Jan Ziaja*, Rafa³ Wiœniowski**

Transkrypt

1 WIETNICTWO NAFTA GAZ TOM 3/ 6 Jn Zij*, f³ Wiœniowski** ANALIZA ZJAWISK ZACHODZ CYCH PODCZAS ZAGÊSZCZANIA STEFY PZYOTWOOWEJ W TAKCIE OZPYCHANIA GUNTÓW LUNYCH NAZÊDZIAMI POSZEZAJ CYMI**. WSTÊP Wiercenie otworów horyzontlnych wymg korelcji pomiêdzy zwiercniem gruntu jego zgêszczniem. Wynik to ze stbilizcji œciny otworu horyzontlnego z jednej strony orz minimlizcji oddzi³ywni przewiertu n ndleg³e wrstwy. Zjwisk zchodz¹ce w gruncie s¹ brdzo skomplikowne. Dochodzi tm do oddzi³ywni p³uczki wiertniczej orz nrzêdzi wierc¹cego przenosz¹cego n grunt zrówno moment obrotowy, jk i si³ê posuwu wzd³u osi otworu. Nle y przy tym uwzglêdniæ zjwisk zwi¹zne z oddzi³ywniem wód gruntowych orz ciœnieni geosttycznego [3 6].. ZJAWISKA ZACHODZ CE W GUNCIE PODCZAS OZWIECANIA OTWOU HOYZONTALNEGO N skutek przeciskni nrzêdzi wierc¹cych podczs wierceni otworu horyzontlnego nstêpuje zgêszczenie gruntu wokó³ przewiertu (rys. ). Czêœæ gruntu jest zwiercn, czêœæ wciskn w œcinê otworu. Stopieñ orz promieñ strefy zgêszczeni uzle niony jest od wielu czynników zrówno nturlnych, technologicznych, jk i technicznych. Nle ¹ do nich miêdzy innymi: czynniki nturlne rodzj orz prmetry strukturlne przewiercnego gruntu: spoistoœæ gruntu, wielkoœæ i jednorodnoœæ ziren, * Wydzi³ Wiertnictw, Nfty i Gzu AGH, Krków ** Prc powst³ w rmch bdñ sttutowych relizownych w Zk³dzie Wiertnictw i Geoin ynierii WWNiG AGH 633

2 wielkoœæ si³ trci miêdzy zirnmi, wskÿnik porowtoœci gruntu (wskÿnik porowtoœci pocz¹tkowej e i krytyczne e kr ), wystêpownie wód gruntowych, prmetry wytrzym³oœciowe orz ciœnienie geosttyczne ndk³du, wrtoœæ ciœnieni p³ynów wype³nij¹cych grunt; czynniki technologiczne prmetry technologiczne wierceni: si³ pchni/uci¹gu w korelcji z prêdkoœci¹ wierceni, ciœnienie orz strumieñ objêtoœci t³oczeni p³uczki, w³œciwoœci fizyczne i prmetry reologiczne p³uczki wiertniczej; czynniki techniczne rodzj i konstrukcj nrzêdzi wierc¹cego: œwider, poszerzcz. ys.. Schemt zgêszczni gruntu wokó³ poszerzcz: poszerzcz, erdzie wiertnicze, 3 przewiercny grunt luÿny, 4 grunt zgêszczony po poszerzniu, 5 otwór wiertniczy 3. ZASTOSOWANIE TEOII SPÊ YSTOŒCI DO GUNTÓW Podstwowe znczenie przy rozwi¹zywniu zgdnieñ mechniki gruntów m zwi¹zek miêdzy stnem nprê eni stnem odkszt³ceni. Decyduje on o przyjêciu odpowiedniej teorii obliczeniowej, doborze prmetrów wytrzym³oœciowych orz kryterium wytrzym³oœciowego. Zle noœæ miêdzy stnem nprê eñ stnem odkszt³ceni gruntów stnowi brdzo skomplikowne i z³o one zgdnienie, które mo e byæ rozwi¹zne jedynie w sposób przybli ony [, ]. Wykres zle noœci miêdzy nprê eniem i odkszt³ceniem dl gruntu m przebieg krzywoliniowy (rys. ). Kszt³t tej krzywej zle y od wielu czynników tkich, jk: rodzj gruntu, jego stn, zgêszczenie, wilgotnoœæ, czs, nwet histori poprzedniego odkszt³ceni czy metod bdñ. Odkszt³cenie gruntów sk³d siê zwsze z odkszt³ceñ sprê ystych orz odkszt³ceñ trw³ych. 634

3 ) b) ys.. Zle noœæ miêdzy nprê eniem i odkszt³ceniem: ) dl gruntów; b) dl ci³ doskonle sprê ystego [] 4. OBLICZANIE WATOŒCI PZEMIESZCZEÑ W GUNCIE PZY ZASTOSOWANIU TEOII SPÊ YSTOŒCI Obliczj¹c nprê eni powstj¹ce w gruncie przy stosowniu teorii sprê ystoœci nle- y policzyæ wrtoœæ odkszt³ceñ. Wed³ug teorii S. Timoshenki i J. Goodier dl si³y skupionej, wrtoœæ przemieszczeni pionowego w, dl dowolnego punktu oddlonego o od punktu zczepieni si³y, wynosi [] P ( ) [ ( ) cos ]sin () r E ntomist wrtoœæ przemieszczeni poziomego [] P ( ) u [ ( ) cos cos ]sin tg () r E N rysunku 3 przedstwiono nlizê rozk³du si³ spowodownych równomiernym obci¹ eniem pó³przestrzeni sprê ystej, rozmieszczonym n powierzchni poszerzcz w kszt³cie sto k œciêtego o promienich i r. Obci¹ eni w punkcie C w odleg³oœci od œrodk pierœcieni mo n obliczyæ nstêpuj¹co: N powierzchni obci¹ onego pierœcieni wydzielono m³y element ogrniczony dwom ³ukmi o œrodku w punkcie C i o promieniu s i s+ds orz dwom promienimi tworz¹cymi k¹t d. Obci¹ enie przypdj¹ce n ten punkt jest równe psd ds (3) jednostkowe elementrne przemieszczenie gruntu w punkcie C wynosi ( ) p E dds (4) 635

4 ys. 3. ozk³d si³ w gruncie podczs poszerzni otworu orz przemieszczeñ w punkcie C Ntomist c³kowite przemieszczenie gruntu, wzd³u kierunku dzi³ni si³y P w punkcie C, otrzymmy sumuj¹c wp³ywy pochodz¹ce od elementów powierzchni ( ) p E d ds (5) C³kuj¹c wzglêdem s i uwzglêdnij¹c d³ugoœæ ciêciw AD sin (6) orz BC r sin (7) otrzymmy 4 ( ) P P d E 4 ( ) sin E r d (8) po przekszt³ceniu 4 ( ) P E ( r ) sin d r sin d (9) 636

5 Wrtoœæ sk³dowej P si³y ci¹gu P, z jk¹ dzi³my n poszerzcz, mo n okreœliæ w postci P Psin () Wstwij¹c [] do równni [9], otrzymujemy P 4 sin ( ) E ( r ) sin r sin d () Jeœli uwzglêdni siê k¹t w postci sin = sin, dl którego ³twiej jest okreœliæ grnice c³kowni (k¹t zmieni siê od do 9 ), równnie () bêdzie mo n zpisæ w postci P sin 4 ( ) E ( r ) cos sin r cos d r sin () Anlogicznie wrtoœæ przemieszczeni gruntu u, w kierunku prostopd³ym do dzi³ni si³y P, mo n zpisæ w postci u P sin ( ) E ( r ) cos sin r cos d r sin (3) Wrtoœæ wypdkowego przemieszczeni gruntu h w punkcie C mo n okreœliæ w postci h u (4) Niestety c³ek z równñ () i (3) nie d siê dl ogólnego przypdku wyrziæ z pomoc¹ funkcji elementrnych. Mo liwe jest jedynie rozwi¹znie ich w postci numerycznej. 5. WNIOSKI Proces zgêszczni gruntu wokó³ nrzêdzi wierc¹cego jest zjwiskiem brdzo skomplikownym i mo liwe jest tylko przybli one rozwi¹znie tego procesu. Wyniki uzyskne zle ¹ bowiem nie tylko od doboru kryterium wytrzym³oœciowego, le tk e od metody bdñ pobrnych próbek gruntu. 637

6 Opisn metodyk obliczni przemieszczni siê gruntów wokó³ przewiertu wymg wykonni obliczeñ numerycznych i weryfikcji ich z dnymi terenowymi. SPIS OZNACZEÑ liczb Poisson [ ] E modu³ Young [P] P si³ uci¹gu [N] P sk³dow si³y uci¹gu P, prostopd³ do powierzchni ostrz poszerzcz [N] P sk³dow si³y uci¹gu P [N] p obci¹ enie sk³dowej wrtoœæ si³y P [P] k¹t zwrty miêdzy styczn¹ do œrednicy zewnêtrznej poszerzcz jego osi¹ pod³u n¹ [ ] w przemieszczenie pionowe w punkcie C [m] u przemieszczenie poziome w punkcie C [m] h wrtoœæ wypdkow przemieszczeni w punkcie C [m] k¹t kszt³tu czo³ nrzêdzi wierc¹cego [ ] LITEATUA [] Glzer Z.: Mechnik gruntów. Wrszw, Wydwnictw Geologiczne 985 [] Mjcherczyk T.: Bdnie fizycznych w³œciwoœci sk³. Krków, Wyd. AGH 989 [3] Wiœniowski., Stryczek S., Zij J.: Wybrne spekty projektowni i wykonywni horyzontlnych przewiertów sterownych HDD. Zeszyty Nukowe Politechniki Œwiêtokrzyskiej Zeszyt Budownictwo, III Ogólnopolsk Konferencj Nukowo- -Techniczn Nowe mteri³y i urz¹dzeni w wodoci¹gch i knlizcji, Kielce 3 [4] Zij J.: Wybrne zgdnieni z mechniki zwiercni sk³. Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe, nr, 999 [5] Zij J.: Podzi³ orz wybrne strukturlne w³œciwoœci sk³ i gruntów. Nowoczesne Techniki i Technologie Bezwykopowe, nr 3, 999 [6] Zij J., Wiœniowski.: Anlysis of horizontl directionl drilling development in Polnd. Mteri³y XI Miêdzynrodowej Konferencji Nukowo-Technicznej, Podbnské, S³owcj, 9 3 pÿdziernik 638