Wiercenia poszukiwawcze.

Transkrypt

1 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

2 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. Pojęcie i zastosowanie. Otwory wiertnicze. 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

3 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

4 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

5 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 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, MDR- 0,6e, 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 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

6 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