KLASYFIKACJA WIERCEŃ

Ze względu na sposób urabiania:

• Udarowe

• Obrotowe

• Udarowo-obrotowe

• Wibracyjne

• Niekonwencjonalne

Ze względu na napęd:

• Ręczne

• Maszynowe(urabianie obrotowe ręczne nazywa się wierceniami okrętnymi)

Ze względu na umiejscowienie napędu:

• Wiercenie z napędem na powierzchni ziemi(stołowe i z głowicą napędową)

• Wiercenie z napędem pod powierzchnią ziemi(turbowiert, elektrowiert)

Ze względu na sposób wiercenia skał:

• Pełnoobrotowe

• Rdzeniowe

Ze względu na sposób usuwania zwiercin:

• Suche

• Płuczkowe

Ze względu na głębokość wiercenia:

• Płytkie-do kilkuset metrów

• Lekkie-1000-1500 m

• Średnie-1200-3000 m

• Ciężkie-3000-5000 m

• Bardzo ciężkie- powyżej 5000 m

Ze względu na miejsce wiercenia

• Lądowe

• Z jednostek pływających

• Platform wiertniczych

Ze względu na kierunek wiercenia:

• Normalne(pionowe)

• Kierunkowe(łączenie z poziomami)

• Kierowane

• Kierowane z poziomym odcinkiem otworu

Ze względu na liczbę otworów

* jednodenne

* wielodenne( wiązki otworów)

ZAKRES STOSOWANIA PRAC WIERTNICZYCH:

-otwory geologiczno-badawcze (poznanie budowy geologicznej)

-otwory geologiczno-złożowe: poszukiwawcze, rozpoznawcze, eksploatacyjne,

-otwory hydrogeologiczne: studnie wiercone, piezometry, odwodnieniowe

-otwory dla górnictwa skalnego i podziemnego: strzałowe, rozpoznawcze, degazujące złoże

-otwory dla potrzeb magazynowania i składowania: podziemne magazyny gazu i paliw

-otwory o różnym przeznaczeniu inżynierskim: wielkośrednicowe(tunele, szyby) mrożeniowe, przewierty i przeciski

WIERCENIA UDAROWE:

Zwiercanie twardych i b. Twardych skał poprzez miażdżenie, kruszenie świdrami udarowymi(ślizgowe, mimośrodowe). Przy wierceniu suchym usuwanie zwiecin łyżką zawieszoną na linie, przy wierceniu płuczkowym, zwierciny są usuwane i wynoszone na powierzchnię przez wtłoczoną do otworu płuczkę wiertniczą. Stosuje się świdry płaskie, szczękowe, krzyżowe, piramidalne, zetowe. Zastosowanie: poszukiwanie wody zdatnej do picia, poszukiwanie i eksploatacja wód mineralnych, poszukiwanie wódki podziemnej

WIERCENIA OKRĘTNE:

Zwiercanie miękkich skał poprzez skrawanie, ścieranie, świdrami spiralnymi, rurowymi, skrzynkowymi, ślimakowymi..

Zastosowanie: za wodą, badanie skał pod budowę. Usuwanie zwiercin: łyżką, świdrem lub rdzeniówką.

URZĄDZENIE WIERTNICZE TYPU ROTARY:

Świder otrzymuje obroty od silników za pośrednictwem skrzyni przekładniowej na wyciąg wiertniczy i stół wiertniczy oraz przewód wiertniczy. Przewód wiertniczy składa sie z: graniatki, rur płuczkowych i obiążników przykręconych do dolnej częśći kolumny rur płuczkowych, przy czym do dolnego obciąznika przykręcony jest świder. Przewód wiertniczy jest zawieszony razem z głowicą na haku wiertniczym, który wisi na wielokrązku ruchomym w wieży wiertniczej. Wiertnica typu rotatory składa sie z następujących częśći: z wieży wiertniczej z wielokrążkiem stałym i ruchomym, silników napędowych do napędu pomp płuczkowych i wyciągu wiertniczego, stołu wiertniczgo, wielokrążka ruchomego, haka wiertniczego, głowicy płuczkowej oraz systemu oczyszczania płuczki na powierzchniziemi. Obok wieży przy zbiornikach zapasowych na płuczkę jest zainstalowany mieszalnik na płuczkę napędzany osobnym silnikiem. Przed wieżą znajdują sie podpory składowe, tor jezdny i dźwig wyładowczy. Z boku wieży znajduje sie doł zwiercinowy odpowiednio zabezpieczony.

ŚWIDRY STOSOWANE DO WIERCEŃ OBROTOWYCH:

świdry gryzowe, świdry typu rybi ogon, świdry diamentowe, świdry PDC, koronki rdzeniowe, koronki diamentowe

PRZEWÓD WIERTNICZY

Przewód wiertniczy składa sie z następujących elementów:

• Graniatka-grubościenna żerdź stalowa o przekroju sześciennym lub kwadratowym, środkiem biegnie otwór przez który przepływa płuczka wiertnicza

• Rury płuczkowe-stanowią zasadniczą część przewodu wiertniczego, w przekroju okrągłe, środkiem biegnie kanał płuczkowy

• Obciążniki-to specjalne rury płuczkowe grubościenne, a przez to znacznie cięższe niż rury płuczkowe. Stosowane jako obciążniki o przekroju kwadratowym, okrągłym i spiralnym

• Stabilizatory-maja stabilizować osiowo przewód w otworze, mogą być częścią obciążenia lub osobnym elementem obciążającym przewód wiertniczy

• zworniki- służących do łączenia ze sobą rur płuczkowych

• łączniki- służących do łączenia elementów przewodu o różnych rodzajach gwintów

• świdry- Wyróżniamy trzy rodzaje świdrów ze względu na sposób urabiania skał:

• skrawające

• kruszące (gryzery)

• ścierające (diamentowe)

RUROWANIE OTWORÓW

Rury okładzinowe- rury stalowe spuszczane do otworu wiertniczego mają na celu:

• Zapewnienie trwałości ścian otworu wiertniczego

• Zabezpieczenie ścian otworu przed obciążeniami płuczki wiertniczej

• Izolacja stref wodonośnych i innych

• Zapewnienie warunków niezbędnych dla eksploatacji otworowej

Konstrukcja otworów:

W projekcie technicznym określa sie liczbę kolumn okładzinowych, głębokość ich zapuszczenia, średnicę, grubość ścianek i dodatkowe parametry zależne od warunków panujących w otworze. Określa sie typy i średnicę świdrów, którymi wierci sie otwory pod kolejne kolumny rur. Określa sie sposób cementowania rur okładzinowych, w celu ich związania z górotworem w zależności od warunków napotkanych. W czasie wiercenia projekt możę ulec modyfikacji z zachowaniem wszelkich wymogów formalnych

Konstrukcja otworów może być:

• Jednokolumnowa-wstepna, prowadnikowa, eksploatacyjna

• Dwukolumnowa- wstepna, prowadnikowa, techniczna, eksploatacujna

• Trzykolumnowa-wstepna, prowadnikowa, dwie techniczne, eksploatacuyjna

KOLUMNY RUR OKŁADZIOWYCH:

Przy doborze liczby kolumn, głębokości ich zapuszczania i średnicy bierze się pod uwagę:

• Średnice ostatniej kolumny technicznej lub eksploatacyjnej (zależnie od warunków eksploatacji złoża)

• Zjawiska w otworze

Ze względu na wysokie koszty rurowania otworu (cena rur, czas rurowania) projektanci dążą do zmniejszania liczby kolumn i ich średnicy.

Wyróżnia się następujące kolumny rur okładzinowych:

KOLUMNA WSTĘPNA- Nadaje kierunek pracy świdra, umacnia wylot z otwory przed rozmywaniem bądź zasypaniem. Doprowadza się ją do skał spoistych lub zwięzłych. Zwykle są to rury o średnicy 16” (406,4 mm) lub 20” (508 mm). Zapuszcza się je do głębokości kilku do kilkudziesięciu metrów.

KOLUMNA PROWADNIKOWA (KONDUKTOR)- Izoluje wody najpłytszych poziomów wodonośnych. Decyduje o prawidłowości dalszego wiercenia otworu, stawia się ją na głębokości od kilkuset do maksymalnie 1200 m. Jest kolumną nośną dla następnych kolumn rur, z którymi jest łączona przy pomocy więźby rur.

KOLUMNY TECHNICZNE (POŚREDNICZĄCE)- Stosowane są ze względów technicznych dla izolacji warstw stwarzających problemy (duży przypływ wód, warstwy soli, katastrofalne ucieczki płuczki wiertniczej). Ich liczba zależy od ilości takich zjawisk.

KOLUMNA RURE KSPLOATACYJNYCH- Zapuszczana po udostępnieniu warstwy złożowej w celu eksploatacji (gazu ziemnego, ropy naftowej, solanki, siarki)

KOLUMNA TRACONA (am. Liner)-Umieszczona poniżej buta ostatniej kolumny technicznej w celu opróbowania złoża lub jego eksploatacji. Kolumny eksploatacyjne i tracone mają zwykle średnice : 6 5/8”, 5 ½”,5”, 4 ½”

KOLUMNA DODATKOWA

Cementowana kolumna rur okładzinowych, stosowana z kolumną traconą. Jest między górną kolumną traconą, a wylotem otworu.

CEMENTACJA RUR:

Metoda stabilizacji rur okładzinowych i uszczelnianiu otworu wiertniczego, sposób na izolowanie poziomów wodonośnych, gazonośnych i roponośnych, wzmacnianie słabych ścian otworów, likwidacja zaniku płuczki, wykonywanie korków przy opróbowaniu poziomów złożowych, likwidację otworów.

Metody cementowania:

• Metoda bez użycia klocków- krótkie kolumny rur najczęściej o dużych średnicach

• Cementowanie jednostopniowe:

-z jednym klockiem(tylko klocek górny)

-z dwoma klockami(dolny i górny klocek)

• Cementowanie wielostopniowe

• Cementowanie pod ciśnieniem

Metoda dwóch korków:

Korki cementowe w nieorurowanym otworze wykonuje się w celu umożliwienia wtłoczenia materiałów tamponujących w strefę ucieczki płuczek np. w przypadku likwidacji otworu. Korki cementowe wewnątrz kolumny rur okładzinowych wykonuje się w celu likwidacji otworów perforacyjnych przy opróbowaniu skał zbiornikowych lub wykonania perforacji okładziny otworu o nowym interwale.

Zabieg cementowania można wykonywać przez kolumnę rur okładzinowych przez rury płuczkowe lub przez rury wydobywcze.

• jednostopniowe rur okładzinowych- przez zatłaczanie zaczynu

• dwustopniowe- jako nieprzerwany zabieg lub porcjowania zatłaczania różnych rodzajów cieczy

PŁUCZKA WIERTNICZA

Płyn lub gaz wykorzystywany w otworze wiertniczym do usuwania zwiercin oraz innych ważnych dla wykonywania otworu zadań. Pierwotnie stosowano zwykłą wodę lub sprężone powietrze. Możliwości takich płuczek są ograniczone, chociaż są one stosowane.

Zadania płuczek wiertniczych:

• Wynoszenie zwiercin

• Utrzymywanie zwiercin w stanie zawieszenia, gdy obieg płuczki zostanie wstrzymany( zjawisko tiksotropii)

• Przeciwciśnienie hydrostatyczne

• Iłowanie ścian otworu

• Zmniejszenie tarcia przewodu wiertniczego o ściany otworu

• Chłodzenie świdra

Rodzaje płuczek:

• Ze względu na stan skupienia: gazowa, olejowa, ciekła(woda z dodatkami)

• Ze względu na rodzaj fazy aktywnej czyli koloidalnej: beziłowe, bentonitowe, iłowe, asfaltowe

• Stosuje sie roztwory koloidalne, doskonałe lub zawiesiny; ingibitowana(wapniowa, chlorkowo-wapniowa, gipsowa, potasowa, zasolona, emulsyjna)

Płuczka wodna jest zazwyczaj stosowana do przewiercania skał twardych i zwięzłych tj. Tam gdzie nie ma niebezpieczeństwa rozmiękczania i obsypywania sie ścian wierconego otworu.

Prawy obieg płuczki: Zwierciny powstałe ze zwiercania pierścienia skały przez koronkę wynosi płuczka wiertnicza na powierzchnię ziemi. Płuczka jest zasysana przez pompę ze zbiornika płuczkowego ssącego przez wąż gumowy, następnie jest tłoczona wężem gumowym przez głowicę płuczkową, rurę płuczkową, wrzeciono, łącznik redukcyjny, rurę rdzeniową i koronkę na spód otworu wiertniczego. Ze spodu otworu płuczka wynosi zwierciny na powierzchnię przestrzenią pierścieniową, tzn. między rdzeniówką i przewodem a ścianą otworu lub rurami okładzinowymi i przepływa korytami płuczkowymi do zbiornika zwiercin, a stąd do zbiornika ssącego w cyklu zamkniętym

OPRÓBOWANIE OTWORÓW WIERTNICZYCH

W otworach wiertniczych opróbowaniu podlega materiał wydobyty z otworu: rdzeń, zasyp i zwiercina, a przy wierceniu udarowym uzyskiwany materiał okruchowy. Z rdzenia pobiera się próbki punktowe, ciągłe i bruzdowe.

Próbki punktowe stanowią fragmenty rdzenia lub całe jego odcinki o długości od kilku do kilkunastu centymetrów. W zależności od celu opróbowania są to próbki bądź odosobnione, bądź pobierane systematycznie co pewien odcinek, np. co 1 m. Najczęściej tego rodzaju próbki pobiera się do badań mineralogicznych i badań własności fizycznych.

Do badań chemicznych rdzeń opróbowuje się w sposób ciągły. Przecina się go na ćwiartki lub połówki równolegle do osi za pomocą piły mechanicznej. Niekiedy odcina się cześć rdzenia wzdłuż cięciwy. W przypadku braku piły mechanicznej rdzeń połowi się za pomocą klinów po uprzednim umieszczeniu go w trójkątnym korycie drewnianym wyłożonym blachą stalową bądź w specjalnym pojemniku.

Najbardziej reprezentatywne próbki uzyskuje się przy bruzdowym opróbowaniu rdzeni. Polega ono na wycięciu w rdzeniu rowka szerokości kilku milimetrów do głębokości od 0,25 do 0,5 średnicy rdzenia. Rowek wycina się za pomocą piły tarczowej, na którą nasuwa się stopniowo rdzeń umieszczony na specjalnym stole. Woda chłodząca piłę spłukuje sfrezowany materiał do zbiornika umieszczonego niżej. Wykonuje się kilka bruzd równomiernie rozmieszczonych na obwodzie rdzenia. Jeśli rdzeń składa się z kilku kawałków, umieszcza się go w kasecie w postaci wycinka rury, ściska śrubą i wycina bruzdę.

ZASTOSOWANIE WIERCEŃ W GÓRNICTWIE

METODA GÓRNEGO MŁOTKA

Bijak wiertarki uderza w łącznik tworząc falę uderzeniową, która jest transmitowana poprzez przewód wiertniczy do skały.

Zastosowanie:

Szybkie wiercenie przy niskim zużyciu energii.

METODA DOLNEGO MŁOTKA

Młotek i jego mechanizm udarowy pracuje w otworze. Bijak uderza koronkę bezpośrednio, żerdzie łączą mechanizm obrotu z młotkiem, przenoszą sprężone powietrze do mechanizmu uderzającego i przekazują moment obrotowy oraz siłę nacisku.

Zastosowanie:

Wiercenia prostoliniowe i dobrej jakości otwory o średnicach 95-305mm w wyrobiskach, a także wiercenia geotechniczne (na kilkaset metrów w głąb), wiercenia podziemne, kotwienie w skałach, wiercenia w nadkładzie.

WIERCENIE SYSTEM COPROD

Funkcje przenoszenia energii i siły posuwu zostały oddzielone od funkcji przenoszenia momentu obrotowego i przedmuchu. Konstrukcja: rura w rurze.

Zastosowanie:

Otwory o średnicy 105-165mm w miejscach trudnych, gdzie występują problemy z prostoliniowością otworu, w skałach niejednorodnych, popękanych, z przerostami oraz kiedy wymagana jest produktywność.

---