Wiercenia poszukiwawcze.

Wiercenia poszukiwawcze.
Cele i sposoby poszukiwań złóŜ kopalin uŜytecznych.
Roboty poszukiwawcze prowadzi się w celu znalezienia złoŜa kopaliny uŜytecznej
(roboty geologiczno- poszukiwawcze oraz w celu rozpoznania ,czyli
dokładniejszego zbadania znalezionego złoŜa roboty (geologicznorozpoznawcze).
Aby rozpoznać złoŜe naleŜy stwierdzić jego przydatność gospodarczą oraz uzyskać
dane potrzebne do projektowania kopalin i wybierania złoŜa. Do tego wymagane są
ustalenia.
Odnoszą się one do :
•
•
•
•
•
•
kształtu i granic złoŜa,
głębokości zalegania,
grubości pokładów lub Ŝył,
stopnia zanieczyszczenia kopaliny uŜytecznej,
zawodnienia i innych warunków geologicznych utrudniających eksploatację
złoŜa,
zasobów kopaliny uŜytecznej.
Sposoby prowadzenia robót poszukiwawczych:
•
•
•
Poszukiwania geologiczne- polegają na badaniu moŜliwości występowania
kopalin uŜytecznych, wynikającej z budowy geologicznej terenu oraz objawów
występowania minerału uŜytecznego na powierzchni ziemi w postaci
odłamków skał , nalotów ,zabarwień gleby, charakterystycznej roślinności itd.
Prowadzone są przez geologów. Wyniki tych poszukiwań stanowią podstawę
dalszych poszukiwań prowadzonych metodami geofizycznymi i górniczymi.
Poszukiwania geofizyczne- oparte są na badaniach fizycznych własności
skał, tak więc gęstości, własności magnetycznych i elektrycznych, prędkości
rozchodzenia się fal sejsmicznych i promieniotwórczości. Dokonywane są one
przez specjalistów geofizyków.
Poszukiwania robotami górniczymi- stosowane są za pomocą wyrobisk
górniczych i otworów wiertniczych.
Ze względu na to iŜ roboty poszukiwawcze są kosztowne, a ich wynik nie zawsze
pomyślny, rozpoczyna się je zawsze sposobami najtańszymi. NaleŜą do nich
poszukiwania geologiczne oraz geofizyczne; w miarę powodzenia stosuje się te
droŜsze czyli poszukiwania robotami górniczymi.
1
Uzyskane informacje o złoŜu dokumentuje się w formie map, przekrojów
geologicznych, próbek kopaliny uŜytecznej i skał płonnych oraz odpowiednich
opisów. Całość zebranych w ten sposób danych stanowi DOKUMENTACJĘ
GEOLOGICZNĄ ZŁOśA.
Otwory wiertnicze.
Pojęcie i zastosowanie.
Otwory wiertnicze w górnictwie wykonuje się do celów:
•
•
poszukiwawczych i rozpoznawczych,
eksploatacyjnych dla wydobywania ropy naftowej, gazu ziemnego, wód
mineralnych, soli, siarki,
•
technicznych w kopalniach podziemnych.
Przez otwór wiertniczy rozumie się wyrobisko cylindryczne wykonane w skorupie
ziemskiej metodami wiertniczymi. Pojęcie odwiert oznacza ukończony otwór
wiertniczy obudowany i wyposaŜony w sprzęt konieczny do eksploatacji złoŜa. Dział
górnictwa zajmujący się eksploatacją złóŜ za pomocą odwiertów z powierzchni ziemi
nazywa się górnictwem odwiertowym.
Wiercenia stosowane są szeroko przy poszukiwaniach i rozpoznawaniu złóŜ. Stanowią
jedyny moŜliwy sposób odsłonięcia złoŜa w przypadku głębokiego zalegania lub
grubej warstwy nadkładu i poziomego zalegania warstw.
W kopalniach podziemnych wykonuje się otwory wiertnicze dla celów technicznych
związanych z udostępnieniem i eksploatacją złoŜa. NaleŜą do nich otwory zsypne,
wentylacyjne, odwadniające, rurowe, kablowe, itp. Wiercenia wielkośrednicowe (o
średnicach od 0,6 do 8,0 m) stosowane są niekiedy do wykonywania szybów,
szybików, a w razie potrzeby równieŜ w celach ratowniczych. Zespół urządzeń
przeznaczony do wiercenia otworów wiertniczych nazywa się wiertnicą.
Główne czynności przy wykonywaniu otworów wiertniczych:
•
•
•
•
urabianie skały na dnie otworu,
usuwanie zwiercin z dna otworu,
zabezpieczenie ścian otworu przed osypywaniem się z nich skały,
pobieranie próbek przewierconych skał.
2
Podział wierceń.
Ze względu na sposób urabiania skały na dnie otworu wiercenia dzieli się na :
•
•
udarowe- skała kruszona jest przez udar spadającego narzędzia (dłuta),
obrotowe- obracające się na dnie otworu narzędzie wiercące (świder lub
koronka wiertnicza) kruszy, skrawa lub ściera skałę.
Do wierceń obrotowych zalicza się równieŜ tzw. wiercenia okrętne albo ręczne
obrotowe, stosowane do wykonywania płytkich otworów (do 60 m) w skałach
miękkich i sypkich (gliny, iły, Ŝwiry i piaski ).
Zwierciny mogą być usuwane z dna otworu za pomocą łyŜki lub za pomocą płuczki
wiertniczej. ŁyŜkę stanowi rura stalowa zakończona od dołu zaworem klapowym lub
kulkowym. Opuszczona na dno otworu napełnia się zwiercinami , po czym zostaje
wyciągnięta na powierzchnię ziemi i opróŜniona. Płuczkę wiertniczą stanowi woda
czysta lub zmieszana z pewną ilością iłu (płuczka iłowa). Specjalna pompa przetłacza
płuczkę przez przewód wiertniczy (będący jednocześnie przewodem płuczkowym) i
przez otwory w narzędziu urabiającym dna otworu, skąd wypływa na powierzchnię
unosząc ze sobą zwierciny. Ściany otworu zabezpiecza się przez zarurowanie.
Wiercenia okrętne zalicza się do najprostszych z uwagi na stosowany sprzęt i
sposoby wykonania. Stosuje się je powszechnie w badaniach geologicznych, pracach
poszukiwawczo- rozpoznawczych złóŜ glin ceramicznych, piasków i Ŝwirów, dla
potrzeb budownictwa oraz przy wierceniu studzien.
Urządzenie do wiercenia okrętnego składa się trójnoga, kołowrotu ręcznego, świdra
oraz przewodu wiertniczego skręconego ze stalowych Ŝerdzi wiertniczych.
Przewód stalowy podnosi się (wyciąga) lub opuszcza za pomocą kołowrotu i liny
przerzuconej przez krąŜek zawieszony pod szczytem trójnoga. Narzędziem
urabiającym jest świder, którego dobór zaleŜy od rodzaju przewiercanych skał. Do
skał spoistych (gliny, piaski gliniaste, iły) uŜywa się świdrów spiralnych, do skał
sypkich i mało spoistych (piaski, mułki) świdrów rurowych.
W zawodnionych piaskach lub Ŝwirach stosuje się zwyczajne łyŜki wiertnicze.
Urobioną skałę usuwa się przez wyciąganie przewodu wiertniczego świdrem. Wierci
się obracając przewód wiertniczy siłą dwóch lub czterech ludzi. W celu
niedopuszczenia do zaklinowania świdra, co kilka obrotów przewód podciąga się
nieco w górę. Próbki przewiercanych skał uzyskuje się wprost ze świdra.
Wiercenia udarowe. Stosuje się je w skałach twardych i zwięzłych (piaskowce,
łupki, wapienie), głównie przy wierceniu studni głębinowych, rzadziej przy
prowadzeniu robót poszukiwawczych.
3
W skład zespołu wiertniczego wchodzą przewód wiertniczy z dłutem, urządzenie
szarpakowe i urządzenie wyciągowe.
Przewód wiertniczy moŜe być sztywny (skręcony z Ŝerdzi wiertniczych) lub linowy.
Urządzenie szarpakowe przeznaczone jest wykonywania udarów, urządzenie
wyciągowe umoŜliwia wyciąganie i opuszczanie przewodu wiertniczego w celu
dokonania łyŜkowania, wymiany dłuta, przykręcenia następnej Ŝerdzi (przedłuŜania
przewodu) itp.
Urządzenie stanowi maszt lub wieŜa wiertnicza wraz z zespołem kołowrotów i
wielokrąŜków. Do wierceń głębokich stosuje się zespoły wiertnicze, czyli wiertnice z
napędem elektrycznym lub spalinowym. Wierci się przewaŜnie przewodem linowym,
a zwierciny usuwa się za pomocą łyŜkowania. Do wierceń płytkich, o głębokości do
200 m, stosuje się produkowane w Polsce wiertnice udarowe UP- 200 stabilne lub
zmontowane na podwoziu samochodowym. Mają one napęd elektryczny lub
spalinowy. Przewód wiertniczy stanowi lina, a usuwanie zwiercin dokonywane jest
przez łyŜkowanie, przy czym moŜna od razu pobierać próbki z przewiercanych skał.
Wiertnica SM- FM równieŜ produkcji krajowej przeznaczona jest do wiercenia
otworów do 800 m głębokości.
Wiercenia obrotowe. Najczęściej stosowana metoda wierceń. RozróŜnia wiercenia
bezrdzeniowe (pełne) oraz wiercenia rdzeniowe.
Do wierceń bezrdzeniowych uŜywa się świdrów ,urabiających skałę na całej
powierzchni dna otworu. Stosuje się je głównie tam , gdzie wymagane jest szybkie
wykonanie otworu do celów eksploatacyjnych związanych z uzyskaniem produkcji,
np. ropy naftowej, gazu ziemnego, solanki, itp.
Natomiast wiercenie rdzeniowe polega na skrawaniu lub ścieraniu narzędziem
urabiającym -koronką wiertniczą- pierścienia skalnego na obwodzie dna otworu z
pozostawieniem w środku nie naruszonego rdzenia, który wchodzi do rury rdzeniowej
umieszczonej ponad koronką.
Podczas podnoszenia przewodu rdzeń zostaje urwany za pomocą specjalnego
urządzenia, tzw. urywaka. Następnie wyciąga się go na powierzchnię i stanowi on
próbkę skały. Wiercenie rdzeniowe stosowane jest powszechnie do robót
poszukiwawczo- rozpoznawczych. Zwierciny powstałe w czasie wiercenia wynoszone
są przez płuczkę na powierzchnię i stanowią one dodatkowy materiał do badań.
Wiercenia obrotowe małośrednicowe. Otwory o średnicach do 216 mm.
Wiercenia te prowadzi się do głębokości około 1200 m. Otwory te mogą być
wiercone z powierzchi ziemi jak i z wyrobisk podziemnych. Ich kierunek moŜe być
pionowy (w dół lub w gorę), poziomy lub pochyły.
4
Zespół wiertniczy składa się z przyrządu wiertniczego, wiertnicy, urządzenia
płuczkowego i wieŜy lub masztu wiertniczego, który umoŜliwia zapuszczanie i
wyciąganie przewodu wiertniczego za pomocą wyciągu wiertniczego.
Do wierceń małośrednicowych rdzeniowych i pełnych z powierzchni ziemi stosuje się
obecnie wiertnice produkcji krajowej typów MP- 300 i MP- 650 oraz importowane
typów ZIF- 300, ZIF-650 i ZIF- 1200. Liczba przy nazwie wiertnicy oznacza głębokość
wiercenia moŜliwą do osiągnięcia za jej pomocą.
Do wierceń podziemnych uŜywane są wiertnice krajowe WD-0,2 ,MDR- 0,3A , MDR0,6e , MDR- 0,3 ,MDS- 1,2 ,WDP-1 i WDP-2 orazimportowane euroflex-hydroflex,
longyear -typ EHS-38 i Toram – typ 2x20u. MoŜna nimi wiercić otwory rdzeniowe i
pełne, pionowo w górę i w dół, poziomo i pod dowolnym kątem. Najczęściej wierci
się otwory 1420 mm (po zarurowaniu 1200 mm). UŜywa się ich do przewietrzania lub
do odstawy urobku.
Wiercenia obrotowe normalnośrednicowe (średnica od 120 do 550 mm).
Wykonuje się je przewaŜnie jako wiercenia pełne. Ich głębokość dochodzi do 10 000
m (w Polsce do 6000m). Uzyskuje się w ten sposób głębokie otwory w celu
eksploatacji ropy naftowej, gazu ziemnego, wód mineralnych i solanek.
Skałę na dnie otworu urabia się w skałach miękkich świdrem skrawającym tzw. rybi
ogon, a w skałach twardych świdrem gryzakowym i w najtwardszych diamentowym.
Wiertnica wprawia w ruch obrotowy przewód wiertniczy za pomocą tzw. stołu
rotacyjnego (obrotowego), dlatego to wiercenie nazywa się wierceniem rotacyjnym.
Otwory wielkośrednicowe. Otwory te mają średnicę powyŜej 600 mm (największa
notowana 8750 mm) i wierci się je wielostopniowo. Na początku przewierca się otwór
o małej średnicy , a następnie poszerza się go, wiercąc świdrami o większej średnicy
lub specjalnymi poszerzaczami gryzakowymi.
Turbowiert. Jest to zespół turbiny ze świdrem. Pracuje on na dnie otworu, a turbina
poruszana jest płuczką doprowadzoną na dno otworu nieruchomym przewodem
płuczkowym. Podobne urządzenie stanowi elektrowiert, będący zespołem silników
elektrycznych, reduktora oraz świdra. Stosowanie obydwóch pozwala zaoszczędzić
energię, która przy normalnym wierceniu obrotowym zuŜywana jest na obracanie
długiego i cięŜkiego przewodu wiertniczego.
5
Przekroje geologiczne i mapy górnicze.
Jakiekolwiek dane uzyskane podczas wykonywania robót poszukiwawczych powinny
być dokładnie i systematycznie notowane w specjalnych dziennikach. Dla kaŜdego
wyrobiska poszukiwawczego lub otworu wiertniczego powinno się prowadzić osobny
dziennik. Na podstawie danych zawartych w takich dziennikach oraz próbek
napotkanych skał sporządza się dla kaŜdego wyrobiska poszukiwawczego profil
geologiczny.
Profil geologiczny otworu wiertniczego moŜna przedstawić w sposób graficzny.
Wykazuje się w nim kolejność występowania warstw z podaniem ich rodzaju,
grubości i głębokości zalegania. RóŜne rodzaje skał oznacza się odpowiednimi
znakami lub kolorami.
Na podstawie profilów wyrobisk poszukiwawczych oraz odsłonięć naturalnych
sporządza się tzw. przekroje geologiczne złoŜa. Podczas prowadzenia robót
poszukiwawczych i rozpoznawczych dokonuje się je wzdłuŜ linii charakterystycznych
dla danego złoŜa, a więc po rozciągłości lub po upadzie warstw, prostopadle do
głównych uskoków, do osi fałdów itp.
Na podstawie przekrojów geologicznych sporządza się dla złóŜ pokładowych mapy
pokładowe, dla kaŜdego pokładu oddzielnie. Takie mapy tworzy się jako mapy
warstwicowe. PołoŜenie warstwicy odniesione jest do poziomu morza.
Mapa pokładowa przedstawia ukształtowania pokładu. MoŜna z niej odczytać
rozciągłość, upad oraz grubość pokładu w kaŜdym jego wycinku. Są one
podstawowym dokumentem do projektowania eksploatacji złoŜa pokładowego.
6