PergolyKonstrukce vrtů pro rotační plnoprofilové vrtání
V závislosti na členění vrtů, tedy geologickém záměru, se rozlišují určité kategorie technických hledisek při hloubení vrtu. Pod pojmem konstrukce vrtu se rozumí soubor údajů o způsobu provedení vrtu. Volba konstrukce vrtu je základní etapou jeho projektování a musí zabezpečit kvalitu provádění vrtu jako dlouhodobého zařízení pro provedení těžby, bez nebezpečí havárií a komplikací jak v průběhu vrtání, tak v průběhu jeho následného využívání.
Pažnicové kolony
Konstrukce vrtu pro rotační plnoprofilové vrtání je obvykle dána kolonami pažnicových trubek:
- kolonou řídící
- kolonou úvodní
- kolonou technickou (ochrannou)
- kolonou těžební (v tomto případě liner)
Vzájemné funkční uspořádání jednotlivých pažnicových kolon v konkrétním vrtu vytváří konstrukci vrtu.
U konstrukcí rotarových vrtů se používají všechny pažnicové kolony uvedené v kapitole 1.3.1. Jejich celkový počet a hloubky jejich usazení závisí na konkrétních geologicko-technických podmínkách hloubení a vycházejí především z konečné hloubky vrtu a jeho účelu.
Přesto však byly stanoveny hlavní zásady pro volbu délek úvodních a technických pažnicových kolon pro tento účel vrtů.
Čtěte také: Střešní Latě - Specifikace a Rozměry
Úvodní pažnicová kolona (ÚPK)
Úvodní pažnicová kolona (ÚPK) má za úkol jednak ochránit vrt proti přítokům vody z vrstev, případně proti úniku výplachu do vrstev, jednak umožnit nasazení úsťových uzávěrů - preventrů na její hlavě, což vyžaduje její utěsnění a zpevnění v terénu cementací. Musí být také schopná nést všechny další pažnicové kolony, které se na ni navěšují.
Při volbě konstrukce vrtu má mimořádný význam, zejména z hlediska zabránění erupcí vrstevních tekutin terénem, správné stanovení hloubky zapažení úvodní pažnicové kolony. Zásadou musí být, aby hodnota štěpícího tlaku u paty kolony byla větší než předpokládaný maximální tlak ve vrtu, tj.
Technická pažnicová kolona (TPK)
Technická pažnicová kolona (TPK) má za úkol zabezpečit průběh vrtání do konečné hloubky, tj. pod požadovaný cílový horizont. Slouží pro zpevnění a izolaci výše ležících horninových formací geologického profilu, neslučitelných z hlediska podmínek vrtání s níže ležícími. Má za úkol předcházet komplikacím a haváriím ve vrtu při vrtání následujícího intervalu.
Nezbytnost zapuštění technické kolony může být podmíněna nejrůznějšími příčinami. Současná přítomnost horizontů, kde dochází jak ke ztrátě cirkulace výplachu, tak horizontů ve kterých dochází k tlakovým projevům zemního plynu, ropy a vody a nejsou překryty úvodní kolonou. V takovém případě s ohledem na ztráty výplachu je nutné snižovat hustotu výplachu, což je v zásadním rozporu s postupem při tlakových projevech.
Obdobný případ nastává při provrtávání mocných intervalů zavalujících se hornin, zvláště je-li doprovázen projevy zemního plynu, ropy nebo vody. Pro úspěšný boj s těmito komplikacemi je většinou nezbytné překrýt všechny výše ležící vrstvy pažnicovou kolonou a následně provést náležitou chemickou úpravu výplachu.
Čtěte také: Správná volba latí a kontralatí pro střechu
Technické kolony se použijí také tehdy, kdy je od paty předchozí kolony již značný odstup (otevřený interval) a dojde k významným ztrátám výplachu, které technologickými postupy nelze zvládnout. Za uvedených podmínek nebo jim podobným se ve většině případů jeví dostatečná instalace jedné technické kolony.
Při řešení problému počtu pažnicových kolon v podmínkách složitého geologického profilu, tvořeného měkkými, nestabilními horninami, je nezbytné mít na zřeteli, že zvýšení průměru vrtu s ohledem na nezbytnost instalace vyššího počtu pažnicových kolon je v uvedených podmínkách často vázáno na zvýšení závažnosti možných komplikací. To lze vysvětlit tím, že stupeň nebo úroveň stability stěn vrtu je vždy v obráceném poměru k průměru vrtu.
Při vymezení hloubky zapuštění pažnicových kolon, zvláště kolony úvodní a technické, pod kterými je provozováno další vrtání, je nutné volit jejich ukončení v pevných a stabilních horninách.
Těžební pažnicová kolona (TěPK)
Těžební pažnicová kolona (TěPK) slouží především k těžbě (ropy, vody, zemního plynu apod.). Má za úkol zpevnění a otevření produktivních vrstev a jejich izolaci od ostatních horizontů geologického profilu. Slouží pro zajištění výsledků vrtání a k realizaci těžební činnosti. Tj. vytváří spojovací kanál mezi povrchem a těženým horizontem. Obsahuje také kolonu těžebních filtrů.
Linery
Pokud jde o provedení pažnicových kolon je obvyklé pažit je až k ústí vrtu. To ovšem znamená, že část vrtu je překryta třemi i čtyřmi kolonami a vede ke značné spotřebě oceli. Tato situace je řeší použitím tzv. linerů.
Čtěte také: Vše o střešních latích 40x60
Průměry pažnicových kolon
Po stránce průměrové se konstrukce vrtů na ropu, zemní plyn a geotermálních vrtů vyvinuly do současné typové konstrukce, používané také u nás v následující průměrové řadě: 18 5/8" - 13 3/8" - 9 5/8" - 6 5/8" ( 7") - 4 1/2" (5"). Volba průměrů se provádí zdola nahoru.
Nejpoužívanějším průměrem těžebních kolon v naftovém a plynárenské průmyslu je průměr 7“, resp. 6 5/8“. Je však jisté, že v mnoha případech není tento průměr zcela technicky zdůvodněný a způsobuje nežádoucí zatížení konstrukce vrtu. Vhodnější se jeví spíše průměry 5 ½“ a 5 ¾“, které se již také doporučují pro ropné vrty do hloubek 1000 m při maximální těžbě až 20 t/24 hodin.
Naopak v řadě případů se používají pažnice o průměrech 7 5/8“a 8 5/8“ a to pro těžbu vysoce produktivních plynových vrtů za účelem snížení tlakových ztrát. Tyto průměry se volí pro těžební kolony také tehdy, jestliže se předpokládá pozdější prohloubení vrtu.
Při volbě průměru vrtu je nutné také uvažovat s důležitými aspekty provádění dalších technických operací ve vrtu. Jedním z nich je velikost mezikruží mezi stěnou vrtu a vnější stěnou pažnice a to s ohledem na bezpečné zapuštění celé kolony do konečné hloubky vrtu a zajištění kvalitního provedení cementace.
Dále je nutné řešit umístění takových průměrů vrtných dlát a zátěžek ve vrtu, aby byl zajištěn optimální výkon na dlátě pro efektivní rozpojování hornin na čelbě vrtu s ohledem na daný geologický profil vrtu.
Podle statistických údajů je pro úspěšnost cementace nejvhodnější velikost mezikruží mezi stěnou vrtu a vnější stěnou pažnice 65 - 95 mm. Uvedené rozměry jsou také vyhovující pro bezpečné zapouštění pažnic při jejich instalaci ve vrtu za použití kvalitních výplachových kapalin.
Zařízení ústí vrtu
Ke komplexu zařízení ústí vrtu patří v podstatě základní a redukční příruby, mezipříruby, preventry, preventrové tlakové rozvody a potrubí, spojovací dílce, těsnící kroužky, tlakové ovládací stanice a kontrolní ovládací pulty. Ve speciálních případech se používá rotační preventr.
Při zvláštních pracovních postupech se na normální sestavu ústí vrtu instaluje speciální sestava vysokotlakých preventrů a mechanismus pro zapouštění a manipulaci nářadí ve vrtu pod tlakem.
Komplet ústí vrtu, tedy jeho funkční části a příslušenství závisí na podmínkách vrtání, hloubkách a tím i na rozdílně složitých konstrukcích vrtu.
U většiny konstrukcí vrtu jsou pažnicové kolony uchyceny klínovými závěsy, kde působí na kuželovitou část příruby radiální síly v závislosti na tíze kolony.
Preventrový systém
Při používání preventrového systému je nutné vycházet ze základního kriteria, že v celém cyklu hloubení vrtu musí být vždy maximální spolehlivost celé sestavy ústí vrtu a jeho příslušenství, aby bylo možné při nenormální situaci ve vrtu provést operativní zákrok pro udržení vrtu pod kontrolou.
Při tlakových projevech vyvolaných těžením nebo zapouštěním nářadí je vrtná kolona otevřená. Tato situace vyžaduje instalaci bezpečnostního ventilu pro zabránění výronu trubkami. Při použití ventilu je největším problémem jeho nasazení, které při výtoku z trubek nelze již provést vlastními silami. Proto byla vyvinutá různá zařízení jako např. „inside preventr“, což je v podstatě zpětný ventil.
Při vrtání se mezi unášečku a výplachovou hlavu vkládá horní protierupční ventil a na spodním konci unášečky se může použít i druhý ventil. Tento ventil by se měl použít tehdy, když se očekávají vysoké tlaky nad 35 MPa nebo tehdy, když je tento tlak vyšší než dovolený tlak ve výplachové hadici. Po uzavření spodního ventilu lze odšroubovat unášečku a nasadit vysokotlakou cirkulační hlavu.
Rozvody
Rozvody všeho druhu slouží k odpouštění výplachu z vrtu do odkaliště nebo do výplachových nádrží a to buď přímo nebo přes nastavitelné, resp. regulovatelné odpouštěcí trysky za účelem snížení a ovládání tlaku ve vrtu jak během vrtání, tak i při tlakovém projevu plynu nebo při erupci. Dále slouží k přivádění výplachu do vrtu a vytvoření protitlaku na daný horizont při likvidaci tlakového projevu a vycirkulování cizího media z vrtu.
Nejdůležitější částí rozvodného systému je jeho trysková část, což je určitá sestava z celého komplexu s příslušnými tryskami, jejichž skladbu a tlakové parametry určují dané nebo očekávané podmínky ve vrtu. Další částí je měřicí a pomocný výstup, kde je instalován tlakoměr na měření tlaku v mezikruží vrtu a ventily pro přívod výplachu do mezikruží vrtu.
Každá preventrová sestava na ústí vrtu musí mít alespoň jedno napájecí (umrtvovací) potrubí, připojené trvale k výtlačnému potrubí čerpadel, s možností připojení přídavných vysokotlakých čerpadel.
U rozvodného potrubí je nutné dbát na volbu průměru a jeho přímočaré uložení, aby se snížily tlakové ztráty a omezily účinky eroze. Pro minimální možnost eroze má toto potrubí stejný průměr (obvykle 2“ - 50,8 mm), aby se v přechodech zabránilo opotřebení.
Tryskový rozvod je složený z určitého počtu trysek a ventilů a používá se na regulaci tlaku v sondě. Ucpání trysek a tvorba námrazy vyžadují vytvoření paralelních cest pro proudění media. Tryskový rozvod jako celek je uložený na lyžinách a pro odstranění silných vibrací je ukotvený. Umisťuje se na takovou vzdálenost od vrtné věže a preventrové sestavy, aby byl snadno dostupný.
Tlakový rozvod se obvykle instaluje po nasazení preventrové sestavy na první pažnicovou kolonu a dimenzuje se na tlak, který je očekávaný v konečné hloubce. Aby se zajistila nepřetržitá činnost rozvodu při likvidaci výronu do tlaků 21 MPa, je potřebné zdvojení trysek a nad 35 MPa ztrojení trysek - z toho dvě by se měly ovládat ručně a jedna dálkově (obvykle pneumaticky)
Pomocí trysek je možná plynulá změna průtokového otvoru. Ručně nastavitelná tryska je obvykle jehlový ventil, který vzhledem ke své konstrukci má sklon k ucpávání. Regulovatelné gumové trysky se ucpávají méně, ale jsou zase citlivé na uhlovodíky a na abrazi.
Technologie vrtání
Současné technologie vrtání vrtů na ropu a zemní plyn a geotermálních vrtů mají mnoho společného a proto je lze tyto technologie vrtání chápat jako jednu problematiku. Rozdělují je jen specifické odlišnosti, jako jsou např. lokalizace vrtu, tj. přípravné práce, tj. izolace vrstev, tj. osvojení vrtu (čerpací pokusy), tj. perforace pažnic, vyvolání přítoku ložiskového media, výzkum vrtu, předání vrtu do těžby nebo k výzkumným účelům, resp. likvidační práce, tj. likvidace nebo úprava základů, výplachových kališť, rekultivace okolí vrtu a vrácení pronajatých zemědělských ploch. standardním rotarovým způsobem vrtání tj. posuvnou rotační hlavou - systém „Top Drive“, technologie expandovatelných trubek - systém „Solid Expandable Tubular“ a některé další.
Na rozdíl od ropných a plynových vrtů je u geotermálních vrtů nutné odvrtat pro daný účel dva hluboké vrty, z nichž jeden vrt musí být usměrněný (úhybový), to znamená, že se bude od svislice vrtu odklánět požadovaným směrem. Vystrojování geotermálních vrtů se většinou zakládá na stejném principu (na základě ložiskově - geologických a technicko - technologických podmínek) tak, že dvojice vrtů je vystrojená pažnicovým teleskopem s linerem, který je ve spodní časti perforovaný a stupačkovou kolonou a těžební vrt také ponorným těžebním čerpadlem.
Samotné vrtání, tj. rozpojování horniny se realizuje kombinací přítlaku na dláto (tíhou zátěžek), a jeho rotace (od rotačního stolu). Aplikovaný přítlak na dláto způsobuje v hornině lokální zvýšení napětí, které je vyšší než pevnost horniny v tlaku, a tím je hornina drcená, zatím co rotace dláta na horninu působí způsobem, který lze popsat jako plynulé a opakované odřezávání a usmykávání horniny. Kombinací těchto dvou činností vznikají různě velké kusy horniny, vrtné úlomky, které jsou proudem výplachu vynášené na povrch. Takto se účinkem zubů dláta obnaží nový (čerstvý) povrch horniny, na kterém může opakovaně probíhat popsaný proces rozpojování horniny.
Tendence horniny ke křivení vrtu
Uvedené působící faktory mohou mít ve vzájemné kombinaci značný vliv na vznik křivosti stvolu vrtu. Tendence horniny ke křivení vrtu může být klasifikovaná jako mírná, středně silná a výrazná. Středně silná a výrazná tendence horniny ke křivení vrtu jsou obvykle spojené se středně tvrdými, resp. s měkkými horninami, protože vykazují často značně velké odklony vrstev, puklinatost a značné rozdíly v pevnosti jednotlivých provrtávaných vrstev hornin.
tags: #pozdní #horizontální #kluzné #ložisko #cena
