RODZAJE OBCIĄŻEŃ W RURACH OKŁADZINOWYCH.

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

2) Ściskanie przy postawieniu na dnie odwiertu.

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

4) Naprężenia powodowane oddziaływaniem termicznym.

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

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

RODZAJE NAPRĘŻEŃ WYSTĘPUJĄCYCH W PRZEWODZIE W TRAKCIE ZAPUSZCZANIA, WYCIĄGANIA I WIERCENIA.

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

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

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

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

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

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

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

Metody klasyczne dzielimy w zależności od:

- sposobu zwiercania skały na dnie otworu

- rodzaju przewodu wiertniczego

- wielkości średnicy otworu

- sposobu usuwania zwiercin z dna otworu

- siły napędowej używanej do wiercenia i umieszczenia silnika

- kierunku wykonywania otworów

Do głównych czynników wpływających na dobór metody wiercenia należy zaliczyc: -średnice, głębokość, konstrukcje i schemat orurowania otworu, -miejsce i terenowe warunki wiercenia.- rodzaj otworu, -termiczne i geologiczno złozowe warunki wiercenia, -parametry wytrzym. Skał w profilu otworu, -cisnienie górotworu i płynu złozowoego, -rodzaj i typ dostępnych narzedzi wiercących, -zakres rdzeniowania skał i minimalnej średnicy rdzenia, -metody opróbowania skał zbiornikowych, -rodzaj i typ stosowanej płuczki wierniczej.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Metoda wrzecionowa: przy tej metodzie stosuje się lekkie wiertnice o róznej konstrukcji umożliwiającej obrot przewodu wiertniczego i jego posów jak również wywieranie nacisku osiowego na narzędzie wiercące za pomocą wrzeciona połączonego z dzwignią mechaniczną lub z urzadzeniem hydraulicznym. Wiertnicze wrzecionowe imozliwiają wiercenie płytkich otworów małośrednicowych (pionowych, ukośnych lub kierunkowych). Stosowana jest głównie w celu rozpoznania przekroju geologicznego, poszukiwania i dokumentowania złóż rud, surowców skalnych oraz przy pracach geofizycznych i sejsmice. Sosowana także w górnictwie podziemnym do wiercenia płytkich małośrednicowych otworów strzałowych

Metoda Stołowa: stosowana przy wierceniu otworów normlano i wielkośrednicowych wiertnicami przewoźnymi lub stabilnymi, umożliwiającymi napęd przewodu wiertniczego w postaci kolumny rur płuczkowych i obciąznikłów, za pomocą stołu wiertniczego korty przekazuje poprzez graniatke moment obrotowy na spód otworu. Można wiercić nawet do 10000m. Przy tej metodzie w zależności od rodzaju skały, warunków tech-geolog oraz ciśnienia płyn złozowego stosowane są róznego rodzaju płuczki ciekłe iłowo-bentonitowe i specjalne o zróżnicowanych parametrach geologicznych jak i również płuczki pianowe i gazowe. Strumień płuczki zapewnia oczyszczanie, chłodzenie i smarowanie narzędzia wiercącego, wynoszenia zwierni na powierzchnie, równoważy ciśnienie złozowe oraz stabilność ścian otworu. Wiertnice stołowe wykorzystywane są róniez do wiercenia otworów wielko średnicowych 600-1500m do celów studziennych.

Z napędem wgłębnym:wyroznia się :turbinową, wiercenia hydraulicznymi silnikami typu naporowego, wiercenia elektrowiertami. W metodzie trubinowej urządzeniem przekazującym moment obrotowy na świder jest wielostopniowa turbina zwana turbowiertem. Wykorzystuje ona ciśnienie strumienia objętości płuczki wywierane pompami płuczkowymi. Napęd hydrauliczny realizowany jest objętościowym silnikiem hydrostatycznym o specjalnej konstrukcji np. Dyna-Drill, Navi-Drill. W silnikach tych znajduje się specjalne wyprofilowany stator z ruchomym rotorem. Ruch rotoru powodowany jest ciśnieniem objętości strumienia przepływającej płuczki. Wewnętrzna częśc statora w celu szczelnienia powierzchni styku rotatorem wypełniona jest specjalnym elastomerem.Na dnie otworu wiertniczego jako napęd wgłębny może byćzastosowany silnik elektryczny o specjalnej konstrukcji. Jako element doprowadzający prąd stosuje się kabel elektryczny lub przewód wiertniczy składający się z rur płuczkowych o specjalnej konstrukcji.

ELEMENTY PRZEWODU WIERTN: TYPY, RODZAJE, RODZAJE POŁĄCZEŃ.

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

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

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

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

Według typu połączeń, rozróżnia się cztery kategorie rur płuczkowych:

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

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

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

— z przyspojonymi na styk zwornikami.

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

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

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

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

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

Klasyfikacja na zurzycie a)New-bez jakikolwiek oznak zużycia, b)Premium grubość >80% pierwotnej ścianki, c)class2 >70%, d)class3<70% złom wiertniczy.

Zworniki(tool joint)

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

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

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

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

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

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

Obciążniki do wiercenia obrotowego(drill collar)

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

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

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

Dzielą się na obciążniki standardowe i specjalne(antymagnetyczne, kwadratowe, spiralowe) ANTYMAG znajdują zastosowanie przy wierceniu otworów kierunkowych Kwadratowe: stosuje się je w celu zwiększenia szczytności dolnej części przewodu, przekątna jest prawie równa średnicy otworu.Obciązniki te eksploatowane są najczęściej w połączeniu ze stabilizatorami i rozszerzaczami.Aby uchronić krawędzie obciążnika przed zużyciem napawa się je w kilku miejscach twardym spiekiem.SPIRALNE:kanaliki wykonane po lini śrubowej, przychwycenie obciążników jest wynikiem dużej rożnicy ciśnień miedzy ciśnieniem płuczki a ciśnieniem złozowym siła dziłajaca na ten obciążnik jest równa: F=(ph-pzł)*A. Im bardziej wiekszy A tym ciężar obciążnika jest mniejszy.połączenia wszystkich obciążników są fosfatyzowane co zwiększa ich odporność na korozje.

Graniatki(kelly)

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

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

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

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

Łączniki

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

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

Rodzaje: łaczy graniatke z rurami płuczkowymi,(kelly sub), rury płuczkowe z obciążnikami(corssover sub), obciążniki o różnych średnicach(drill collar sub), Obciążniki ze świdrem(bit sub)

Amortyzatory

Na skutek wibracji przewodu może nastąpić przerwanie bądź uszkodzenie przewodu. W trakcie wiercenia wibracje powstaja na skutek ruchu obrotowego przewodu, ugięcia obciążników i okresowej reakcji ściany otworu, nacisku na dno i reakcji tego dna. Żeby niwelowac dragania i siły działające na świder, stosuje się amortyzatory, istotą działania polega na wzajemnym przesuwaniu się względem siebie dwuch części oddzielonych elementami sprężynującymi, przejmującymi dynamiczne obciążenia.

Stabilizatory

Instalowane są w dolnej części kolumny przewodu, uzywane są w celu zmniejszenia lub zwiększenia kąta skrzywienia otworu.Do czynników decydujących o wyborze stabilizatora należy zaliczyć: -warunki geologiczne, rodzajprzewierconych skał, ekonomike. Ze względów konstrukcyjnych wyroznia się: stabilizatory tulejowe, z przyspawanymi żebrami, ze stałymi żebrami, z nieruchomą tuleją gumową, gryzowe. Tulejowe używane są do każdego rodzaju skał Są bardziej ekonomiczne niż stabilizatory integralne oraz posiadają ułatwioną wymiane tulei. Z przysp. Żebrami stosowane są w skałach miękkich i średnio twardych. Zbra ich wykonane są ze stali niskowęglowej i zbrojone węglikiem wolframu. Ze stałymi żebrami stosuje się je w skałach twardych, wkonane z jednego kawałka stali stopowej, a żebra zbrojone są wkładkami w postaci słupków lub płytek z węglika wolframu, żebra mogą mieć kształt prosty lub spiralny.Gryzowe:wykonane ze stai stopowej stosuje się je głównie dla poszeczenia średnicy otworów, jak również do centralizacji i stabilizacji kolumny obciążników w otworze. Stosowane w skałach o róznej twardośći.

Nożyce wiertcznicze

Umieszczenie nożyc zezwala na natychmiastowe podbijanie lub zbijanie przewodu wiertniczego w celu uwolnienia przychwyconej jego części. Nożyce są przeznaczone do uzycia w czasie operacji wiertniczych w celu intensyfikacji siły działającej wzdłuż osi otworu. Na konstrukcje dzieli się ja na:mechaniczne, hydrauliczne, hydrauliczno mechaniczne. Ze względu na technologie dzieli się je na: górnego działania, dolnego dziłania, dwustronnego działania. Górne działanie: wcelu uderzenie do góry(podbicia) należy napiać nozyce naciągając przewód wiertniczy. Gdy nożyce zadziałają energia sprężystości spowoduje nagłe wysunięcie się trzonu norzyc do pozycji całkowicie rozciągniętej.W wyniku nagłego zatrzymania się trzonu energia kin. Poruszającej się masy nad nożycami zostaje przetworzona na skupioną siłe uderzenia-podbijania.wielkosc siły zalezy od warunkow pracy i może osiągnąc 8 krtotnosc siły napięcia. Zasada działania dolnego:W celu uderzenia w dół(zbicia) należy „postawic” część wagi przewodu wiert. Aby ścisnąć nożyce. Gdy nożyce zadziałają, postawiony ciezar przewod wiert opadnie swobodnie. Nożyce zsuwając się całkowicie, przeniosą skupioną siłę uderzenia na dolną, przechwyconą cześć przewodu wiertniczego.

STUDNIE

Studnie wiercone dzielimy na a)filtrowe b) bezfiltrowe:z lejem czerpanym, bez filtra.

Studnia wiercona filtrowa składa się z kolumny rur okładzinowych których głównym zadaniem jest zabezpieczenie ścian otworu wiertniczego kolumny filtrowej, której część robocza tzw. Filtr właściwy umozliwia dopływ wody z warstwy wodonośnej do wnętrza studni. Oprocz tego w czasie wiercenia stosowane mogą być inne kolumny techniczne niezbędne do przeprowadzenia prac wiertniczych realizowanych przy teleskopowym ułożeniu rur lub do innych zabiegów w tym do uszczelniania lub cementacji zapobiegającej przedostawaniu się do strudni wody z warstw, które prowadzą wody podziemne zanieczyszczone, lub tez z warstw mało wydajnych których eksploatowac nie chcemy. Połączenie kolumny filtrowej z ostatnią(najgłębiej umieszczoną) rurą okładzinową powinno być szczelne, co uzyskuje się za pomocą uszczelki. Kolumna rur okładzinowych składa się z połączonych rur okładzinowych stalowych. Jeżeli kolumna ta służy jako przewód do odprowadzania wody, tworzy ona kolumne eksploatacyjna. Kolumna filtrowa składa się z filtru właściwego zwanego krótko filtrem, rury podfiltrowej znajdującej się poniżej filtru i spełniającej rolę osadnika dla drobnych czastek skały przedostających się z ośrodka wodonośnego przez filtr oraz rury nadfiltrowej, która stanowi nieperforowaną rure wiertniczą łączącą filtr z rurą okładzinową.

W wielu studniach reole rur okładzinowych przejmuje wydłużona rura nadfiltrowa, w innych stosuje się pojedyncze, podwójne lub teleskopowe zarurowanie. Filtr może być jednoczęściowy lub kilkuczęściowy, składający się z kilku konstrukcji przewodzących wodę, podzielonych rurami pełnościennymi zwanymi rurami miedzyfiltrowymi. Każda studnia wiercona powinna mieć obudowę, która stanowi zakończenie górnej jej części, zabezpieczające studnię przed zanieczyszczeniami lub uszkodzeniem i umożliwiające pomieszczenie uzbrojenia.Konstrukcje studni wieconej ustala się w zależności od metody jej wiercenia, głębokości studni, warunków hydrogeologicznych, przeznaczenia studni, stosowanych materiałów konstrukcyjnych oraz sposobu czerpania wody. Studnie wiercone w Polsce maja długosc od 20 do 30 m. Konstrukcja takich studni praktycznie nei zależy od sposobu ich wiecenia co wynika z konieczności ich obudowania dwoma kolumnami rur okładzinowych w przypadku, gdy ujmowana woda może być wykorzystywana do celów gosp-bytowych.

Filtr studni wierconej jest jej najważniejszą częścią, decydującą o poprawnej pracy i długotrwałości ujęcia. Zadaniem fltru jest umożliwienie wodzie podziemnej przedostanie się z ośrodka wodonośnego do wnętrza studni z dopuszczeniem wypłukania z gruntu drobnych frakcji oraz umożliwienie opuszczenia urządzeń do oczyszczania osadnika lub też wewnętrznych ścianek filtru oraz urządzeń do czerpania wody ze studni.

FILTRY

1)Filtry szkieletowe dzielą się na perforowane (otworowe) oraz prętowe. Filtry perforowane składają się z rur stalowych, kamionkowych lub innych z przelotowymi otworami okrągłymi lub szczelinowymi albo tez otworami krytymi wytłaczanymi tzw mostkowymi, rozmieszczonymi symetrycznie na obwodzie,Ponieważ filtry perforowane muszą na ogół przenosić znaczny nacisk od ścian otworu wiertniczego, które się obsypują i zaciskają filtr najczęściej wykonuje się ze stali, w zasadzie należy stosować stal nierdzewną. Filtry prętowe składają się z umieszczonych wzdłuż pobocznicy filtru pionowych prętów stalowych umocowanych w poziomych pierścieniach stalowych usztywniających oraz ewentualnie z drutu gładkiego lub profilowego nawiniętego spiralnie na pręty tworzące szkielet filtru. 2) Filtry siatkowe-składają się z filtru szkieletowego najczęściej owiniętego dodatkowo siatką pokładową lub spiralnie drutem(tzw. Nawojem), na który nałozona jest siatka filtracyjna o odpowiednim splocie i przepustowości, dostosowana do rodzaju warstwy wodonośnej.3) filtry obsypkowe składają się z filtru szkieletowego, ewentualnie z nawojem, otoczonego jedną lub kilkoma współśrodkowo rozmieszczonymi warstwami osypki, tj. materiału skalnego lub sztucznego o uziarnieniu dostosowanym do rodzaju warstwy wodonośnej oraz do konstrukcji filtru otworowego; stosowane są, gdy ujmujemy wodę z piasków drobnych lub innych utworów drobnoziarnistych. Wykonuje się je bezpośrednio w otworze wiertniczym albo na powierzchni, a nastepnie opuszcza do otworu.

4) Filtry o specjalnej konstrukcji są wykonywane w wytwórniach jako prefabrykaty. Do nich stosuje się najrozmaitsze materiały, na ogół odporne na korozję i środowisko agresywne, lecz często są one kruche, mało wytrzymałe i ciężkie. Jako materiały można wymienic przykładowo: beton porowaty, polichlorek winylu, azbestocement.

ZASADY PROJEKTOWANIA FILTÓW STUDNI

1)Wybór typu filtru; dokonywany jest odpowiednio do litologii warstwy wodnonosnej. Filtr studni powinien: -mieć odpowiednią wytrzymałość i zapewniać stateczność ścian otworu studziennego. - uniemozliwać zapiaszczenie studni w czasie normalnej eksploatacji. - powodować małe straty hydrauliczne przy przesączaniu się wody przez ściany filtru w czasie przepływu wody wewnątrz studni. -mieć taka konstrukcję, aby utrudniać tworzenie się na niej osadów pochodzenia mechanicznego, chemicznego lub biochemicznego.

2. Usytuowanie wysokościowe filtru. I jego długosc zalezą przede wszystkim od następujących czynników W zasadzie jeżeli warstwa wodonośna jest jednorodna i ma miąższość większą od 15 m, długość filtru można dobierać za pomocą metody

oporów filtracyjnych. Przy mniejszej miąższości można długość filtru wstępnie przyjmować: l_f=(0,4 - 0,8)M lub l_f=(0,4 - 0,6)H M-miąższość warstwy wodonośnej przy napiętym zwierciadle wód,
H-miąższość warstwy wodonośnej przy swobodnym zwierciadle wód
W przypadku ośrodków wodonośnych niejednorodnych w pionie, filtr może obejmować jedynie najbardziej przepuszczalne przewarstwienia. Przez przewarstwienia bardzo mało przepuszczalne można przechodzić rurami nieperforowanymi. W praktyce wodociągowej jest stosowana często zasada odsuwania przy zwierciadłach napiętych dolnej krawędzi filtru od spągu i górnej krawędzi filtru od stropu na odległość 0,2 - 0,5 m, co przedstawiono na rysunku.
Usytuowanie wysokościowe filtru wiąże się z głębokością studni oraz jej spodziewaną wydajnością. Najczęściej budowa geologiczna ośrodka wodonośnego sama narzuca tu rozwiązanie. Na rysunku pokazano kilka przypadków usytuowania filtrów zarówno w studniach pogłębionych do warstwy nieprzepuszczalnej spagowej, jak i niedogłębnych. Na rysunku pokazano filtry jedno i dwuczęściowe. Sudnie niedogłębione stosuje się w ośrodkach wodonośnych o dużych miąższościach albo też gdy potrzebna ich wydajność jest mała, w stosunku do możliwości ośrodka.Budowa geologiczna może zarazem określać długosc filtru, co uwidocznia rysunek. Długosc filtru otrzymuje się w ten sposób, że od miąższości ośrodka wodonośnego H odejmuje się depresje w studni oraz odcinki na których instalowanie filtru jest niecelowe.

3) Wybor średnicy filtru. Średnice zewnętrzną filtru Dz a także pośrednio średnice wewnętrzną Dw należy ustalić kierując się następującymi przesłankami - wydajnością całkowitą strudni Q, - wymiarami urządzeń do pompowania wody ze studni jeżeli są one umieszczane w obrębie filtru lub w rurze podfiltrowej. - dopuszczalną prędkością wlotową(filtracji) z warstwy wodonośnej do wnętrza filtru, -ograniczeniem największej prędkości przepływu wody wewnątrz rury szkieletowej filtru u.prędkośc u powinna spełniać nierówność u=Q/(0,785*Dw^2)<Up(wzór przeksztalaca się na Dw)Up-dopuszczalna prędkość przepływu wewnątrz filtru. W literaturze niemieckiej zalecane jest kryterium up = 0,5 przey spełnieniu którego wartości hydraulicznych wewnątrz filtru są niewielkie. Większa prędkość uf w granicach 1-1,5 jest dopuszczana lecz powoduje wzrost strat, przy czym ich wartość oraz bedący ich wynikiem nierównomierny rozkład dopływow do strudni w każdym przypadku zależa od współczynnikow oporów tarcia przy przepływie wody wewnątrz filtru, które są zalezne od zastosowanej konstrukcji szkieletu. W rosju up jest nawet od 1,5-2 co wynika z dążenia do zmniejszenia średnic, a tym samym kosztów filtrów. Zaleca się przy projektowaniu filtrów prędkośc up-0,5-1 i tylko w uzasadnionych przypadkach dopuszczać większe wartości.Przyjęta średnica Dz powinna być sprawdzona poprzez obliczenie dopuszczalnej wydajnościu studni. Stosowany dotąd sposób obliczania średnicy zewnętrznej oparty wyłącznie na wzorze na dopuszczalna prędkośc filtracji Vdop może być uznany jedynie za przybliżenie. Stosowany dotąd wzór na określenie zewnętrznej średnicy fltru Dz ma postać Dz>0,318*Q/(Lf*Vdop). Dopuszczalne prędkości filtracji 1)wg S.K Abramow65*pier3-st(k)/86400 2) W Sichardta 16,9*pier(k)/86400 3) Ch Truelsena = 9,8*pier(k)/86400. V1:V2:V3 = 4:2:1

4)Zasady perforowania rur filtrowych. Perforacja wykonywana jest bądź fabrycznie bądź też przez przedsiębiorstwa wykonujące studnie. Współczynnik przepustowości filtru: m=f/F gdzie f-lączna pow otworków wlotowych F-powierzchnia na której filt jest perforowany. Stosuje się perforacje okrągła i szczelinową(szczeliny podłużne). Perforacja okrągła polega na zastosowaniu otworków wlotowych okrągłych, rozmieszczonych w szachownicę. Perforacja szczelinowa polega na uzyciu otworkow wlotowych w postaci podłużnych szczelin. Stosuje się układy: pasowy prosty pasowy w szachownicę oraz w szachownicę z nasunięciem. Szczeliny mogą być wcięte w korpusie rury lub wytłaczane. Przykłady poszczególnych perforacji przedstawiają rysunki.

Przy doborze wymiarów otworów wlotowych rozróznia się dwa przypadki: 1) otworki stykają się z warstwą wodonosną lub obsypką 2) otworki stykają się z konstrukcją ochronną, lecz nie kontaktują się bezpośrednio z warstwą wodonośną lub obsypką.

5)Dobór osypek w filtrach. Wdłog najnowszych zaleceń w literaturze rosyjskiej uziarnienie osypki stykającej się z warstwą wodnonosną, zwanej dalej obsypką podstawową, czyli zewnetrzna(i=1) należy projektowac przy spełnieniu kryterium.G1=D50/Dk=7-15.Uziarnienie drugiej i dalszych osypek tzw. Osypek wewnętrznych, czyli konstrukcyjnych, należy projektować osobno dla każdych dwóch sąsiednich warstw osypek(stykających się ze sobą) wychodząc z relacji gi=Di+1/Di = 4-6

6)Nawój na rurze filtrowej: średnica drutu spirali oraz rozstaw zwojów mogą być przyjmowane zgodnie z tabela, która przedstawia zalecane średnice drutu nawoju i ich rozstaw.\

7) Przepustowość filtru; W studniach wodociągowych, których żywotność powinna przekroczyć 10 do 15 lat przy prawidłowej eksploatacji należy stosować jak największą przepustowośc która charakteryzuje współczynnik przepustowości filtru m. graniczne przepustowość w filtrach prętowych wynosi m=40 do 65% w wiltrach otworowych(perforowanych) m = 20-30%. Stosowanie mniejszych przepustowości jest jednakże dopuszczalne i spotykane w praktyce, Nawój z drutu lub siatek nylonowych powoduje znaczne zmniejszenie przepustowości filtru, a zwieksza opory hydrauliczne. Dlatego przy projektowaniu filtrów z obsypką niekorzystne jest stosowanie nawoju z drutu lub siatek jako podkładu, z wyjątkiem przypadków, gdy przyjęte lub obliczone wymiary otworkow okazują się bardzo małe, a więc narażone na niebezpieczeństwo szybkiego ich zarastania. Wówczas powiekszenie wymiarów otworków i zastosowanie nawoju lub siatki podkładowej może okazać się korzystne.

8)Dobór długości filtru; Długosc Lf waha się najczęściej od kilku do kilkunastu metrów. Do tej długości dobierano zewnętrzną średnicę filtru w taki sposób, aby powierzchnia warstwy na granicy z filtrem F=n*Dz*Lf zapewniala nieprzekraczalnie tzw. Dopuszczalnej prędkości filtracji Vdop określanej jednym z istniejących wzorów empirycznych. Preferuje się taką metodę postepowania, że długosc filtru Lf przyjmuje się wstępnie na podstawie przesłanek geologicznych, natomiast sprawdza się ją określając tzw. Dopuszczalną wydajność studni-lub też, w bardziej skomplikowanych przypadkach, uwzględniając w obliczeniach hydrauliczne warunki przepływu wewnątrz filtru i przez jego ściany. Najbardziej istotnym spostrzeżeniem wpływającym na wybór długości filtra jest to, że jego wydłużenie powoduje wieksze zróżnicowanie dopływu jednostkowego q z warstwy wodonosnej wzdłuż długości filtru. Zatem w końcowych odcinkach filtru można oczekiwać przekroczenia dopuszczalnej wydajności.

ZASADY PROEKTOWANIA STUDNI WIERCONEJ BEZ FILTRA

Wodo dopływa do studni bezfiltrowych albo bezpośrednioprzez ściany niezarurowanego otworu, albo przez dno z wytworzonymi pod nim lejem czerpanym.Opis studni: A) oznaczono studnie bezfiltrową odwierconą w skała nie osypujących się. Warstwa napinająca jest zarurowana. Zwierciadło wody jest napięte.B)studnia zarurowana odwiercona w warstwie wodonośnej o zwierciadle swobodnym w skałach osypujących się. Rurą obudowano jedynie górny odcinek przy obudowie. C studnia bez filtrowa z lejem czerpanym, który ukształtował się pod stropem warstwy napinającej.D. studnia wykonana podmnie jak w A z tem że nastepnie torpedowano ją powodując powstanie dużej nieregularnej przestrzeni.Studnie tymu A i B oblicza się analogicznie jak studnie z filtrem, z tym że współczynnik oporów dodatkowych Lf pochodzących od konstrukcji filtrującej przyjmuje się równy zeru. Zatem dla określenia wydajności lub depresji studni tego typu przyjmuje się jej średnicę równą zewnętrznej średnicy rury, jeśli była ona stosowana w czasie wiercenia, lub też średnicę takiego otworu, jaki odpowiada wymiarom urządzeń do wiercenia.

STUDNIA BEZFILTROWA Z LEJEM CZEROPANYM

Jest rzeczą istotną, aby utrzymać nad lejem czerpanym stateczny strop warstwy napinającej. Jeżeli wytworzymy zbyt wielki lej oraz gdy materiał budujący warstwę stropowa będzie mniej wytrzymały, tym większe będzie niebezpieczeństwo obwałuj. Odpadnie brył ze stropu leja czerpanego jest niebezpieczne, gdyż powoduje uszczelnienie powierzchni leja i znacznne zmniejszenie wydajności studni lub całkowite jej wyłączenie. Na strop nad lejem czerpanym dział wybór wody, który w przybliżeniu można przyjmować proporcjonalny do wysokości słupa wody Hs. Wybór jest mierzony na jednostke stropu. Umozliwia on utrzymanie warstwy napinającej w stanie równowagi. Obwał warstwy napinającej ma najczęściej kształt paraboli lub zbliżony do paraboli, albo kształt eliptyczny w skałach spoistych, lun stożkowy w skałach zwięzłych. Dla ułatwienia obliczeń przyjmuje się jednakże najczęściej kształt trójkąta.

PODZIAŁ NARZĘDZI WIERCĄCYCH

Narzędzia wiercące stosowane przy wierceniu otworów metodą obrotową

można podzielić według przeznaczenia na:

- świdry o pełnym przekroju zwiercania dna otworu;

- koronki rdzeniowe, zwiercające pierścień skały w celu uzyskania rdzenia;

- poszerzacze zwiercające pierścień skały i celu powiększenia średnicy otworu;

- świdry specjalnego przeznaczenia, używane przy pracach ratunkowych dla odchylenia osi otworu
Świdry i koronki ze względów konstrukcyjnych można podzielić na:

-skrzydłowe; - gryzowe;
Ze względu na sposób urabiania skały narzędzia wiercące dzielimy na:

-skrawające;

- ścinające;
-frezujące;

- kruszące;

- o działaniu pośrednim.
ŚWIDRY SKRZYDŁOWE

Do grupy tej zaliczane są świdry płaskie: rybi ogon o długich i krótkich ostrzach, świdry dwuskrzydłowe, trójskrzydłowe. czteroskrzydłowe (krzyżaki) oraz różne ich modyfikacje
Świdry dwuskrzydłowe wyposażone są w krótkie ostrza. We wnętrzu kadłuba posiadają nasadki dyszowe. Stosowane są przy wierceniu otworów o małych średnicach. Świdry trój- i czteroskrzydłowe posiadają wymienne ostrza. Nasadki dyszowe umieszczone są w taki sposób, że oczyszczają stycznie ostrza i nie rozmywają ściany otworu.

Świdry skrzydłowe znalazły zastosowanie przy wierceniu w skałach miękkich. Ze względu jednak na wielkość wskaźników ekonomiczno technicznych uzyskiwanych przy wierceniu tymi narzędziami, Ich aplikacja przy wici cantach stołowych jest obecnie bardzo ograniczona. Świdry tego typu znajdują jednak nadal szerokie zastosowanie w górnictwie podziemnym przy wykonywaniu otworów metodo obrotową wrzecionowa.
. 1932 - ZASTOSOWANIE ŁOŻYSK TOCZNYCH- Zastosowanie łożysk tocznych umożliwił zwiększenie czasu pracy świdrów gryzowych.
1933 - PIERWSZY ŚWIDER TRÓJGRYZOWY- Bardziej wytrzymały niż świdry dwugryzowe.

Stanowi standard dzisiejszych narzędzi wiercących.
1948 - DYSZE W ŚWIDRZE GRYZOWYM - Zastosowanie ciśnienia hydraulicznego wywieranego przez płuczkę wypływającą z dysz świdra zwiększyło prędkość wiercenia o 30%.
1951 - ZASTOSOWANIE SŁUPKÓW Z WĘGLIKÓW SPIEKANYCH - Pierwszy słupkowy świder gryzowy

Uzyskano zwiększenie uwiertu w twardych formacjach skalnych
1959- uszczelnienie łożysk - odizolowanie płuczki od łożysk smarowanych wewnętrznie
1969 - USZCZELNIENIE TYPU O-RING
1979 - ŚWIDRY SŁUPKOWE DO SKAŁ MIĘKKICH- Pierwszy świder

słupkowy umożliwiający efektywne wiercenie w skałach miękkich.
1981 -POFILOWANIE SŁUPKÓW- Zwiększenie żywotności struktury tnącej
1994 - ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII WZMACNIANIA ZĘBÓW NA SKRAJNYCH WIEŃCACH
1996- PIERWSZE POJEDYNCZE SPRĘŻYNUJĄCE USZCZELNIENIE
1997-OPTYMALIZACJA KIERUNKU PŁUCZKI WYPŁYWAJĄCEJ Z DYSZ ŚWIDRA - Kombinacja wielu czynników:- hydrauliki, - ułożyskowania, - struktury tnącej.
ŚWIDRY GRYZOWE - Świdry gryzowe znalazły najszersze zastosowanie przy wierceniu obrotowym metodą stołową, z górnym napędem czy z wykorzystaniem silników wgłębnych.

Ze względu na cechy konstrukcyjne świdry gryzowe dzieli się na

jedno-, dwu- trój- i wielogryzowe.
Ze względu na rodzaj zębów wyróżnia się: świdry gryzowe z zębami frezowanymi oraz z zębami w postaci słupków z twardych spieków.
Analizując rozwiązania systemu oczyszczania narzędzia

wiercącego spośród świdrów gryzowych wyróżnia się narzędzia wiercące:

- z centralnym płukaniem,

- z dyszami standardowymi,

- z dyszami przedłużonymi,

- z dyszami ekscentrycznymi
Świdry jedno i dwugryzowe- przeznaczone są głównie do wiercenia w skałach miękkich. Uzyskuje się nimi stosunkowo duze uwierty jednakże ze względu na znaczne odchylanie osi otworu od założonej trajektorii sterowanie przebiegiem otworu pilotowego w horyzontalnych wierceniach kierunkowych jest bardzo utrudnione
świdry czterogryzowe stosuje się obecnie również rzadko ze względu na problemy związane z rozwiązaniem systemu płukania dyszowego z równoczesnym skierowaniem strumienia płuczki bezpośrednio na dno otworu
świdry trójgryzowe - pierwsze świdry trójgryzowe wyprodukowane zostały w 1933 r. i do dnia dzisiejszego są najczęściej używanymi narzędziami wiercącymi przy wykonywaniu otworów w skałach
ŚWIDRY GRYZOWE Z ZĘBAMI FREZOWANYMI

Do głównych cech konstrukcyjnych świdrów gryzowych zaliczyć należy:

- geometrię gryzów (obecność i wielkość poślizgu),

- wysokość i długość zębów,

- kąt zaostrzenia zębów,

- podziałkę,

- współczynnik pokrycia dna otworu wiertniczego (stosunek rzutów długości zębów poszczególnych gryzów na płaszczyznę poziomą do długości promienia świdra) n=(H+l2+l3)/R,

- liczbę zębów na poszczególnych wieńcach,

- sposób rozmieszczenia zębów wzdłuż tworzące) gryzów.
ŚWIDRY GRYZOWE Z ZĘBAMI W POSTACI SŁUPKÓW Z TWARDYCH SPIEKÓW

Świdry słupkowe zamiast zębów posiadają wykształcone słupki wykonane z twardych spieków. Wysokość ilość i kształt oraz rozmieszczenie słupków uwarunkowane jest twardością skał.
TYPY ŁOŻYSK

Bardzo ważnym elementem świdrów trójgryzowych (z zębami frezowanymi i słupkowymi) wpływającym na ich żywotność jest system ułożyskowania. Początkowo stosowane były 3 łożyska toczne. Obecnie konstrukcje łożysk uzależnione są od obciążeń przenoszonych przez świder. Dla dużych obciążeń (dużych średnic) w świdrach powyżej 254 mm średnicy stosuje się łożyska wałkowo-kulkowo-ślizgowe. W mniejszych średnicach świdrów rezygnuje się stopniowo z łożysk tocznych na rzecz łożysk ślizgowych;
ROZKŁAD SIŁ W ŁOŻYSKACH - łożyska ślizgowe
Nacisk na świder rozkłada się na obciążenia osiowe i radialne

Obciążenie radialne — przenoszone jest na łożysko ślizgowe i czop pilotujący.

Obciążenia osiowe — przenoszone są na powierzchnię czołową łożyska i czop pilotujący.
METALURGIA ŁOŻYSK- Bieżnie łożysk tocznych pokrywa się kowalnymi materiałami np. srebrem w celu zmniejszenia skutków ewentualnego erozyjnego oddziaływania mogących się przedostać do wnętrza łożyska intruzywnych drobin skalnych.
MECHANIZM ZAMYKANIA GRYZÓW - Układ zamykający elementy toczne jest podstawą bezpiecznej eksploatacji świdra: kulki są wprowadzane od strony łapy łożyska i następnie są szczelnie zamykane sworzniem.
SYSTEM UŁOŹYSKOWANIA ŚWIDRÓW GRYZOWYCH -Do jednych z najciekawszych rozwiązań konstrukcyjnych systemów ułoźyskowań narzędzi gryzowych zaliczyć należy konstrukcje świdrów ATM firmy Baker Hughes w których zastosowano pierścień uszczelniający typu Ringlok.

Najnowsze rozwiązania w zakresie rozwiązań konstrukcyjnych uszczelnień łożysk świdrów trójgryzowych to:

- łożyska z uszczelnieniem typu O-ring (posiadają pierścień uszczelniający);
USZCZELNIENIE O-RING (PIERŚCIENIEM ELASTOMERÓW - Uszczelnienie typu O-Ring jest bardzo wytrzymałe na ściskanie ze względu na wypolerowaną powierzchnie gwarantująca gładkość pomiędzy gryzem a segmentem. Uszczelnienie izoluje wewnętrznie smarowanie sekcji od wpływu płuczki wiertniczej. Jako element uszczelniający stosuje sie pierścień elastomerowy. Uszczelnienie O-Ring jest odporne na temperaturę i ścierne zużycie.
PODWÓJNE USZCZELNIENIE TYPU METAL- METAL
W uszczelnieniu Metal-Metal zastosowano wypolerowane pierścienie metalowe osadzone na statycznych elastomerowych elementach sprężynujących. Można uzyskiwać duże prędkości obrotowe przy wysokiej temperaturze i obciążeniom.
Kąt nachylenia osi łożysk tą kąt zawarty pomiędzy osią łożysk a płaszczyzną poziomą. W skałach miękkich ma on mniejszą wartość.
KALIBROWANIE ŚREDNICY NARZĘDZI GRYZOWYCH

Bardzo ważnym zadaniem jakie stawia się przy eksploatacji świdra gryzowego jest konieczność utrzymania średnicy nominalnej otworu wiertniczego.

Czynnik ten jest bardzo istotny ze względu na:

*żywotność narzędzia i ekonomikę jego pracy; *krzywienie otworu wiertniczego; *niebezpieczeństwo awarii i komplikacji wiertniczych
WZMACNIANIE ŁAP ŚWIDRA: Wzmacnianie łap służy zabezpieczeniu przed zużyciem oraz stabilizacji ruchu obrotowego narzędzia.
ZBROJENIE ŁAP ŚWIDRA: Dodatkowe zbrojenie łap świdra w postaci punktowych elementów z twardych spieków.
STABILIZACJA WIROWANIA ŚWIDRA: Sześć punktów styku ze ścianą, ukierunkowane dysze oraz zbrojenie powierzchni

bocznej zapewniają stabilizację obrotów świdra
SYSTEMY OCZYSZCZANIA NARZĘDZI GRYZOWYCH

Wydostający się z przewodu wiertniczego strumień płuczki powinien spełniać następujące funkcje w celu zapewnienia efektywnej pracy narzędzia wiercącego :

- ochładzać i niekiedy smarować narzędzie;

- oczyszczać zęby świdra;

- dostarczać energię na dno otworu wiertniczego.
Do obecnie stosowanych rozwiązań systemu płukania narzędzi gryzowych zaliczyć należy zaliczyć:

a) świdry z centralnym płukaniem;

b) świdry z dyszami standardowymi:
DYSZE NIEZNACZNIE WYDŁUŻONE: Nieznacznie wydłużone dysze montowane są do świdrów 8 1/2" lub większych. Zadaniem ich jest ukierunkowanie strugi płuczki wypływającej z dysz narzędzia wiercącego.
MIĘDZYNARODOWA KLASYFIKACJA ŚWIDRÓW GRYZOWYCH

W celu usystematyzowania konstrukcji narzędzi gryzowych oraz skorelowania niektórych cech konstrukcyjnych narzędzi wiercących z właściwościami przewiercanych warstw skalnych Międzynarodowe Stowarzyszenie Kontraktorów Wiertniczych IADC (International Associacion of Drilling Contraktors) stworzyło klasyfikację świdrów gryzowych. Klasyfikacja ta obejmuje zarówno właściwości skał jak i osobliwości konstrukcyjne. Uwzględnia również niektóre szczególne przypadki aplikacji narzędzi wiercących. Oznaczenie każdego świdra składa się z 3 cyfr i ewentualnie litery. Pierwsze dwie cyfry oznaczają rodzaj świdra oraz właściwości skał w których pracuje on najefektywniej. Trzecia cyfra opisuje cechy konstrukcyjne danego narzędzia.

Dodatkowa litera objaśnia szczególne osobliwości konstrukcyjne (C - centralne płukanie), lub przeznaczenie świdra (D - do wierceń kierunkowych)

ŚWIDRY I KORONKI DIAMENTOWE DZIELI SIĘ NA: *świdry typu PDC z ostrzami z polikrystalicznych substancji diamentowych *świdry z ostrzami z naturalnych diamentów *świdry impregnowane
ŚWIDRY Z OSTRZAMI Z NATURALNYCH DIAMENTÓW

Świdry tego typu przeznaczone są do wiercenia w skałach twardych zwięzłych o dużej ścierności.

O efektywności pracy świdra diamentowego decyduje:

- kształt, rodzaj i liczba diamentów;

- stopień odsłonięcia diamentów;

- typ i rodzaj matrycy;

- kształt i profil świdra;

- sposób rozmieszczenia diamentów;

- rozmieszczenie kanałów płuczkowych.
systemy rozmieszczania naturalnych diamentów na korpusie świdra:

Obecnie stosowane rozkłady naturalnych diamentów można określić jako:

• wachlarzowy;

• promieniowy;

• kołowy;

• grzbietowy;

•spiralny.
WACHLARZOWY

W układzie wachlarzowym, w celu zwiercenia pierścienia skały, diamenty rozmieszczone

są w różnej odległości od osi narzędzia wiercącego w obrębie jednego segmentu świdra.
KOŁOWY

Układ kołowy tworzą diamenty, które umieszczone są na koncentrycznych okręgach.
Naturalne diamenty posiadają ograniczoną odporność termiczną.

W temperaturach od 500°C do 800°C diamenty utleniają się nie tracąc swych właściwości mechanicznych.

Na podstawie badań laboratoryjnych i terenowych stwierdzono, że za granicę odporności termicznej należy przyjąć temperaturę l200°C.

Po przekroczeniu jej na skutek grafityzacji (1450°C) diamenty zaczynają pękać i tracić swe właściwości wytrzymałościowe.

W związku z tym konieczne jest stosowanie odpowiednio wydajnego płukania, w celu chłodzenia powierzchni roboczych świdra.
rozwiązania konstrukcyjne systemu oczyszczania świdrów diamentowych z ostrzami wykonanymi z naturalnych diamentów.
Ogólną zasadą jest stosowanie bezdyszowego oczyszczania i chłodzenia narzędzia wiercącego w układzie:

- promieniowym;

- poprzecznym (krzyżowo - szczelinowym),

- w postaci otwartych otworów o różnym kształcie.
typy profili:

- stożkowy pojedynczy,

- stożkowy podwójny,

- paraboliczny,

- stopniowy.
Obecnie stosowane ostrza PDC składają się z 0,5 mm warstwy polikrystalicznych diamentów połączonej z 2,7 mm warstwą węglika wolframu. Cała płytka osadzona jest na podporze z węglika wolframu w stalowym korpusie świdra. Osobliwością konstrukcyjną jest trzecia warstwa pochłaniająca udary mechaniczne ostrza, usytuowana pomiędzy warstwą polikrystaliczną a węglika wolframu.
Mniejsza wartość kąta powierzchni ostrza na styku ze skałą, zapewnia stałą zdolność do efektywnej pracy i wpływa na zwiększenie mechanicznej prędkości wiercenia otworu. Zmodyfikowane ostrza zmniejszają stopień wibracji świdra, co pozwala uzyskać średnicę otworu bardziej zbliżoną do średnicy nominalnej narzędzia wiercącego. Wypukły kształt powierzchni skrawającej ostrza ułatwia oddzielenie od niego odspojonej z dna otworu warstwy skały, zmniejszając nagrzewanie, a tym samym powodując wzrost odporności świdra na ścierne zużycie.
Ostrza i dno otworu muszą być dokładnie oczyszczane, a zwiększona ilość zwiercin wyniesiona z przestrzeni pierścieniowej.
W tym celu w konstrukcjach świdrów PDC stosuje się system płukania dyszowego. W konstrukcjach King Cutter stosuje się styczne oczyszczanie

każdego dużego ostrza niezależnym strumieniem płuczki, a w konstrukcjach skrzydłowo - żebrowych Chip Master płukanie krzyżowe.
OCZYSZCZANIE DNA OTWORU STOSOWANE W ŚWIDRACH PDC

Zastosowanie dysz o zróżnicowanych średnicach umożliwia optymalizację oczyszczania przestrzeni międzyżebrowych narzędzi PDC.
ŚWIDER BallaSet Z OSTRZAMI TERMICZNIE ODPORNYMI

Ostrza termicznie odporne TSP mają kształt prostopadłościanu o podstawie trójkątnej i nie wymagają osadzania na podpórce z węglika wolframu.

Są one montowane bezpośrednio w matrycy świdra w układzie spiralnym wzdłuż powierzchni roboczej narzędzia wiercącego.
ŚWIDRY Z IMPREGNOWANYMI DIAMENTAMI - W świdrach tego typu korpus narzędzia wiercącego wykonany jest z matrycy z węglika wolframu . z impregnowanymi wewnątrz syntetycznymi diamentami
ŚWIDRY HYBRYDOWE

Narzędzia tego typu mają konstrukcję mieszaną. Oznacza to. że oprócz ostrzy danego typu występują w takim świdrze również inne ostrza. Do narzędzi hybrydowych zaliczyć należy świdry mozaikowe Firmy Hughes Christensen, w których elementami urabiającymi skałę są klasyczne ostrza PDC oraz ostrza mozaikowe składająca się z 13 elementów ostrzy termiczne odpornych TSP. Hybrydowe struktury tnące zastosowane w świdrach produkcji firmy Hycalog składają się z ostrzy PDC oraz umieszczonymi za nimi impregnowanymi w matrycy diamentami.
Oddziaływanie dwóch struktur skrawających na warstwy skalne można podzielić na trzy stadia:

I - jeżeli ostrza PDC nie są stępione świder pracuje jak standardowy świder typu PDC;

II - gdy w trakcie wiercenia świder napotka bardziej twarde przewarstwienia skat, ostrza typu PDC zużywają

się i w styk ze skalą wchodzą osadzone w twardym spieku diamenty;

III - jeżeli z kolei świder wchodzi w bardziej miękkie skały wówczas ostrza typu PDC bardziej efektywniej przejmują prace zwiercania.

Charakterystyka techniczna wiertnic używanych do wiercenia otworów (dowolną metodą) winna obejmować:

- zdolność udźwigu zespołów wiertnicy, limitującą dopuszczalną głębokość wiercenia otworów o określonej średnicy,

- wielkość mocy napędowej zespołów wiertnicy,

- rodzaj napędu przewodu wiertniczego lub narzędzia wiercącego,

- rodzaj przewodu wiertniczego,

- rodzaj i kierunek przepływu płuczki użytej do usuwania zwiercin lub transportu próbek wiertniczych i rdzeni,

- dane techniczne pomp płuczkowych lub sprężarek.


Podział wiertnic stołowych, ze względu na sposób transportu i metody montażu:

- wiertnice stacjonarne lub przewoźne, montowane w dużych blokach montażowo - transportowych - są to najczęściej wiertnice o dużej mocy i zdolności udźwigu;
- wiertnice przewoźne, montowane na przyczepach i naczepach ciągnikowych lub różnego rodzaju podwoziach gąsienicowych;

- wiertnice samojezdne, montowane na samochodach, ciągnikach lub traktorach;
-wiertnice morskie montowane na stanowiskach jednostkach wiertniczych, z których wykonuje się otwory pod dnem mórz, oceanów, jezior: wyróżniamy: *platformy stacjonarne * estakady *platformy samopodnośne *półzanurzalne *barki i statki wiertnicze
NAPĘDY WIERTNIC STOŁOWYCH

Poszczególne zespoły wiertnicy z zasady są napędzane od napędu grupowego. Niektóre zespoły mają mieć jednak napęd indywidualny, którego charakterystyka techniczna dostosowana jest do charakteru pracy zespołu.

Zespoły wiertnic stołowych mogą być napędzane:

- silnikami spalinowymi,

- silnikami prądu zmiennego - z generatorami prądotwórczymi napędzanymi silnikami spalinowymi,

- silnikami prądu stałego - z generatorami prądotwórczymi napędzanymi silnikami spalinowymi.

Pobór danego napędu uzależniony jest od warunków wiercenia, typu i wielkości wiertnicy oraz kosztu paliwa i energii.
WIEŻE I WIEŻOMASZTY

Przeznaczeniem wież i masztów wiertniczych jest swobodne pionowe przemieszczanie przewodu wiertniczego przy operacjach dźwigowych oraz w czasie wiercenia otworu. Wieże i maszty powinny mieć dostateczną wysokość i zdolność udźwigu dla efektywnego i bezpiecznego wykonywania tych

operacji. Obecnie stosowane wieże, wieżomaszty i maszty mają różne konstrukcje, różne są procedury ich montażu i demontażu oraz eksploatacji.

Ostatnio obserwuje się tendencję do stosowania masztów lub wieżomasztów zamiast wież o standardowych konstrukcjach.

PODBUDOWY WIEZ I WIEŻOMASZTÓW

Nad wylotem otworu a miejscom posadowienia stołu wiertniczego powinno znaleźć się miejsce dla umieszczenia rury odlewowej oraz zestawu głowic przeciwerupcyjnych.

Dlatego też stosuje się podbudowy wież i masztów wiertniczych.

Według norm API wysokość podbudowy wleź może wynosić 2,21 m, 3,05m, 4.27m.

Ze względu na miejsce przenoszenia obciążeń wyróżnia się:

- podbudowy typu A - maja. 6 wewnętrznych podpór (4 - obciążenia stołu i 2 - pod podest rur I obciążenia),

- podbudowy typu B - mają 4 podpory wewnętrzne
WYCIĄGI WIERTNICZE - Wyciąg wiertniczy składa się z bębna, przekładni planetarnych, sprzęgieł i hamulcu. Przeznaczony jest on do nawijania i odwijania liny wielokrążkowej w czasie: - operacji dźwigowych przewodu wiertniczego, - wiercenia, - orurowania otworu, - operacji technologicznych przy pracach ratunkowych. Moce zainstalowane na wyciągu sięgają obecnie 1500-2200 kW. Długość i średnica bębna wyciągu wiertniczego są bardzo ważnym parametrem konstrukcyjnym zapewniającym prawidłowość nawijania się na bęben liny wielokrążkowej: średnica bębnów = 760mm; długość bębnów =1500mm.
Sprzęgła ze względu na sposób sterowania dzieli się na: *ręczne *pneumatyczne *hydrauliczne
Hamulce wyciągu powinny spełniać następujące funkcje:
- płynnie hamować ruch przewodu wiertniczego i rur okładzinowych nad stołem.

- umożliwić regulację prędkości opuszczania haka wiertniczego w zależności od obciążenia.
w wyciągach wiertniczych Wymagane są 2 hamulce:

- taśmowo - mechaniczny chłodzony wodą,

- wspomagający elektryczny lub hydrauliczny.


POMPY PŁUCZKOWE

Pompy płuczkowe służą do uzyskania krążenia płuczki w otworze, przy wymaganym ciśnieniu i określonym strumieniu objętości. Przy wierceniu stołowym używa się dwu i trzycylindrowych pomp płuczkowych tłokowych podwójnego działania.
Pompy płuczkowe tłokowe maja następujące zalety:

- umożliwiają przetłaczanie płuczki z duża zawartością fazy stałej, której część odznacza się właściwościami ściernymi.

- zezwalają na swobodny przepływ grubszych cząstek stałych przez zawory pompy (materiały zatykające).

- odznaczają się prostota obsługi przy wymianie części zamiennych.

- umożliwiają duży zakres ciśnień oraz zmianą strumienia objętości płuczki przez zmianę średnicy tulei pompowych regulacją liczby suwów tłoków pompy.
Do wad pomp tłokowych zaliczyć należy zmienną pulsację strumienia objętości płuczki, co wywołuje udary hydrauliczne w rurociągu tłoczącym.

Efekt ten może być w znacznym stopniu zmniejszony, jeżeli na pompie zamontuje się przeponowe kompensatory wahań ciśnienia.
Pobór wielkości i mocy pompy płuczkowej jaką należy montować na wiertni określa się strumieniem objętości przetłaczanej płuczki i przy maksymalnym ciśnieniu wymaganym w czasie wiercenia otworu.

Strumień przepływającej płuczki powinien:

a) zapewniać wymaganą prędkość przepływu płuczki w przestrzeni pierścieniowej pomiędzy ścianą otworu a rurami płuczkowymi,

b) usuwać zwierciny z dna otworu wiertniczego,

c) zapewnić optymalne warunki (maksymalną moc na świdrze, maksymalne parcie dynamiczne na dnie otworu, maksymalną prędkość wypływu z dysz) dla efektywnego wiercenia.
Charakterystyka techniczna pompy przedstawia zależność ciśnienia pompy od aktualnie tłoczonego strumienia objętości.

I - zakres p = const; Qmax - ciśnienie maksymalne przy najmniejszej tulei
II - zakres N = pQ = const Qmax - ciśnienie maksymalne przy największej tulei
STOŁY WIERTNICZE: Stoły obrotowe stosowane w wiertnictwie obliczone są na statyczne obciążenie od 3500-6500 kN. Przeloty ich dostosowane są do konstrukcji i schematów orurowania i wynoszą od 520 do 940 mm.
Napęd stołu powinien byś indywidualny o mocy ok. 350 kW i umożliwiać realizację liczby obrotów od 30 - 300 obr/min.

Dolny zakres limituje technologia prac ratunkowych.
Przy doborze typu stołu wiertniczego należy uwzględnić możliwość mechanizacji operacji zapuszczania i wyciągania przewodu wiertniczego np. przez stosowanie klinów pneumatycznych.
GŁOWICE PŁUCZKOWE

Głowice płuczkowe zalicza się do specjalnych zespołów wiertnic stołowych.

Przeznaczone są one do:

- podwieszenia kolumny przewodu wiertniczego,

- swobodnego obracania kolumny przewodu wiertniczego,

- umożliwienia krążenia płuczki w kierunku dna otworu przy ciśnieniu > 300 at.
BLOK KORONY I WIELOKRĄŻEK RUCHOMY, HAKI WIERTNICZE

Obecne konstrukcje bloku korony zawierają od 4 do 6 krążków. Wykonane są one ze stali stopowej a krążki mają podtoczenia pod liną wielokrążkową. Każdy krążek zamontowany jest na indywidualnym łożysku 0 > 10OOmm. Żywotność lin zwiększy się ze wzrostem średnicy jednakże konstrukcje wież i wieżomasztów nie zezwalają na nadmierny wzrost. Bloki korony konstruowane są z dużym zapasem wytrzymałości.
Wielokrążki ruchome winny spełniać następujące wymagania:

- dostateczną wytrzymałość i współczynnik bezpieczeństwa s 5,

- średnia krążków > 30krotna liny wielokrążkowej,

- zespół wielokrążek ruchomy - hak - elewator powinien odznaczać się dużym ciężarem dla uzyskania dużej prędkości opadania, napięcia lin wielokrążkowych i układania się lin na bębnie.
Haki wiertnicze powinny odznaczać się wytrzymałością konstrukcyjną i umożliwiać podniesienie najcięższej kolumny rur okładzinowych zapasem na pokonanie oporów ich przychwycenia. Haki wiertnicze powinny lekko obracać się na sworzniu i mieć sprężynę obliczoną na podniesienie jednego pasa przewodu wiertniczego z elewatorem. Skok pionowy trzpienia haka powinien być większy od długości połączenia gwintowego rur płuczkowych co

zapewnia automatyczne podniesienie pasa rur odkręconego od kolumny przewodu wiertniczego.
LINY STALOWE

W systemach wielokrążkowych wiertnic używa sie lin okrągłych o konstrukcji 6 lub 8 splotowej, o podwójnym skręcie z konopnym (organicznym) lub stalowym rdzeniem z

liniowym lub punktowym stykiem drutów.

W charakterze metalowego rdzenia stosuje się Iny z siedmiu splotów po siedem drutów w każdym. Liny z konopnym rdzeniem mają konstrukcję 6x19 z prawym i lewym skrętem splotu. Liny wielokrążkowe produkuje się o średnicy od 19,05 * 38,10 mm.

W zależności od kierunku splotu w warstwie zewnętrznej Iny dzielą się na prawe i lewe. Poszczególne warstwy mogą mieć jednostronny lub wielokierunkowy przebieg skrętu.

---