczeń obiektu i podłoża oraz interaktywne projektowanie.

– Iniekcja wysokociśnieniowa z hydraulicznym urabianiem gruntu i skał jet grouting polega na zatłaczaniu pod wysokim ciśnieniem zaczynów uszczelniających przez przewód wiertniczo-iniekcyjny zaopatrzony w jedną lub więcej dysz, przy równoczesnym, stałym podnoszeniu zestawu do góry. Zaletą metody jet grouting jest możliwość wzmacniania i uszczelniania gruntów i skał praktycznie nieprzepuszczalnych dla wody, a więc utworów ilastych, namułów, silnie zailonych piasków, kurzawek itp. Ciśnienie zatłaczania zaczynu uszczelniającego powinno wynosić od 25 do 50 MPa.

– Iniekcja ciśnieniowa z mechanicznym urabianiem gruntu i skał polega na wprowadzeniu w uszczelniający ośrodek przewodu wiertniczego zaopatrzonego na końcu w ostrze czasie wyciągania przewodu wiertniczego z otworu iniekcyjnego nadaje się mu ruch obrotowy, wskutek czego następuje zruszanie gruntu lub skał przez noże lub obracającą się kształtkę. Jednocześnie przez końcówkę przewodu wiertniczego wtłacza się pod ciśnieniem zaczyny uszczelniające przeważnie typu chemicznego. Zestalone grunty (skały) mają kształt walców, których średnica odpowiada średnicy kształtki umocowanej na przewodzie wiertniczym. Otrzymany w wyniku wzmacniania górotwór ma znacznie wyższe własności mechaniczne niż otaczający go ośrodek.

Źródło: http://speedy.sh/EtMA4/pytania-19-32.rar

20. Właściwości hydrauliczne ośrodka gruntowego i masywu skalnego

(przepuszczalność, filtracja, wodochłonność jednostkowa, wskaźnik Lugeona – z syllabusa INiGu nie wiem czy to na 100 tylko te)

Przepuszczalność

Przepuszczalność jest to zdolność skał do przepuszczania cieczy i gazów lub mieszaniny tych płynów. Jeśli cieczą przepływającą przez skały jest woda. To przepuszczalność taka nosi nazwę wodoprzepuszczalności. Przepuszczalność jest ścieśle związana porowatością szczelinowatością i kasowością masywu skalnego. Stopień przepuszczalności określa się objętością płynu (wody), która przepływa w jednostce czasu przez określony przekrój skały. Miarą przepuszczalności skał względem cieczy jest współczynnik przepuszczalności (k_p) który określa zdolność skał do przewodzenia cieczy, niezależnie od ich rodzaju i właściwości fizycznych, przy jednostkowym spadku hydraulicznym. Współczynnik przepuszczalności zależy od właściwości ośrodka skalnego (rozmiarów ziarn, formy ziarn, rozkładu ziarnowego, rozmiarów porów, szorstkości), nie zależy natomiast od właściwości cieczy ( gęstości, parametrów reologicznych, mineralizacji).

Współczynnik przepuszczalności ma wymiar pola a podstawową jednostką przepuszczalności jest m². W warunkach przemysłowych przepuszczalność skał określa się jednostką Darcy (D):

1 D = 0,980665*10¹² m²

Filtracja

Filtracją nazywamy ruch cieczy w środowisku porowym. Prędkość filtracji charakteryzuje się za pomocą współczynnika filtracji (k_f). Współczynnik filtracji jest miarą wodoprzepuszczalności skały określającą zgodnie z liniowym prawem filtracji Darcy’ego zależność pomiędzy spadkiem hydraulicznym (gradientem ciśnień) a prędkością filtracji wody podziemnej. Współczynnik ten zależy od:

• Właściwości chemiczno fizycznych skały (rozmiarów porów, rozmiarów ziaren, ich formy, rodzaju lepiszcza, rozkładu ziarn, szorstkości itp.),

• Właściwości fizycznych cieczy przepływającej przez ośrodek porowaty (gęstość, lepkość, mineralizacja, temperatura)

Współczynnik filtracji ma wymiar prędkości i wyrażony jest najczęściej w m/s. Liczbowo jest równy prędkości filtracji przy spadku hydraulicznym równym jedności. Współczynnik filtracji zależny jest od temperatury w sposób analogiczny do zmian lepkości wody w funkcji temperatury.

k_f(t) = t • k_f(0C) [m/s]

$$t = \frac{\mu_{0C}}{\mu_{tC}} = 1 + 0,0337t + 0,00022t^{2}$$

Wodochłonność jednostkowa

Wodochłonność jednostkowa (q) definiuje się jako zdolność pochłaniania przez masyw skalny wody (dm³/min) w odniesieniu do jednego metra długości danej strefy badawczej i ciśnienia badawczego wynoszącego 0,01 MPa co można wyrazić w postaci:

$$q = \frac{Q}{p \bullet l}$$

gdzie,

Q – strumień wody pochłanianej przez skały

p – ciśnienie przy którym zatłacza się wodę [0,01 MPa]

l – długość badawcza strefy masywu skalnego [m]

Na podstawie wodochłonności skał można wnioskować zarówno o ich właściwościach fizycznych (współczynnik przepuszczalności filtracji szczelinowatości porowatości) jak również o strukturze wykonanych prac geoinżynieryjnych biorąc pod uwagę jednoczesne działanie ciśnienia i filtracji wody na skały.

Wskaźnik Lugeona

Stopnień Leugeona definiuj przepuszczalność właściwą górotworu jako infiltrację wody (w litrach) w jednostce czasu (minuty) na 1 metr długości otworu wiertniczego przy nadciśnieniu 10 bar. Wskaźnik ma na celu zbadanie właściwości hydraulicznych górotworu, polega na pomiarze tempa wypływu z otworu przy stałym ciśnieniu. Podczas badania ciśnienia wody są zadawane następująco: 5,10,20,10,5 barów> Wskaźnik obliczamy ze wzoru (c-ciśnienie tłoczenia)

$$W_{L} = \frac{Q}{l} \bullet \frac{9,81 \bullet 10^{5}\ \lbrack\text{Pa}\rbrack}{c \bullet 10^{4}\ \lbrack\text{Pa}\rbrack}$$

21. Rodzaje i zadania płuczek wiertniczych.

Podstawą klasyfikacji płuczek wiertniczych są najczęściej następujące czynniki:

-rodzaj ośrodka dyspersyjnego (płuczki wiertnicze, wodne, olejowe, gazowe);

-rodzaj fazy aktywnej czyli koloidalnej (płuczki wiertnicze beziłowe, bentonitowe, iłowe, attapulgitowe itp.);

-stopień mineralizacji (płuczki wiertnicze słodkowodne, zmineralizowane, zasolone);

-charakter mineralizacji (płuczki wiertnicze solne, wapniowe, gipsowe, chlorkowo-wapniowe, potasowe itd.)

-rodzaj wypełniaczy (płuczki wiertnicze kredowe, płuczki obciążone barytem itd.)

-wielkość pH (np. płuczki o wysokim pH)

-zastosowanie płuczki (płuczki do dowiercania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego, płuczki do przewiercania pokładów soli, płuczki do wiercenia w skałach ilasto-łupkowych, płuczki do wierceń hydrogeologicznych, do wierceń HDD itp.)

- sposób sporządzania (płuczki samorodne, płuczki sporządzane w zbiornikach),

- zastosowanie (płuczki do dowiercania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego, płuczki do przewiercania pokładów soli, płuczki do wiercenia w skałach ilasto – łupkowych itp.).

Według kryterium rodzaju ośrodka rozpraszającego (dyspersyjnego) płuczki dzielą się na:

-płuczki na osnowie wodnej,

-płuczki na osnowie cieczy organicznych,

-płuczki gazowe

Wśród wyżej wymienionych grup płuczek można wyróżnić rodzaje:

-w grupie płuczek na osnowie cieczy organicznej:

• płuczki olejowe (emulsyjne),

• płuczki syntetyczne;

-w grupie płuczek gazowych, pianowych i aeryzowanych wg rodzaju gazu lub udziału innych faz:

• powietrze lub gaz, mgła,

• płuczka pianowa, płuczka aeryzowana;

-w grupie płuczek na osnowie wodnej z różnymi rodzajami zdyspergowanej fazy stałej i polimerów inhibitujących oraz ze zróżnicowanym stopniem mineralizacji:

• płuczki iłowe samorodne,

• płuczki bentonitowe,

• płuczki polimerowe lub bentonitowo-polimerowe,

• płuczki solankowe.

Zadania płuczek wiertniczych:

-równoważy ciśnienie płynu złożowego

-wypłukuje z dna otworu zwierciny i osad iłowy spod pracujących elementów narzędzi wiercących

-transportuje zwiercona skałę przestrzenią pierścieniową otworu

-utrzymuje w stanie zawieszenia zwierciny i okruchy skalne w czasie przerw w krążeniu płuczki

-utrzymuje w stabilności skały tworzące ścianę otworu, odkładając na niej cienką warstewkę osadu iłowego

-zmniejsza współczynnik tarcia kolumny przewodu wiertniczego o ścianę otworu i rury okładzinowe

-umożliwia doprowadzenie energii na spód otworu, w przypadku użycia turbowiertów lub hydraulicznych silników wgłębnych oraz polepsza efekt oczyszczania dna otworu, przy stosowaniu świdrów dyszowych

- chłodzenie świdra przez odprowadzanie ciepła wytwarzanego wskutek jego pracy na dnie odwiertu,

- wspomaganie urabiania skał,

- przekazywanie informacji z dna otworu na powierzchnię

- likwidacja erupcji wstępnej przez zatłaczanie płuczki obciążonej

- stosowana jako przybitka przy cementowaniu

22. Parametry płuczek wiertniczych i przyrządy do ich pomiaru.

1. Gęstość – stosunek masy do zajmowanej przez nią objętości [N/m³], gęstość mierzona jest wagą płuczkową ( ramienną ), dopuszcza się stosowanie innych przyrządów przystosowanych do oznaczania gęstości płuczki z dokładnością do 0,01 x 10³ kg/m³

2. Lepkość – tarcie wewnętrzne pomiędzy równoległymi warstwami płynów poruszającymi się względem siebie z różną prędkością. Lepkość oznaczana jest poprzez :

1. Lejek Marsha – lepkość umowna [s] – pomiar czasu wypływu 1000cm³ cieczy.

2. Lepkościomierz obrotowy bezpośrednio wskazujący, stosuje się następujące typy:

- O dwóch zakresach liczby obrotów : 300 i 600obrotów/min

- O sześciu zakresach liczby obrotów : 3,6,100,200,300 i 600 obrotów/min

Lepkość pozorna płuczki

Lepkość plastyczna płuczki

1. Granica płynięcia – wyrażona w funtach na 100 stóp kwadratowych ( lb/100ft²) oblicza się przez odjęcie wartości lepkości plastycznej płuczki od wartości momentu obrotowego przy 300 obrotów/min.

Granica płynięcia

W celu przeliczenia wyniku na jednostki SI uzyskany wynik mnoży się przez 0,4788 a wynik uzyskuje się w [N/m²].

1. Wytrzymałość strukturalna – oznaczana za pomocą :

1. Szirometr - wynik podawany w [N/m² ], dopuszczalny jest też wynik w[ lb/100ft²]

2. Lepkościomierz obrotowy[‘

3. bezpośrednio wskazujący – wartość uzyskana przy prędkości obrotowej 3 obrotów/minutę daje nam wytrzymałość strukturalna w jednostkach [lb/100ft² ]

W celu przeliczenia wyniku na jednostki SI uzyskany wynik mnoży się przez 0,4788 a wynik uzyskuje się w [N/m²]

1. pH – oznaczana za pomocą :

1. przy użyciu papierków wskaźnikowych – metoda kolorymetryczna

2. pH-metr metoda potencjometryczna

1. Zapiaszczenie – zawartość fazy stałej w płuczce wiertniczej.

Własność płuczki wiertniczej oznaczana za pomocą sitka o średnicy 63,6mm i liczbie oczek 6400/cm². Płuczkę wiertniczą przelewa się przez sito i sprawdza ilość fazy stałej. Wynik podawany jest w procentach. Przed wykonaniem pomiaru płuczka powinna być rozcieńczona z wodą stosunku 1 : 5, uzyskany wynik należy przemnożyć przez 5. ( ze względu na rozcieńczenie płuczki ).

1. Filtracja - oznaczana za pomocą prasy filtracyjnej.

Filtracja jest to pomiar objętości filtratu uzyskanego z prasy filtracyjnej. Płuczkę wiertniczą umieszcza się w prasie i wywiera się na nią ciśnienie 0.7-0.035 MPa. Filtracja powinna trwać 30 minut. Objętość filtratu mierzy się z dokładnością do 0.1ml. Ponadto sprawdza się grubość osadu pozostałego na bibułce oraz jego określić jego stan ( twardy, miękki, gęsty, zwięzły, śliski, szorstki).

1. Smarność - oznaczana za pomocą aparatu Lubricity Tester.

Smarność ściśle związana jest z zawartością fazy stałej w płuczce wiertniczej. Im większa jest ilość fazy stałej, tym gorsza jest smarność. Smarność wyraża się bez użycia jednostki, jest to wielkość porównawcza. Przed pomiarem aparat należy skalibrować za pomocą wody. Smarność dla wody wynosi 30. Smarność płuczki powinna wahać się w przedziale 26-27 – są to wartości optymalne ( ciężko uzyskać większe ).

23. Sposoby regulacji parametrów płuczek wiertniczych; materiały płuczkowe.

Właściwości reologiczne płuczki, gęstość oraz filtrację reguluje się poprzez stosowanie odpowiednich substancji, wymienionych poniżej.

Regulowanie zawartości fazy stałej prowadzi się poprzez jej usuwanie. Najczęściej stosuje się sita wibracyjne, hydrocyklony, wirówki oraz koryta sedymentacyjne. Duża zawartość fazy stałej wpływa negatywnie na mechaniczną prędkość wiercenia, zużywanie się świdra oraz pogarsza właściwości strumienia płuczki. Należy pamiętać, że zwiększona lepkość utrudnia usuwanie zwiercin z płuczki. Zawartość fazy stałej można również regulować poprzez rozwodnienie płuczki, sposób ten ma jednak ograniczone zastosowanie, ponieważ przy większej zawartości wody w płuczce pogarszają się jej właściwości reologiczne i tiksotropowe.

Materiały płuczkowe:

• Materiały ilaste:

Bentonit (bentopol) - budowa struktury płuczki, podwyższanie parametrów reologicznych, obniżanie filtracji

Attapulgit (SWDC) – budowa struktury płuczki na bazie wody zasolonej

Sepiolit (Durogel) – budowa płuczki na bazie wody zasolonej, odporna na wysokie temperatury

• Materiały obciążające:

-Baryt – zwiększenie gęstości płuczki do 2,3 g/cm³

-Hematyt (ferroehm) - zwiększenie gęstości płuczki do 2,5 g/cm³

-Węglan wapnia (Blok M-25) - zwiększenie gęstości płuczki do 1,6 g/cm³

• Środki chemiczne zwiększające lepkość (zagęstniki):

-Biopolimery (Viscogel) - zwiększanie granicy płynięcia i lepkości płuczek wodnodyspersyjnych

-Hydroksyetyloceluloza (Baravis) - zwiększanie lepkości płuczek wodnodyspersyjnych i cieczy nadpakerowych

-Polianionowa celuloza (Poly-Pac) - zwiększenie lepkości płuczek słodkich o małej zawartości fazy stałej, obniżanie filtracji.

-Żywica Guarowa (Multivis S) - zwiększanie lepkości płuczek o małej zawartości fazy stałej

• Środki chemiczne obniżające parametry reologiczne płuczek:

-Lignosulfoniany (Baresol) - zmniejszanie lepkości i granicy płynięcia, stabilizacji filtracji

-Taniny (Desco CF) - obniżanie lepkości, stabilizacji filtracji

-Lignity - obniżanie lepkości, inhibicja skał ilasto-łupkowych

-Kwaśny pirofosforan sodu (SAPP) - obniżanie lepkości płuczek iłowych, zwłaszcza skażonych cementem

-Małocząsteczkowe polimery akrylowe (Disper) - obniżanie lepkości płuczek z dużą zawartością jonów wapnia

• Środki chemiczne zmniejszające filtrację płuczek:

-Środki skrobiowe (Rotosol, Rotomag) - obniżanie filtracji płuczek wodno dyspersyjnych, zwłaszcza zasolonych

-Karboksymetyloceluloza niskolepna (Polofix LV) - obniżanie filtracji płuczek ze stabilizacją lepkości

-Karobksymetyloceluloza wysokolepna (Polofix HV) - obniżenie filtracji płuczek ze wzrostem lepkości

• Środki smarne i powierzchniowo czynne:

-Związki glicerydów i kwasów tłuszczowych (Superlub) - poprawa właściwości smarnych płuczek słodkich i zasolonych stosowanych przy wierceniach kierunkowych

-Emulgator (Rokafenol N8) - tworzenie emulsji typu olej w wodzie

-Detergent wiertniczy (Detergent W) - obniżanie napięcia powierzchniowego, fazy wodnej, zapobieganie oblepianiu narzędzi wiertniczych urobkiem

-Oraz Środek przeciwpieniący, Środek pianotwórczy

• Inhibitory korozji:

-Związki aminowe (Antykor PP) - tworzenie ochronnej warstwy antykorozyjnej ( filmu ) na powierzchni narzędzia wiertniczego

-Oraz Neutralizatory tlenu, Neutralizatory siarkowodoru

• Biocydy:

-Środki bakteriobójcze (Antymikrobial 7287) - zapobieganie mikrobiologicznemu rozkładowi organicznych składników płuczek

-Polianionowa celuloza (Poli-pac) - Obniżanie filtracji, inhibicja skał ilastych.

-Oraz Karboksymetyloceluloca, Kopolimery syntetyczne, Środki polimerowo-lignidowe

• Polimerowe i asfaltowe inhibitory hydratacji skał ilastych:

-Częściowo hydrolizowany poliakryloamid, Środki asfaltowe ( utleniane lub sulfonowane ), Poliglikole

• Materiały stosowane do likwidacji zaników płuczki i blokatory:

-Węglan wapnia o różnicy granulacji, Płatki miki, Ścinki celofanu, Mieszanina materiałów ziarnistych i włóknistych, Blokator organiczny

• Dodatki chemiczne:

-Chlorek potasu KCl, Chlorek sodu NaCl, Siarczan potasu K₂SO_4, Wodorotlenek potasu KOH, otp.

24. Wymień i opisz urządzenia stosowane w pełnym systemie oczyszczania płuczek.

Do urządzeń stosowanych w pełnym systemie oczyszczania płuczek należą:

• Sita wibracyjne

• Degazatory

• Mud cleanery

• Hydrocyklony

• Wirówki

Sita wibracyjne są to urządzenia przesiewające, które dzięki ruchom wibracyjnym siatek oddzielają zwierciny. Czynniki które determinują efektywność sit, to: wymiar oczek (mesh) oraz kształt sit. Wielkość oczek podaje się w mesh, a ich wielkość określa wielkość cząstek zwiercin, które mogą być oddzielone na sitach.

Degazatory stosowane są w razie potrzebne, jeśli zachodzi potrzeba oddzielenia fazy gazowej od fazy ciekłej.

Hydrocyklony klasyfikowane jako odpiaszczacze (desander) lub odmulacze (desilter) są urządzeniami, w których energia hydrauliczna zamieniana jest na siły odśrodkowe. Hydrocyklon jest to naczynie, które w górnej części ma kształt walca, a w dolnej stożka. Płuczka która dostaje się do hydrocyklonu w górnej części, nabiera w urządzeniu ruchu wirowego i poruszając się po ściankach porusza się w dół do otworu wypływowego. Mają średnicę od 2 do 12 cali, wielkość zależy od warunków geologiczno-technicznych wiercenia.

Mud cleaner jest właściwie zestawem składającym się z hydrocyklonu odmulającego i bardzo drobnego sita wibracyjnego. Zestaw zawiera zwykle 12 sztuk hydrocyklonów 4”. Używany jest do oddzielania zwiercin w płuczkach obciążonych i nie jest zalecany do płuczek nieobciążonych.

Wirówki stosowane w przypadku płuczek obciążonych służą do odzyskania barytu, podczas gdy częściowo wydalana jest faza płynna. Wyróżniamy wirówki dekantujące i obrotowe separatory płuczkowe. Wirówka dekantująca składa się z przenośnika śrubowego obracającego się wewnątrz stożkowej komory, która wykonuje ruch obrotowy w przeciwnym kierunku, z prędkością obrotową większą o 20-40 obr/min. Jeśli chodzi o wysokoobrotowy separator płuczkowy to stosowany jest on w przypadkach gdy przepisy nie pozwalają na zamontowanie urządzenia dekantującego. Ma większą wydajność od wirówki, jednakże nie posiada „ostrej” rozdzielczości średnicy ziarn, dlatego może w niej być oczyszczana płuczka o większej zawartości fazy stałej. Duże siły odśrodkowe powodują odrzucenie cząstek na ściany cylindra zewnętrznego.

26. Pomiar parametrów technologicznych świeżych zaczynów uszczelniających.

Pomiary dla świeżego zaczynu uszczelniającego przeprowadzane są poprzez badanie:

·gęstości (masy), oznacza się wagą ramienną typu Baroid. Zaleca się stosowanie wagi z podziałką od 1,00 do 2,10 . 10³ kg/m3 z możliwością wykonywania pomiarów również w zakresie 2,00 do 3,10 . 10³ kg/m3. Wagę należy kontrolować raz w miesiącu wodą destylowaną o temperaturze 20^oC.

·rozlewności, Badanie rozlewności zaczynu cementowego stożkiem ściętym AzNII (objętość 120 cm³, masa ok.. 300 g) polega na pomiarze rozlewu zaczynu na arkuszu o koncentrycznie naniesionych okręgach o średnicach od 100 do 300 mm co 10 mm oraz okręgu o średnicy 64 mm.

·lepkości umownej (względnej),- kubek Forda nr 4– pomiar polega na określeniu czasu (z dokładnością do 0,5 s), który upływa od momentu, gdy badany zaczyn zaczyna wypływać z otworu wypełnionego kubka do momentu, gdy wypływający strumień zaczynu przestaje być ciągły przy wypływowym otworze. Dolny wypływ kubka Forda powinien znajdować się w odległości nie większej niż 100 mm od naczynia pomiarowego. Objętość kubka wynosi 150 cm³ (± 1cm³)

Pomiar powinien być powtarzany co najmniej dwa razy.

-lejek polowy typu Marsha - oznaczanie lepkości polega na pomiarze czasu wypływu zaczynu z lejka. Lejek polowy powinien być tak wykonany, aby czas wypływu 1000 cm3 wody destylowanej o temperaturze 20 ± 3^oC wynosił 27 ± 0,5 s. Miarą lepkości umownej zaczynu jest czas [s] wypływu 1000 cm³ zaczynu.

·sedymentacji (odstoju),Pomiar polega na określeniu stabilności sedymentacyjnej zaczynu cementowego w początkowym okresie hydratacji, gdy następuje maksymalny odstój wody. Dokonuje się pomiaru objętości roztworu wodnego gromadzącego się nad powierzchnią zaczynu.

·filtracji – do tzw. „punktu przebicia”,Filtrację zaczynów przeprowadza się za pomocą prasy filtracyjnej Baroid przy różnicy ciśnień 0,7 MPa przez okres 30 minut. Różnica ciśnień 0,7 MPa powinna być osiągnięta w czasie nie dłuższym niż 5 s. Zaleca się aby filtracja po 30 minutach była mniejsza od 180 cm3.

·wartości pH filtratu,za pomocą metody kolorymetrycznej- Metoda ta oparta jest na wykorzystywaniu właściwości związków organicznych do zmiany barwy w zależności od zawartości jonów wodorowych i wodorotlenowych w zaczynie. W metodzie tej wykorzystuje się papierki wskaźnikowe oraz skalę barw podającej stężenie wykładnika pH odpowiadającego danej barwie.

Wartość pH oznacza się również metodą potencjometryczną przy użyciu pH-metru (przez pomiar siły elektromotorycznej ogniwa pomiarowego w układzie: elektroda pomiarowa, roztwór badany, elektroda odniesienia)

·czasu wiązania.Za pomocą aparatu Vicat’a. Pierwszy pomiar czasu wiązania przeprowadza się po upływie 1 godz. od sporządzenia zaczynu. Następne pomiary prowadzi się w odstępach 10 – 15 minut notując czas, po którym igła zagłębia się w zaczynie 2 - 4 mm (wg EN – 4 mm) od podstawki (początek czasu wiązania), a następnie 1 – 2 mm (wg EN – nie więcej niż 0,5 mm) od powierzchni badanej próbki (koniec wiązania). Czas wiązania jest to różnica pomiędzy końcem a początkiem wiązania zaczynu uszczelniającego.

Za pomocą aparatu Super Vicat. Super Vicat jest to urządzenie, które umożliwia pomiar czasu wiązania w warunkach otworopodobnych. Głównym elementem aparatu jest autoklaw wyposażony w urządzenie do określenia czasu wiązania metodą zanurzenia igły w próbce (maksymalna temp 200^oC, ciśnienie robocze max. 100 MPa.

·właściwości reologicznych (lepkość plastyczna, lepkość pozorna, granica płynięcia, współczynnik konsystencji, parametr wyznaczający miarę odchylenia badanej cieczy od cieczy newtonowskiej, wytrzymałość

strukturalna), Określa się za pomocą lepkościomierzy (wiskozymetrów) o różnej konstrukcji np.: oborotowe, kapilarne,rurowe.

Lepkościomierzami obrotowymi o współosiowych cylindrach mogą być:

- Fann 34A (35 S) o dwu prędkościach obrotowych,

- FannV-G 35 SA o sześciu prędkościach obrotowych,

- Fann Rheometr model 286 o sześciu prędkościach obrotowych oraz płynnej regulacji obrotów,

- Chan 35 API Viscometer o dwunastu prędkościach obrotowych oraz płynnej regulacji obrotów,

·czasu gęstnienia. Jest to czas, po którym zaczyn osiąga określoną (graniczną) wartość konsystencji świadczący o możliwości zatłaczania go do otworu wiertniczego. Pomiar polega na określaniu zmiany konta obrotu mieszadła o określonym kształcie i wymiarach zanurzonego w zaczynie.

Czasem gęstnienia (przetłaczalności) nazywamy czas jaki upływa od momentu zarobienia zaczynu do uzyskania przez niego konsystencji 100 jednostek Beardena (Bc) – czas gęstnienia. Początek gęstnienia – 30 Bc. Wynik wyrażony jest w godzinach i minutach

27.Skład chemiczny i mineralogiczny cementu portlandzkiego i ich wpływ na cechy użytkowe zaczynów.

 Surowce używane do produkcji cementu portlandzkiego (klinkieru) zawierają głównie tlenek wapnia, krzemu, glinu i żelaza

Składniki te reagują ze sobą w piecu, tworząc szereg bardziej skomplikowanych związków.

Obliczenia potencjalnego składu chemicznego i mineralogicznego klinkieru (cementu) portlandzkiego opierają się na tzw. wzorach Bogue’a.

Zakłada się, że klinkier zawiera jedynie fazy krystaliczne o zdefiniowanym składzie chemicznym.

Przybliżone, graniczne zawartości tlenków w cemencie portlandzkim

Poza głównymi składnikami w cemencie znajdują się także składniki drugorzędne, takie jak MgO, TiO₂, Mn₂O_3, K₂O, i Na₂O, które stanowią nie więcej niż kilka procent masy cementu.

Zawartość części nierozpuszczalnych określana za pomocą działania kwasem solnym, a następnie NaOH na cement, jest miarą zanieczyszczenia cementu spowodowanego w głównej mierze zanieczyszczeniami obecnymi w gipsie (norma ENV 197-1 – max 5 % zawartości składników drugorzędnych).

W skład części nierozpuszczalnych wchodzi głównie „Krzemionka kwarcowa”, a więc ta część SiO₂, która pozostała w stanie „wolnym” w klinkierze.

Podstawowe składniki i mineralogiczne klinkieru portlandzkiego

Krzemian trójwapniowy (C₃S) – decyduje o wytrzymałości mechanicznej stwardniałego zaczynu w pierwszym okresie (do 90 dni). Podczas wiązania wydziela znaczne ilości ciepła (120 cal/g).

Krzemian dwuwapniowy (C₂S) – posiada również znaczenie w zjawiskach wzrostu wytrzymałości. Objawia się to jednak po 14 – 28 dniach po związaniu.

Glinian trójwapniowy (C₃A) -tworzy regularne kryształy o symetrii regularnej.

Może zestalać się również w postaci szkłopodobnej fazy wypełniającej i łączącej ziarna C₂S i C₃S.

Żelazoglinian czterowapniowy (C₄AF) – stanowi ważny składnik niektórych cementów hydrotechnicznych, nadaje im intensywny wzrost wytrzymałości w czasie przy równoczesnym wydatnym zmniejszeniu ich kaloryczności.

28. Klasyfikacja cementów stosowanych w technologiach wiertniczych

Według (GOST 1581 – 63 – Portlandcement tamponażyj) cementy tamponażowe dzieliły się na:
• do warunków zimnych (40oC),
• do warunków gorących (75oC),
• do warunków bardzo gorących (120oC),
• do warunków nadzwyczaj gorących (powyżej 120oC)

Ze względu na skład mineralogiczny cementy tamponażowe dzieliły się na:
• osnowie cementów portlandzkich,
• osnowie żużli wielkopiecowych,
• osnowie belitu.
W głębokich otworach oraz w przypadku złożonych warunków hydrogeologicznych stosowane były również specjalne tamponażowe cementy.

W Polsce wg normy PN-85/G-02320. „Wiertnictwo. Cementy i zaczyny cementowe do cementowania w otworach wiertniczych” przewidywano stosowanie trzech odmian cementów przeznaczonych do:
A – cementowania eksploatacyjnych kolumn rur okładzinowych,
B – cementowania pośrednich (technicznych) kolumn rur okładzinowych,
C – cementowania doszczelniającego (do docementowywania)

Klasyfikacja cementów wiertniczych wg API
Wg normy API cementy wiertnicze dzielą się na:
• osiem klas (od A do H),
• trzy gatunki (O, MSR, HSR):
- O – zwykły (Ordinary),
- MSR – średnio odporny na siarczany (Medium Sulphate Resistant),
- HSR – o dużej odporności na siarczany (High Sulphate Resistant)

Cementy klasy A, B, C – do otworów płytkich (do 1830 r), gdzie nie są wymagane specjalne właściwości.
Cementy klasy A – gatunek: O (odpowiada typowi I wg ASTM C 150-94, Standard Specifications for portland Cement, available form American Society for Testing and Materials).
Cement klasy B – gatunek: MSR, HSR (odpowiada typowi II wg ASTM C 150-94).
Cement klasy C – szybko twardniejący o gatunku: O, MSR, HSR (Opowiada typowi III wg ASTM C 150-94).
Cementy klasy A i B są badane przy 46% wody zarobowej, cement klasy C – przy 56% wody.
Cementy klasy D, E, F – cementy odporne na siarczany o opóźnionym wiązaniu, zawierający odpowiedni opóźniacz zmielony lub zmieszany z klinkierem portlandzkim odpornym na siarczany i gipsem.
Klasa D – głębokośc stosowania 1830 – 3050 m (77 – 100oC),
Klasa E – głębokość 3050 – 4270 m (110 – 145oC)
Klasa F – głębokość 3050 – 4880 m (145 – 160oC)
Cementy klasy D, E, F badane są przy udziale 38% wody zarobowej.

Dla warunków hydrotermalnych (dla klasy F – zawsze, E – opcjonalnie) w celu wyeliminowania pogorszenia parametrów wytrzymałościowych stwardniałego zaczynu dodaje się do cementu (35 – 45% do masy cementu) zmielone:
• piasek krzemionkowy,
• piasek kwarcytowy,
• mączka kwarcytowa.

Cementy klasy G i H są podstawowymi cementami, które:
• po sporządzeniu przeznaczone są do cementowania otworów w zakresie głębokości 0 –2440 m,
• po wprowadzeniu dodatków przyśpieszających lub opóźniających mogą być stosowane w szerokim zakresie głębokości otworów.
Wymagania chemiczne dla cementów klasy G i H są takie same i są cementami odpornymi na działanie siarczanów oraz posiadają małą zawartość wodnego wapna:
• cement klasy G – badany przy 44% udziale wody,
• cementy klasy H – badany przy 38% udziale wody oraz jest grubiej mielony .

29. Przedstawić algorytm cementowania kolumn rur okładzinowych

Algorytm cementowania kolumn rur okładzinowych (cementowanie jednostopniowe)

1.Obl. objętości zaczynu uszczelniającego

2.Obl. masy suchego cementu potrzebna do sporządzenia 1m³ zaczynu

3.Obliczenie gęstości zaczynu

4.Obl. masy suchego cem. potrzebnego do sporządzenia obliczonej obj. zaczynu

5.Obl.masy wody zarobowej do sporządzenia zaczynu o obliczonej objętości,

6.Obliczenie objętości buforującej

7.Obl. przybitki potrzebnej do wytłoczenia zaczynu,

8.Obl. maksymalnego końcowego ciśnienia w głowicy cementacyjnej Wynikające z różnicy ciśnień hydrostatycznych Potrzebne na pokonanie oporów przepływu.

9.Obl. wymaganego str. objętości tłoczenia pomp agregatu uszcz.

10.Określ. wyboru agregatu cement.

11.Obliczenie liczby agregatów

12.Obl. czasu wytłaczania zaczynu

13.Obl. sumarycznego czasu uszczelniania kolumny rur okładzinowych

14.Wybór receptury zaczynu

15.Obl. dop. uszczelnienia kolumny rur okł.

30. Metody cementowania kolumn rur okładzinowych

-cementowanie jednostopniowe

-cementowanie dwustopniowe – klocki cementacyjne, -mufy, -dwa rodzaje cementów

-cementowanie wielostopniowe

-cementowanie z dwoma klockami

-cementowanie bez użycia klocków

-cementowanie wciskowe

-cementowanie z manszetem (manszetowe)

-cementowanie przez przewód –dla dużych średnic wymagających dużych ilości cementu

-cementowanie rur traconych

-cementowanie korków cementowanych

-specjalne metody cementowania- np. określonych interwałów

-cementowanie odwrotne

-cementowanie na zakładkę – cementowanie w poziomych, kierunkowych otworów

- cementowanie horyzontalne

METODA CEMENTOWANIA BEZ UŻYCIA KLOCKÓW

W wiertnictwie naftowym stosuje się często metodę cementowania bez użycia klocków. Metodę tę można stosować do cementowania rur okładzinowych w płytkich odwiertach. Wymaga ona dokładnego obliczenia ilości płuczki potrzebnej do wytłaczania zaczynu cementowego poza kolumnę rur okładzinowych oraz dokładnego jej pomiaru w czasie wtłaczania do kolumny rur okładzinowych, ponieważ pomyłka może spowodować wtłoczenie za dużej ilości płuczki do kolumny rur okładzinowych , a spód tej kolumny może wtedy zostać nienależycie zacementowany. W kolumnie rur okładzinowych może pozostać za duży korek cementowy lub że się będzie wytłaczał w ten sposób, że płuczka(przebitka) dostanie się do przestrzeni pierścieniowej.

Przy cementowaniu bez użycia klocków istnieje niebezpieczeństwo zmniejszenia się zaczynu cementowego z płuczką wiertniczą. W celu uniknięcia choć w części tego niebezpieczeństwa, stosuje się niekiedy cementowanie przy użyciu klocka górnego oraz można stosować ciecz buforową.

Metoda dwustopniowa:

część zaczynu cementowego wytłacza się poza kolumnę rur okładzinowych przez but rur ,a resztę otworami umieszczonymi w mufie cementacyjnej. Urządzenie do cementowania dwustopniowego składa się z mufy cementacyjnej z otworami, umieszczonej w kolumnie rur okładzinowych na pewnej określonej wysokości ponad dnem odwiertu, oraz z przesuwnych tulei znajdujących się wewnątrz mufy. Zadaniem tych tulei jest zakrycie otworów w mufie w pierwszym okresie cementowania, natomiast odsłonięcie ich w drugim okresie oraz zakrycie ich po zakończonym cementowaniu. Tuleje przesuwne ustala się w początkowym położeniu miedzianymi kołkami. Poza tym są trzy klocki , z których jeden –dolny- ma mniejszą średnicę, a dwa górne mają średnicę większą. Klocek dolny z powodu mniejszej średnicy może przechodzić swobodnie przez zwężenie znajdujące się w dolnej tulei przesuwnej.

Proces cementowania dwustopniowego odbywa się w ten sposób , że po zapuszczeniu kolumny rur okładzinowych z umieszczoną na pewnej wysokości mufą cementacyjną oraz po przepłukaniu odwiertu wtłacza się część zaczynu cementowego, a następnie wpuszcza się do rur dolny klocek. Objętość zaczynu cementowego znajdująca się pod klockiem wytłacza się płuczką wiertniczą, przez but rur do przestrzeni pierścieniowej poza kolumnę rur okładzinowych w takiej ilości , aby zapewnić przesunięcie w dół dolnej tulei przesuwnej wewnątrz mufy cementacyjnej za pomocą pierwszego górnego klocka i odsłonięcie otworów w mufie w tym momencie, gdy dolny klocek dojdzie do spodu kolumny rur okładzinowych i oprze się nad zaworem zwrotny

CEMENTOWANIE MANSZETOWE

Cementowanie manszetowe stosuję się najczęściej w złożach roponośnych o niskim ciśnieniu. Przy tym sposobie cementowania przewierca się pokład roponośny do spągu, a następnie zapuszcza się kolumnę rur okładzinowych , której dolna część naprzeciwko pokładu roponośnego jest perforowana i stanowi filtr dla przypływu ropy lub gazu do odwiertu. W części przejściowej od partii rur perforowanych do rur pełnych , na wysokości stropu pokładu roponośnego umieszcza się wewnątrz rur okładzinowych pierścień z zaworem zamykającym się od góry. Na wysokości około 300 mm ponad zaworem perforuje się trzy rzędy otworów o średnicy 30 mm dla przepływu zaczynu cementowego poza rurami okładzinowymi . Aby zapobiec opadnięciu zaczynu cementowego poza rurami okładzinowymi , przymocowuję się na zewnętrznej powierzchni rury okładzinowej manszet z segmentów metalowych.

31. Wymienić i scharakteryzować fazy wykonywania przewiertu w technologii HDD.

Najczęściej wykorzystuje się horyzontalne przewierty sterowane. Proces wykonywania składa się z etapów:

-WIERCENIE OTWORU PILOTOWEGO

-ROZWIERCANIE POWROTNE(JEDNO LUB WIELOKROTNE)

-INSTALACJA RUROCIĄGU

najistotniejszą fazą wykonywania otworu. Otwór pilotowy wykonuje się wg założonego projektu przebiegu trajektorii. Jako narzędzie urabiające w gruntach i skałach słabo zwięzłych stosuje się asymetryczny świder hydromonitorowy lub świder gryzowy. Sterowanie trajektorią osi wierconego otworu polega na ciągłym lub okresowym pomiarze i weryfikacji położenia sondy znajdującej się w antymagnetycznym łączniku, umieszczonym bezpośrednio za narzędziem wiercącym. Korektę kierunku wiercenia uzyskuje się poprzez obrót żerdzi wiertniczych o kąt odpowiadający oczekiwanej zmianie.

W celu uzyskania przewidywanej końcowej średnicy otwór wiertniczy jest poszerzany jedno lub wielokrotnie. Po wykonaniu otworu pilotowego w miejsce narzędzia wiercącego do znajdujących się w otworze wierniczym żerdzi płuczkowych montuje się poszerzacz skrawający lub gryzowy. Wciągając następnie poszerzacz do otworu pilotowego powiększa średnicę istniejącego otworu wiertniczego.

Ostatnim etapem wykonania sterowanego przewiertu horyzontalnego jest wciągnięcie rury osłonowej. W tym celu do znajdującego się w otworze przewodu wiertniczego dokręca się poszerzacz, łącznik obrotowy oraz głowicę wciągającą z wciąganą rurą. Zadaniem łącznika obrotowego(krętlika) jest zapobieganie przenoszenia obrotów i momentu obrotowego z żerdzi płuczkowych na wciąganą rurę osłonową.

32. Podstawowe zalecenia DCA stosowane przy projektowaniu przewiertu w technologii HDD

Aby klient miał możliwość oceny projektu konieczna jest jego odpowiednia dokumentacja (szczególnie dokumentacja topografii i geologii lokalizacji projektu). Projekt powinien składać się z dokumentacji:

1. Topografia – dokument służący do wyznaczenia wymiarów i oceny warunków w poziomie terenu wzdłuż planowanej trasy. Powinien zawierać plan sytuacyjny (ukształtowanie terenu, miejsce magazynowania rur, obszar zestawu rurociągu), rzut z góry ( powinien zawierać długość odwiertu, odległość do pobliskich budynków, szerokość konstrukcji przewiercanej pod ziemia), profil podłużny z poziomami stratygraficznymi (odniesienie informacji profilu wiercenia do poziomu terenu wzdłuż planowanej trasy), głębokości strumieni i rzek (sondowanie gruntu do oznaczenia poziomu warstwy pod dnem przeszkody, analiza wahań poziomu wody w ciągu roku)

2.Geologia lokalizacji projektu – wykonanie badań, sondowań i monitoringu terenu w celu dobrania odpowiedniej techniki wykonania HPS. Badania gruntu powinny obejmować: klasyfikacje ocenę istniejącej dokumentacji (badanie map, profili, rejestrów otworów badawczych), badania historyczne ( kontrola starych map, zdjęć lotniczych, inspekcja terenu, wywiad inżynierski), otwory badawcze ( wykonuje się w celu określenia właściwości i warstw gruntu, pobiera się rdzeń z otworów wykonanych co 50-100m tuż przy planowanej trajektorii osi wiercenia, głębokość 2-5 metrów poniżej najgłębszego poziomu planowanego przewiertu), próby penetracyjne ( próba stożkowa, standardowa próba penetracyjna), badania geofizyczne ( można stosować profilowanie elektromagnetyczne (georadar), geoelektryczne, sejsmiczne), testy laboratoryjne( badanie próbek z badań terenowych, dla gruntów sypkich i niespoistych określa się: wielkość ziaren, kształt ziaren, wskaźnik porowatości, gęstość względną, stopień zagęszczenia przepuszczalność, dla gruntów spoistych kształt strukturalny i granicę płynności i plastyczności, dla skał litych strukturę skał, stan zwietrzenia skał, wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na ściskanie ), raport geotechniczny ( zebranie wyniki z badań terenowych)

Dodatkowe zalecenia – mogą być wymagane do oceny wykonalności dodatkowe dane na obecność:

- formacji wodonośnych o statycznym lub napiętym zwierciadle wody, ( wyznaczenie gradientu ciśnienia hydrostatycznego)

- istniejących kabli energetycznych, rurociągów, przewodów itd. ( uwzględnia się jeśli biegnie równolegle w odległości mniejszej niż 20 metrów od trajektorii HPS)

- warstw podziemnych, kawern (zachowanie bezpiecznej odległości do pai, ścian poprowych, ścian szczelnych)

- klimat i dane hydrologiczne ( rozmieszczenie opadów, ilość deszczu, temperatura powietrza, amplituda pływu, wartość pH wody, stopień zasolenia)

Źródło: http://speedy.sh/EtMA4/pytania-19-32.rar

33. Metody obliczania wymaganej ilości płuczki niezbędnej do wykonania przewiertu w technologii HDD dla systemu z recyklingiem i bez recyklingu

Całkowita objętość płuczki bez recyklingu

V_c= objętość płuczki dla otworu pilotowego + objętości płuczki dla kolejnych poszerzeń+ objętość płuczki dla instalacji rurociągu

$$V_{pl\text{.pil}} = 4 \bullet \frac{\pi}{2} \bullet d_{0}^{2}$$

d_o - średnica otworu pilotowego

V_pl = π(d_x²−d_x − 1²)

d_x, d_x-1 – średnice kolejnych poszerzeń

$$V_{\text{inst}} = \frac{\pi}{2} \bullet \left( {D_{n}}^{2} - {D_{z}}^{2} \right)$$

D_n - średnica końcowa otworu instalacyjnego

D_z – średnica zewnętrzna rury

Całkowita objętość płuczki przy wykonywaniu recyklingu

$$V_{pl\text{.rec.}} = \frac{\pi}{4} \bullet {D_{n}}^{2} \bullet L \bullet f_{k}$$

D_n - średnica końcowa otworu instalacyjnego

L – długość wierconego otworu

 f_k = (1.05÷2.2) − wspolczynnik strat pluczki

Masa płuczki:

Założona gęstość płuczki $\rho_{pl.} = 1015\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$

Masa płuczki bez recyklingu

m_pl. = ρ_pl. • V_c.pl.

Masa płuczki z recyklingiem

m_{pl. z rec.} = ρ_pl. • V_pl.rec.

34. Na czym polega kod IADC klasyfikacji świdrów gryzowych.

Określa on związek cech konstrukcji z właściwościami skał.

Indeks Pierwszy – cyfra.

Cyfry 1-3 charakteryzują świdry gryzowe ze stalowymi frezowanymi zębami i odpowiadają wzrostowi twardości skał

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

1. Skały miękkie o dużej wytrzymałości na ściskanie i z wysoką zwieralnością.

2. Skały średnio twarde o dużej wytrzymałości na ściskanie

3. Skały twarde półścierne lub ścierne

4. Skały o wysokiej zwieralności, miękkie o niskiej wytrzymałości na ściskanie

5. Skały miękkie lub średnio twarde o niskiej wytrzymałości na ściskanie

6. Skały średnio twarde z wysoką wytrzymałością na ściskanie

7. Skały twarde, średnie lub pół-średnie ( abrazyjnych lub półabrazywnych)

8. Skały niezwykle twarde i łatwo ścierne

Indeks Drugi – cyfra.

Cyfry 1-4 określają klasyfikację typu świdra w zależności od twardości skał, w każdej z ośmiu klas typów świdra oznaczonych cyfrą pierwszą.

Indeks Trzeci – cyfra.

Cyfry 1-7 oznaczają typ łożysk gryzów oraz wskazują na obecność lub brak utwardzenia zewnętrznej części gryzów kształtkami z twardego spieku.

1. Łożysko odkryte, nieuszczelnione, brak utwardzenia zewnętrznej części gryzów,

2. Łożysko odkryte, nieuszczelnione w świdrach gryzowych do wiercenia z płuczką powietrzną.

3. Łożysko odkryte, nieuszczelnione, utwardzenie zewnętrznej części gryzów kształtkami z twardych spieków,

4. Łożysko uszczelnione, brak utwierdzenia zewnętrznej części gryzów,

5. Łożysko uszczelnione, utwardzenie zewnętrznej części gryzów kształtkami z twardych spieków

6. Łożysko ślizgowe uszczelnione, brak utwardzenia.

7. Łożysko ślizgowe, utwardzone kształtkami z twardych spieków

8. Cyfry 8 i 9 przeznaczone jako rezerwa do kodowania w przyszłości.

Indeks Czwarty – litera.

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.

Dla diamentowych kod oparty na 4 indeksach: I- litera-określa typ elementów skrawających oraz materiał kadłuba lub matrycy świdra diamentowego; II -cyfra od 1 do 9 - typ profilu kadłuba

III -cyfra od 1 do 9 - rodzaj hydrauliki świdra; IV - cyfra od 0 do 9 - wielkość ostrzy i ich twardość.