Rafa³ Wiœniowski*, Jan Ziaja* DOBÓR PARAMETRÓW MECHANICZNYCH URZ DZEÑ WIERTNICZYCH STOSOWANYCH W TECHNOLOGIACH HDD**



Podobne dokumenty
Jan Ziaja*, Krzysztof Baniak** ANALIZA TECHNICZNA TECHNOLOGII WYKONANIA PRZEWIERTU HORYZONTALNEGO POD RZEK USZWIC W BRZESKU OKOCIMIU***

W³adys³aw Duliñski*, Czes³awa Ewa Ropa*

Tomasz Œliwa*, Andrzej Gonet*, Grzegorz Skowroñski** NAJWIÊKSZA W POLSCE INSTALACJA GRZEWCZO-CH ODNICZA BAZUJ CA NA OTWOROWYCH WYMIENNIKACH CIEP A

WIERTNICA STEROWANA MNBSH-600

Stanis³aw Dubiel*, Jan Ziaja*

SYSTEM INFORMACJI GEOGRAFICZNEJ JAKO NIEZBÊDNY ELEMENT POWSZECHNEJ TAKSACJI NIERUCHOMOŒCI**

Si³owniki elektryczne typu 5801 (o ruchu obrotowym) typu 5802 (o ruchu posuwistym)

Transport pneumatyczny œcinków i odpadów

Technologie bezwykopowe i maszyny w nich wykorzystywane

MARPOL Technologie Bezwykopowe i Maszyny Budowlane

MARPOL Technologie Bezwykopowe i Maszyny Budowlane

Andrzej Gonet*, Aleksandra Lewkiewicz-Ma³ysa*, Jan Macuda* ANALIZA MO LIWOŒCI ZAGOSPODAROWANIA WÓD MINERALNYCH REJONU KROSNA**

S³awomir Wysocki*, Danuta Bielewicz*, Marta Wysocka*

WCIĄGARKI HYDRAULICZNE STOJAKI I PRZY CZEP

Piece rozp³ywowe. Maschinen- und Vertriebs GmbH & Co.KG

Przewierty HDD rurociągów o dużych średnicach

Przewierty sterowane HDD Horizontal Directional Drilling Wiercenia kierunkowe DD Directional Drilling

Jerzy Stopa*, Stanis³aw Rychlicki*, Pawe³ Wojnarowski* ZASTOSOWANIE ODWIERTÓW MULTILATERALNYCH NA Z O ACH ROPY NAFTOWEJ W PÓ NEJ FAZIE EKSPLOATACJI

Projektowanie i wiercenie odwiertów głębinowych - opis przedmiotu

PREFABRYKOWANE STUDNIE OPUSZCZANE Z ŻELBETU ŚREDNICACH NOMINALNYCH DN1500, DN2000, DN2500, DN3200 wg EN 1917 i DIN V

Marian Branny*, Bernard Nowak*, Bogus³aw Ptaszyñski*, Zbigniew Kuczera*, Rafa³ uczak*, Piotr yczkowski*

Projektowanie logistycznych gniazd przedmiotowych

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: WGG s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Gilotyna. Inne cechy. Elektryczny zderzak zapewnia du ¹ efektywnoœæ i powtarzalnoœæ. * Opcja dla modeli IW-45, IW45K, IW50A, IW60H

Bezwykopowa budowa sieci Trenchless Pipe Laying

Wyliczenia w dziedzinie bezwykopowych technik instalowania rurociągów. Wykonała: Joanna Kielar

WZORU UŻYTKOWEGO PL Y1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE, Kraków, PL BUP 23/09

Si³owniki elektrohydrauliczne Typ do -23

Bezwykopowa budowa sieci Trenchless Pipe Laying

Nasze produkty. Obrotniki rolkowe rur, walczaków oraz arkuszy blachy. Urz¹dzenie do spawania rur, walczaków oraz arkuszy blachy.

Automatyzacja w procesach wiertniczych i eksploatacyjnych - opis przedmiotu

ukasz Habera*, Antoni Frodyma* ZABIEG PERFORACJI OTWORU WIERTNICZEGO JAKO CZYNNIK ODDZIA UJ CY NA WIELKOή SKIN-EFEKTU

Transport Mechaniczny i Pneumatyczny Materiałów Rozdrobnionych. Ćwiczenie 2 Podstawy obliczeń przenośników taśmowych

Rafa³ Wiœniowski*, Jan Ziaja* PROJEKTOWANIE WIELKOGABARYTOWYCH HORYZONTALNYCH PRZEWIERTÓW STEROWANYCH**

Bramownica, typ OPB-1. Ørsta Pomerania

Gruntowy wymiennik ciepła PROVENT- GEO

a H - g³êbokoœæ kana³u SÈÈ-GVM B H/V 0 e/ a wysokoœæ przesypu* * ) Vo umowna konstrukcyjna wysokoœæ przesypu na

Rafa³ Wiœniowski*, Stanis³aw Stryczek*, Jan Ziaja*

Andrzej Janocha*, Teresa Steliga*, Dariusz Bêben* ANALIZA BADAÑ NIEKTÓRYCH W AŒCIWOŒCI ROPY NAFTOWEJ ZE Z O A LMG

ZRASZACZ TURBINOWY S45 3 LATA GWARANCJI. Dane techniczne

o yska wrzecionowe o yska serii S 618/619/60/62... typ nieroz³¹czny o yska wrzecionowe, serie ³o ysk i ich typy

Zamawiający: Katowice, dn r. Przedsiębiorstwo Usługowe GEOCARBON Sp. z o.o. Ul. Dunikowskiego Katowice ZAPYTANIE OFERTOWE

TURBINA BSK BIOGEST INTERNATIONAL. Historia produkcji turbin BSK. Zadania turbiny

SUPPORTING EQUIPMENT. LoopMaster EL650 D /PL/B 1(10) PRODUCT DESCRIPTION LOOPMASTER EL650

SYSTEM WIELKOWYMIAROWY MID-Form INSTRUKCJA OBS UGI

Wiertnica Speedy Drill

Modułowy system aluminiowy o nieograniczonych możliwościach. Nieograniczony wybór różnych urządzeń o dowolnych. do zastosowania w służbie zdrowie.

INSTRUKCJA MONTAśU. Tunelu rozsączającego (PP) 300 litrów

1. Wstêp... 9 Literatura... 13

N O W O Œ Æ Nawiewniki z filtrem absolutnym klasy H13

MASZYNY do produkcji œlusarki aluminiowej i stalowej

Stanis³aw Stryczek*, Andrzej Gonet*, Rafa³ Wiœniowski* KIERUNKI ROZWOJU METOD GEOIN YNIERYJNYCH**

BADANIA WYTRZYMA OŒCI NA ŒCISKANIE PRÓBEK Z TWORZYWA ABS DRUKOWANYCH W TECHNOLOGII FDM

Romuald Radwan*, Janusz Wandzel* TESTY PRODUKCYJNE PO CZONE ZE WSTÊPNYM ODSIARCZANIEM SUROWEJ ROPY NAFTOWEJ NA Z O U LGM

Zbiornik oleju typ UB...

WIERTARKA POZIOMA DO GŁĘBOKICH WIERCEŃ W W30-200

Stanowisko pomiarowe do wyznaczania ró nicowego pr¹du wy³¹czania wy³¹czników ró nicowo-pr¹dowych typu AC

SILNIK SATELITOWY Z WIRUJĄCYM KORPUSEM typu SWK-6/8-1,5/50

WYNIKI BADAÑ HYDROGEOLOGICZNYCH

INSTRUKCJA OBS UGI MIKROPROCESOROWY PRZETWORNIK TEMPERATURY. TxRail 4-20 ma. wydanie listopad 2004

Pojazd podstawowy AT. łączników w automatycznych. Wymaganie to nie dotyczy następuj. łączników. w: - od akumulatora do układu zimnego startu i wyłą

Przenośnik taśmowy Zasada działania

Gazowe grzejniki wody przep³ywowej

Izolacyjne p³yty styropianowe w ofercie firmy

WENTYLACJA + KLIMATYZACJA KRAKÓW NAWIEWNIKI WIROWE ELEMENTY WYPOSAŻENIA INSTALACJI WENTYLACJI I KLIMATYZACJI

- przeciski pneumatyczne przebijakiem tzw. kretem (Impact Moling), - pneumatyczne wbijanie rur stalowych (Impact Ramming),

SYSTEM MONITOROWANIA SILY NACIAGU

PL B BUP 19/04. Sosna Edward,Bielsko-Biała,PL WUP 03/10 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Przep³ywowy, ciœnieniowy ogrzewacz wody DDLT 18, DDLT 21, DDLT 24 basis

WZORU UŻYTKOWEGO EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. d2)opis OCHRONNY. (19) PL (n) Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, PL

Zbiorniki buforowe SBP 200, SBP 700 Instrukcja obs³ugi i monta u

FREZARKI do pni drzew

Przep³ywowy ogrzewacz wody, DDLT 12, DDLT 18, DDLT 21, DDLT 24, DDLT 27 Pin Control

Zapytanie Nr 2 do SIWZ na Budowa systemu kanalizacji zagrodowej w gminie Iłża

CZĘŚĆ V SPECYFIKACJA TECHNICZNA WYKONANIA I ODBIORU ROBÓT BUDOWLANYCH ST-04

ELEMENTY WYPOSA ENIA INSTALACJI WENTYLACJI I KLIMATYZACJI T UMIKI AKUSTYCZNE PROSTOK TNE TYP TKF-MB ORAZ KO OWE TYP RS KRAKÓW

3. BADA IE WYDAJ OŚCI SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ

8. Zginanie ukośne. 8.1 Podstawowe wiadomości

Ergonomia (1) VIII. SZKOLENIE PRACOWNIKÓW ADMINISTRACYJNO-BIUROWYCH. Cel przystosowania stanowisk do zasad ergonomii:

Badanie silnika asynchronicznego jednofazowego

Dokumentacja Techniczna Zbiorniki podziemne Monolith

Przykłady oszczędności energii w aplikacjach napędowych

MCU 450V[T]-5X. Wielofunkcyjne pięcioosiowe centrum obróbkowe.

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Instrukcja Prasy Termotransferowej Secabo TS7

Typoszereg pomp SP. Spis treści. Typoszereg pomp SP. 4",6",8", 10" pompy głębinowe wykonane ze stali nierdzewnej

METODY REMEDIACJI ZANIECZYSZCZEŃ SUBSTANCJAMI ROPOPOCHODNYMI

Termostaty V2, V4 i V8 Regulatory temperatury bezpo redniego działania F CHARAKTERYSTYKA:

- przeciski pneumatyczne przebijakiem tzw. kretem (Impact Moling), - pneumatyczne wbijanie rur stalowych (Impact Ramming),

SILNIKI ASYNCHRONICZNE INDUKCYJNE

różnych materiałów oraz do wielu zastosowań.

Zbiorniki podziemne dwup aszczowe Zbiorniki podziemne na LPG

MARPOL Technologie Bezwykopowe i Maszyny Budowlane

Konwencjonalne Koparki Gąsienicowe Z Nadwoziem Siła klasyki.

Innowacja. Bezpieczeñstwo INSTRUKCJA ZABUDOWY ZAWÓR POZIOMUJ CY Wykonanie z tworzywa sztucznego

ZAPYTANIE OFERTOWE

Maty Filtracyjne FILTRACJA POWIETRZA W KOMORACH MALARSKICH

Polska 1991 r, gazociąg, przejście pod Wisłą

3.6. Przyk³ady projektowania

Transkrypt:

WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 3/1 006 Rafa³ Wiœniowski*, Jan Ziaja* DOBÓR PARAMETRÓW MECHANICZNYCH URZ DZEÑ WIERTNICZYCH STOSOWANYCH W TECHNOLOGIACH HDD** 1. WSTÊP Podczas budowy podziemnych instalacji rurowych dla potrzeb gazowniczych, wodoci¹gowo-kanalizacyjnych, ciep³owniczych, energetycznych czy telekomunikacyjnych, coraz czêœciej wykorzystuje siê techniki i technologie bezwykopowe. Spoœród bezodkrywkowych metod budowy w ostatnich latach coraz wiêkszego znaczenia nabieraj¹ techniki wiertnicze, a w tym sterowane przewierty horyzontalne. Ci¹g³y postêp techniczny pozwala na konstruowanie coraz nowoczeœniejszych, w pe³ni zautomatyzowanych i zminiaturyzowanych urz¹dzeñ wiertniczych, umo liwiaj¹cych wiercenie otworów o przestrzennie zmiennej trajektorii [3 5]. Bardzo istotnym problemem, przed jakim staje projektant i wykonawca horyzontalnego przewiertu sterowanego, jest w³aœciwy dobór urz¹dzenia wiertniczego.. URZ DZENIA WIERTNICZE STOSOWANE W TECHNOLOGIACH HDD Stosowane obecnie na œwiecie rozwi¹zania konstrukcyjne urz¹dzeñ wiertniczych wykorzystywanych przy wierceniu horyzontalnych przewiertów sterowanych s¹ wynikiem wielu lat rozwoju myœli naukowo-technicznej i praktycznych doœwiadczeñ in ynierskich. Opracowane konstrukcje wiertnic ró ni¹ siê miêdzy sob¹ sposobem transportu, rodzajem napêdu wrzeciona g³owicy wierc¹cej, wielkoœci¹ mocy oraz stosowanym systemem p³uczkowym. Ze wzglêdu na sposób transportu, wiertnice HDD (Horizontal Directional Drilling) dzieli siê na urz¹dzenia: przenoœne, przewoÿne, samojezdne. * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków ** Praca zrealizowana w ramach badañ statutowych WWNiG AGH 557

Wiertnice przenoœne to urz¹dzenia o ma³ej mocy, sile uci¹gu i momencie obrotowym, wykorzystywane g³ównie do wykonywania krótkich przewiertów (od kilku do kilkudziesiêciu metrów). Stosuje siê je w celu wykonywania przykanalików lub innych instalacji w warunkach bardzo ograniczonej przestrzeni roboczej. Wiertnice przewoÿne montowane s¹ na naczepach lub przyczepach i transportowane na plac budowy przy u yciu pojazdów mechanicznych. Wiertnice samojezdne wyposa one s¹ w samobie ny mechanizm g¹sienicowy lub ko³owy pozwalaj¹cy na samodzielne przemieszczanie siê wiertnic po terenie. Pojêcie samojezdne odnosi siê jedynie do mobilnoœci wiertnicy na placu budowy. Ze wzglêdu na ma³e prêdkoœci przemieszczania, uzyskiwane przez te urz¹dzenia, w ruchu ulicznym transportuje siê je na lawetach. Mo liwoœæ samodzielnego ruchu wiertnicy jest szczególnie przydatna, gdy miejsce rozpoczêcia wiercenia wyznaczone jest w trudno dostêpnym dla wiêkszoœci pojazdów mechanicznych terenie. Wiertnice tego typu s¹ najczêœciej produkowanymi i wykorzystywanymi urz¹dzeniami HDD. O ile napêd wiertnicy zazwyczaj stanowi silnik wysokoprê ny, to poszczególne jej podzespo³y mog¹ byæ napêdzane napêdem: mechanicznym, hydraulicznym lub pneumatycznym. Ze wzglêdu na moc wiertnic HDD wyró niaæ nale y urz¹dzenia: o ma³ej mocy (do 150 kw), œredniej mocy (od 150 do 300 kw), du ej mocy (powy ej 300 kw). W celu urabiania gruntów i ska³, wynoszenia zwiercin i ch³odzenia narzêdzia wierc¹cego wykorzystuje siê p³uczkê wiertnicz¹. Stosowane w wiertnicach HDD systemy p³uczkowe mo emy podzieliæ na: system p³uczkowy na bazie wodnej (w wiêkszoœci rozwi¹zañ konstrukcyjnych), system p³uczki powietrznej. Najczêœciej stosowane w praktyce samojezdne wiertnice HDD to w przewa aj¹cej czêœci zwarte, kompaktowe konstrukcje ³¹cz¹ce silnik napêdowy z agregatem pr¹dotwórczym, samobie nym mechanizmem g¹sienicowym lub ko³owym, zespo³em hydraulicznym oraz systemem p³uczkowym. Do podstawowych kompaktowych podzespo³ów urz¹dzenia zaliczyæ nale y: stalow¹ ramow¹ konstrukcjê, najczêœciej kotwion¹ w celu przejmowania powstaj¹cych naprê eñ i momentów obrotowych; ruchome sanie (sanice) z g³owic¹ wrzecionow¹ typu Top Driver; system szczêk, s³u ¹cy do skrêcania i rozkrêcania przewodu wiertniczego; automatyczny magazynek-podajnik rur p³uczkowych, wraz z rurami p³uczkowymi, lub urz¹dzenie dÿwigowe (nie we wszystkich wiertnicach); system generuj¹cy moc mechaniczn¹ (silnik spalinowy, zbiorniki paliwa, agregat pr¹dotwórczy); zespó³ napêdowy podzespo³ów wiertnicy (mechaniczny, hydrauliczny lub pneumatyczny); system transmisyjny, steruj¹cy ruchem obrotowym (hydrauliczny, pneumatyczny, mechaniczny) i posuwem (³añcuchowy, zêbatkowy, si³owniki hydrauliczne) g³owicy wrzecionowej; system p³uczkowy (pompy p³uczkowe, zbiorniki p³uczkowe). 558

Niezbêdne dla realizacji procesu wiercenia: nacisk i prêdkoœæ obrotowa oraz strumieñ objêtoœci p³uczki wiertniczej przekazywane s¹ z wrzeciona g³owicy napêdowej poprzez przykrêcony do niej przewód wiertniczy na narzêdzie wierc¹ce. Urabiany grunt lub ska³a wynoszone s¹ wraz z p³uczk¹ wiertnicz¹ powracaj¹c¹ na powierzchniê wzd³u przestrzeni pierœcieniowej pomiêdzy przewodem wiertniczym a œcian¹ otworu. P³yn wiertniczy przygotowywany jest z wykorzystaniem pomp wirowych w polietylenowych lub stalowych zbiornikach, wyposa onych w lej strumieniowy z dysz¹ Venturiego. Du ¹ wad¹ obecnie stosowanych rozwi¹zañ konstrukcyjnych jest d³ugi czas przygotowywania p³uczki wiertniczej, ograniczaj¹cy niejednokrotnie czas wiercenia. Niewielu wykonawców decyduje siê bowiem na zastosowanie systemów oczyszczania p³uczki, zw³aszcza przy wierceniu otworu pilotowego. W maszynach ma³ych p³uczkê do otworu t³oczy siê poprzez wysokociœnieniowe pompy nurnikowe. W urz¹dzeniach œrednich i du ych do t³oczenia p³uczki wykorzystuje siê pompy typu t³okowego. W trakcie wiercenia przewód wiertniczy podawany jest z automatycznych konstrukcji typu karuzelowego lub te ze specjalnych podpór za pomoc¹ dÿwigu bêd¹cego w wyposa- eniu wiertnicy. Czas dokrêcenia elementu przewodu b¹dÿ odstawienia erdzi do magazynka wynosi oko³o minuty, i jest w du ym stopniu uzale niony od sprawnoœci operatora wiertnicy. W przypadku urz¹dzeñ najmniejszych, gdzie ciê ar erdzi nie przekracza kilkunastu kilogramów, operacje na erdziach wykonywane s¹ rêcznie. Wybór typu przewodu wiertniczego, œrednicy zewnêtrznej, gruboœci œcianki oraz odmiany wytrzyma³oœciowej materia- ³u, dokonywany jest najczêœciej przez producenta. W wiertnicach HDD producenci nie przewiduj¹ stosowania pe³nego, dostêpnego na rynku asortymentu rur p³uczkowych. W specyfikacji urz¹dzenia podaj¹ wymiary geometryczne mo liwego do zastosowania przewodu wiertniczego, niejednokrotnie traktuj¹c go jako podzespó³ konstrukcyjny wiertnicy. W maszynach du ych i œrednich korzysta siê ze znormalizowanego przewodu wiertniczego o po³¹czeniach gwintowych zgodnych z normami API. W maszynach ma³ych wykorzystuje siê erdzie p³uczkowe z gwintami nieobjêtymi normami API, bêd¹cymi niejednokrotnie rozwi¹zaniami patentowymi poszczególnych producentów. Obci¹ enia, jakie mo e przenieœæ przewód wiertniczy, powinny byæ wiêksze od maksymalnych obci¹ eñ pojawiaj¹cych siê w trakcie prowadzonych prac z u yciem danej wiertnicy. Niestety erdzie, bêd¹ce w seryjnym wyposa eniu wiertnic HDD, nie zawsze spe³niaj¹ ten warunek. Wiêkszoœæ wiertnic samojezdnych nie wymaga specjalnych wykopów dla przeprowadzenia prac. Maszyny pracuj¹ce w wykopach to z regu³y bardzo ma³e konstrukcje przydatne w projektach, gdzie powierzchnia mo liwa do zajêcia pod urz¹dzenie jest bardzo ograniczona. Ma³e wiertnice stosuje siê g³ównie do wiercenia krótkich odcinków na terenach zurbanizowanych. Wiertnice du e s³u ¹ do instalacji gazoci¹gów œredniego i du ego ciœnienia przesy³u, sieci wodno-kanalizacyjnych oraz d³ugich linii telekomunikacyjnych. Obecnie stosowane urz¹dzenia wiertnicze ró ni¹ siê miêdzy sob¹ poszczególnymi rozwi¹zaniami konstrukcyjnymi, a tym samym uzyskiwanymi w³aœciwoœciami technicznymi i technologicznymi. Niektórzy producenci k³ad¹ nacisk na pewne wybrane parametry, kosztem innych. W ostatnim czasie obserwuje siê d¹ enie konstruktorów do zwiêkszania w nowych konstrukcjach maszyn œrednich i ma³ych momentu obrotowego. Wci¹ jednak nie docenia siê pomp p³uczkowych o wartoœci strumienia t³oczenia skorelowanego w³aœciwie z pozosta³ymi parametrami technologicznymi wiertnicy. 559

Optymalnie dobrana technologia wiercenia mo e znacznie poprawiæ teoretyczne, podawane przez producentów maszyn, parametry instalowanych linii. Producenci sprzêtu unowoczeœniaj¹ i modyfikuj¹ parametry swoich modeli, dostosowuj¹c je do oczekiwañ klientów. Wiêkszoœæ rozwi¹zañ zmierza do skrócenia czasu niezbêdnego do wykonania instalacji i ograniczenia kosztów w³asnych operatora. Do najistotniejszych parametrów technicznych urz¹dzeñ HDD zaliczyæ nale y: rodzaj napêdu, dostêpn¹ moc; si³ê ci¹gu i pchania; moment obrotowy; maksymaln¹ prêdkoœæ obrotowa wrzeciona; ciœnienie i strumieñ objêtoœci t³oczenia pompy p³uczkowej; wymiary geometryczne i cechy konstrukcyjne erdzi wiertniczych. Na podstawie analizy rozwi¹zañ konstrukcyjnych produkowanych na œwiecie wiertnic HDD oraz doœwiadczeñ praktycznych z wykonanych projektów horyzontalnych przewiertów sterowanych, autorzy artyku³u proponuj¹ podzia³ urz¹dzeñ na kategorie przedstawione w tabeli 1. Kategoria urz¹dzenia Rodzaj urz¹dzenia Si³a nci¹gu /pchania [kn] Tabela 1 Podzia³ urz¹dzeñ HDD Moment obrotowy [N m] Moc urz¹dzenia [kw] Maksymalny strumieñ objêtoœci t³oczenia pompy p³uczkowej [l/min] Œrednica erdzi wiertniczych [mm] 1. bardzo ma³e < 100 < 500 < 75 100 < 60. ma³e 100 50 < 500 15 000 75 150 500 60 89 3. œrednie 50 500 15 000 5 000 150 300 1000 89 17 4. du e 500 1000 5 000 50 000 300 600 1500 17 140 5. bardzo du e > 1000 > 50 000 > 600 > 1500 17 168 3. METODYKA DOBORU PARAMETRÓW MECHANICZNYCH URZ DZEÑ HDD W celu bezawaryjnej realizacji procesu wiercenia horyzontalnego przewiertu sterowanego niezbêdne jest posiadanie maszyny przewiertowej, dysponuj¹cej odpowiedni¹ moc¹ mechaniczn¹. Wielkoœæ tej mocy uzale niona jest od: warunków geologicznych wystêpuj¹cych w rejonie wierceñ (rodzaj i parametry fizykomechaniczne oœrodka gruntowego i skalnego); parametrów geometrycznych trajektorii osi otworu kierunkowego i wci¹ganej rury os³onowej (d³ugoœæ, œrednica koñcowa otworu, przebieg przestrzenny osi otworu, œrednica i ciê ar jednostkowy rury os³onowej); od przewidywanej techniki i technologii wiercenia (metoda wiercenia, iloœæ poszerzeñ, stosowany system p³uczkowy, balastowanie rury os³onowej itp.). 560

Wybór urz¹dzenia o zbyt ma³ej mocy mo e utrudniæ b¹dÿ uniemo liwiæ realizacjê procesu wykonania otworu w za³o onym czasie i kosztorysie, natomiast urz¹dzenie o zbyt du ej mocy podra a koszt inwestycji, obni aj¹c jej rentownoœæ. Producenci oraz firmy dealerskie, dostarczaj¹ce wiertnice, szkol¹ przysz³ych u ytkowników w podstawowym zakresie obs³ugi maszyny wiertniczej, sprzêtu do sterowania trajektori¹ osi wierconego otworu oraz systemów p³uczkowych; z regu³y jest to niewystarczaj¹ce dla prawid³owego dobrania urz¹dzenia i wykonania nim bardziej skomplikowanych instalacji. W Zak³adzie Wiertnictwa i Geoin ynierii Wydzia³u Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, opracowano zalecenia dotycz¹ce doboru urz¹dzeñ HDD. Proponowana metodyka obejmuje okreœlenie minimalnych wymagañ techniczno-technologicznych, jakie powinna spe³niaæ wiertnica HDD wraz z przewodem wiertniczym, by przy ograniczonym ryzyku wyst¹pienia awarii i komplikacji wykonaæ zaprojektowany przewiert horyzontalny. Podczas procesu projektowego niezbêdna jest znajomoœæ: morfologii terenu, przekroju geologicznego oraz w³aœciwoœci geomechanicznych przewiercanych gruntów i ska³; przestrzennego przebiegu projektowanej trajektorii osi otworu kierunkowego; rodzaju wci¹ganej rury os³onowej, jej parametrów geometrycznych i w³aœciwoœci fizycznych; techniki i technologii wiercenia pilotowego i projektowanych poszerzeñ otworu wiertniczego. W wyniku przeprowadzanych analiz okreœla siê: minimaln¹, si³ê uci¹gu, moment obrotowy i moc urz¹dzenia wiertniczego; parametry geometryczne i materia³owe rur p³uczkowych; minimalny strumieñ objêtoœci przep³ywu p³uczki wiertniczej oraz minimalne ciœnienie pomp p³uczkowych. W niniejszym artykule przedstawiono zasady doboru si³y uci¹gu i momentu obrotowego oraz mocy urz¹dzeñ HDD. Powy sze parametry technologiczne nale y wyznaczaæ na ka dym etapie procesu wykonywania horyzontalnego przewiertu sterowanego, tj: podczas wiercenia otworu pilotowego, wykonywania poszczególnych poszerzeñ oraz uwzglêdniaj¹c proces wci¹gania rury os³onowej. Maksymalne wyznaczone wartoœci si³y uci¹gu i momentu obrotowego oraz mocy niezbêdnej do wykonania utworu i zainstalowania rury os³onowej stanowi¹ przes³ankê do doboru klasy urz¹dzenia HDD. 4. SI A UCI GU I MOMENT OBROTOWY Jednym z podstawowych wskaÿników technicznych urz¹dzeñ wiertniczych, stosowanych podczas wiercenia sterowanych przewiertów horyzontalnych jest si³a uci¹gu oraz moment obrotowy. Wartoœæ si³y T (ci¹gu lub nacisku) zale y od ciê aru jednostkowego przewodu w p³uczce wiertniczej, wartoœci wspó³czynnika tarcia oraz d³ugoœci i parametrów przestrzennych trajektorii osi otworu wiertniczego. 561

Jej jednostkowy przyrost obliczaæ nale y z zale noœci [6] dt dl q T d d e q T dl sin cos cos dl (1) przy czym znak + przed wspó³czynnikiem nale y stosowaæ, gdy przewód jest wci¹gany do otworu, a znak, gdy jest do otworu wciskany. Równanie (1) dla przyjêtych danych mo na rozwi¹zaæ numerycznie stosuj¹c np. metodê Rungego Kuty czwartego rzêdu. Wartoœæ momentu obrotowego niezbêdnego do pokonania si³ tarcia przewodu wiertniczego œcianê otwory wyznaczaæ nale y z zale noœci M L T d d q T dl cos cos dl () dl 0 D œrednica otworu wiertniczego [m], T si³a osiowa (ci¹gu lub nacisku) [N], q ciê ar jednego metra przewodu wiertniczego w p³uczce wiertniczej [N/m], k¹t odchylenia trajektorii osi otworu kierunkowego od p³aszczyzny poziomej [rad], wspó³czynnik tarcia przewodu wiertniczego o œcianê otworu wiertniczego, [ ], azymut stycznej do trajektorii osi otworu kierunkowego [rad], L d³ugoœæ przewodu wiertniczego [m], M moment obrotowy przewodu wiertniczego [N m]. 5. ANALIZA MOCY MECHANICZNEJ POTRZEBNEJ DO REALIZACJI PROCESU WIERCENIA Moc mechaniczna niezbêdna do wykonania otworu wiertniczego o zadanej œrednicy mo e byæ wyra ona za pomoc¹ wzoru N NP N N NS (3) N P N N N S moc potrzebna na przemieszczanie przewodu wiertniczego lub rury ok³adzinowej [W], moc potrzebna na obracanie narzêdzia wierc¹cego [W], moc potrzebna na zwiercenie struktury ska³y [W]. 56

5.1. Moc potrzebna na przemieszczanie przewodu wiertniczego lub rury ok³adzinowej Moc potrzebna na przemieszczanie przewodu wiertniczego lub rury ok³adzinowej zwi¹zana jest z si³¹ tarcia przewodu wiertniczego o œcianê otworu. W stosowanej w horyzontalnych przewiertach sterowanych technologii wiercenia jest ona sum¹ mocy potrzebnej na obracanie przewodu wiertniczego oraz jego przesuwanie wzd³u trajektorii osi otworu kierunkowego NP NPP NPO (4) N PO N PP moc potrzebna na obracanie przewodu wiertniczego [W], moc potrzebna na przesuwanie przewodu wiertniczego wzd³u trajektorii osi otworu wiertniczego [W]. Moc potrzebn¹ na obracanie przewodu wiertniczego wyznaczaæ nale y ze wzoru NPO M (5) natomiast moc potrzebn¹ na przesuwanie przewodu wiertniczego wzd³u trajektorii osi otworu wiertniczego obliczaæ nale y z zale noœci NPP vt (6) prêdkoœæ k¹towa przewodu wiertniczego [s 1 ], v prêdkoœæ przesuwania (przeci¹gania lub pchania) przewodu wiertniczego [m/s]. Maj¹c wyznaczon¹ zale noœæ momentu obrotowego M i si³y T w funkcji d³ugoœci przewodu, mo na okreœliæ wartoœæ N PO oraz N PP i w konsekwencji N P. 5.. Moc potrzebna na obracanie narzêdzia wierc¹cego Wartoœæ maksymalnej mocy potrzebnej na obracanie narzêdzia wierc¹cego N N mo na obliczyæ wykorzystuj¹c zale noœæ (3). Zak³adaj¹c, e narzêdzie to nie odkszta³ca siê podczas przeci¹gania wzd³u trajektorii ( =0, = 0), oraz stwierdzaj¹c e maksymalna wartoœæ mocy N N wyst¹pi, gdy narzêdzie wierc¹ce przybierze pozycjê horyzontaln¹ (si³a nacisku bêdzie równa ciê arowi narzêdzia), wielkoœæ maksymalnej mocy N N mo na okreœliæ nastêpuj¹cym wzorem N D M F (7) N N N M N F N moment obrotowy narzêdzia wierc¹cego [N m], ciê ar narzêdzia wierc¹cego [N]. 563

W praktyce wiertniczej ciê ar stosowanych narzêdzi wiertniczych (œwidrów i poszerzaczy) jest zale ny od ich wymiarów geometrycznych. Rozwa aj¹c konstrukcjê poszerzaczy, mo na teoretycznie przyj¹æ [] dla œwidrów ró nego rodzaju oraz poszerzaczy bary³kowych FN LN D 4 (8) dla poszerzaczy sto kowych FN LN D 1 (9) dla poszerzaczy otwartych FN c LN D, gdzie c < 1/3 (10) 4 c wspó³czynnik [ ], ciê ar w³aœciwy poszerzacza [N/m 3 ], d³ugoœæ robocza poszerzacza [m]. L N 5.3. Moc potrzebna na urabianie ska³y lub gruntu Moc potrzebna na urabianie jest proporcjonalna do objêtoœci urabianej ska³y lub gruntu. Zak³adaj¹c sta³¹ d³ugoœæ otworu kierunkowego wierconego, zarówno w fazie pilotowej, jak i w poszczególnych etapach poszerzania otworu, mo na stwierdziæ, e moc niezbêdna do urabiania jest proporcjonalna do powierzchni urabianej ska³y lub gruntu NS AS ks AS (11) gdzie k S wskaÿnik proporcjonalnoœci [N m 1 s 1 ]. W praktyce wiertniczej moc potrzebna na urabianie ska³y zale na bêdzie od stosowanej technologii wiercenia. Dla œwidrów skrawaj¹cych wyznacza siê j¹ z zale noœci [1] 4 N k A R 4 z nv k PDn (1) 3 S S c sr 3 1 0 k 1 wspó³czynnik nierównomiernoœci pracy œwidra skrawaj¹cego [ ], (k 1 ), A S pole powierzchni zwiercanej ska³y [m ] D AS 4, 564

R c wytrzyma³oœæ na œciskanie ska³y [N/m ], z 0 liczba ostrzy œwidra skrawaj¹cego [ ], n prêdkoœæ obrotowa narzêdzia [1/s], v sr prêdkoœæ wiercenia [m/s], k wspó³czynnik uwzglêdniaj¹cy tarcie boczne [ ], (k 1 [1 4]), m wspó³czynnik tarcia [ ], P nacisk na œwider [N]. Dla œwidrów gryzowych [1] N k P D n S G 15, 5, (13) gdzie k G wspó³czynnik œwidra gryzowego zale ny od twardoœci ska³ [ ], (k G [0,0791 0,75]) [1]. Moc wykorzystywana w œwidrze hydromonitorowym jest skorelowana z moc¹ hydrauliczn¹ pomp p³uczkowych i nie musi siê jej uwzglêdniaæ przy wyznaczaniu sumarycznej mocy mechanicznej na g³owicy wierc¹cej. 6. PODSUMOWANIE Ci¹g³y postêp techniczny pozwala na konstruowanie coraz nowoczeœniejszych, w pe³ni zautomatyzowanych, zminiaturyzowanych, kompaktowych urz¹dzeñ wiertniczych, umo liwiaj¹cych wykonywanie horyzontalnych przewiertów sterowanych o przestrzennie zmiennej trajektorii. W zmiennych warunkach morfologicznych, hydrogeologicznych i geologiczno-wiertniczych, bardzo istotnym problemem jest w³aœciwy dobór wiertnicy HDD. Wybór urz¹dzenia o zbyt ma³ej mocy mo e utrudniæ b¹dÿ uniemo liwiæ realizacjê procesu wykonania otworu w za³o onym czasie i kosztorysie, natomiast urz¹dzenie o zbyt du ej mocy podra a koszt inwestycji, obni aj¹c jej rentownoœæ. Niezbêdne parametry mechaniczne urz¹dzenia wiertniczego nale y wyznaczaæ dla ka dego etapu procesu wykonywania horyzontalnego przewiertu sterowanego, tj: wiercenia otworu pilotowego, wykonywania poszczególnych poszerzeñ oraz uwzglêdniaj¹c proces wci¹gania rury os³onowej. W celu przeprowadzenia obliczeñ nale y wykorzystywaæ przedstawione w artykule zale noœci. LITERATURA [1] Gonet A., Stryczek S., Rzyczniak M.: Projektowanie otworów wiertniczych. Kraków, Wydawnictwa AGH 1996 [] Wiœniowski R.: Directional borehole diameter determination methods for individual stages of horizontal directional drilling. Kraków, Archiwum Górnictwa, 49, t. 3, 004 565

[3] Wiœniowski R.: Projektowanie trajektorii osi horyzontalnego przewiertu sterowanego w przestrzeni R, bêd¹cej kombinacj¹ odcinków prosto- i krzywoliniowych. Kielce, Zeszyty Naukowe Politechniki Œwiêtokrzyskiej, Budownictwo, 005 [4] Wiœniowski R.: Metodyka projektowania trajektorii osi horyzontalnego przewiertu sterowanego w przestrzeni R 3. Kielce, Zeszyty Naukowe Politechniki Œwiêtokrzyskiej, Budownictwo, 006 [5] Wiœniowski R., Stryczek S.: Catenary as an alternative for HDD trajectory designing. Materia³y Miêdzynarodowej Konferencji Netradicni Metody Vyuziti Lozisek, Ostrawa 005 [6] Wiœniowski R., Ziaja J.: Analiza si³ tarcia podczas wiercenia otworu pilotowego horyzontalnego przewiertu sterowanego. Rocznik AGH Wiertnictwo Nafta Gaz, /1, 005 566