Wiercenie obrotowe: technologia, zasada działania i cechy

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Jedną z najpowszechniej stosowanych metod tworzenia studni produkcyjnych i poszukiwawczych dla wody jest wiercenie obrotowe. Zapewnia to przeniesienie ruchów obrotowych z wirnika powierzchniowego na przewód wiertniczy.

Wiercenie obrotowe różni się tym, że nie ma siły osiowej generowanej przez napęd. W trakcie procesu wyrób (ubój) jest wypłukiwany z odpadów skalnych za pomocą wody i specjalnych roztworów. Rozważ tę metodę bardziej szczegółowo.

Tło historyczne

Wiercenie obrotowe jest używane od ponad stu czterdziestu lat. Technologia tej metody wiercenia studni została po raz pierwszy zastosowana w Stanach Zjednoczonych na początku lat osiemdziesiątych XIX wieku. Od tego czasu pozostała praktycznie niezmieniona, z wyjątkiem drobnych innowacji, które doprowadziły do większej wydajności. Zmiany dotyczyły narzędzi skrawających skałę - zostały ulepszone, stworzono nowe płynne media do płukania studni, zwiększono wytrzymałość części mechanizmu.

Wiercenie obrotowe jest jednym z rodzajów wiercenia obrotowego. Zasada jest taka:że narzędzie do kruszenia skał, znajdujące się wewnątrz odwiertu, działa pod wpływem siły przenoszonej na nie przez silnik elektryczny lub sprzęt turbiny gazowej. Ta metoda jest dość prosta i skuteczna. Z jego pomocą wiercone są odwierty wydobywcze i poszukiwawcze. Kompaktowy rozmiar urządzenia pozwala na wykorzystanie go na prywatnym terenie do tworzenia studni wodnych.

Metody wiercenia

Obecnie wiercenie studni na wodę odbywa się metodami urabiania skał przy użyciu specjalnych mechanizmów. Glebę można uzupełnić na dwa sposoby:

• Za pomocą mechanizmów - metoda sucha.
• Strumień wody pod wysokim ciśnieniem lub grawitacyjnie - hydrauliczny.

Na ogół wiercenie mechaniczne wykonuje się na jeden z trzech sposobów:

• Wiercenie obrotowo-obrotowe - gleba jest wiercona ruchami obrotowymi.
• Uderzenie - gleba zostaje zniszczona przez uderzenie wiertła.
• Wibracje - gleba jest rozbijana przez drgania o wysokiej częstotliwości.

Pierwsza metoda jest najczęściej używana ze względu na swoją prostotę, niski koszt i jednocześnie wydajność.

Kiedy metoda jest stosowana

Wiercenie obrotowe jest stosowane, gdy tworzone są gleby półkamieniste i skaliste do wiercenia studni o głębokości do stu pięćdziesięciu metrów. Do udanego wiercenia skał konieczne jest wybranie odpowiedniego narzędzia wiertniczego - dłuta i obciążonych rur. Według ekspertów, dla efektywnego działania, wiercenie obrotowe powinno być stosowane, jeśli:spełnione są następujące warunki:

• Badanie sekcji hydrogeologicznej terenu zostało przeprowadzone wystarczająco szczegółowo.
• Wiadomo, że gleba składa się ze skał.
• Istnieją dane o poziomie warstwy wodonośnej.
• Istnieje dobre ciśnienie wody podziemnej.
• Istnieje możliwość stałego dostarczania płynu do płukania.

Dodatkowo należy wziąć pod uwagę, że warunki w regionach południowych pozwalają na prowadzenie prac wiertniczych przez cały rok, a w regionach północnych prace są ograniczone temperaturą środowiska zewnętrznego, przy której płyn płuczący zawiesza się.

Sprzęt do wiercenia studni

Technologia wiercenia obrotowego polega na wykorzystaniu specjalnych instalacji - montowanych na bazie pojazdów samobieżnych lub stacjonarnych. Oba muszą mieć następujące elementy:

• Silnik.
• Wieża.
• Jedź.
• Swivel - system dostarczający płyn do odwiertu.
• Wiertła.
• Wirnik.
• Pompa tłokowa.
• Mechanizm podnoszenia, w tym blok i blok korony.
• Przewód ciśnieniowy
• System powrotu i oczyszczania cieczy zawierający hydrocyklony, zsyp i przesiewacz wibracyjny.

Wady i zalety metody

Metoda wiercenia obrotowego ma wiele zalet w porównaniu z innymi metodami. Wśród nich należy zwrócić uwagę na:

• Przewyższa resztę pod względem wydajności: pięć razy metoda uderzenia i dziesięć razy metoda wibracji.
• Ma wysokiszybkość pracy.
• Dzięki zastosowaniu różnych wymiennych dłut, może być używany na glebach o różnym stopniu złożoności.
• Urządzenie ma niewielkie rozmiary, dzięki czemu może działać w ograniczonej przestrzeni.
• Ze względu na możliwość umieszczenia na platformie urządzenie jest dość mobilne.
• Umożliwia wiercenie głębokich studni i wydobywanie wody ze spękanego wapienia.
• Metoda ma dobre właściwości wodonośne.
• Umożliwia wiercenie studni o średnicy do dwustu centymetrów.

Oprócz tych zalet, sterowane wiercenie obrotowe ma następujące wady:

• Pamiętaj, aby wziąć pod uwagę rodzaj gleby, aby znaleźć odpowiednie dłuto.
• Obecność super twardych cząstek skał na drodze może być przeszkodą wymagającą użycia bardziej destrukcyjnych mechanizmów.
• Gleba gliniana może przeszkadzać.
• Poważną przeszkodą w wierceniu jest zamarznięta ziemia.
• Moc zależy od aktualnie zainstalowanego wirnika.
• Konieczność posiadania dużej ilości płynu do płukania.

Pomimo pewnych wad ta metoda ma znacznie więcej zalet.

Zasada działania jednostek obrotowych

Wiercenie obrotowe studni odbywa się za pomocą specjalnej instalacji - ramy lub wieży kratowej, zamocowanej na platformie. Dołączone są do niego wszystkie inne systemy, które umożliwiają podnoszenie i opuszczanie wyprofilowanego przewodu wiertniczego. Takikolumna składa się z kilku rur połączonych składanymi złączkami.

Siła napędowa to silnik elektryczny samochodu lub oddzielny generator, który przenosi obrót z kolumny na wirnik poprzez wał napędowy i przekładnię zębatą. Rotor obracając się napędza dłuto, które swymi roboczymi krawędziami niszczy warstwę gleby w studni. Zakres obrotu można regulować. Krawędzie bitów mogą być diamentowe, kompozytowe lub węglikowe. Ich kształt może się różnić.

Rozwinięta warstwa gleby jest przemieszczana z kopalni przez bezpośrednie lub wsteczne płukanie grawitacyjnie lub pod ciśnieniem za pomocą agregatów pompowych. Po przepłukaniu studni instalowane są w niej rury osłonowe. Przez obrotowe i wydrążone rury przewodu wiertniczego do świdra doprowadzany jest płyn płuczący, który powoduje erozję gruntu pod wiertłem. Przez szczelinę między rurami a beczką ciecz wyprowadza ziemię. Na powierzchni ciecz jest zbierana i oczyszczana przez specjalne filtry, dzięki czemu można ją ponownie uruchomić za pomocą pomp tłokowych.

Cechy technologii wiercenia obrotowego

Proces wiercenia jest zorganizowany w taki sposób, że ze względu na wypłukiwanie warstwy gleby z kopalni, przewód wiertniczy pogłębia się z każdym ruchem. Okresowo należy go zwiększać, dodając inne rury.

Proces wiercenia odbywa się w krokach:

• Po przejściu pierwszych luźnych warstw gleby, kolumna jest podnoszona, a obudowa jest opuszczana do szybu.
• Lukę wypełnia się zaprawą cementową.
• Pogdy cement zastygnie, do szybu podawany jest kawałek o mniejszej średnicy i praca trwa dalej.

Można wykonać kilka podobnych kroków, a następnie rurę produkcyjną z perforacją na końcu opuścić do szybu. W zależności od jakości warstwy gruntu i głębokości dobiera się liczbę i wagę rur, rodzaj świdra, jego prędkość obrotową i materiał krawędzi oraz ciśnienie płynu płuczącego. Szczegóły są następujące:

• Lekkie formacje skalne działają z maksymalną prędkością i najbardziej spłukują.
• Gleby skaliste wymagają zmniejszonej częstotliwości i zmniejszonego ciśnienia płynu.

Zabrudzenia twarde wtrącenia - głazy - na ścieżce rotora, które mogą się zacinać, lub zabrudzenia aktywnie absorbujące pranie mogą przeszkadzać w pracy. Proces spowalnia również brak wody w miejscu pracy i obecność dużej warstwy gliny. Glina, mieszając się z wodą, zatyka kanał wodny i wymaga dodatkowego dokładnego umycia.

Rury osłonowe

Po wywierceniu studni ważne jest, aby wzmocnić jej ściany. Gleba jest zawodna i może się przesuwać, co negatywnie wpłynie na odwiert.

Aby zapobiec zapadaniu się ziemi, zainstalowano sznur osłonowy. Pomaga zapobiegać rozlewaniu się gleby i przesiąkaniu wody. Pierwsza kolumna nosi nazwę „dyrygent”. Jest montowany w celu przykrycia niestabilnych skał. Montaż odbywa się w odległości nie wcześniejszej niż znak 30 metrów i nie później niż 600 metrów. W przypadku szybu naftowego kolumna jest umieszczona w maksymalnej odległościblisko powierzchni.

Ponieważ wiercenie obrotowe jest stosowane w prawie każdym rodzaju gruntu, podczas montażu kolumn pracownicy kierują się warunkami geologicznymi. Czasami trzeba użyć kilku sznurków osłonowych, aby wzmocnić dno.

Najmniejsza średnica z nich opada głębiej niż reszta i nazywa się ją operacyjną. Perforacja wykonywana jest od dołu, to przez te otwory wpłynie do niej masa gazu, wody lub oleju.

Znaczenie płuczki wiertniczej w operacjach wiertniczych

Właściwa metoda płukania podczas wiercenia obrotowego może znacznie zwiększyć wydajność procesu. W pracach tego typu stosuje się:

• Rozwiązania polimerowe.
• Emulsje olejowe.
• Rozwiązania napowietrzane.
• Woda.

Szeroko stosowana jest również metoda oczyszczania powietrza. Jeśli praca jest wykonywana na obszarach o niskim ciśnieniu w zbiorniku, pracownicy używają specjalnego gazu. Płukanie pomaga pozbyć się nadmiaru zanieczyszczeń i przedmiotów, kruszących się skał, co jest nieuniknione w procesie wiercenia. Płyn, który dostaje się na wędzidło, chłodzi go. Co wydłuża żywotność narzędzia.

Wiercenie obrotowe odbywa się w trzech etapach:

1. Zniszczenie skał ziemnych za pomocą dłuta.
2. Spuszczanie wody, aby wynieść zniszczoną skałę. Proces można przeprowadzić zarówno przy spłukiwaniu zwrotnym, jak i bezpośrednim, wszystko zależy od głębokości studni, ilości zużytej wody i rodzaju gleby. Używany w prywatnych gospodarstwach domowychpopularna metoda bezpośredniego spłukiwania.
3. Wzmocnienie ścian nowej studni rurami osłonowymi.

Wiercenie obrotowe to pracochłonny proces, podczas którego należy wziąć pod uwagę wiele czynników. Mimo to jest uważany za dość skuteczny i jest używany w różnych warunkach.