Aparaty rdzeniowe wrzutowe

Rdzeniowanie przez przewód jest technologią nie tylko umożliwiającą pobór rdzenia bez konieczności wyciągania zestawu na powierzchnię, ale również dającą możliwość selektywnego wiercenia oraz wykonywania pomiarów geofizycznych. Pozwala to znacznie skrócić czas prac, polepszając wskaźniki ekonomiczne przedsięwzięcia.

Aparaty wrzutowe po raz pierwszy zostały wprowadzone do przemysłu w latach 20-tych XX wieku przez Reed Roller Bit Co. [18]. Obecne rozwiązania konstrukcyjne to rdzeniówki podwójne, różniące się od konwencjonalnych głównie konstrukcją głowicy zespołu rury wewnętrznej (rys. 2.24).

Rys.2.24. Zespół rury wewnętrznej rdzeniówki wrzutowej serii NQU Boyart Longyear. [37]

1. Zaczep rury wewnętrznej; 2. Sprężyna napinająca; 3. Tuleja ustalająca; 4. Korpus zaczepu; 5. Sworzeń;

6. Tuleja mechanizmu powrotnego; 7. Trzpień ustalający; 10. Sprężyna; 11. Koprus głowicy; 12. Zaczep ustalający; 13. Podpora głowicy; 14.Sworzeń; 15. Tłok zaworu; 16. Sworzeń; 17. Wskaźnik zatrzaśnięcia; 18. Adapter; 19. Uszczelka; 20. Drąg zatrzasku; 22. Korpus; 23. Nakrętka ustalająca;

24. Trzpień głowicy rdzeniówki; 25. Gumowe pierścienie zaworu odcinającego;

26. Metalowe pierścienie zaworu odcinającego; 27. Łożysko; 28. Tuleja dystansowa; 29. Łożysko; 30. Sprężyna napinająca; 31. Nakrętka ustalająca; 32A. Łącznik rury wew.; 32B. Smarownica; 32C. Kula;

32D. Korpus zaworu kontrolnego. 33. Rura wewnętrzna;

34. Pierścień ograniczający; 35. Urywak rdzenia; 36. Korpus urywaka.

Aby rozpocząć rdzeniowanie należy wrzucić (lub zapuścić na linie, spompować) zespół rury wewnętrznej do wnętrza przewodu wiertniczego. Zespół rury wewnętrznej opada na spód otworu, aż do momentu osiągnięcia podtoczenia korpusu pierścienia oporowego, umieszczonego w łączniku redukcyjnym, którego zadaniem jest ograniczenie

przesuwania się zespołu rury rdzeniowej w dół. Gdy zespół rury rdzeniowej osiądzie w pierścieniu oporowym, zapadki zatrzasku rozchylają się w podtoczeniu łącznika

ustalającego, uniemożliwiając ruch rury rdzeniowej w górę. Dodatkowo rura wewnętrzna podwieszona jest na sprężynie amortyzującej uderzenie powstałe przy je osiadaniu w pierścieniu oporowym

W czasie wiercenia rura wewnętrzna pozostaje w bezruchu wraz z kadłubem urywaka i urywakiem. Dodatkowo jest ona stabilizowana w dolnej części przez stabilizator umieszczony w rurze zewnętrznej.

Aparaty rdzeniowe wyposażone są w zawór odcinający, umieszczony w górnej części zespołu rury rdzeniowej, którego zadaniem jest sygnalizacja zablokowania rdzenia w rurze wewnętrznej. Z chwilą zaklinowania rdzenia, działają na nią siły skierowane do góry, powodując zamknięcie zaworu, a tym samym zamknięcie lub zmniejszenie przepływu płuczki pomiędzy rurą zewnętrzną i wewnętrzną. Efektem widocznym na powierzchni jest wzrost ciśnienia tłoczenia. Stosuje się dwa rodzaje zaworów: zawór pierścieniowy, składający się z dwóch pierścieni gumowych, które pod wpływem

ściskania zwiększają swoją średnicę zewnętrzną lub zawór tulejowy, zbudowany z tulei

z kanałami płuczkowymi i otworami ogranicznikowymi, napędzany trzpieniem z osadzoną sprężyną talerzową.

Po wypełnieniu rury wewnętrznej, zaklinowaniu rdzenia lub osiągnięciu planowanej głębokości zapuszcza się na linie przez przewód chwytak, tzw. "overshot" (rys 2.25). Łączy się on z zaczepem głowicy rury wewnętrznej, która jest uwalniana poprzez zwolnienie mechanizmu zatrzaskowego. Po wyciągnięciu na powierzchnię zespołu rury wewnętrznej, zabezpieczeniu rdzenia i wymianie rury wewnętrznej można kontynuować rdzeniowanie poprzez zapuszczenie na linie, wrzucenie lub spompowanie części wewnętrznej aparatu rdzeniowego. Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych głowic oraz kompatybilnych z nimi chwytaków, w zależności od typu aparatu rdzeniowego.

W przypadku głębokich otworów iloraz czasu rdzeniowania w stosunku do czasu operacji dźwigowych wynosi ok 1:5, w porównaniu ze stosunkiem 1:1,5 przy rdzeniowaniu konwencjonalnym [72]. Do podstawowych zalet systemu rdzeniowania przez przewód należy znaczne skrócenie czasu prac, szczególnie przy przewiercaniu skał spękanych, szczelinowatych i rozkruszonych, w których klinowanie rdzenia zmusza do wykonywania częstych i krótkich marszy.

Oprócz czynników ekonomicznych równie istotne są efekty prowadzonych prac,

w literaturze [14] [72] [80] [98] wskazują na zwiększenie uzysków po zastosowaniu aparatów rdzeniowych wrzutowych, w porównaniu z technikami konwencjonalnymi.

Rys. 2.25. Chwytak do rdzeniówki wrzutowej serii NQU Boyart Longyear. [37]

Brak konieczności częstego marszowania wpływa pozytywnie na żywotność koronek rdzeniowych oraz stan techniczny otworu. Zabezpieczenie ścian otworu przed wykruszaniem się i opadaniem na dno otworu okruchów skalnych możliwe jest dzięki

małej przestrzeni pierścieniowej miedzy ścianą otworu, a rurami płuczkowymi, w pewnym sensie częściowo zstępującymi rury okładzinowe.

Zastosowanie cienkościennych rur płuczkowych prowadzi do zmniejszenia ciężaru zestawu do 30%, pozwalając osiągnąć takie same głębokości lżejszymi wiertnicami, które są znacznie tańsze w eksploatacji.

Systemy rdzeniowania przez przewód pozwalają również na selektywne

rdzeniowanie z wierceniem bez konieczności wymiany zestawu. System ten składa się z aparatu rdzeniowego oraz dwóch rodzajów "wkładów" wewnętrznych, zapuszczanych

wciągarką linową. Pierwszy, służący do rdzeniowania, składa się z rury wewnętrznej, jak w standardowych rozwiązaniach, natomiast drugi jest korkiem z osadzonymi ostrzami,

1. Sworzeń z uchwytem;

2. Pierścień oporowy liny (krętlik); 3. Łożysko kulowe; 4. Nakrętka ustalająca; 5. Zawleczka; 6. Smarownica; 7-8. Korpus chwytaka; 9. Sworzeń; 10. Uszczelnienie; 11. Drąg zatrzasku; 13. Kula; 14. Głowica chwytaka; 15. Trzpień ustalający; 16. Sworzeń sprężynujący; 17. Sprężeyna napinająca; 18. Zaczep chwytaka);

które wypełniają otwartą część koronki (rys. 2.26). Wówczas koronka posiada pełną powierzchnię czołową i zwierca nie pierścień, a pełne koło.

Rys. 2.26. Koronka rdzeniowa z korkiem do wiercenia. [29]

Główną wadą rdzeniowania przez przewód jest ograniczenie rozmiarów uzyskiwanego rdzenia, które warunkuje średnica wewnętrzna przewodu wiertniczego. Standardowe rozwiązania pozwalają na uzyskanie rdzenia o średnicy 1 - 2" przy zastosowaniu rur płuczkowych 3 1/2" oraz obciążników 4 3/4". W przypadku małych wiertnic, stosujących żerdzie wiertnicze o mniejszych średnicach oraz systemach pozwalających na uzysk rdzenia o średnicy 3" oraz 3 1/2", istnieje konieczność stosowania specjalnych cienkościennych rur płuczkowych. Zestawy do wierceń wrzutowych, ze względu na swoją skomplikowaną budowę oraz dodatkowy osprzęt (wciągarki, liny, klucze, rury płuczkowe), są dużo droższe w eksploatacji niż rozwiązania konwencjonalne.

Inną ich wadą jest większa, niż w przypadku rdzeniówek konwencjonalnych, tendencja do krzywienia otworu. Spowodowane jest to zwiększeniem zwiercanego pierścienia skały oraz mniejszą sztywnością zestawu. W wielu przypadkach nie ma możliwości zastosowania standardowych nożyc wiertniczych oraz innych elementów ze względu na przewężenia średnicy wewnętrznej.