1.Najważniejsze metody wierceń i ich przeznaczenie.
Techniki i przemysłowe metody wiercenia otworów w zależności od rodzaju napędu , przeznaczenia otworów i sposobu urabiania skały:
okrętna (ręczna i maszynowa) - do celów inżynieryjnych , badań fundamentowych , pobierania próbek skał i w celu określenia parametrów wytrzymałościowych gruntów oraz do celów hydrogeologicznych i studziennych.
udarowa (ręczna i maszynowa) - przy otworach normalnośrednicowych do celów studziennych i hydrogeologicznych . Dawniej do wiercenia otworów do poszukiwań i eksploatacji złóż ropy naftowej i gazu ziemnego
obrotowa:
Wrzecionowa - płytkie otwory małośrednicowe (pionowe , ukośne i kierunkowe) z powierzchni ziemi lub w warunkach górnictwa podziemnego .W górnictwie podziemnym i skalnym do otworów strzałowych i wyprzedzających oraz otworów odgazowania pokładów węgla . Otwory wiercone metodą wrzecionową stosuje się do określania i badań przekroju geologicznego oraz poszukiwań złóż surowców.
Stołowa - otwory normalno- i wielkośrednicowe(szyby wentylacyjne i wydobywcze,do celów studziennych i hydrogeologicznych np.;do odwaniania kopalń odkrywkowych )
Turbinowa - przy wierceniach otworów wielkośrednicowych oraz pionowych i kierunkowych normalnośredniciwych na lądzie lub pod dnem morza ze specjalnych stanowisk lub jednostek wiertniczych (estakad platform samopodnośnych lub półzanurzonych oraz ze statków i barek wiertniczych)
Wiercenie otworów elektrowiertłem - w tej metodzie stosuje się asynchroniczny silnik elektryczny, znajdujący się w szczelnej osłonie. Silnik ten jest przystosowany do stosunkowo małej średnicy otworu wiertniczego. Zaletą wierceń elektrowiertłami jest małe zużycie rur płuczkowych przy dużym postępie robót. Praca w czasie wiercenia nie jest hałaśliwa i nie powoduje wielu wypadków wiertniczych, szczególnie z przewodem wiertniczym.
2.Charakterystyka wierceń okrętnych : ręcznych i zmechanizowanych.
Otwory wiertnicze wykonywane tą metodą wiercone są bez płuczki - na sucho , przy użyciu żerdzi lub kolumn świdrowych , różnymi typami świdrów okrętnych , wprawionych w ruch obrotowy ręcznie lub maszynowo . Otwory wiercone są do niedużych głębokości , w skałach luźnych lub słabo zwięzłych , przy użyciu lekkich przewoźnych wiertnic lub ręcznych zestawów wiertniczych , do celów inżynieryjnych , badań fundamentowych , pobierania próbek skał i w celu określania parametrów wytrzymałościowych gruntów , jak również do celów hydrogeologicznych i studziennych.
3. Świdry do przewiercania różnego rodzaju skał przy wierceniach okrętnych.
4. Napędy przewodu wiertniczego przy wierceniach okrętnych.
5. W jaki sposób wywierany jest nacisk na świder wiertniczy.
6. Żerdzie do wierceń okrętnych i sposoby ich łączenia.
7. Wiercenia udarowe - ich charakterystyka i zastosowanie
Metoda udarowa (ręczna i maszynowa) na przewodzie żerdziowym lub linowym. Stosowana jest głównie przy wieceniach otworów normalnośrednicowych wiertnicami udarowymi do celów studziennych i hydrogeologicznych W przeszłości metodę tę stosowano do wiercenia otworów przeznaczonych do poszukiwań i eksploatacji złóż ropy naftowej i gazu ziemnego . W górnictwie podziemnym i skalnym metoda udarowa wykorzystywana jest do wiercenia małośrednicowych otworów strzałowych , lekkimi wiertnicami przenośnymi lub przewoźnymi oraz pneumatycznymi wiertarkami ręcznymi.
8. Mechanizmy przekazania udaru na świder.
9. Świdry do wierceń udarowych.
10. Nożyce wolnospadowe i pasterka - ich przeznaczenie i charakterystyka.
Przy wierceniu recznym udarowym najczęściej stosowane są nożyce wolnospadowe. Składają się one z cylindrycznej, grubościennej tulei stalowej mającej dwa wzdłużne, naprzeciwległe wycięcia. Wycięcia te rozszerzają się na obu końcach tworząc siedzenia. Wewnątrz tulei znajduje się przesuwny trzpień z klinem.Podczas zapuszczania przewodu wiertniczego wraz z przewodem wiertniczym klin trzpienia opiera się na dolnym siedzeniu tulei. Z chwilą gdy przewód wiertniczy po postawieniu świdra na dnie otworu rozpocznie swój ruch w dół, klin przesuwa się w wycięciu ku górze, aż w końcu osiąga górne siedzenie i opiera się na nim w momencie, gdy tuleja wraz z przewodem wiertniczym rozpocznie swój ruch do góry. Wskutek oparcia klina trzpienia na górnym siedzeniu tulei podnoszą się również obciążniki i świder połączone z trzpieniem.Gdy przewód wiertniczy znajduje się w najbliższym położeniu, wiertacza pomocą rączek przekręca szybkim ruchem żerdzie w prawo, tak że następuje zrzucenie klina z górnego siedzenia tulei i trzpień wraz z obciążnikiem i świdrem spada swobodnie na dno otworu, przy czym klin w tym czasie przesuwa się do dolnej części wycięcia w tulei. Po udarze świdra o dno otworu żerdzie wiertnicze opuszczają się w dół, natomiast klin w tulei nożyc przesuwa się ku górze i przy ruchu przewodu w górę opiera się znowu na górnym siedzeniu, poczym następuje kolejne zrzucenie go przez wiertacza.
Pasterka wiertnicza jest narzędziem łączącym sztywny przyrząd wiertniczy z elastyczną liną wiertniczą Spełnia ona bardzo ważne zadanie- wywołuje wraz z lina obrót świdra umożliwiając w ten sposób wiercenie otworu o przekroju kołowy. Pasterki wiertnicze o wielkościach nominalnych 80 i 95 składają się z kadłuba, tulei oraz łącznika, natomiast o wielkościach nominalnych powyżej 95 wykonywane sa bez łącznika. Składają się wiec tylko z kadłuba i tulei. Tuleja wewnacz kadłuba może się swobodnie obracać i przesuwać.
11. Wiercenia udarowo - obrotowe , ich działanie i zastosowania.
12. Maszty i wieże wiertnicze do wierceń udarowych i okrętnych.
13. Współpraca urządzeń do wierceń udarowych i okrętnych .
14. Kolejność urządzeń w przewodzie wiertniczym okrętnym (od świdra w górę)
WIERCENIA KIERUNKOWE
Wiercenia kierun. Obejmuja wykonanie otworu celowo odchylonego od pionu pod z góry określonym kątem i kierunkiem. Wykonuje się je zazwyczaj kiedy istnieją przeszkody powieszchniowe uniemozliwiające osiagnięcie złoża za pomoca otworu pionowego ( wysady solne, fałdy, uskoki, rzeki, jeziora, morza) najczęściej wiercenia kierunkowe stosuje się przy poszukiwaniach i eksploatacji złóż ropy naftowej lub gazu ziemnego.
Głębienie otworu kierunk. Może odbywać się po linii prostej odchylonej od pionu lub po linii krzywej w pewnych przypadkach wykonuje się je w poziomie (z szybu kopalni). Otwory kierunkowe można wykonywać wszystkimi znanymi metodami obrotowymi lub za pomocą turbowiertów.
W przypadku wierceń płytkich i miękkich skał są typu ślimakowatego, najbardziej znane są tzw. krety do przewierceń rowów, nasypów; sa to wiercenia rurowane. W skałach twardych wierc. Są wiercenia bez rurowe, stosuje się płuczkę do wynoszenia urobku.Są to wiercenia stosowane w kopal. Podziemnych, są to tzw. przewierty do zagrożeń wodnych, metanowych.Napęd wrzecionowy: rodzaj imadła obrotowego hydrałlicznie zaciskanego, imadło chwyta wrzeciono i obraca je do jednego metra. Z chwilą przewiercania odcinka puszczamy imadło, potem znów chwytamy, wiercimy,obracamy ookoło 80 cm.
puszczamy, odwracamy i znów chwytamy.
34.Izolacja warstw wodonośnych
Zamykanie wód wgłębnych wykonuje się w celu odizolowania odwierconych warstw wodonośnych od pokładów surowców mineralnych. Przedostanie się bowiem wód wgłębnych do złoża mogło by zniszczyć je lub utrudnić eksploatację. Przy wierceniach za rop. naf. I gazem ziem. Jest potrzeba odzielenia złoża od warstw płonnych. Poziomy wodonoś. Zamyka się przez iłowanie lub cementowanie rur okładzinowych. Sposób zamykania poziomów wodonośnych przez iłowanie najczęściej stosuje się przy wierceniach udarowych.(rury okładzinowe wciska się w ił pod działaniem własnego ciężaru, podnośnika, wielokrążka.Cementowanie rur okładzinowych można stosować we wszystkich metodach wierceń. Najczęściej jednak je stosujemy przy wierceniach stołowych.
23.Prawy i lewy obieg płuczki w wierceniach obrotowych .
W zależności do sposobu usuwania próbek skalnych spod świdra przez płuczkę wiercenia obrotowe można podzielić na :
płuczkowe z prawym krążeniem płuczki wiertniczej
płuczkowe z odwrotnym krążeniem płuczki wiertniczej
ad. a ) 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
ad. b ) Płuczka wiertnicza jest tłoczona z powierzchni ziemi pompą płuczkową na spód otworu, przestrzenią między ścianą otworu a przewodem wiertniczym. Z dna otworu wiertniczego wynosi kawałki rdzeni odwiercone przez koronkę i rurami płuczkowymi wypływa do koryta na powierzchnię ziemi. Przy tym krążeniu mogą być wynoszone większe okruchy skalne, a nawet kawałki rdzenia.
24.Prędkość płuczki niezbędna do wynoszenia zwiercin (wg.rodzajów płuczki).
Ilość przepływającej płuczki powinna być taka, aby zapewnić pełne oczyszczanie dna otworu. Ocenia się ją zwykle według prędkości strumienia płuczki w przestrzeni pierścieniowej między przewodem, a ścianą otworu wiertniczego. Od prędkości wypływającej płuczki zależy bezpośrednio wielkość wynoszonych okruchów urobku. Prędkość ta powinna wynosić od 0,6 do 1,3 m/s
Min. prędkość płuczki:
0,7 ÷ 1,0 m/s - iłowe (sk. twarde)
0,9 ÷ 1,3 m/s - iłołupki, sk. zailone
1,3 ÷ 1,5 m/s - piasek luźny
25.Co to jest i jak działa podnośnik powietrzny.
Do wymuszania krążenia płuczki z wykorzystaniem pompy odśrodkowej w celu efektywnej jej pracy, stosuje się zwykle podnośnik powietrzny (układ wspomagający). Rozróżniamy trzy rozwiązania :
rura powietrzna umieszczona jest koncentrycznie w przewodzie wiertniczym, do którego przykręcony jest świder, a sprężarka tłoczy sprężone powietrze przez głowicę płuczkową - wadą jest zajmowanie miejsca przez rurki powietrzne w przestrzeni, którą powinny być wynoszone zwierciny.
rura powietrzna umieszczona jest na zewnątrz przewodu - nie występuje blokowanie przestrzeni, przez którą przepływają zwierciny lecz można uszkodzić rurki przy składowaniu, a ich połączenie jest utrunione
powietrze dopływa przestrzenią pierścieniową rury - połączenie poszczególnych odcinków rur płuczkowych i powietrznych jest zupełnie proste
26.Charakterystyka wierceń z podnośnikiem powietrznym.
Usuwanie zwiercin przy użyciu pomp odśrodkowych i podnośnika śrubowego wykazuje iż podnośnik powietrzny jest sprawniejszy przy wierceniu otworów głębszych niż 120 m, a także przy przewiercaniu
Pokładów miękkich z otoczakami i luźnych piasków. Krążenie płuczki ciekłej przy użyciu podnośnika powietrznego stwarza najbardziej sprzyjające warunki do wynoszenia zwiercin z otworu, gdyż na drodze wypływającej płuczki nnie ma zwężeń wewnętrznych średnicy przewodu, a prędkość wynoszenia zwiercin jest duża. Zaletą podnośnika powietrznego jest również możliwość stosowania go przy ucieczce płuczki w przewiercane warstwy spękane i szczelinowate i przy obniżaniu się zwierciadła wody w otworze. Zachodzi jednak trudność w początkowej fazie wiercenia, przy zawiercaniu otworu, gdyż może on pracować efektywnie dopiero po zagłębieniu się otworu do 10 m.
27.Charakterystyczne cechy wierceń wielkośrednicowych.
Wiercenia wielkośrednicowe zwane wielkodymensyjnymi, stosowane są przy wykonywaniu otworów o średnicy od 500 mm nawet do kilku metrów. Metoda ta daje znacznie lepsze wyniki przy głębieniu wyrobisk górniczych w porównaniu z innymi stosowanymi sposobami. Obejmuje ona szeroki zakres:
wykonywanie szybów górniczych wydobywczych - do wydobywania węgla, rudy i innych minerałów.
wykonywanie szybów wentylacyjnych - do przewietrzana kopalń.
wykonywanie szybów pomocniczych - do innych celów
wykonywanie studni w celach odwadniania kopalń odkrywkowych
wykonywania szybików geologiczno - poszukiwawczych
szybików di innych celów np. robót budowlanych
Ten sposób wiercenia otworów o dużych średnicach zezwala na eliminowanie pracy ludzkiej na dnie szybu w bardzo ciężkich warunkach. Przez wprowadzenie mechanizacji uzyskuje się znaczne skrócenie czasu i obniżenie kosztów głębienia wyrobisk górniczych. Obecnie otwory wielkośrednicowe wykonuje się najczęściej metodą obrotową.
28.Czym charakteryzują się wiercenia ssące.
Wiercenia ssące stosowane są w skałach miękkich, sypkich i plastycznych. Urządzenia tych wierceń mają pompy odśrodkowe o dużej wydajności i specjalnej konstrukcji wirnika przez które mogą przedostawać się okruch o średnicy przewodu ssącego. Charakterystyczne jest to że krążenie płuczki przy wierceniu odbywa się w kierunku odwrotnym niż w innych rodzajach wierceń. Ruch płuczki wynoszącej zwierciny z otworu na powierzchnię odbywa się przewodem płuczkowym, a na spód otworu woda napływa przestrzenią pierścieniową między ścianą otworu a rurami płuczkowymi. Mały przekrój rur płuczkowych umożliwia uzyskanie prędkości zapewniających wynoszenie nawet dużych okruchów mieszczących się w rurach płuczkowych. Stosunkowo duży przekrój przestrzeni pierścieniowej zapewnia spokojny i powolny dopływ wody lub płuczki na spód otworu, zmniejszając przez to niebezpieczeństwo obsypywania się ścian.
29.Charakterystyka wierceń hydraulicznych (zasady działania , zastosowania).
Wiercenie hydrauliczne polega na zwiercaniu skały strumieniem cieczy wtłaczanej pod dużym ciśnieniem do otworu wiertniczego. Wiercenie hydrauliczne stosuje się przy przewiercaniu warstw miękkich. Hydrauliczne wiercenie wykonywane jest dwiema kolumnami rur : okładzinową i tłoczną . W spodzie kolumny rur montuje się stalową stożkową głowicę z otworami -dyszami i zawór zwrotny w celu zabezpieczenia przed przedostawaniem się do niej płuczki ze zwiercinami w czasie dodawania kolejnej rury. Wiercenie wykonuje się za pomocą przewoźnej wiertnicy z wyciągiem, pompą i masztem.
30.Charakterystyka wierceń wibracyjnych (zasady działania , zastosowanie )
Metoda wierceń wibracyjnych jest stosowana w skałach luźnych, zwięzłych i twardych. Polega ona na tym, że pod wpływem drgań wibracyjnych i pod wpływem własnego ciężaru rury wiertnicze wraz z narzędziem wiercącym zagłębiają się w skałę. Przy wierceniach wibracyjnych skała na dnie otworu zwiercana jest poprzez udary mechaniczne (drgania) o wysokiej częstotliwości ( 1200 - 2500 udwrów na minutę), wywołane urządzeniem wibracyjnym i przekazuwane świder oraz na skałę.
Wiercenia wibracyjne mają zastosowanie w zasadzie do wiercenia otworów płytkich do 100 m. w skałach miękkich i kruchych. Jeśli na świder prócz siły osiowej, zostanie przekazany dodatkowo moment obrotowy, to metoda ta może być również stosowana do wiercenia w skałach twardych. Przy większych głębokościach otworu udary zanikają i prędkość urabiania szybko maleje - stosuje się wibratory wgłębne - wibrowierty - umieszczone na spodzie otworu.
31.Charakterystyka wierceń ślimakowych na sucho (zasady działania ,zastosowanie)
Wiercenia ślimakowe mają wiele zalet, należą bowiem do wierceń bardzo wydajnych , są wykonywane na sucho , bez użycia płuczki wiertniczej
Wiercenia ślimakowe mogą być stosowane tylko do wierceń płytkich , w skałach sypkich i miękkich , w których proces zwiercania skały nie wymaga dodatkowego, zwiększonego nacisku narzędzia wiertniczego. W skałach twardych , wymagających dodatkowego obciążenia przyrządu wiertniczego , oraz w kurzawkach i warstwach z zawartością dużych otoczaków wiercenie ślimakowe napotyka jednak trudności i w wierceniach studziennych nie znalazła powszechnego zastosowania.
Podstawowym elementem w urządzeniu jest przewód wiertniczy w postaci śrubowego transportera , który składa się z wału wydrążonego lub pełnego ze spiralnymi ostrzami do wynoszenia zwiercin. Na końcu tego wału znajduje się świder lub koronka. Przewód wiertniczy podzielony jest na odcinki(o dł.od 0,5 - 2m.)Do pobierania rdzeni wiertniczych służy przewód wiertniczy(w środku rurowy),przez który zapuszcza się rdzeniówkę złożoną z koronki, rury rdzeniowej, łącznika, zamka z zatrzaskiem.