Foraje cu diametre mari

Ciobanu Dimitrian Szekely Rita

Cuprins

• Introducere

• Tipuri de Foraje

• Tubarea si cimentarea forajelor

• Echipamente de Foraj

• Bibliografie

Foraje cu diametre mariForajul de mari dimensiuni s-a nascut datorita necesitatii saparii tunelelor, puturilor

de mina, traversarea unor obstacole de catre conducte mari, extragerea unor minereuri din locuri greu accesibile, saparii fundatiilor, teste nucleare etc.

Foraje cu diametre mari

Forajul de mari dimensiuni inseamna saparea unor puturi cu un diametru mai mare de 30 cm. Pentru realizarea acestora a fost necesara adaptarea tehnologiilor sau chiar construirea unor noi instalatii de foraj. Datorita dificultatilor referitoare la constructia utilajului de suprafata si din sonda, precum si celor determinate de tehnologia de foraj, sau incercat mai multe variante dintre care mentionam:

-forajul cu turbine paralele; -forajul ascendant prin gauri pilot; -forajul descendent cu masa in trepte, sau cu diametrul final

chiar la initierea forajului. -foraju prin inghetarea rocii

Forajul pentru diametre mari cu turbine paralele

Metoda de foraj cu turbine paralele este foarte extinsa, realizandu-se gauri de sonda cu diametre mari prin ansamblarea a doua sau mai multe turbine in paralel.

Este alcatuita din:- Garnitura de foraj- Prajina- Turbine- Sarniere

Sistemele cu trei si patru turbine paralele pot realiza diametre de 2050mm, respectiv 4000mm doar in faza experimentala deoarece in afara dificultatilor legate de asamblarea turbinelor la suprafata, o problema greu de rezolvat este asigurarea debitului necesar functionarii simultane a doua sau patru turbine si mai ales a debitului necesar spalarii sondei de detritus, circulatia fiind directa.

Forajul ascendent prin gauri pilotEliminarea deficientei legate de evacuarea detritusului s-a facut prin realizarea unor

foraje ascendente cu diametre mari prin gauri pilot.Fluidul de foraj in acest caz trebuie sa raceasca sapa si sa umecteze detritusul pentru

evitarea formarii de praf in galerie putand fi folosit si aerul in cazul rocilor umectate.

La suprafata exista un dispozitiv hidraulic ce se ocupa cu apasarea si tractarea garniturii de foraj.

Sapa cu diametrul mare are in centru ei, pe fata activa, un cep care face legatura cu garnitura de foraj.

Foarte important este ca gaura pilot sa nu devieze, iar la sfarsit, putul de mina sa fie consolidat cu burlane

Aceasta metoda are posibilitati de aplicare limitate din cauza inexistentei galeriilor subterane .

Forajul descendent cu sape cu diametre mari

Acesta metoda se foloseste atunci cand forajul ascendent prin gauri pilot nu se poate realiza, singura metoda fiind saparea unor gauri de sonda cu diametre care sa satisfaca cerintele de pana la 7000mm, folosindu-se 2 metode:

- Forajul in trepte- Forajul cu sapa cu diametrul final maxim

Forajul in trepte

Acest tip de foraj se face cu sape cu diametrul mare largindu-se gaura de sonda pana la diametrul final prin intermediul a 6 – 8 diametre intermediare.

Avantajul acestei metode este ca pentru fiecare treapta cantitatea de detritus necesara evacuarii este mai mica decat daca s-ar fora de la inceput cu diametrul final.

Dezavantajul este dat de folosirea unei game variate de diametre ceea ce duce la dificultati de proiectare si adaptare uzinala a unor noi diametre de sapa.

Forajul cu sapa cu diametrul final maxim

Este tipul de foraj cel mai folosit si cel mai usor, timpul de executie a unei lucrari fiind cu mult mai mic fata de cel al sapei in trepte.

Legatura intre garnitura de foraj si sapa se face prin intermediul unei mandrine, ce are caneluri in dreptul prajinilor grele, deasupra si dedesubtul carora se afla corectori-stabilizatori cu role

Exista 3 tipuri de sape:

-cu trei sau patru lame

-cu o rola

-cu role multiple

Sapa cu role multiple monoetajate

Sapa cu role multiple monoetajate are in compozitie mai multe role care acopera intreaga suprafata a talpii sondei.

Rolele din interiorul sondei trebuie sa se roteasca cu o turatie diferita de cea a rolelor din exteriorul talpii sondei.

Sapa cu role multiple monoetajateDebitul lichidului de foraj, se stabileste pentru circulatia inversa, viteza

minima fiind 2,3 m/s.

Forajul cu aer este dificil, insa s-au obtinut rezultate bune la circulatia inversa prin airlift si prin absorbtie.

Sapa cu role multiple multietajate

Este formata dintr-un suport cilindric pe care sunt montate de la 2 la 4 placi metalice de care se fixeaza 4 suporti cu role corespunzatoare pt fiecare etaj

La partea inferioara, prin itermediul unei flanse se etanseaza o sapa pilot cu patru role.

Saparea puturilor de mina prin inghetarea rocii

Aceasta metoda se foloseste atunci cand stratul util se afla sub un acvifer. In aceste conditii in jurul zonei de lucru se creeaza un cilindru de roca inghetata pe o raza si adancime prestabilita ; acest ecran permite saparea si consolidarea putului in bune conditii.

Una din conditiile reusitei acestei inghetari o constitue verticalitatea gaurilor de sonda; in cazul sondelor deviate, cilindrul din gheata poate avea discontinuitati prin care sa patrunda apa din exteriorul cilindrului.

Cand adancimea sondei este mare sau daca stratele superioare nu trebuie inghetate, se poate folosi inghetarea zonala.

Pentru reusita completa a operatiei de inghetare sunt necesare o serie de masuratori referitoare la realizare si constructia gaurilor de sonda:

in timpul forajului trebuie efectuata masurarea devierii sondelor si luate masurile necesare pentru ca acestea sa fie cat mai verticale;

diametrul coloanelor tubate trebuie sa fie cat mai mare posibil pentru ca suprafata de inghetare sa fie corespunzator mare;

burlanele trebuie sa fie cu mufe din corp pentru a putea fi detubate; in lipsa acestora se vor folosi burlane cu mufe separate, dar spatiul inelar trebuie sa fie suficient de mare pentru evitarea prinderii coloanelor tubate;

fluidul de foraj din spatele coloanelor trebuie sa asigure stabilitatea peretilor gaurilor de sonda

programul de constructie, respectiv numarul de coloane trebuie ales astfel incat sa se asigure izolarea acelor strate care contin ape cu viteze mari de circulatie sau cu continut ridicat de saruri cu temperatura scazuta de inghetare.

Fiecare gaura de sonda se tubeaza, iar prin intermediul unor tevi de extractie, se introduce un agent de racire care ingheata roca din jurul sondei.

Diametrul cilindrului de gheata din jurul sondei depinde de:

-temperatura agentului de racire-timpul de circulatie-temperatura rocii-natura si viteza de circulatiei a apelor in

jurul gaurii de sondaInstalatia de racire este cuprinsa din:-rezervor in care se afla agentul de racire-serpentina de detenta-pompa-conducta de distributie-sir de sonde-separator

Forarea puturilor cu Snec

Aceasta metoda de forare a gaurilor cu diametre mari se bazeaza pe principiul snecului si este aplicata numai in roci slabe pana la tarie medie.

Tubarea forajelor

Sustinerea puturilor miniere, realizate prin forare, este o operatie complexa, ce se poate executa in mai multe feluri, in functie de caracteristicile fizico-mecanice ale rocilor, conditiile hidrogeologice, starea de tensiune a rocilor.

Tubajul putului urmeaza imediat dupa terminarea forajului si respectiv dupa ce proprietatile fluidului de foraj au fost reglate astfel incat sa nu se modifice in timpul tubajului, respectiv cimentarii.

In functie de dotarea tehnica a instalatiei cu care s-a forat putul, tubarea se face in doua moduri:

» prin flotare (plutire)» prin manevrare (sustinere) cu dispozitive speciale

Cimentarea forajelor

Cimentarea coloanelor cu diametre mari se face prin urmatoarele procedee:

» prin tevi perforate

» prin tevi cu diametre mari

» prin interiorul coloanei de burlane

Sape largitoare, corectori-stabilizatori, stabilizatori

Sapele largitoare sunt construite din role fixate pe niste suporti cu ajutorul unor bolturi, suporti care la randul lor sunt prinsi de corpul sapei prin itermediul unor suruburi.

Deasupra sapei si a prajinii grele se monteaza un stabilizator cu role si un corector-stabilizator sau se doar un stabilizator deasupra sapei.

Rolele stabilizatorului sunt cilindrice, iar fata exterioara danturata, cu insertii sau lisa

Sape cu diametrul foarte mare

-sunt folosite la saparea tunelelor

-capetele de taiere sunt in functie de taria roci:

-cu cutite asamblate pe brate oscilante

-cu role cu dantura frezata

-cu butoni sau discuri asamblate pe un disc rotitor

Prajini de forajPot fi normale cu flanse sau din burlane cu

calitati superioare

Prajinile din burlane au sudate racorduri speciale si sunt folosite la foraje cu diametre de peste 2000 mm, insa aceste racorduri filetate se pot rupe din cauza fortelor de torsiune ce le trimite sapa.

Cele mai bune rezultate sunt date de prajinile pe care se sudeaza corniere dintr-un material ce trebuie sa reziste presiunii de contact ce apare in timpul forajului.

Prajinile grele – folosite pentru verticalitate si apasarea pe sapa.

Exista 2 tipuri de contructie:

1) Format din o structura sudata si rezistenta cu flanse de asamblare, corpul prajinii fiind alcatuit din doi cilindri, sudati la ambele capete de cele doua flanse si prevazuti cu elemente de rigidizare.

Prin cilindrul interior circula fluidul de foraj, iar intre cilindre se pune material greu (plumb sau fonta)

Asamblarea se face prin suruburi si bolturi rezistente la torsiune si presiune

2) Constructia de tip ax central, cu greutati inelari din fonta

-la partea inferioara, axul central are o flansa pe care se sprijina greutile, iar la partea superioara, piesa de legaura cu prajina de foraj

-greutatile inelare sunt stranse pe axul central printr-o flansa mobila ce se poate fixa pe acesta in pozitia necesara.

Burlane

Sunt folosite la consolidarea puturilor miniere si a altor lucrari

Sunt executate din otel, au o forma cilindrica, rigidizata si inele sau dispozitive inelare numite cintre.

-Mantaua cilindrica este realizata din tabla roluita in virole si are o grosime de 10-40 mm

-imbinarea tablelor roluite se face numai prin suduri continue, rezistente si etanse.

-examinarea defectelor de sudura se face cu lichide penetrante si cu ultrasunete, cu radiatii penetrante g sau cu pulberi metalice

Bibliografie

Victor Muresanu, Maria Calinoiu; Forajul geologic si minier in subteran si la suprafata, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1987

G. Iordache, Foraje speciale, Ed. Tehnica, Bucuresti, 1977 G. Iordache, Foraje cu destinatie speciala si forajul marin, Ed.

Didactica si pedagocica, Bucuresti, 1982 http://www.bdf.co.uk/gallery.php?g=18-Ground%20Freezing