Definicje, opis, zastosowanie
Ścierność skał - Inaczej abrazywność, jest to zdolność skały do ścierania i niszczenia ostrzy świdra lub innego narzędzia wiertniczego. Ścierność danego materiału jest to jego zdolność do zmiany wymiarów i kształtów (w kierunku ubywania objętości i masy) powierzchni trącej ciała z nim współpracującego (ścierność dotyczy więc zużycia narzędzi wiercących). Tak więc, ścierność skały i jej właściwości ścierne to jej zdolność do niszczenia roboczej powierzchni narzędzia wiercącego (urabiającego). Wyróżniane są skały:
wysokościerne czyli takie, przy wierceniu których świdry zużywają się szybko,
małościerne, w których zużycie świdra jest małe.
Na proces ścierania się ostrzy świdra szczególny wpływ ma:
skład chemiczny i struktura skały,
sposób i charakter tarcia narzędzia,
geometria narzędzia,
prędkość elementów trących i technologia ścierania tj. nacisk, prędkość obrotowa, rodzaj
płuczki,
produkty ścierania.
Opracowano klasyfikację skał według wskaźników ścierności (8 klas):
Klasa ścierności I: bardzo mało ścierne, wskaźnik ścierności poniżej 5, wapienie, marmury, apatyt, sól kamienna, łupki ilaste
Klasa ścierności II: mało ścierne, wskaźnik ścierności 5-10, łupki węglowe, rudy siarczanowe
Klasa ścierności III: poniżej średniej ścierności, wskaźnik ścierności 10-18, rudy kwarcowo-siarczanowe, piaskowce, rudy Fe, niektóre wapienie
Klasa ścierności IV: średnio ścierne, wskaźnik ścierności 18-30, piaskowce kwarcytowe, diabazy, kwarc żyłowy, drobnoziarniste skały magmowe
Klasa ścierności V: powyżej średnio ściernych, wskaźnik ścierności 30-45, piaskowce kwarcytowe grubo- i średnioziarniste, drobnoziarniste granity i dioryty, porfiry, gabra i gnejsy
Klasa ścierności VI: podwyższonej ścierności, wskaźnik ścierności 45-65, granity, dioryty, łupki kwarcytowe
Klasa ścierności VII: wysokościerne, wskaźnik ścierności 65-90, granity, dioryty, porfiry
Klasa ścierności VIII: w wysokim stopniu ścierne, wskaźnik powyżej 90, skały zawierające korund
Urządzenie wiertnicze (wiertnia) - zestaw konstrukcji i narzędzi służących do wiercenia. Wiertnia tj. urządzenie do wiercenia turbowiertem znajdujące się na powierzchni składa się z:
wyciągu wiertniczego
haka wiertniczego
wielokrążka
głowicy płuczkowej
stołu wiertniczego
pomp płuczkowych
silników napędowych z reduktorem obrotów
zbiorników
urządzeń oczyszczających płuczkę (hydrocyklony, osadniki, sita, itp.).
Urządzenie wiertnicze (wiertnica) obrotowe normalnośrednicowe (metoda obrotowa
normalnośredncowa typu Rotary) charakteryzowane jest: wielkością udźwigu na hak, parametrami pomp, zainstalowaną mocą, prędkością podnoszenia i obrotów rur płuczkowych, masą urządzenia, ilością przyrządów pomiarowo kontrolnych i stopniem mechanizacji pracochłonnych czynności wiertniczych.
Przewód wiertniczy - część urządzenia wiertniczego prowadząca świder, przekazująca napęd. Przewód wiertniczy składa się z żerdzi, do których od spodu przykręca się świder, a na wystającą ponad ziemię rurę zakręca się klucz pokrętny, którym w procesie wiercenia obracają ludzie. Podczas wiercenia, a zwłaszcza rozpoczęcia otworu wskazane jest zwracanie uwagi na pionowe ustawienie przewodu wiertniczego. W wyniku ruchu obrotowego przewodu wiertniczego i działającego obciążenia świder powinien zagłębiać się w skałę. Po napełnieniu się świdra skałą wyciąga się przewód wiertniczy na powierzchnię i opróżnia świder ze zwiercin. Dla lepszego usunięcia zwiercin z otworu do otworu zapuszcza się łyżkę wiertniczą. Po wyciągnięciu łyżki na powierzchnię ponownie do otworu zapuszcza się przewód wiertniczy, którego długość zwiększa się poprzez przykręcenie nowych odcinków rur w miarę zagłębiania się świdra w otworze. Do skręcania przewodu wiertniczego używa się się kluczy wiertniczych.
W turbinowej metodzie wiercenia otworów (wiercenie turbowiertem) przewód wiertniczy służy do zapuszczenia turbowiertu do otworu i do doprowadzenia płuczki wiertniczej do turbiny hydraulicznej wielostopniowej, wprawianej w ruch ciśnieniem płuczki przetłaczanej z powierzchni ziemi pompami płuczkowymi.
Prewenter - urządzenia przeciwwybuchowe (prewentery) są głównymi podzespołami urządzenia przeciwwybuchowego, które pozwala na przeprowadzenie następujących operacji:
zamknięcie przestrzeni pierścieniowej pomiędzy kolumną rur, na których jest zamontowane urządzenie przeciwwybuchowe i zewnętrzną powierzchnią cylindryczną o danej średnicy rur płuczkowych lub eksploatacyjnych;
zamknięcie od góry przestrzeni międzyrurowej w otworze wiertniczym;
uszczelnienie przewodu wiertniczego wraz ze zwornikami podczas zapuszczania i wyciągania w otworze wiertniczym;
zamknięcie przestrzeni międzyrurowej u wylotu otworu wiertniczego podczas wiercenia;
zamknięcie wylotu otworu w czasie, gdy przewód wiertniczy jest wyciągnięty z otworu wiertniczego;
zapewnienie jednokierunkowego przepływu płuczki wiertniczej przez wewnętrzny otwór rur płuczkowych
możliwość zamknięcia wewnętrznego przelotu rur płuczkowych.
Ze względu na przeznaczenie, prewentery można podzielić następująco:
do wierceń otworów gazonośnych i roponośnych z prawym krążeniem płuczki i pod ciśnieniem;
do prac związanych z eksploatacją ropy naftowej i gazu ziemnego;
do innych czynności i operacji.
Ze względu na miejsce zamontowania:
na kolumnie rur okładzinowych (do zamknięcia przestrzeni międzyrurowej;
na przewodzie wiertniczym (do zamknięcia jego wnętrza).
Ze względu na kierunek przemieszczania szczęk:
poziome;
pionowe
Ze względu na liczbę urządzeń zamykających:
pojedyncze;
podwójne;
potrójne.
Ze względu na kształt szczęk:
ze szczękami płaskimi;
ze szczękami cylindrycznymi;
o przekroju owalnym;
o przekroju okrągłym;
ze szczękami pierścieniowymi;
ze szczękami rurowymi.
Ze względu na możliwości obrotu szczęk wraz z rurami płuczkowymi:
normalne (bez możliwości obrotu);
obrotowe.
Ze względu na sposób uruchamiania szczęk z uruchamianiem:
ręcznym;
mechanicznym;
hydraulicznym;
kombinowanym.
Ze względu na sposób połączenia z pozostałymi częściami urządzenia przeciwwybuchowego, tj. z zastosowaniem:
kołnierzy zewnętrznych;
kołnierzy wpuszczonych (w kadłubie);
czopa gwintowanego;
obejmek;
mufy gwintowanej.
Cemetnowanie otworów - ementowanie otworów (cementacja otworów) wiertniczych jest to metoda stabilizacji rur okładzinowych i uszczelniania otworu wiertniczego.
Cementowanie otworów wiertniczych to sposób na:
izolowanie poziomów wodonośnych, gazonośnych i roponośnych;
wzmacnianie słabych ścian otworów;
likwidację zaników płuczki;
wykonywanie korków przy opróbowaniu poziomów złożowych;
likwidację otworów.
Wymagane właściwości cementów wiertniczych są następujące:
możliwie długi początek wiązania w wysokiej temperaturze i przy wysokim ciśnieniu (2 do 4 godzin);
możliwie krótki czas wiązania;
wytrzymałość 15 – 60 kG/cm2;
wysoka odporność na działanie siarczanów;
jak najmniejsza przepuszczalność;
w trakcie wiązania nie powinny zmniejszać objętości
Ścieralność Skał - jest to zdolność skał do zmniejszenia swojej objętości pod wpływem działania sił ścierających. Ścieralność jest zdolnością materiału do zmiany wymiarów i kształtu (przez ubytek objętości i masy) własnej powierzchni trącej pod działaniem tarcia z drugim materiałem (dotyczy to więc zużycia skały). Ścieralność skał jest to więc odporność skały na niszczenie jej struktury podczas ścierania, co najbardziej istotnie występuje przy tzw. zwiercaniu powierzchniowym.
Zwiercalność skał - jest to wielkość szczególnie istotna dla wiertniczej techniki. Zwiercalność jako pojęcie jest uzależniona od metody, jaką się posługujemy przy próbie jej określania. Zwiercalność skał jest to opór skały stawiany przy jej zwiercaniu tj. ścieraniu, skrawaniu, kruszeniu i miażdżeniu świdrem lub koronką wiertniczą. Wielkość tego oporu zależy od fizykomechanicznych własności skał a przede wszystkim od jej twardości, którą szczególnie charakteryzuje wytrzymałość na ściskanie. Do oznaczania zwiercalności skał dobrze nadaje się metoda określania ich twardości – metoda Szreinera. Uznaje się ją jako najlepiej oddającą istotę pracy i wydatek energii elementu skrawającego świdra. Twardość wyznaczona metodą Szreinera może być stosowana do przewidywania efektywności zwiercania skał.
Zależności wyznaczone na podstawie praktyki wiertniczej
Drobne ziarna mineralne mają większą wytrzymałość mechaniczną i niższą zwiercalność od grubszych ziaren skalnych.
Skały o jednakowej wielkości ziaren (lub równoziarniste) są bardziej odporne na zwiercanie od skał różnoziarnistych.
Płaszczyzny łupliwości oraz szczeliny w skałach są naturalnym sprzymierzeńcem procesu wiercenia
W skałach osadowych spoiwo ma zasadniczy wpływ na ich zwiercalność (krzemionkowe, wapienne, ilaste lub mieszane), np. spoiwo krzemionkowe zwiększa 2,5 do 5-cio krotnie wytrzymałość skały w stosunku do innych spoiw;
Własności zwiercalności skał spoistych zależą od ich nasycenia wodą.
Wrzeciono wiertnicze - mechaniczne urządzenie stosowane do obracania rur płuczkowych w czasie wiercenia w wiertnicach wrzecionowych do wierceń małośrednicowych. Wrzeciono wiertnicze stosuje hydrauliczno-cięgnowy mechanizm posuwu.
Stół wiertniczy - stosowane w wiertni do wierceń obrotowych z zastosowaniem stołu wiertniczego (wiercenia stołowe). Funkcje stołu obejmują:
uczestniczenie w skręcaniu i rozkręcaniu połączeń gwintowych rur płuczkowych i okładzinowych,
podtrzymywanie kolumny rur płuczkowych lub okładzinowych w trakcie operacji zapuszczania i wyciągania,
zapewnienie uzyskania lewych i prawych obrotów narzędzi ratunkowych w trakcie prac ratunkowych.
Oś geometryczna stołu powinna pokrywać się z osiami wieży wiertniczej oraz otworu.
Nożyce wolnospadowe - przypominają swym wyglądem dwa ogniwa połączone ze sobą. Każde z nich jest zakończone gwintem do połączenia z innymi częściami składowymi przyrządu wiertniczego. Największą długość wzajemnego przesunięcia się ogniw nazywamy skokiem nożyc. Przy linowym wierceniu udarowym ich zasadniczym zadaniem jest podbijanie świdra w razie jego wcięcia się w dno otworu wiertniczego. Natomiast przy udarowym wierceniu z przewodem rurowym ich głównym zadaniem jest zmniejszenie udaru świdra na sztywny przewód wiertniczy. Nożyce wolnospadowe stosuje się także przy zapuszczaniu narzędzi ratunkowych lub łyżki do otworu. Przy wierceniu stosuje się nożyce o skoku 150 mm, przy robotach ratunkowych – o skoku 600 do 1000 mm, a przy łyżkowaniu nożyce o skoku 500 mm.
Świder spiralny - podczas wiercenia otworu tego typu świdrem ostrze łatwo zagłębia się w dno otworu, a zwierciny gromadzą się na spirali. Świdry te najlepiej nadają się do zwiercania glin, iłów i miękkich łupków. Świder spiralny ma u góry czop z gwintem do połączenia z żerdzią, a poniżej czopa, z dwóch przeciwległych stron, spłaszczenie, czyli grań. Służy ona do uchwycenia podczas skręcania lub odkręcania kluczami. Zwierciny w świdrze spiralnym gromadzą się w spirali, podobnie jak w kolumnie ślimakowej. Nacisk świdra na dno otworu powinien być tym większy, im twardsza jest przewiercana warstwa. Aby uniknąć klinowania świdra przy wyciąganiu na powierzchnię należy podczas wiercenia podciągać świder co pewien czas do góry na wysokość około 15 cm.
Świder rurowy ma kształt rury u dołu wykształconej w postaci ostrza. Zagięcie części ostrza do środka ułatwia zatrzymanie zwiercin w świdrze przy wyciąganiu na powierzchnię. Świdry rurowe służą do wiercenia w warstwach miękkich gliniastych i w piaskach niezbyt sypliwych. Dzielą się one na jedno- lub dwunożowe – normalne lub mimośrodowe. W świdrach rurowych normalnych oś noża pokrywa się z osią rury świdra, a wykonany otwór ma średnicę równą średnicy świdra. W świdrach rurowych mimośrodowych natomiast oś noża nie pokrywa się z osią rury świdra. Powoduje to, że noże świdra rozwiercają otwór o 25-40 mm większy od średnicy świdra. Pozwala to na jednoczesne z wierceniem opuszczanie rur okładzinowych przy zabezpieczeniu ściany otworu w słabo zwięzłych warstwach.
Zwięzłość skał - badania zwięzłości skał dotyczą oporu skały przy próbie rozdzielenia jej na części, niezależnie od stosowanych maszyn, i mechanizmów. Ustalona jest klasyfikacja skał według wskaźnika zwięzłości czyli wskaźnika zwięzłości Protodiakonowa. Wielkość wskaźnika zwięzłości f określa się przez badanie wytrzymałości próbek skalnych na jednoosiowe ściskanie, a zwięzłość f wyrażona jest wzorem:
f =σs/100
σs - wytrzymałość skały na jednoosiowe ściskanie w N/m2.
Laboratoryjnie wyznaczony wskaźnik zwięzłości f na jednoosiowe ściskanie jest zbyt niski dla skał sypkich i miękkich oraz zbyt wysoki dla skał twardych i bardzo zwięzłych.
Niedokładność tą eliminuje wzór Ł. I. Barona:
f = σs /300 + (σs /30)0,5
σs - wytrzymałość skały na jednoosiowe ściskanie dla próbek foremnych (w N/m2).
oraz wzór w formie dokładniejszej:
f = (σs +10 σ')/300 + [(σs +10 σ')/120)]0,5
f - uśredniony współczynnik zwięzłości;
σs - wytrzymałość skały na jednoosiowe ściskanie dla próbek foremnych (N/m2);
σ‘ - wytrzymałość na ściskanie dla próbek nieforemnych (N/m2).
Ściski do rur - osprzęt stosowany do zapuszczania i wyciągania rur okładzinowych. Ściski do rur okładzinowych są to dwudzielne objemki drewniane lub stalowe złączone śrubami do uchwycenia rur okładzinowych zapuszczonych do otworu. Rysunek przedstawia uchwycenie kolumny rur okładzinowych ściskami na drewnianych podkładach. Widać również uchwycenie przewodu wiertniczego widełkami. Wyróżnia się ściski mimośrodowe i płytowe (do podtrzymywania kolumny rur okładzinowych w czasie jej podnoszenia i opuszczania oraz przy dodawaniu rury do kolumny).
Stabilizatory mają za zadanie stabilizować osiowo przewód wiertniczy w otworze. Stabilizatory mogą być częścią obciążnika lub osobnym elementem przewodu wiertniczego. Konstrukcja ich może być spiralna lub rolkowa. Stabilizatory są istotnym elementem obciążającym przewód wiertniczy.
Pasterka jest łącznikiem między sztywnym przyrządem wiertniczym a elastyczną liną wiertniczą. Składa się ona z kadłuba, obracającej się w nim tulei stalowej oraz z łącznika. W tulei osadzony jest koniec liny wiertniczej. Podczas ruchu świdra w górę obciążona lina rozkręca się obracając jednocześnie nożyce, obciążnik i świder. W momencie gdy świder osiągnie dno otworu lina zostaje obciążona i ‘stara się’ wrócić do swego pierwotnego stanu. Zadaniem pasterki jest umożliwienie obracania się świdra w procesie wiercenia otworu.
klucz pokrętny - Przewód wiertniczy składa się z żerdzi, do których od spodu przykręca się świder, a na wystającą ponad ziemię rurę zakręca się klucz pokrętny, którym w procesie wiercenia obracają ludzie. Klucz służy do obracania przewodu w czasie wiercenia ręcznego. Klucz taki składa się z dwóch części: krótszej i dłuższej. Obie części połączone są z jednej strony zawiasem, co ułatwia nakładanie klucza na przewód wiertniczy. Po założeniu drugi koniec obu części skręca się.
Żerdź wiertnicza - stosowana jest w okrętnym i okrętno-udarowym, w ręcznym lub ręcznym zmechanizowanym wierceniu otworów. Żerdź wiertnicza jest wkręcona w okrętkę do której zamocowana jest lina wiertnicza. Na końcu skręcanych ze sobą żerdzi, stanowiących przewód wiertniczy, przykręcany jest świder. W górnej części żerdź ma otwór, przez który przechodzi stalowy drążek. Pomocnicy wiertacza posługując się tym drążkiem, mogą obracać świdrem w czasie wiercenia otworu.
Płuczka wiertnicza. Zadania płuczki wiertniczej
Płuczka wiertnicza- jest to płyn lub gaz wykorzystywany w otworze wiertniczym do usuwania zwiercin oraz innych ważnych dla wykonania otworu zadań. Zarówno przy wierceniach geologiczno-poszukiwawczych, hydrogeologicznych czy też inżynieryjnych, jak i przy wierceniach technicznych specjalnych bądź wierceniach eksploatacyjnych płuczka wiertnicza odgrywa zasadniczą rolę. Przy zwiercaniu skał obok narzędzia wiertniczego (świdry, koronki wiertnicze), jego obrotów i siły nacisku czy też udarów o skałę, dużą rolę spełnia płuczka wiertnicza będąc jednym z parametrów, bez którego przy wierceniach z płuczką nie byłoby możliwe wykonywanie otworów wiertniczych.
Przy wierceniach stosowane są dwa rodzaje płuczek:
gazowa (powietrzna),
ciekła
równocześnie gazowa (powietrze) i ciekła.
Jako płuczkę ciekłą najczęściej stosuje się wodę zwykle z różnymi dodatkami (syntetyczne mydła, oleje, polimery itd.). Można też sporządzić płuczkę z wody, iłu oraz różnych dodatków, czyli odczynników. Płuczki ciekłe można zaliczyć częściowo do zawiesin, a częściowo do roztworów koloidalnych.
Ze względu na zastosowanie płuczki mogą być przeznaczone:
do dowiercania złóż ropy naftowej i gazu ziemnego,
do przewiercania pokładów soli,
do zwiercania skał ilastych,
do wierceń w poszukiwaniu wód pitnych,
do dowiercania do przestrzeni z odciętymi górnikami w przypadku działań ratowniczych.
Do najczęściej stosowanych płuczek wiertniczych można zaliczyć:
płuczki słodkowodne,
płuczkę iłową normalną
płuczki inhibitowane,
płuczki zasolone
płuczki emulsyjne olejowe,
płuczki aeryzowane i pianowe
płuczki gazowe (powietrzna).
Elementami systemu obiegu (krążenia) płuczki wiertniczej są:
Urządzenia powierzchniowe służące do sporządzania, magazynowania, wprawiania w ruch (tłoczenia) oraz odczyszczania płuczki wiertniczej;
Część otworowa obejmująca głowicę płuczkową, przewód wiertniczy (rury płuczkowe, obciążniki, świder), rury okładzinowe.
Wynoszenie zwiercin skalnych z dna i ze spodu otworu przy wierceniach obrotowych odbywa się dzięki krążeniu płuczki wiertniczej.
W zależności od kierunku krążenia (obiegu) płuczki rozróżniamy:
normalne (prawe) krążenie (obieg) płuczki;
odwrotne (lewe) krążenie (obieg) płuczki.
Najczęściej stosowane jest prawe krążenie płuczki.
Prawe (normalne) krążenie płuczki polega na tym, że płuczka tłoczona pompami płuczkowymi pod ciśnieniem przepływa przez rury płuczkowe, a wypływając przez otwory w koronce rdzeniowej lub w świdrze porywa ze sobą zwierciny i wypływa z nimi przestrzenią pierścieniową na powierzchnię.
Lewe (odwrotne) krążenie płuczki - płuczka jest tłoczona pompą (lub pompami) w przestrzeń między podwójnymi rurami płuczkowymi stanowiącymi przewód wiertniczy. Przewodem tym dopływa ona do koronki, która odwierca rdzeń. Rdzeń jest kruszony na kawałki (4, 5) przez urywak rdzenia. Kawałki rdzenia płuczka pod ciśnieniem wynosi na powierzchnię ziemi przez głowicę płuczkową do specjalnego koryta. Stąd rdzenie odbierane są do skrzynek.
W przypadku jam (kawern) lub innych utrudnionych warunków w otworze przy tej samej wiertnicy można stosować prawy lub kombinowany system krążenia płuczki.
Zadania płuczek wiertniczych:
Wynoszenie zwiercin
Utrzymywanie zwiercin w stanie zmieszania, gdy obieg płuczki zostanie wstrzymany (zjawisko tiksotropii -> zamiana zolu w żel)
Przeciwciśnienie hydrostatyczne
Iłowanie ścian otworu
Zmniejszenie tarcia przewodu wiertniczego o ściany otworu
Chłodzenie świdra
Podać ogólny podział klasycznych metod wiertniczych, omówić podział ze względu na sposób zwiercania dna otworu i ze względu na kierunek wykonywania otworu, ze względu na głębokość wiercenia.
Klasyczne metody wiertnicze można podzielić w zależności od (10 kategorii):
Sposobu zwiercania skał na dnie otworu wiertniczego
Rodzaju przewodu wiertniczego
Wielkości średnicy wykonywanego otworu
Sposobu usuwania zwiercin z dna otworu wiertniczego
Siły napędowej używanej do wiercenia i sposobu umieszczenia silnika na spodzie otworu lub na powierzchni
Kierunku wykonywania otworu
Głębokości wiercenia
Sposobu otrzymywania próbek z wierceń
Liczby wierconych otworów
Miejsca wiercenia
Sposób zwiercania skał na dnie otworu wiertniczego
udarowe
obrotowe
udarowo-obrotowe
obrotowo-udarowe
Kierunek wykonywania otworu
Wiertnicami, w których przewodem wiertniczym są rury płuczkowe mogą być wykonywane następujące otwory:
normalne o kierunku pionowo w dół
kierunkowe (łącznie z poziomymi) celowo odchylone od pionu pod określonym kątem, kierowane, kierowane z poziomym odcinkiem otworu
Głębokość wiercenia
Wiercenia płytkie (do kilkuset metrów);
Wiercenia lekkie (1000 – 1500 m);
Wiercenia średnie (1200 – 3000 m);
Wiercenia ciężkie (3000 – 5000 m);
Wiercenia bardzo ciężkie ( > 5000 m).
Omówić okrętne i okrętno-udoarow wiercenia, warunki stosowania, podział, odmiany, sposób wiercenia, schemat wiercenia, elementy przewodu wiertniczego, przyrząd wiertniczy, rodzaje narzędzia wiercącego, oczyszczanie otworu, rury okładzinowe, zapuszczenie i wyciąganie przewodu wiertniczego, zapuszczenie i wyciąganie rur okładzinowych
Okrętne i Okrętno-Udarowe Wiercenie Otworów
Okrętne i okrętno-udarowe wiercenia ręczne lub ręczne zmechanizowane stosowane są do wykonywania płytkich otworów hydrogeologicznych i rozpoznawczych gruntu pod budowle (otwór studzienny). Otwór hydrogeologiczny wykonywany jest od powierzchni do warstwy wodonośnej. Otwór taki musi mieć odpowiednią konstrukcję, która pozwala na pobór wody z tej warstwy. Taki otwór wiertniczy nazywany jest otworem studziennym. W Polsce otwory studzienne przekraczają nawet 1000 m, rozróżniamy zatem otwory płytkie w poszukiwaniu wód płytkich i otwory głębokie w poszukiwaniu wód wgłębnych.
W konstrukcji otworu hydrogeologicznego mogą wystąpić trzy składniki:
rury okładzinowe zabezpieczające ścianę otworu przed obsypywaniem się przewiercanych warstw lub zamykające poszczególne poziomy wodonośne;
filtry, ewentualnie ujęcia bezfiltrowe;
uszczelnienia przestrzeni między rurą nadfiltrową a odpowiednią rurą okładzinową.
Wiercenia ręczne stosowane są do wykonywania płytkich otworów wiertniczych, których:
głębokość wynosi najczęściej najwyżej do 30 m, a zwykle 15-20 m.
Średnice otworów wierconych ręcznie mogą być różne, ale najczęściej wynoszą one 100-250 mm.
Wiercenia ręczne prowadzone są obrotowo albo udarowo:
obrotowo w warstwach miękkich i bardzo miękkich
udarowo w warstwach twardych i bardzo twardych.
Coraz częściej stosuje się wiercenia ręczne zmechanizowane.
Przed rozpoczęciem wiercenia należy wykonać następujące roboty przygotowawcze:
wyznaczenie miejsca pod otwór wiertniczy,
wyrównanie terenu,
dostarczenie na miejsce wiercenia wiertnicy wraz z narzędziami wiertniczymi i materiałami
ustawienie trójnoga i wciągarki.
Proces wiercenia obejmuje następujące czynności:
wiercenie i popuszczanie przewodu wiertniczego oraz wywieranie nacisku świdra na skałę,
wyciąganie i zapuszczanie przyrządu wiertniczego razem z przewodem wiertniczym,
wymiana świdra,
usuwanie zwiercin z dna otworu i pobieranie próbek,
rurowanie otworu rurami okładzinowymi (nie zawsze),
zamykanie nawierconych wód podziemnych (rzadziej) w przypadku eksploatacji z głębiej zalegającej warstwy wodonośnej,
roboty ratunkowe (usuwanie wypadków wiertniczych),
roboty badawcze i pomiarowe w otworze wiertniczym,
przygotowanie otworu do eksploatacji albo jego likwidacja.
Podstawową czynnością jest wiercenie otworu i przygotowanie go do eksploatacji, pozostałe czynności mają charakter pomocniczy.
Okrętne Wiercenie Otworów stosuje się do wykonywania płytkich otworów w celu eksploatacji wody (otwory studzienne) lub do zbadania gruntu pod budowle. W otworach wierconych okrętnie siłą napędową jest siła ludzka stąd możliwe jest wiercenie w ten sposób tylko w skałach bardzo miękkich i miękkich.
Przewód wiertniczy składa się z żerdzi, do których od spodu przykręca się świder, a na wystającą ponad ziemię rurę zakręca się klucz pokrętny, którym w procesie wiercenia obracają ludzie. Po napełnieniu się świdra skałą wyciąga się przewód wiertniczy na powierzchnię i opróżnia świder ze zwiercin.
Dla lepszego usunięcia zwiercin z otworu do otworu zapuszcza się łyżkę wiertniczą. Po wyciągnięciu łyżki na powierzchnię ponownie do otworu zapuszcza się przewód wiertniczy, którego długość zwiększa się poprzez przykręcenie nowych odcinków rur w miarę zagłębiania się świdra w otworze. Do skręcania przewodu wiertniczego używa się kluczy wiertniczych. Do zabezpieczenia ściany otworu przed obsypywaniem stosuje się rury okładzinowe, które zapuszczane są do otworu za pomocą huczka oraz podtrzymywane na powierzchni za pomocą ścisków.
Okrętne wiercenie otworów może być realizowane:
bez użycia trójnoga,
z użyciem trójnoga.
Wiercenie otworów bez zastosowania trójnoga może być wykonywane, jeżeli ciężar przewodu wiertniczego oraz rur okładzinowych jest bardzo mały, a tym samym wiercony otwór bardzo płytki.
Przy nieco głębszych otworach, większych średnicach wierconego otworu oraz dla ułatwienia operacji zapuszczania i wyciągania przewodu wiertniczego wskazane jest zastosowanie trójnoga wraz z dodatkowym wyposażeniem, na które składa się wyciągarka ręczna i okrętka wraz z hakiem.
Zasadniczą częścią składową przewodu wiertniczego jest świder służący do zwiercania skał.
typy świdrów okrętnych
rurowe,
spiralne,
spiralno-rurowe,
talerzowe,
skrzynkowe,
ślimakowe,
czółenkowe.
Praca narzędzi wiertniczych diamentowych stosowanych w wierceniach obrotowych, podać również zastosowanie poszczególnych typów, podać istotę ich pracy.
Koronki diamentowe - Najważniejszym narzędziem przy wierceniu obrotowym małośrednicowym jest koronka rdzeniowa. Koronka składa się z dwóch zasadniczych części: z korpusu i ostrzy.
Korpus koronki wykonany jest ze stali. Górna część korpusu koronki jest nagwintowana, a
w dolnej części osadzone są ostrza z diamentów lub z węglików spiekanych. Koronki diamentowe to koronki z osadzonymi w nich diamentami przemysłowymi.
Użycie koronek diamentowych jako najbardziej odpornych na zużycie ostrzy sprzyja dużym postępom wierceń. Koronki diamentowe stosuje się przy przewiercaniu warstw o średniej twardości, twardych i bardzo twardych.
Na ostrzu koronek i świdrów oraz innych narzędzi wiertniczych używane są diamenty przemysłowe, które powinny mieć okrągły, masywny kształt i dobrą budowę krystaliczną, bez spękań, o gładkich powierzchniach.
Ze względu na budowę, można rozróżnić dwie grupy narzędzi diamentowych:
zbrojone diamentami ziarnistymi
impregnowane proszkiem diamentowym.
Narzędzia zbrojone diamentami ziarnistymi mają osadzone całe ziarna w powierzchniach roboczych (na powierzchni matrycy) do narzędzi małośrednicowych. Na ogół stosuje się diamenty o ziarnistości 10-80 ziaren/karat, przy czym diamenty osadzane są w powierzchniach roboczych narzędzia w taki sposób, że zachodzą na siebie, uzupełniając się nawzajem i dając pełne pokrycie powierzchni dna otworu swymi ostrzami. Koronki z diamentami osadzonymi na powierzchni matrycy mają jedną warstwę diamentów wystających z matrycy.
Narzędzia impregnowane proszkiem diamentowym są narzędziami wielowarstwowymi. Drobne diamenty lub ich okruchy w koronce impregnowanej są rozmieszczone jednolicie w matrycy. Przy tym na powierzchni odsłonięta jest tylko część diamentów, natomiast większość ich jest zabezpieczona spoiwem matrycy i tkwi w jej wnętrzu.
Koronki impregnowane proszkiem diamentowym to koronki wielowarstwowe. Przy wierceniu matryca nasycona diamentami powinna się zużywać stopniowo w miarę wiercenia, zachowując przy tym swoją średnicę. Są one jednolicie rozmieszczone w części roboczej koronki do pewnej głębokości i wysokości. W czasie wiercenia taką koronką diamentową zużyte, starte i stępione diamenty wypadają w wyniku równoczesnego zużycia części matrycy i wówczas nowe diamenty zaczynają pracować (druga warstwa proszku diamentowego osadzonego w matrycy).
Wśród narzędzi diamentowych wyróżnia się świdry, koronki, rozszerzacze, buty,
prowadniki, stabilizatory.
Koronki diamentowe są dobierane w zależności od własności przewierconych skał.
Do skał miękkich stosuje się koronki diamentowe gruboziarniste o liczbie diamentów 6 –15 sztuk/karat.
Do skał średnio twardych stosuje się koronki diamentowe średnioziarniste o liczbie diamentów 15 – 40 sztuk/karat o niskiej lub średniej jakości w zależności od stopnia spękania skał.
Do skał twardych stosuje się koronki diamentowe drobnoziarniste o liczbie diamentów 40 – 60 sztuk/karat o średniej i wysokiej jakości.
Do skał twardych i bardzo twardych, ściernych i niejednorodnych stosuje się koronki impregnowane (powyżej 60 sztuk/karat).
Omówić normalnośrednicowe obrotowe wiercenia, schemat wiercenia, elementy p... wiertniczego, przyrząd wiertniczy, rodzaje narzędzia wiercącego(...) ... otworu, rury okładzinowe, zapuszczanie i wyciąganie przewodu wiertniczego, zapuszczanie i wyciąganie rur okładzinowych.
Zapuszczanie lub wyciąganie rur okładzinowych wymaga stosowania odpowiedniego osprzętu, jak: huczek, ściski, klucze łańcuchowe, podnośniki. Zapuszczanie kolumn rur okładzinowych uzależnione jest od warunków geologicznych, głębokości i średnicy otworu, technologii wiercenia oraz sposobu eksploatacji wody z warstw wodonośnych.
Narzędzia wiercące mają zwykle kształt kilku stopniowej koronki, której wymienne ostrza zbrojone są płytkami z węglików spiekanych. Materiał ten charakteryzuje się zdolnością szybkiego odprowadzania koronki do wiercenia z przedmuchem oraz ostrza do koronek do wiercenia z przedmuchem.
Urządzenie wiertnicze (wiertnica) obrotowe normalnośrednicowe charakteryzowane jest:
wielkością udźwigu na haku,
parametrami pomp,
zainstalowaną mocą,
prędkością podnoszenia i obrotów rur płuczkowych,
masą urządzenia,
ilością przyrządów pomiarowo-kontrolnych
stopniem mechanizacji pracochłonnych czynności wiertniczych.
Przyrząd wiertniczy składający się ze świdra, łącznika i pasterki jest stosowany w początkowej fazie wiercenia otworu, gdy głębokość otworu i wysokość masztu ogranicza długość przyrządu wiertniczego. Wraz ze wzrostem głębokości otworu powinno przechodzić się na cięższy przyrząd wiertniczy zawierający obciążnik. Natomiast przy większych głębokościach otworu wskazane jest stosowanie pełnego przyrządu wiertniczego, w którym może być nawet kilka obciążników
Operacje zapuszczania i wyciągania przewodu wiertniczego przy wierceniu stołowym wykonuje się w celu wymiany zużytego świdra lub pobrania odwierconego rdzenia. Po zakończeniu procesu wiercenia przewód jest podnoszony ponad dno otworu i otwór jest przepłukiwany, aby zwierciny nie opadły na dno po zakończeniu krążenia płuczki.
Konstrukcje otworu wiertniczego (definicja, obudowa otworu, rury okładzinowe) kolumna rur okładzinowych, rodzaje kolumn rur okładzinowych i ich (...) prześwit, długość wyjścia kolumny rur, więźba rur okładzinowych.
Pięć rodzajów kolumn rur okładzinowych:
wstępna (wierzchnia), umożliwia uzyskanie krążenia płuczki w otworze oraz zabezpiecza stabilność ściany u wylotu otworu po przewierceniu skał słabo zwięzłych występujących w pobliżu powierzchni terenu.
prowadnikowa (konduktor), jest stosowana dla:
ochrony przed utratą stateczności ściany otworu w wyniku obsypywania i kawernowania słabo zwięzłych skał zalegających na niewielkich głębokościach;
zabezpieczenia krążenia płuczki w otworze;
izolacji warstw wodonośnych o niekorzystnych parametrach hydrochemicznych;
założenia uzbrojenia wylotu otworu (więźba rurowa, głowica eksploatacyjna).
techniczna (pośrednia), służy do orurowania otworu w strefach, w których wystąpiły komplikacje wiercenia związane z:
zmianą właściwości i parametrów reologicznych płuczki oraz trudnością ich kontrolowania;
trudnością wiercenia otworu wskutek przychwyceń przewodu spowodowanych zmniejszeniem średnicy otworu przez plastyczne i pęczniejące skały oraz tworzenie się obwałów i kawern;
ucieczkami płuczki;
koniecznością izolacji warstw wodonośnych o niekorzystnych parametrach hydrochemicznych.
eksploatacyjna, przeznaczona jest do oddzielenia warstwy wodonośnej od pozostałych przewierconych warstw, jej uszczelnienia i eksploatacji wody.
tracona - w większości otworów hydrogeologicznych jest to kolumna filtrowa podwieszana powyżej buta poprzedniej kolumny rur lub postawiona na dnie otworu.
Więźba rur okładzinowych
Wyposażeniem wylotu otworu wiertniczego dla kolumny rur okładzinowych jest więźba rurowa. Kolumna rur okładzinowych, zapuszczana do odwiertu nie może być stawiana na jego dnie, gdyż pod działaniem własnego ciężaru uległaby ona ściśnięciu i ugięciu, co z kolei mogłoby spowodować jej uszkodzenie (zwłaszcza połączeń gwintowych). Stąd też wszystkie kolumny rur okładzinowych, oprócz krótkiej kolumny prowadnikowej, podwiesza się u wylotu odwiertu w więźbach rur. Stosowana jest więźba rur kołnierzowa i więźba rur kołnierzowa z klinami.
Długości wyjścia kolumny rur, tzn. odległości pomiędzy głębokościami zapuszczania sąsiednich kolumn rur. Określenie długości wyjścia kolumny rur okładzinowych jest zagadnieniem szczególnie trudnym, gdyż wymaga stosunkowo dokładnych informacji dotyczących:
profilu litologicznego, warunków hydrogeologicznych, parametrów przewiercanych skał, a w szczególności ich tendencji do tworzenia kawern i obwałów;
ciśnienia górotworu;
ciśnienia płynu złożowego;
ciśnienia szczelinowania;
występowania stref ucieczek płuczki wiertniczej lub innych komplikacji wiertniczych;
wpływu czasu kontaktu skał z płuczką na ich stabilność.
Długość wyjścia kolumny rur powinna być możliwie duża, gdyż zapewnia to spełnienie warunku orurowania otworu możliwie najmniejszą ilością kolumn rur okładzinowych.
Prześwit - między ścianą otworu i rurą okładzinową dobiera się w zależności od sztywności kolumny. Dla rur o średnicy do 273 mm wynosi on 50 mm, dla średnic ponad 273 mm 50 – 75 mm.
Kolumna rur okładzinowych zapuszczana do odwiertu nie może być stawiana na jego dnie, gdyż pod działaniem własnego ciężaru uległaby ona ściśnięciu i ugięciu, co z kolei mogłoby spowodować jej uszkodzenie (zwłaszcza połączeń gwintowych). Stąd też wszystkie kolumny rur okładzinowych, oprócz krótkiej kolumny prowadnikowej, podwiesza się u wylotu odwiertu w więźbach rur.
Przez konstrukcję otworu należy rozumieć podziemną obudowę stałą lub tymczasową, umożliwiającą dowiercenie otworu do żądanej głębokości przy określonych warunkach geologicznych i hydrogeologicznych. Podstawowym elementem konstrukcyjnym otworu są rury okładzinowe. Rury te łączy się w kolumny poprzez złączki (połączenia gwintowe).
Rury okładzinowe służą do zabezpieczania ściany otworu wiertniczego przed osypywaniem się i do zamykania horyzontów wodnych. Są one stalowe, bez szwu.
Schemat wiercenia