Metody wiercenia otworów rurowych i ich wybór

Przeczytaj ten artykuł, aby poznać metody wiercenia i jego dobór.

Metody wiercenia otworów w rurach:

1. Metoda wytaczania perkusyjnego:

Ta metoda jest odpowiednia dla miękkich i spękanych formacji skalnych. W czysto glebowych formacjach metoda ta daje bardzo wysoką wydajność roboczą. Metoda ta polega na rozbijaniu i rozdrabnianiu materiału podłoża za pomocą serii powtarzających się uderzeń za pomocą noża wykonanego z twardego metalu. Sproszkowany materiał miesza się z wodą i jest następnie usuwany. Czasami ta metoda jest również nazywana metodą narzędzia linowego. Wytaczanie można wykonać ręcznie lub mechanicznie. Otwory o średnicy 30 cm i głębokości od 200 do 300 m można bardzo wygodnie wiercić, spełniając normalne wymagania.

Uderzenia są wykonywane za pomocą tłoka. Tłok składa się z pustej metalowej rurki. Przecinak jest przymocowany do dolnego końca tłoka poprzez nitowanie lub spawanie. Zawór kulowy wykonany ze stali znajduje się również w dolnej części tłoka. Zawór jest taki, że pozwala na przedostanie się zawiesiny sproszkowanego materiału gruntowego do wody.

Po wprowadzeniu zawiesiny do tłoka zawór zamyka się i zapobiega wydostawaniu się szlamu. W ten sposób zawór działa tylko w jedną stronę. Czasami w tłoku można również umieścić zawór klapowy. Podany cel jest dokładnie taki sam jak zawór kulowy. Rysunek 18.4 pokazuje zawór klapowy. W ten sposób tłok wykonuje także funkcję szlamu i bailera.

Tłok można opuszczać i podnosić na dwa sposoby:

ja. Przez system linowy, i

ii. Przez system prętów.

W systemie linowym górny koniec tłoka jest przymocowany do liny. Lina biegnie przez koło pasowe. Tłok jest podnoszony i nagle wydany, aby dać cios. System prętów jest zasadniczo podobny do systemu lin. Jedyną różnicą jest to, że pręt zastępuje linę, w związku z czym zmienia się również mechanizm operacyjny prętów. Wadą układu prętów jest to, że czas jest marnowany na zwiększanie lub zmniejszanie długości pręta. Długość drążka można zwiększyć lub zmniejszyć, wkręcając lub odkręcając drążki o małej długości.

Właściwa procedura wytaczania za pomocą ręcznej metody perkusji jest opisana poniżej:

Wykop jest wykopany w miejscu, gdzie studnia ma zostać zatopiona. Rura osłonowa z nożem tnącym jest wkładana do studzienki. Platforma jest zaciśnięta na rurze osłonowej. Platforma jest ładowana za pomocą lokalnego materiału wypełnionego workami jutowymi.

Nad rurą obudowy wznosi się trójnóg, a koło pasowe jest zamocowane centralnie. Lina biegnie nad kołem pasowym. Jeden koniec liny jest przymocowany do tłoka. Średnica tłoka jest nieco mniejsza niż rura osłonowa (na przykład o 6 cm). Układ jest jasny z ryc. 18.5.

Przed rozpoczęciem faktycznego wytaczania wlewa się wodę do otworu. Gdy tłok powoduje zadawanie ciosów podczas każdego rozdmuchu, szlam dostaje się do tłoka. Uderzenia są podawane wielokrotnie, aż tłok wypełni się gnojowicą. Tłoczek jest następnie wyjmowany i szlam usuwa się obracając tłok do góry nogami. Tłok ponownie obniża się i proces się powtarza. W ten sposób rura osłonowa toną dalej. Gdy długość rury osłonowej w wystarczającym stopniu spadnie poniżej poziomu gruntu, dodatkowa rura może być zamocowana na górze pierwszej rury. W celu zwiększenia prędkości roboczej maszyny perkusji, jest używany.

Materiał wychodzący jest dokładnie sprawdzany i przygotowywany jest rekord, nazywany jest rejestrowaniem. Z pozycji dziennika studni warstw wodonośnych można prawidłowo obliczyć. Gdy rura osłonowa rury osiąga określoną głębokość, platforma jest usuwana, a rura z filtrami na ustalonych poziomach warstw wodonośnych jest obniżana w otworze. Po obniżeniu do wymaganej głębokości rura filtra siatkowego jest zaciśnięta. Daje wsparcie i zapobiega wpadnięciu na dno otworu. Następnie zaczyna się osłaniać. Na początku wykonuje się okrycie o długości około 60 cm. Następnie obudowa rury jest powoli usuwana o 30 cm.

Następnie ponownie wykonuje się okrycie o grubości 30 cm i ponownie podnosi się osłonę rury o około 30 cm. W ten sposób usuwanie osnowy i rury odbywa się powoli, sukcesywnie i przy małych wyciągach około 30 cm, aż do wycofania całej obudowy rury. Ilość materiału potrzebnego do okrycia na 30 cm długości można dokładnie obliczyć wcześniej. Będzie to naturalnie zależało od grubości paczki żwiru. Zwykle grubość żwiru waha się od 7, 5 cm do 25 cm. Grubość żwiru powinna być taka, aby nie pozwalała na poruszanie się nawet najdrobniejszych cząstek.

Metoda perkusji maszynowej lub narzędzia do kabli:

Maszyna używana do wiercenia studni nazywa się wiertnicą. Platforma do narzędzia do kabli jest montowana na ciężarówce z uwzględnieniem mobilności i składa się z masztu, wielolinii, dźwigu i silnika. Rysunek 18.6 pokazuje zespół. Sznur narzędzi zawiera wiertło, trzpień wiertniczy, słoje do wiercenia, które służą jako łączniki i gniazdo linowe do połączenia linii wiertniczej. Rysunek 18.7 pokazuje elementy narzędzia wiertniczego. Całkowita waga narzędzia waha się od 100 do 2000 kg. ponieważ różne rodzaje bitów są wymagane dla różnych formacji skalnych. Długość świdra waha się od 1 do 3 m, a trzon wiertła ma od 2 do 10 m długości.

Operacja w zasadzie jest podobna do metody ręcznej. Narzędzie do cięcia kabli działa jak kruszarka do wiercenia w utwardzonych skałach. Wiercenie wykonuje się za pomocą powtarzających się uderzeń narzędzia wiertniczego, które wykonuje od 40 do 60 suwów w ciągu jednej minuty. Wiertło obraca się tak, aby wywiercić okrągły otwór. Tak jak w ręcznej metodzie woda jest dodawana do otworu w celu wytworzenia zawiesiny, jeśli nie jest obecna w formowaniu podłoża. Po wywierceniu otworu wiertniczego o 1, 25 do 1, 5 m wiertło jest usuwane, a szlam jest usuwany z otworu za pomocą piaskarki lub piaskarki.

Odbojnik ma zawór jednokierunkowy, który pozwala zawiesinie wejść do przegrody, ale nie pozwala na ucieczkę. Po napełnieniu bailera podnosi się go i opróżnia na powierzchni. Długość bailera również wynosi od 3 do 12 m. W nieskonsolidowanych formacjach wkłada się studzienkę i zanurza się ją na całą głębokość, aby uniknąć zapadnięcia się materiału. Szybkość wiercenia zależy od rodzaju podłoża, z którym się spotykamy, średnicy studni i głębokości otworu. W stałych krystalicznych formacjach skalnych tempo wiercenia może wynosić zaledwie 2 do 3 m dziennie.

Szybkość wiercenia w luźnych, drobnych formacjach piasku jest równie niska, ponieważ wypełnia lukę, gdy tylko materiał zostanie usunięty. Aby sprawdzić napływ piasku, otwór można napełniać wodą. Wiercenie w nieskonsolidowanej formacji z boulderem jest dość trudne, ponieważ głazy nie tylko odchylają dziurę, ale są trudne do wiercenia i uniemożliwiają zatonięcie obudowy. W miękkich formacjach, takich jak piaskowiec lub glina piaszczysta, szybkość wiercenia może wynosić nawet 20 do 30 m dziennie. Otwór jest starannie rejestrowany w celu ustalenia położenia różnych typów formacji, z którymi się spotykamy.

2. Metoda wytaczania obrotowego:

Hydrauliczna metoda wytaczania obrotowego:

Ta metoda jest ogólnie nazywana metodą wytaczania obrotowego. Metodę tę można z powodzeniem stosować zarówno do skał, jak i do nieskonsolidowanej formacji. Metoda ta jest zatem stosowana do odwiertów wody, a także do wiercenia szybów naftowych. Szybów naftowych są na ogół bardzo głębokie i ta metoda jest dobrze nadaje się do nich, ponieważ w przeciwieństwie do innych metod, szybkość wiercenia nie zależy od głębokości otworu.

W tej metodzie wiercenie odbywa się za pomocą obrotowych bitów przymocowanych do dolnego końca uświęconej stalowej rury. Stalowa rura jest przymocowana do kwadratowego odcinka stalowego pręta u góry, który nazywa się kelly. Kelly zmieści się w obrotowym stole na powierzchni. Obrotowy stół jest obracany przez moc. Sproszkowana skała i sadzonki są usuwane przez ciągły obieg płynu wiertniczego.

Hydrauliczne obrotowe urządzenie wiertnicze składa się z wieży wiertniczej lub masztu, obrotowego stołu, pompy do wstrzykiwania płuczki wiertniczej, dźwigu i silnika. Rury wiertnicze są bezszwowymi stalowymi rurami ogólnie dostępnymi w długościach 6 m. Średnica zewnętrzna rur wynosi od 6 do 12 cm.

Zasadniczo stosuje się odpowiedni rozmiar rury, ponieważ wiercenie w studni wymaga dużej ilości płynu wiertniczego w obiegu. Wiertła przymocowane do dolnego końca rury wiertniczej są zaopatrzone w krótkie dysze w celu kierowania strumieni płynu wiertniczego po powierzchniach łopatek wiertła. Rysunek 18.8 pokazuje schematyczny diagram metody wytaczania obrotowego.

Obrotowy stół, w który zmieści się Kelly, dokładnie obraca wiertarkę. Wiertło przechodzi przez formację, a gdy otwór pogłębia drążek wiertarski przesuwa się w dół. Na tym etapie kelly jest odpinany i podciągany, aby przywiązać nową długość rury. Zawiesina płynu wiertniczego lub bentonitu (gliny) jest pompowana przez rurę wiertniczą i przez dysze wiertła. Błoto następnie unosi się na powierzchnię przez pierścieniową przestrzeń między rurą wiertniczą a otworem i usuwa wraz z nią fragmenty skały i sadzonki.

Płyn wiertniczy spełnia następujące funkcje:

(i) Wspiera ściany otworu i zapobiega zapadnięciu się.

(ii) Usuwa zwierciny z odwiertu.

(iii) Sprawdza dopływ wód podziemnych do odwiertu podczas wiercenia.

(iv) Schładza wiertło i smaruje trzpień wiertła.

(v) Zapobiega osadzaniu się sadzonek na dnie otworu.

(vi) Zmiękcza formacje podziemną i przyspiesza wiercenie.

Ponieważ istnieje prawdopodobieństwo, że płuczka wiertnicza może uszczelnić niskociśnieniowe formacje wodne, konieczne jest kontrolowanie ilości szlamu w wodzie. Gdy płyn wiertniczy wydostanie się na powierzchnię, zostaje on umieszczony w zagłębieniu, w którym osadzają się fragmenty skał. Oczyszczony płyn jest recyrkulowany przez otwór.

W miarę nudnych postępów następuje szczegółowe logowanie formacji podpowierzchniowych. Po wywierceniu odwiertu do wymaganej głębokości obniża się rurę studzienną z sitkiem i roletami o określonych rozmiarach. Ponieważ ściany odwiertu są pokryte koloidalną mieszaniną bentonitu, konieczne staje się mycie ścian.

Nazywa się to myciem wstecznym. W przypadku płukania wstecznego rura wiertnicza z kołnierzem o średnicy rury wiertniczej przytwierdzonej powyżej wiertła jest ponownie włożona. Pompa wymusza na rurce wiertniczej wodę zawierającą calon (heksa-metafosforan sodu).

Woda przepływa przez filtry, a calgon rozprasza koloidy gliny osadzone na ścianach otworów. Aby zwiększyć efektywność płukania wstecznego, rura wiertnicza przesuwa się w górę i w dół, aby uzyskać efekt przypływu. Szybkość wiercenia za pomocą tej metody zależy od rodzaju penetracji podpowierzchniowej i typu stosowanego sprzętu wiertniczego. W przeciwieństwie do metody narzędzia z liną, szybkość wiercenia za pomocą hydraulicznej metody obrotowej nie zależy od głębokości otworu.

Szybkość wiercenia w skonsolidowanych formacjach skalnych może wynosić od 10 do 15 m dziennie, natomiast w niekonsolidowanych formacjach może wynosić od 100 do 150 m dziennie.

Główne zalety hydraulicznej metody obrotowej są następujące:

(i) Wiercenie może trwać nieprzerwanie.

(ii) Szybkość wiercenia jest dość wysoka.

(iii) Rura osłonowa nie jest wymagana. Błoto tworzy glinianą wyściółkę na ścianie i zapobiega zapadaniu się.

(iv) Gdy otwór okaże się nieskuteczny, można go od razu odstąpić, ponieważ usunięcie rury osłonowej itp. nie ma miejsca.

Odwrotna metoda wytaczania obrotowego:

Metoda ta jest nazywana metodą odwrotnej rotacji, ponieważ przepływ płynu wiertniczego jest odwrotny w porównaniu do metody (obrotowej) wytaczania obrotowego. Wiertnica stosowana w odwrotnej rotacji jest podobna do tej stosowanej do wytaczania obrotowego. Istnieją jednak dwie odmiany. Pierwszy polega na tym, że rura wiertnicza ma większą średnicę (powiedzmy 15 cm), a druga to specjalna pompa o dużej pojemności z wirnikami o otwartych łopatkach. Pompa pozwala na odprowadzanie dużych żwirów. Rura o dużej średnicy umożliwia podniesienie dużych powierzchni o średnicy 12 cm na powierzchnię.

Jako płuczka wiertnicza zwykle używana jest tylko woda. Przesuwa się do otworu przez pierścieniową przestrzeń między rurą wiertniczą a ściankami otworu. Woda zbiera sadzonki, a mieszanina jest zasysana do góry przez pompę przez rurę wiertniczą. Z powodu siły ssania wzrastający płyn ma dużą prędkość i unosi się wraz z nim dużymi cząsteczkami. Schemat ideowy metody pokazano na rys. 18.9.

Na powierzchni mieszaninę wyładowuje się do osadnika. Woda zbiera drobne cząstki z formacji podpowierzchniowych i nie ma potrzeby dodawania do wody hentonitu lub jakiegokolwiek innego mułu. Poziom płynu wiertniczego wewnątrz pierścieniowej przestrzeni powinien być utrzymywany aż do powierzchni ziemi, aby zapobiec zapadnięciu się otworu. Dzięki tej metodzie możliwe jest wiercenie studni o dużej średnicy, powiedzmy do 150 cm. Jest to najtańsza metoda wiercenia studni o dużej średnicy w miękkich nieskonsolidowanych formacjach wykonanych z piasku, mułu lub miękkiej gliny.

Wybór metody wiercenia:

Wybór konkretnej metody wiercenia zależy od:

ja. Cel studni;

ii. Wymagana ilość absolutorium;

iii. Głębokość zwierciadła wody

iv. Rodzaj tworzenia podpowierzchni; i

v. Typ dostępnego wyposażenia.

Płytkie studnie o małej średnicy mogą być wywiercone w nieskonsolidowanym formowaniu za pomocą ręcznie obsługiwanego przenośnika.

Studzienki o małej pojemności w nieskonsolidowanych wyrobiskach mogą być wiercone metodą samozasysania metodą punktową lub metodą wytaczania strumieniowego wodą.

Wszystkie głębokie studnie rurowe są konstruowane przez wiercenie. Metody rotacyjne są generalnie lepsze dla badań geologicznych, podczas gdy narzędzie do kabli lub metoda udarowa są lepsze w badaniach jakości wody.