Rotačné vŕtanie: technológia, princíp činnosti a funkcie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Jednou z najpoužívanejších metód vytvárania ťažobných a prieskumných vrtov na vodu je rotačné vŕtanie. Zabezpečuje ho prenos rotačných pohybov z povrchového rotora na vrtnú kolónu.

Rotačné vŕtanie sa líši v tom, že nemá žiadnu axiálnu silu generovanú pohonom. Počas procesu sa opracovanie (porážka) vymýva z kamenného odpadu pomocou vody a špeciálnych roztokov. Zvážte metódu podrobnejšie.

Historické pozadie

Rotačné vŕtanie sa používa už viac ako stoštyridsať rokov. Technológia tohto spôsobu vŕtania studní bola prvýkrát použitá v Spojených štátoch amerických na začiatku osemdesiatych rokov devätnásteho storočia. Odvtedy zostal prakticky nezmenený, s výnimkou drobných inovácií, ktoré viedli k vyššej efektivite. Zmeny sa dotkli nástrojov na rezanie hornín – boli vylepšené, vytvorili sa nové tekuté médiá na preplachovanie studní a zvýšila sa pevnosť častí mechanizmu.

Rotačné vŕtanie je jedným z typov rotačného vŕtania. Princíp je takýže nástroj na lámanie skál, umiestnený vo vnútri vrtu, funguje zo sily, ktorú naň prenáša elektromotor alebo zariadenie plynovej turbíny. Táto metóda je pomerne jednoduchá a účinná. S jeho pomocou sa vŕta ťažobná ropa a prieskumné vrty. Kompaktná veľkosť jednotky umožňuje jej použitie na súkromnom pozemku na vytvorenie studní.

Metódy vŕtania

Vŕtanie studní na vodu sa v súčasnosti vykonáva metódami ťažby skál pomocou špeciálnych mechanizmov. Pôdu je možné dopĺňať dvoma spôsobmi:

• Pomocou mechanizmov - suchá metóda.
• Prúd vody pod vysokým tlakom alebo gravitáciou – hydraulický.

Vo všeobecnosti sa mechanické vŕtanie vykonáva jedným z troch spôsobov:

• Rotačné rotačné vŕtanie – pôda sa vŕta rotačnými pohybmi.
• Náraz – pôda je zničená nárazom vrtáka.
• Vibračné – pôda je rozbitá vysokofrekvenčnými vibráciami.

Prvý spôsob je najpoužívanejší vďaka svojej jednoduchosti, nízkej cene a výkonu zároveň.

Keď je metóda použitá

Rotačné vŕtanie sa používa, keď sa vyvíjajú poloskalnaté a skalnaté pôdy na vŕtanie studní až do hĺbky stopäťdesiat metrov. Pre úspešné vŕtanie hornín je potrebné zvoliť správny vŕtací nástroj - dláto a vážené rúry. Podľa odborníkov by sa pre efektívnu prevádzku malo použiť rotačné vŕtanie, aksú splnené nasledujúce podmienky:

• Štúdia hydrogeologického rezu lokality bola vykonaná dostatočne podrobne.
• Je známe, že pôda pozostáva z hornín.
• Existujú údaje o úrovni zvodnenej vrstvy.
• Je tu dobrý tlak podzemnej vody.
• Je tu možnosť neustáleho dodávania preplachovacej tekutiny.

Okrem toho treba vziať do úvahy, že podmienky v južných oblastiach umožňujú vrtné práce celoročne a v severných oblastiach je práca obmedzená teplotou vonkajšieho prostredia, pri ktorej preplachovacia kvapalina zamrzne.

Zariadenie na vŕtanie studní

Technológia rotačného vŕtania zahŕňa použitie špeciálnych inštalácií – namontovaných na báze vozidiel s vlastným pohonom alebo stacionárnych. Obidva musia mať nasledujúce komponenty:

• Motor.
• Tower.
• Drive.
• Swivel – systém, ktorý dodáva tekutinu do spodného otvoru.
• Vŕtacia šnúra.
• Rotor.
• Piestová pumpa.
• Zdvíhací mechanizmus vrátane bloku a korunkového bloku.
• Tlaková linka
• Systém vracania a čistenia tekutín obsahujúci hydrocyklóny, sklz a vibračné sito.

Výhody a nevýhody metódy

Metóda rotačného vŕtania má oproti iným metódam množstvo výhod. Medzi nimi je potrebné poznamenať nasledovné:

• Prevyšuje ostatné z hľadiska výkonu: päťnásobok metódy nárazu a desaťnásobok metódy vibrácie.
• Má vysokúrýchlosť práce.
• Vďaka použitiu rôznych odnímateľných sekáčov ho možno použiť na pôde rôznej zložitosti.
• Jednotka má kompaktnú veľkosť, takže môže fungovať v obmedzenom priestore.
• Vďaka možnosti umiestnenia na platforme je jednotka celkom mobilná.
• Umožňuje vŕtanie hlbokých studní a extrakciu vody z rozbitého vápenca.
• Metóda má dobré vodoodpudivé vlastnosti.
• Umožňuje vŕtanie studní až do priemeru dvesto centimetrov.

Otočne ovládateľné vŕtanie má okrem týchto výhod aj nasledujúce nevýhody:

• Uistite sa, že pri výbere toho správneho sekáča zvážte typ pôdy.
• Prítomnosť častíc supertvrdých hornín v ceste môže byť prekážkou vyžadujúcou použitie deštruktívnejších mechanizmov.
• Ílovitá pôda môže prekážať.
• Vážnou prekážkou vŕtania je zamrznutá zem.
• Výkon závisí od aktuálne nainštalovaného rotora.
• Potreba mať vždy veľké množstvo splachovacej tekutiny.

Napriek určitým nevýhodám má táto metóda oveľa viac výhod.

Princíp činnosti rotačných jednotiek

Rotačné vŕtanie studní sa vykonáva špeciálnou inštaláciou - rámovou alebo mriežkovou vežou, upevnenou na plošine. Všetky ostatné systémy sú k nemu pripojené, čo vám umožňuje zdvíhať a spúšťať profilovanú vŕtaciu kolónu. Takétostĺp je zostavený z niekoľkých rúrok spojených skladacími spojkami.

Hnacou silou je elektromotor auta alebo samostatný generátor, ktorý prenáša rotáciu zo stĺpa na rotor cez hnací hriadeľ a ozubené koleso. Rotujúci rotor poháňa dláto, ktoré svojimi pracovnými hranami ničí vrstvu pôdy v studni. Rozsah otáčania je možné nastaviť. Okraje bitov môžu byť diamantové, kompozitné alebo karbidové. Ich tvar sa môže líšiť.

Rozvinutá vrstva pôdy sa z bane vytláča priamym alebo spätným premývaním gravitáciou alebo pod tlakom pomocou čerpacích jednotiek. Po prepláchnutí studne sa v nej inštalujú plášťové rúry. Cez otočné a duté rúrky vrtnej kolóny sa do korunky privádza preplachovacia kvapalina, ktorá eroduje pôdu pod korunkou. Cez medzeru medzi rúrkami a sudom kvapalina vynáša pôdu von. Na povrchu sa kvapalina zhromažďuje a čistí cez špeciálne filtre, aby mohla byť znovu uvedená do prevádzky pomocou piestových čerpadiel.

Funkcie technológie rotačného vŕtania

Proces vŕtania je organizovaný tak, že v dôsledku vymývania vrstvy pôdy z bane ide vrtná kolóna každým pohybom hlbšie. Pravidelne sa musí zvyšovať pridaním ďalších potrubí.

Proces vŕtania sa vykonáva v krokoch:

• Po prejdení prvých voľných vrstiev pôdy sa stĺp zdvihne a plášť sa spustí do šachty.
• Medzera je vyplnená v kruhu cementovou m altou.
• Pokeď cement stuhne, do hriadeľa sa privedie vrták s menším priemerom a práca pokračuje.

Týchto podobných krokov možno vykonať niekoľko a potom sa výrobná rúrka s perforáciou na konci spustí do šachty. V závislosti od kvality vrstvy pôdy a hĺbky sa volí počet a hmotnosť rúr, typ vrtáka, rýchlosť jeho otáčania a materiál hrán a tlak preplachovacej kvapaliny. Špecifiká sú nasledovné:

• Ľahké skalné útvary bežia maximálnou rýchlosťou a najviac splachujú.
• Skalnaté pôdy vyžadujú zníženú frekvenciu a znížený tlak tekutiny.

Tvrdé nečistoty - balvany - v dráhe rotora, ktoré sa môžu zaseknúť, alebo nečistoty, ktoré aktívne absorbujú umývanie, môžu prekážať pri práci. Proces spomaľuje aj nedostatok vody na pracovisku a prítomnosť veľkej ílovej vrstvy. Hlina zmiešaná s vodou upcháva vodný kanál a vyžaduje ďalšie dôkladné umytie.

Plášťové rúry

Po vyvŕtaní studne je dôležité spevniť jej steny. Pôda je nespoľahlivá a môže sa posunúť, čo negatívne ovplyvní dno.

Aby sa predišlo zrúteniu zeme, je nainštalovaný plášť. Pomáha predchádzať rozliatiu pôdy a zabraňuje presakovaniu vody. Prvý stĺpec sa nazýva "dirigent". Montuje sa na zakrytie nestabilných skál. Inštalácia sa vykonáva vo vzdialenosti nie skôr ako 30 metrov a nie neskôr ako 600 metrov. Pre ropný vrt je stĺp umiestnený vo vzdialenosti, maximálneblízko povrchu.

Keďže rotačné vŕtanie sa používa takmer v akomkoľvek type pôdy, pri montáži stĺpov sa pracovníci riadia geologickými podmienkami. Niekedy musíte použiť niekoľko strún puzdra na spevnenie spodnej diery.

Najmenší priemer z nich klesá hlbšie ako ostatné a nazýva sa funkčný. Perforácia je vyrobená zospodu, práve cez tieto otvory do nej prúdi masa plynu, vody alebo oleja.

Význam vrtnej kvapaliny pri vrtných operáciách

Správna metóda preplachovania pre rotačné vŕtanie môže výrazne zvýšiť efektivitu procesu. V dielach tohto typu platí:

• Polymérové riešenia.
• Olejové emulzie.
• Prevzdušnené roztoky.
• Voda.

Metóda čistenia vzduchom je tiež široko používaná. Ak sa práca vykonáva v oblastiach s nízkym tlakom v nádrži, pracovníci používajú špeciálny plyn. Preplachovanie pomáha zbaviť sa prebytočných nečistôt a predmetov, rozpadajúcich sa hornín, čo je nevyhnutné v procese vŕtania. Kvapalina, ktorá sa dostane na korunku, ju ochladí. Čo predlžuje životnosť nástroja.

Rotačné vŕtanie prebieha v troch fázach:

1. Ničenie zemských skál pomocou dláta.
2. Spúšťanie vody na vynesenie zničeného kameňa. Proces je možné vykonávať reverzným aj priamym preplachom, všetko závisí od hĺbky studne, objemu použitej vody a typu pôdy. Používa sa v súkromných domácnostiachpopulárna metóda priameho preplachovania.
3. Posilnenie stien novej studne pažnicami.

Rotačné vŕtanie je proces náročný na prácu, pri ktorom je potrebné vziať do úvahy mnoho faktorov. Napriek tomu sa považuje za dosť účinný a používa sa v rôznych podmienkach.