Rotační vrtání: technologie, princip činnosti a vlastnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Jednou z nejpoužívanějších metod vytváření těžebních a průzkumných vrtů na vodu je rotační vrtání. Je zajištěno přenosem rotačních pohybů z povrchového rotoru na vrtací kolonu.

Rotační vrtání se liší v tom, že nemá žádnou axiální sílu generovanou pohonem. Během procesu se opracování (porážka) omývá z kamenného odpadu pomocí vody a speciálních roztoků. Zvažte metodu podrobněji.

Historické pozadí

Rotační vrtání se používá více než sto čtyřicet let. Technologie tohoto způsobu vrtání studní byla poprvé použita ve Spojených státech amerických na počátku osmdesátých let devatenáctého století. Od té doby zůstal prakticky beze změn, s výjimkou drobných inovací, které vedly k vyšší efektivitě. Změny se dotkly nástrojů na řezání hornin – byly vylepšeny, byla vytvořena nová kapalná média pro proplachovací studny a zvýšila se pevnost částí mechanismu.

Rotační vrtání je jedním z typů rotačního vrtání. Princip je takovýže nástroj na lámání hornin, umístěný uvnitř vrtu, funguje ze síly přenášené na něj elektrickým motorem nebo zařízením plynové turbíny. Tato metoda je poměrně jednoduchá a účinná. S jeho pomocí se vrtají těžební ropné a průzkumné vrty. Kompaktní velikost jednotky umožňuje její použití na soukromém pozemku k vytvoření studní.

Metody vrtání

V současné době se vrtání studní pro vodu provádí metodami řezání hornin pomocí speciálních mechanismů. Půdu lze doplňovat dvěma způsoby:

• S pomocí mechanismů - suchá metoda.
• Proud vody pod vysokým tlakem nebo gravitací – hydraulický.

Obecně se mechanické vrtání provádí jedním ze tří způsobů:

• Rotační rotační vrtání - půda se vrtá rotačními pohyby.
• Náraz – půda je zničena nárazem vrtáku.
• Vibrační – půda je rozrušována vysokofrekvenčními vibracemi.

První metoda je nejpoužívanější díky své jednoduchosti, nízké ceně a zároveň výkonu.

Když je metoda použita

Rotační vrtání se používá při vývoji poloskalnatých a skalnatých půd pro vrtání studní až do hloubky sto padesáti metrů. Pro úspěšné vrtání hornin je nutné zvolit správný vrtací nástroj - dláto a vážené trubky. Podle odborníků by se pro efektivní provoz mělo používat rotační vrtání, pokudjsou splněny následující podmínky:

• Studie hydrogeologické části lokality byla provedena dostatečně podrobně.
• Je známo, že půda se skládá z hornin.
• Existují údaje o úrovni zvodnělé vrstvy.
• Je zde dobrý tlak podzemní vody.
• Je zde možnost neustálého dodávání proplachovací kapaliny.

Kromě toho je třeba vzít v úvahu, že podmínky jižních oblastí umožňují vrtání po celý rok a v severních oblastech je práce omezena teplotou vnějšího prostředí, při které je proplachovací kapalina zamrzne.

Zařízení pro vrtání studní

Technologie rotačního vrtání zahrnuje použití speciálních instalací – namontovaných na bázi vozidel s vlastním pohonem nebo stacionárních. Oba musí mít následující součásti:

• Motor.
• Věž.
• Drive.
• Swivel – systém, který dodává tekutinu do spodního otvoru.
• Vrtací struna.
• Rotor.
• Pistové čerpadlo.
• Zvedací mechanismus včetně bloku a korunkového bloku.
• Tlakové vedení
• Systém vracení a čištění kapaliny obsahující hydrocyklony, skluz a vibrační síto.

Výhody a nevýhody metody

Metoda rotačního vrtání má oproti jiným metodám řadu výhod. Mezi nimi je třeba poznamenat následující:

• Převyšuje ostatní, pokud jde o výkon: pětinásobek metody nárazu a desetinásobek metody vibrací.
• Má vysokourychlost práce.
• Vzhledem k použití různých odnímatelných sekáčů jej lze použít na půdách různé složitosti.
• Jednotka má kompaktní velikost, takže může pracovat v omezeném prostoru.
• Vzhledem k možnosti umístění na platformě je jednotka docela mobilní.
• Umožňuje vrtání hlubokých studní a extrakci vody z rozbitého vápence.
• Metoda má dobré vodoodpudivé vlastnosti.
• Umožňuje vrtání studní až do průměru dvou set centimetrů.

Spolu s těmito výhodami má rotačně řiditelné vrtání následující nevýhody:

• Určitě zvažte typ půdy, abyste našli to správné sekáč.
• Přítomnost supertvrdých horninových částic v cestě může být překážkou vyžadující použití destruktivnějších mechanismů.
• Jílovitá půda může překážet.
• Vážnou překážkou pro vrtání je zmrzlá zem.
• Výkon závisí na aktuálně nainstalovaném rotoru.
• Potřeba mít vždy velké množství proplachovací tekutiny.

Navzdory určitým nevýhodám má tato metoda mnohem více výhod.

Princip činnosti rotačních jednotek

Rotační vrtání studní se provádí speciální instalací - rámovou nebo příhradovou věží, upevněnou na plošině. Všechny ostatní systémy jsou k němu připojeny, což vám umožní zvedat a spouštět profilovanou vrtací kolonu. Takovýsloup je sestaven z několika trubek spojených skládacími spojkami.

Hnací silou je elektromotor vozu nebo samostatný generátor, který přenáší rotaci ze sloupu na rotor přes hnací hřídel a ozubené soukolí. Rotující rotor pohání dláto, které svými pracovními hranami ničí vrstvu zeminy ve studni. Rozsah otáčení lze upravit. Břity bitů mohou být diamantové, kompozitní nebo karbidové. Jejich tvar se může lišit.

Rozvinutá vrstva zeminy je vytlačována z dolu přímým nebo zpětným promýváním gravitací nebo pod tlakem pomocí čerpacích jednotek. Po propláchnutí studny se do ní instalují pažnicové trubky. Prostřednictvím otočných a dutých trubek vrtné kolony je do vrtáku přiváděna proplachovací kapalina, která eroduje půdu pod korunkou. Přes mezeru mezi trubkami a barelem kapalina vynáší půdu ven. Na povrchu se kapalina shromažďuje a čistí přes speciální filtry, aby mohla být znovu uvedena do provozu pomocí pístových čerpadel.

Funkce rotační technologie vrtání

Proces vrtání je organizován tak, že v důsledku vymývání vrstvy zeminy z dolu jde vrtná kolona každým pohybem hlouběji. Pravidelně se musí zvyšovat přidáním dalších potrubí.

Proces vrtání se provádí v krocích:

• Po průchodu prvních volných vrstev zeminy se sloup zvedne a plášť se spustí do šachty.
• Mezera je vyplněna v kruhu cementovou m altou.
• Pokdyž cement tuhne, do hřídele se vloží vrták s menším průměrem a práce pokračuje.

Těchto podobných kroků lze provést několik a poté je do šachty spuštěna výrobní trubka perforovaná na konci. V závislosti na kvalitě vrstvy půdy a hloubce se volí počet a hmotnost trubek, typ bitu, rychlost jeho otáčení a materiál okraje a tlak proplachovací kapaliny. Specifika jsou následující:

• Lehké skalní útvary běží maximální rychlostí a nejvíce splývají.
• Skalnaté půdy vyžadují sníženou frekvenci a snížený tlak kapaliny.

Tvrdé nečistoty - balvany - v dráze rotoru, které se mohou zaseknout, nebo nečistoty, které aktivně absorbují mytí, mohou překážet při práci. Proces také zpomaluje nedostatek vody na staveništi a přítomnost velké jílové vrstvy. Hlína smíchaná s vodou ucpe vodní kanál a vyžaduje další důkladné promytí.

Plášťové trubky

Po vyvrtání studny je důležité zpevnit její stěny. Půda je nespolehlivá a může se posouvat, což negativně ovlivní dno.

Aby se zabránilo zhroucení země, je nainstalováno pouzdro. Pomáhá předcházet rozlití půdy a zabraňuje prosakování vody. První sloupec se nazývá „dirigent“. Montuje se k zakrytí nestabilních hornin. Instalace se provádí ve vzdálenosti ne dříve než 30 metrů a ne později než 600 metrů. U ropného vrtu je sloup umístěn v maximální vzdálenostiblízko povrchu.

Vzhledem k tomu, že rotační vrtání se používá téměř v jakémkoli typu půdy, při instalaci sloupů se pracovníci řídí geologickými podmínkami. Někdy musíte použít několik provázků pláště, abyste zpevnili spodní díru.

Nejmenší průměr z nich klesá hlouběji než ostatní a nazývá se provozní. Perforace je vyrobena zespodu, právě těmito otvory do ní proudí masa plynu, vody nebo oleje.

Význam vrtné kapaliny při vrtných operacích

Správná metoda proplachování pro rotační vrtání může výrazně zvýšit efektivitu procesu. V dílech tohoto typu platí:

• Polymerová řešení.
• Olejové emulze.
• Provzdušněná řešení.
• Voda.

Metoda čištění vzduchem je také široce používána. Pokud se práce provádějí v oblastech s nízkým tlakem v nádrži, pak pracovníci používají speciální plyn. Proplachování pomáhá zbavit se přebytečných nečistot a předmětů, rozpadajících se kamenů, což je v procesu vrtání nevyhnutelné. Kapalina, která se dostane na bit, jej ochladí. Což prodlužuje životnost nástroje.

Rotační vrtání probíhá ve třech fázích:

1. Zničení zemských kamenů pomocí dláta.
2. Spuštění vody k vynesení zničené skály. Proces lze provádět jak reverzním, tak přímým proplachem, vše závisí na hloubce studny, objemu použité vody a typu půdy. Používá se v soukromých domácnostechpopulární metoda přímého splachování.
3. Zpevnění stěn nové studny pomocí pažnicových trubek.

Rotační vrtání je pracný proces, při kterém je třeba vzít v úvahu mnoho faktorů. Navzdory tomu je považován za docela účinný a používá se v různých podmínkách.