Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne Stycze Luty 201058

Kraj Wiertnictwo

Zastosowanie omwionych w1. czci cyklu metod wierce-nia jest ograniczone do ska lunych nieskonsolidowanych lub sabo zwizych. Wtych warunkach s to metody szybkie isku-teczne wokrelonym przedziale gbokoci, tj. do 5070m. Jednak wzalenoci od warunkw geologicznych oraz wzrostu gbokoci, prdko wiercenia spada, askuteczno metod okrtnych maleje. Wyduenie czasu wykonania otworu ma bezporednie odzwierciedlenie wkosztach wiercenia 1m. Ze wzgldu na ograniczon ingerencj wgrotwr oraz mae za-nieczyszczenia zwizane zwykonaniem prac wiertniczych, jak rwnie moliwo prowadzenia wierce wokresie zimowym naley podkreli zasadno wykorzystania metod wiercenia okrtnego na sucho. Metody te mog by szczeglnie przydatne jako wspomagajce dla kolektorw poziomych, wszdzie tam gdzie nie dysponujemy wystarczajc powierzchni do zabu-dowy. Wyjtkowo przydatne mog okaza si metody wierce wibracyjnych, ktre nale obecnie do jednych znajszybciej rozwijajcych si metod wiercenia.

Wiercenie z puczkPodstawowym elementem rnicym metody wiercenia

zpuczk od wierce bezpuczkowych jest sposb wynoszenia zwiercin (urobku) powstajcych wtrakcie zwiercania skay na dnie otworu. Wwierceniach na sucho zwierciny s wciskane wcian otworu bd wynoszone na powierzchni, gdzie fazy wiercenia iwynoszenia zwiercin wystpuj naprzemiennie, awider wiertniczy jest rwnoczenie pojemnikiem sucym do wynoszenia zwiercin. Wwierceniach widrem spiralnym cigym czciowe wynoszenie zwiercin odbywa si wtrakcie wiercenia, natomiast pozostay na zwojach widrw spiralnych urobek wydobywany jest po zakoczeniu wiercenia.

W wierceniach zuyciem puczki wiertniczej faza wiercenia iwynoszenia zwiercin wystpuje rwnoczenie, adno otworu wiertniczego jest oczyszczane wsposb cigy. Dotyczy to za-rwno puczki na bazie wody, jak ipuczki powietrznej. Wobu przypadkach moemy stosowa prawy lub lewy obieg puczki.

Metody wierce z puczk

mgr in. Micha Wjcik, prezes zarzdu Geod

Wykorzystanie metod wiertniczych do wykonywania dol-nych rde pomp ciepa, cz. 2

W 1. czci cyklu powiconego omwieniu metod wiertniczych do wykonywania dolnych rde pomp ciepa (Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne 2009, nr 3 [24]) zostay omwione wiercenia okrtne oraz wiercenia wibracyjne, realizowane meto-d SONIC (ryc. 1). Przed przystpieniem do dalszej analizy metod wiercenia, wykorzystywanych do wykonania kolektorw piono-wych pomp ciepa, chc zwrci uwag na uprzednio przyjte kryterium celu. Celem wykonania odwiertw pod kolektory pio-nowe pomp ciepa jest wprowadzenie na zadan gboko son-dy w postaci U-ksztatnej rurki o okrelonej rednicy rur. W przy-padku pomp ciepa jest to jedyny cel wiercenia i jego spenienie jest jedynym miernikiem powodzenia.

Ryc. 1. Schemat dziaania metody SONIC

Stycze Luty 2010 Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne 59

Wiertnictwo Kraj

W obiegu prawym puczka toczona jest przez rury puczkowe na dno otworu idalej przez wider do przestrzeni piercieniowej, skd wraca wraz ze zwiercinami na powierzchni. Wobiegu odwrotnym puczka dostaje si przestrzeni piercieniow na dno otworu idalej przez rury puczkowe wraca ze zwiercinami na powierzchni. Wwykonawstwie kolektorw pionowych pomp ciepa ze wzgldu na geometri otworw szeroko stosowany jest prawy obieg puczki.

Wrd metod wiercenia zwykorzystaniem puczki wiertniczej moemy wyrni

Wiercenia zprawym obiegiem zzastosowaniem puczki na bazie wody: wiercenie zzastosowaniem widrw gryzowych, skrawaj-

cych idiamentowych wiercenie zzastosowaniem widrw traconych wiercenie zzastosowaniem jednoczesnego wiercenia iruro-

wania, zuyciem jednej gowicy obrotowej (rury puczkowe iokadzinowe obracaj si wprawo)

wiercenie zzastosowaniem jednoczesnego wiercenia iru-rowania, zzastosowaniem dwch gowic obrotowych (rury puczkowe obracaj si wprawo, arury okadzinowe ob-racaj si wlewo).

Wiercenia zprawym obiegiem zzastosowaniem puczki po-wietrznej: wiercenie zzastosowaniem dolnego motka udarowego wiercenie zzastosowaniem jednoczesnego wiercenia iru-

rowania, zuyciem dolnego motka udarowego iwidra ekscentrycznego

wiercenie zzastosowaniem jednoczesnego wiercenia iruro-wania, zzastosowaniem dwch gowic obrotowych idolnego motka udarowego (wider standardowy).

Wiercenia kombinowane: zzastosowaniem dolnego motka udarowego ipuczki

wodnej wiercenia wibracyjno-obrotowe zzastosowaniem puczki

wodnej ROTO-SONIC wiercenie rurami okadzinowymi zzastosowaniem widrw

zapuszczanych do otworu wrzutowo (na linie, zzastosowa-niem chwytaka).

Kierunki rozwoju technologii wierceAktualnie mona zaobserwowa znaczcy rozwj wierce

zpuczk powietrzn, zzastosowaniem dolnych motkw uda-rowych. Naley tu zwrci szczegln uwag na porwnanie me-tody wiercenia zpuczk powietrzn iz puczk na bazie wody. Wwielu przypadkach metody zpuczk powietrzn idolnym motkiem przedstawiane s jako szczeglnie efektywne. Jest to teza prawdziwa wodniesieniu do wiercenia wskaach twardych, trudno zwieralnych. Przypatrzmy si jednak bliej metodzie udarowo-obrotowej. Jej sercem jest kompresor, ajego prawidowy dobr do zaoonej gbokoci irednicy wierconego otworu determinuje osignicie zaoonego efektu wiercenia. Itak dla wiercenia otworu do gbokoci 100150m irednicy 146mm stosowane s kompresory owydajnoci powyej 20 m3/min icinieniu toczenia wzakresie od 17 do 25 barw. Za przykad moe posuy tu kompresor rmy ATLAS COPC XRS 396 (zastosowany silnik omocy 224 kW) lub nieco mniejszy XAVS 307, opodobnym wydatku toczenia, lecz niszym cinieniu pracy, bo wynoszcym 14 barw (zastosowany silnik omocy 186 kW). Wtym przypadku energia zuywana na wiercenie iwynoszenie zwiercin pochodzi od wiertnicy isprarki. Sto-sujc wiertnic MDT 80 V (zastosowany silnik omocy 119 kW) lub inn, opodobnych parametrach, dysponujemy czn moc zestawu wiertniczego na poziomie 305 kW. Wnormalnych wa-runkach geologicznych moemy przyj rednie wykorzystanie mocy na poziomie 5065%, co daje wartoci pomidzy 150 a200 kW. Zastosowanie takiej mocy zestawu zapewnia dostarczenie wystarczajcej iloci energii zarwno do zwiercania skay, jak ido prawidowego wynoszenia zwiercin na powierzchni. Dodat-kowo dysponujemy nadwyk mocy, pozwalajc na bezpieczn prac wtrudnych warunkach geologicznych lub wsytuacjach awaryjnych. Takie podejcie do wiercenia udarowo-obrotowego zzastosowaniem dolnych motkw jest uznawane za standar-dowe ijest powszechnie akceptowane wrodowisku wiertniczym, aobsuga kompresora jest czym oczywistym. Bezsprzecznie jest to zasuga wieloletnich dziaa rmy ATLAS COPCO.

Wrmy teraz do wiercenia zzastosowaniem puczki na bazie wody. Bez wzgldu na rodzaj zastosowanej puczki wiertniczej, czy to polimerowej, polimerowo-bentonitowej, bentonitowej czy te puczki wpostaci czystej wody, oefektywnoci wiercenia decyduje proces wynoszenia transportu zwiercin na powierzch-ni. Przeanalizujmy teraz istniejc sytuacj wtrakcie wiercenia zpuczk na bazie wody. Wtym przypadku wikszo uytkow-n ikw wymaga, aby pompa puczkowa bya integraln czci wiertnicy, tzn. aby bya zamontowana na podwoziu wiertnicy oraz bya napdzana zgwnego silnika urzdzenia wiertniczego. Jeli porwnamy podejcie do wiercenia zmotkami dolnymi ize widrami obrotowymi, to zauwaymy wyrany rozdwik pomidzy tymi metodami. Wwierceniu zpuczk wodn sto-sujemy wiele rozwiza kompromisowych.

Stosowanie pomp puczkowych napdzanych zwiertnicy skutkuje instalacj pomp rubowych lub wirowych zapewnia-jcych due wydatki toczenia, lecz niezapewniajcych odpo-wiedniego cinienia toczenia. Inny przykad to stosowanie pomp puczkowych ozanionym wydatku toczenia (rzdu 200 l/min), chocia zapewniajcych prawidowe cinienie pracy. Tymczasem prawidowo dobrana pompa powinna zapewnia zarwno odpowiedni wydatek, jak iodpowiednie cinienie toczenia do wynoszenia zwiercin. Dla wiercenia otworu do gbokoci 100150m irednicy 146 mm, jak wprzykadzie zzastosowaniem dolnego motka napdzanego spronym powietrzem, powinnimy dysponowa pomp puczkow owy-

Ryc. 2. Kierunki krenia (obiegu) puczki w odwiercie: a) obieg normalny (prawy), b) obieg odwrotny (lewy)

Nowoczesne Budownictwo Inynieryjne Stycze Luty 201060

Kraj Wiertnictwo

datku toczenia 450600l/min icinieniu toczenia minimum 50 barw. Parametry te bd prawidowe dla zaoenia, e sto-sujemy rury puczkowe orednicy 89mm zgwintem 23/8" API IF (o przelocie 45mm wpoczeniach gwintowych), ali-niowa prdko przepywu puczki wynosi 0,61,0 m/s. Dla rur puczkowych orednicy 76mm zgwintem 2 3/8" API Reg (o przelocie 25mm wpoczeniach gwintowych) parametry pompy powinny wynosi odpowiednio: wydatek wzakresie 500800 l/min, acinienie toczenia 75 barw.

Wzrost parametrw pompy podyktowany tu jest zwiksze-niem pola powierzchni przestrzeni piercieniowej pomidzy cian otworu a cian zewntrzn rury puczkowej oraz wzrostem oporw przepywu wrurach puczkowych. Ponadto nie do pominicia jest tu wpyw zanieczyszczenia puczki na parametry hydrauliczne ukadu pompa otwr wiertniczy. Wprzypadku gdy nie dysponujemy mechanicznym systemem oczyszczania puczki oraz nie stosujemy dodatkw do puczki powodujcych szybsze wytrcanie zwiercin, sprawno ukadu puczkowego bdzie malaa wraz ze wzrostem zawartoci fazy staej wpuczce. Wsytuacji gdy nie dysponujemy odpowiedni pomp puczkow, azawarto fazy staej wpuczce przekracza 10%, trudno jest utrzyma wsprawnoci pomp puczkow, nie mwic ju ozastosowaniu widrw dyszowych iwykorzystaniu mocy hydraulicznej widra, pozwalajcej na szybsze urabianie skay. Wwczas urobek raz wyniesiony na powierzchni to-czony jest ponownie do otworu, powodujc nadmierne zuycie widra, przewodu wiertniczego, pompy oraz caej armatury ukadu puczkowego.

Z przytoczonego opisu jasno wynika, jak duga imozolna

droga jest przed nami, aby osign przynajmniej porwnywalne rezultaty do osiganych na wierceniach udarowo-obrotowych zdolnymi motkami.

Ukad puczkowy speniajcy podstawowe zasady pracy po-winien skada si z:

zbiornika obiegowego znajdujcego si bezporednio na wierconym otworze

pompy obiegowej do przetaczania brudnej puczki do ukadu oczyszczania

zestawu oczyszczania puczki zbiornikw na odpady (osuszone zwierciny) pompy puczkowej stanowiska do sporzdzania puczki armatury czcej obieg puczkowy zbiornikw na puczk iczyst wod.Do tak zestawionego obiegu puczki powinnimy jeszcze

dysponowa podstawowym sprztem do pomiaru parametrw reologicznych puczki. Dopiero tak wyposaeni moemy porw-na metod wiercenia zpuczk wodn zwierceniami zpuczk powietrzn, aocena ich efektywnoci bdzie miarodajna.

Podstawowe zaoenia przy wyborze metody wiercenia oraz jej przydatnoci do wiercenia kolektorw pionowych to: gboko wiercenia, gwarancja dowiercenia otworu do projektowanej gbokoci, gwarancja zapuszczenia sondy do projektowanej gbokoci, moliwo odwiercenia otworu jednym marszem (jednym narzdziem bez wycigania go zotworu), czas wiercenia oraz koszt wiercenia.

Cig dalszy nastpi.

Ryc. 3. Organizacja stanowiska wiercenia pod dolne rdo pompy ciepa w centrum jednego z angielskich miast