Uno dei metodi più produttivi ed economici per formare le lavorazioni minerarie è la carotatura. È utilizzato nell'esplorazione del campo e nella geologia ingegneristica. Inoltre, questo è il modo più semplice e veloce per accedere alle acque sotterranee per l'organizzazione dell'approvvigionamento idrico.
Imparerai tutto sulle specifiche della carotatura, lo strumento richiesto per la sua implementazione e le funzionalità dell'applicazione dal nostro articolo.
Portata della carotatura
La carotatura è un metodo che consente con la massima precisione di determinare la profondità del tetto e della suola degli strati di terreno, nonché il segno di profondità dello specchio delle acque sotterranee.
La tecnologia di perforazione di base è ampiamente utilizzata nei seguenti settori:
- Approvvigionamento idrico nei settori industriale e privato. La perforazione di pozzi per l'approvvigionamento idrico privato, l'organizzazione dell'assunzione di acqua di interi villaggi o isolati urbani viene effettivamente eseguita mediante carotaggio grazie al fatto che il trapano penetra facilmente a grandi profondità. Un proiettile centrale è in grado di sollevare quasi qualsiasi roccia distrutta ad eccezione dei suoli incoerenti saturi d'acqua e sciolti (sabbia, ghiaia, ciottoli);
- Esplorazione nel settore minerario. Quando la roccia passa, si verifica un punto di impatto sul suolo lungo il raggio di rotazione. In altre parole, un guscio, che assomiglia strutturalmente a un tubo, perfora una solida massa rocciosa senza disturbarne la struttura e le condizioni.
- Costruzione. Realizzare studi geotecnici per studiare le proprietà fisiche e meccaniche dei suoli, lo stato delle rocce. La tecnologia a colonna offre l'opportunità di determinare con precisione il livello dell'acqua e di prelevare campioni d'acqua per studiarne l'aggressività rispetto al calcestruzzo.
Durante la perforazione del nucleo, viene estratto un nucleo: una colonna di terreno o strati di terreno adiacenti. Il nucleo è caratterizzato da una struttura naturale integrale, che fornisce un'analisi completa della razza studiata. La perforazione con un tubo centrale consente di determinare la profondità della roccia con la massima precisione per lo studio.
La carotatura garantisce l'integrità del nucleo estratto, il che contribuisce allo studio qualitativo della roccia. Allo stesso tempo, viene eseguita la massima pulizia del viso dalla roccia distrutta.
L'uso della carotatrice nelle costruzioni facilita e accelera significativamente i processi. Una pila viene facilmente martellata nel foro preparato da un trapano a corona o viene montata una struttura in cemento armato pronto all'uso. La carotatura consente di creare fori cilindrici in strutture in mattoni e cemento.
Tecnologia e attrezzatura di lavoro
Sono noti due metodi di utilizzo di una carotatrice: lavorare con la fornitura di liquido sul fondo o sull'asciutto, cioè senza perforare il fango.
La perforazione senza l'uso di fluido di perforazione viene utilizzata se i terreni incoerenti sono saturi di umidità naturale in una quantità sufficiente per la penetrazione e l'estrazione. L'acqua non viene inoltre fornita all'albero di lavoro quando passa attraverso argilla / argilla fluida-plastica, plastica morbida e plastica rigida, terriccio sabbioso duro e di plastica.
Il fluido è obbligatorio per la perforazione di formazioni rocciose e semi-rocciose. In assenza di acqua in questo caso, l'approfondimento è molto più lento.Inoltre, la probabilità di cedimento prematuro della corona aumenta in modo significativo e pertanto la perforazione a secco è considerata più costosa.
La tecnologia di carotaggio con risciacquo consente non solo di estendere il servizio delle attrezzature di lavoro, ma anche il modo più veloce e meno dispendioso in termini di tempo per liberare la faccia dalla roccia distrutta
Durante la perforazione con fluido di perforazione, il tasso di approfondimento aumenta in modo significativo. Molto spesso, questo metodo viene utilizzato durante la perforazione di pozzi di profondità significativa. Ciò consente di eseguire lavori nel minor tempo possibile con il minimo rischio di danni alla corona.
L'acqua ferma ad alta pressione viene fornita al fondo durante lo sviluppo del pozzo in terreni sciolti e incoerenti, se il carotaggio non è un compito. In questo caso, con un flusso di acqua lavano semplicemente la faccia, liberando l'albero di lavoro dal terreno distrutto.
Il principio della tecnica della colonna
L'elemento centrale nella perforazione del nucleo è la parte di taglio distruttiva montata sul fondo del tubo del nucleo. La chiamano una corona. Per l'affondamento della roccia vengono utilizzate corone speciali dotate di utensili diamantati.
Le corone stanno tagliando elementi intercambiabili che sono avvitati sul bordo inferiore del tubo centrale. Nel processo di perforazione devono essere cambiati più volte
È la corona diamantata che assicura il passaggio quasi senza ostacoli del trapano a una grande profondità durante il passaggio delle operazioni di presa dell'acqua al calcare. Cioè, quando si svilupparono pozzi sepolti nella roccia fresca, nelle cui fessure a causa della secolare condensa, si formarono le riserve di acqua sotterranea più pura.
Le punte del trapano vengono sostituite nel modo più semplice: rimuovono la parte usurata e avvitano una nuova corona sul tubo centrale
La roccia viene tagliata con una corona che ruota ad alta velocità. La velocità di rotazione del trapano può essere regolata in base alla densità del terreno sviluppato. La corona "ritaglia" il terreno solo lungo il bordo di un particolare cilindro, la cui parte centrale viene premuta nel tubo centrale.
Per estrarre il nucleo, il trapano viene sollevato in superficie. Il terreno catturato da lui viene letteralmente espulso dal carotatore con un flusso d'aria fornito alla parte superiore del tubo. Il processo di soffiaggio è accelerato toccando il guscio con una mazza.
Durante la perforazione del nucleo, un segmento di roccia a forma di cono forato viene spinto nel tubo del nucleo. Per estrarlo, il guscio del nucleo viene rimosso dalla canna smontando la corda del trapano. Il nucleo viene soffiato e martellato dal tubo
I trapani a colonna durante il passaggio di rocce forti hanno una produttività maggiore rispetto alle matrici e ai coni conici. Ciò è dovuto all'elevata velocità di rotazione del trapano, che riduce il grado di sforzo applicato allo sviluppo.
Inoltre, gli scalpelli distruggono completamente la roccia, che dovrà essere "scavata" dall'esecutore o per fornire acqua con la pressione per lavare la faccia. In effetti, dovrai attraversare lo stesso segmento due o anche tre volte: prima distruggi, poi cancella. La tecnologia a colonna ti consente di attraversare e cancellare la faccia in una volta sola.
Macchine utensili e impianti di perforazione
La scelta di una macchina o di una piattaforma di perforazione è determinata dallo scopo del pozzo e dal suo diametro. La popolarità del metodo di perforazione principale determina la produzione di impianti di perforazione e macchine utensili in tutto il mondo. Trattori pesanti, camion e veicoli fuoristrada sono adatti per installazioni progettate per perforazioni esplorative.
L'uso di trattori a cingoli pesanti consente la perforazione del nucleo in aree con impassabilità, intasamento superficiale e terreno instabile.
Molto spesso, le apparecchiature di perforazione sono montate su automobili MAZ, KAMAZ e Ural classiche. Tuttavia, ci sono opzioni di montaggio per attrezzature più leggere, che vengono utilizzate per perforare pozzi d'acqua in edilizia privata.
Nella perforazione rotativa manuale, il tubo centrale viene sostituito dal suo predecessore storico, il vetro. Questo guscio è una versione accorciata del tubo centrale con un bordo appuntito sulla suola. Un vetro manualmente o usando un trapano a motore viene attorcigliato nel terreno e tutto ciò che viene ammucchiato viene rimosso in superficie.
Per la meccanizzazione della perforazione manuale di pozzi poco profondi e la formazione di fori per l'installazione di recinzioni e torri di trasmissione di potenza, vengono utilizzati benzina e motori elettrici. Riferiscono i movimenti di rotazione alla coclea o al tubo centrale
Attrezzature per affondamento e sistemazione di pozzi
Nell'implementazione della carotatura, sono necessarie attrezzature che ti consentano di lavorare in profondità, di sviluppare ed estrarre un'ampia varietà di tipi di roccia. Durante il lavoro, dovrebbe essere fornito un periodico aumento della superficie del materiale distrutto dal proiettile.
Set di utensili per trapano standard
Per prestazioni di alta qualità del lavoro richiede:
- Conchiglie di colonna. Sono utilizzati sia per perforazioni orizzontali che per perforazioni verticali. Utilizzando tubi standard, la perforazione è possibile con un angolo fino a 45 gradi. I gusci delle anime a parete sottile possono essere utilizzati solo per perforazioni orizzontali senza trincea durante la posa di comunicazioni.
- Corone. È uno strumento che distrugge la roccia che è dotato di un tubo centrale per facilitare il taglio del nucleo nella roccia. Per la perforazione di terreni coesivi sedimentari e incoerenti, vengono utilizzate corone in ottone. Per affondare la roccia, si formano fori nel calcestruzzo, asfalto, un muro di mattoni, vengono prodotte corone in metallo duro con frese a diamante.
- Cassa in acciaio Sono necessari per racchiudere la produzione: la formazione del pozzo, prodotta contemporaneamente al suo approfondimento. Il loro diametro è uguale al diametro del pozzo. L'alloggiamento per l'aspirazione dell'acqua viene selezionato in anticipo, concentrandosi sul diametro del tubo centrale e della pompa, che è previsto per funzionare nel pozzo.
- Canne. Questi sono tubi stretti intrecciati insieme. Utilizzato per creare la stringa di perforazione. In poche parole, vengono alternativamente avvitati alla sommità del tubo centrale in modo che possa trasmettere il movimento rotatorio a una profondità superiore all'altezza del proiettile. L'altezza del tubo centrale + l'altezza della stringa di aste di perforazione = profondità di produzione.
- Sub Sono necessari per garantire l'unione di giunti filettati di diverso diametro presenti su aste di perforazione, rotatori, paraoli di lavaggio e altri componenti.
- Tappi e guarnizioni di lavaggio. Con il loro aiuto, viene fornita l'ascesa alla superficie del suolo distrutto se non è necessario selezionare un intero nucleo. In questo caso, l'acqua viene fornita al viso, lavando il terreno distrutto sotto pressione sulla superficie del giorno.
- Scalpelli. Sono utilizzati per approfondire il pozzo nei punti più difficili per il passaggio della carotatrice. Quando si usa un po ', a volte passano dalla perforazione rotante alla perforazione con fune d'urto.
Lo strumento presentato è un set standard per la perforazione che utilizza la tecnologia di base. In alcuni casi, a seconda della complessità dello sviluppo, potrebbero essere necessari strumenti e attrezzature aggiuntivi.
Quando si approfondisce lo scavo, una serie di aste di perforazione viene avvitata in sequenza sulla parte superiore del tubo centrale. Per estrarre il proiettile centrale sulla superficie, l'asta dopo l'asta non è attorcigliata
Caratteristiche del design del tubo centrale
La caratteristica di progettazione del guscio durante la perforazione del nucleo è dovuta alla massima conservazione dell'integrità del nucleo e consiste in una disposizione anulare attorno al passaggio libero. Una delle caratteristiche più importanti è il coefficiente del campionamento core. È definito come il rapporto tra diametro del nucleo e diametro esterno dell'utensile.
Lo strumento di carotaggio è standardizzato, differisce principalmente solo per il diametro. Secondo le caratteristiche strutturali, i tubi del nucleo sono classificati in singolo e doppio. I gusci singoli progettati per funzionare in normali condizioni geologiche sono ideali per lo sviluppo di pozzi d'acqua.
Un doppio strumento con un tubo interno non rotante viene utilizzato solo nell'esplorazione geologica. È necessario estrarre campioni di roccia che possono essere facilmente distrutti sotto l'influenza di una varietà di fattori. Ti consente di prelevare un campione in composizione naturale, con una percentuale naturale di minerali e rocce di scarto.
Nel campionamento per la ricerca ingegneristica e geologica, nell'esplorazione geologica e nella perforazione di fori per l'installazione di supporti per linee di trasmissione di potenza, viene utilizzato un singolo tubo centrale
Tutti i tubi del nucleo sono progettati per l'uso di spurgo, fornitura di fango di perforazione sul fondo e lavaggio del pozzo. La loro parte superiore è dotata di un foro tecnologico attraverso il quale viene iniettata acqua o un flusso d'aria.
Specificità della parte tagliente del proiettile
Ogni corona è presentata sotto forma di un anello con una filettatura situata nella parte superiore, necessaria per l'avvitamento al tubo centrale e le frese situate all'estremità inferiore. Le frese sono fuse o saldate su questa parte metallica di taglio.
Quando si esegue il carotaggio, utilizzare le seguenti corone:
- Carburo - finemente tagliato, a coste.
- Diamante: impregnato e piccolo diamante.
Gli elementi di taglio in metallo duro sono progettati per la perforazione di terreni "morbidi". Con il loro aiuto, vengono perforati tutti i tipi di rocce argillose di qualsiasi consistenza, semi-roccia, bassa umidità e sabbie umide di composizione densa e media densità. Per la perforazione di arenarie e marne, vengono utilizzate corone con incisivi di tungsteno-cobalto.
Le punte poco profonde sono progettate per la perforazione di roccia dura media con bassa abrasività. Sono dotate di tronchesi ottagonali o quadrati. Quando gli incisivi si trovano ad altezze diverse, si ottiene anche la macellazione graduale, i cui vantaggi sono stati descritti sopra.
L'uso di corone a coste migliora la circolazione del fluido di lavaggio espandendo il diametro del pozzo
Le corone a coste sono progettate per forare rocce dure di media abrasività. Le frese di tali corone sono costituite da una testa cilindrica o prismatica in acciaio con inserto in metallo duro. In questo caso, anche in caso di usura della corona non diminuisce l'efficienza del suo lavoro.
Le corone con utensili diamantati sono progettate per la perforazione di rocce e semi-rocce di elevata abrasività.
Per aumentare la resistenza e aumentare le proprietà abrasive, i diamanti industriali vengono premuti nella sua massa fusa durante il processo di produzione. Recentemente, i cristalli naturali sono spesso sostituiti da coltivati artificialmente
Il numero di costole è determinato dal design della corona e dal suo diametro: possono essere da tre a sei. L'accelerazione del processo di distruzione della roccia può essere ottenuta spostando verso l'alto le costole rispetto alla faccia terminale della corona. Pertanto, viene garantito un fondo a gradini e viene facilitato il passaggio del fluido di lavaggio.
Tubi di rivestimento Wellbore
I tubi in acciaio sia del nucleo che dell'involucro sono prodotti secondo GOST 51682-2000. Nell'esplorazione e ingegneria geologica, sono usati per prevenire il collasso del suolo sul fondo, il che non ci permetterebbe di capire a quale profondità uno strato geologico è sostituito da un altro.
Nella disposizione delle aperture di presa dell'acqua, l'involucro forma le pareti del pozzo. Nell'involucro assemblato da loro, viene immersa un'altra stringa di tubo. Ora è spesso assemblato in plastica. L'involucro di produzione è dotato di un filtro per trattenere granelli di sabbia e ghiaia fine durante il pompaggio.
I più comuni sono i tubi dell'involucro con giunti a nipplo.In questo caso, i tubi hanno una filettatura interna su un lato e una filettatura esterna sul lato opposto. La canna filettata è assemblata in modo estremamente semplice e rapido.
I tubi del nucleo e dell'involucro sono filettati, da un'estremità verso l'esterno, dall'altra verso l'interno. Ciò consente di assemblare rapidamente e facilmente l'involucro. Le dimensioni delle filettature sono unificate: qualsiasi involucro può fungere da tubo centrale, è sufficiente avvitare la corona e sopra di essa
Esistono tubi di alloggiamento progettati per giunti saldati. Non vengono utilizzati nel settore privato a causa del laborioso processo di assemblaggio delle colonne.
Sia i tubi del corpo che quelli dell'involucro sono realizzati in acciaio di grado 45 con il gruppo di resistenza "K". Per aumentare la resistenza all'usura superficiale, le estremità dei tubi sono indurite. A seconda dell'attrezzatura di perforazione utilizzata e del diametro della pompa sommersa, i tubi con un diametro da 100 a 200 mm vengono utilizzati nel dispositivo di aspirazione privata dell'acqua.
Fasi di perforazione di base
Prima di iniziare il lavoro, è necessario studiare il piano catastale e preparare la superficie di lavoro. È necessario garantire un accesso senza ostacoli al sito di perforazione sia della piattaforma di perforazione stessa che della macchina con fluido di lavaggio.
Il prossimo passo sarà scavare una fossa con un volume di almeno 2 metri cubi - questo eviterà la necessità di utilizzare un serbatoio aggiuntivo. La fossa è progettata per drenare le acque sotterranee e il liquido di lavaggio esaurito. Per installare la parte principale del tronco, è necessario perforare il terreno.
Successivamente, la corona selezionata viene collegata con il tubo di carotaggio e la selezione di tubi di alloggiamento, che aumenteranno man mano che si approfondiscono. L'installazione deve essere fissata saldamente, dopo di che viene avviata la piattaforma di perforazione.
La tecnologia a colonna con lavaggio del fondo dell'acqua consente il modo più semplice e rapido di liberare l'albero di lavoro dalla roccia distrutta
Man mano che la carotatrice viene approfondita e riempita, viene periodicamente sollevata sulla superficie del giorno e pulita dal terreno catturato dallo strumento durante la perforazione. Successivamente, il nucleo liberato dal nucleo può essere nuovamente immerso nel foro del pozzo per continuare la perforazione.
Per salire sulla corda di perforazione, composta da un proiettile centrale e aste, smantellata. Cioè, la barra dopo la barra viene separata in sequenza fino a quando il tubo centrale viene rimosso dalla canna.
L'opzione migliore per lo sviluppo di un pozzo per gli operatori privati è la carotatura, seguita dal lavaggio. In questo caso non è necessario prelevare campioni. L'importante è formare rapidamente la canna e pulirla dai fanghi, mentre allo stesso tempo si sta preparando lo sviluppo per l'imminente operazione.
Per il lavaggio, puoi usare qualsiasi acqua, è abbastanza adatto da uno stagno o un fiume nelle vicinanze. La perforazione può anche essere eseguita a secco se si sta sviluppando un pozzo di sabbia. Di solito in questo caso, un paio di secchi d'acqua come fluido di perforazione è sufficiente solo per raffreddare il guscio sul fondo.
Secondo la tecnologia di base, i fori sono praticati in cemento e strutture in cemento armato, fondazioni e muri di mattoni.
Quando si lavora con sabbia sciolta, a bassa umidità, per rafforzare le pareti del foro nella soluzione di lavoro, si consiglia di aggiungere vetro liquido o massa argillosa. In ogni caso, quando il trapano attraversa l'orizzonte con una struttura instabile, è giustificato rafforzare le pareti del pozzo con tubi di rivestimento.
Caratteristiche tecnologiche del processo
Nel processo di approfondimento, è possibile regolare la velocità del trapano. Va notato che il trapano supera facilmente gli strati di roccia sedimentaria a basse velocità. Ma quando si passa attraverso le rocce indigene, è necessario un aumento della velocità di rotazione. Con il metodo di perforazione del nucleo, è possibile passare formazioni di varie composizioni e qualsiasi durezza.
È necessario tenere conto del fatto che la piattaforma di perforazione deve essere posizionata su una piattaforma orizzontale preparata e livellata. L'angolo di penetrazione può essere regolato se il diametro del foro in fase di sviluppo non supera 1 metro. Quindi la verticalità della produzione è supportata dall'involucro.
I tubi dell'involucro possono essere riutilizzati se, immediatamente dopo l'affondamento, vengono rimossi dalla miniera. Un tubo centrale è un guscio riutilizzabile, che non si può dire delle corone. La perforazione nell'orizzonte sedimentario richiede almeno due o anche di più. Quando si costruisce un pozzo su calcare, è impossibile prevedere con precisione il numero di corone cancellate.
Per prolungare la vita del nucleo del diamante dopo che è stato installato o sostituito, il fondo del pozzo deve essere cesellato. Questa misura aumenterà significativamente il tasso di penetrazione.
La piattaforma di perforazione può essere montata su veicoli con elevata capacità di carico utile o su veicoli speciali cingolati in caso di lavori su terreni difficili. Attrezzature mobili più leggere possono essere utilizzate per il carotaggio di pozzi d'acqua.
Vantaggi e svantaggi del metodo della colonna
A causa dell'azione puntuale della corona nel suo raggio, è garantito un taglio e una rimozione accurati dell'intero nucleo sulla superficie. La tecnologia è applicabile per la perforazione di pietre fino alla XII categoria, è possibile lavorare sia perpendicolarmente che ad angolo.
Uno degli indicatori più importanti del metodo principale è considerato alta produttività e velocità di perforazione.
Inoltre, si possono distinguere i seguenti vantaggi:
- Il volume della perforazione in caso di utilizzo di fluido di lavaggio o acqua di processo è dell'85%;
- L'introduzione di emulsioni attive nella soluzione di lavoro consente di mantenere le pareti del pozzo nel suo stato originale;
- A causa della riduzione dei carichi assiali dovuta al fatto che la roccia non viene distrutta in modo continuo, si ottiene una riduzione dei costi energetici.
- Il metodo consente di lavorare con qualsiasi roccia, inclusi basalto e granito.
- Quando si utilizza la macchina mobile prefabbricata, è possibile eseguire lavori in luoghi difficili da raggiungere.
Oltre ai vantaggi, la carotatura presenta anche degli svantaggi:
- Quando si lavora su rocce fratturate, si verificano spesso inceppamenti del nucleo, il che comporta la necessità di rimuovere il tubo per eliminarlo.
- Durante il passaggio di rocce dure a causa del surriscaldamento e dell'afferramento della corona si opacizza rapidamente. Per evitare ciò, è necessario utilizzare refrigerante e ridurre la velocità di avanzamento. Di conseguenza, la velocità di perforazione è ridotta.
- La sezione ridotta (fino a 200 mm) della perforazione non consente l'uso di potenti pompe sommerse.
Quando si sviluppano pozzi per l'acqua nel caso di utilizzo di una soluzione di argilla durante l'apertura del serbatoio, la probabilità di insolazione della falda acquifera è elevata.
Video 1. La fase iniziale della perforazione di pozzi con il metodo principale:
Video 2. Carotaggio nella roccia di granito:
L'inizio delle operazioni di perforazione del nucleo dovrebbe essere preceduto da un calcolo economico. La conformità con gli standard di sicurezza e le regole operative dell'apparecchiatura riduce al minimo il rischio di guasti, garantendo in tal modo alta efficienza, velocità di perforazione e costi economici inferiori.
Vuoi condividere solo le sottigliezze ben note della tecnologia delle colonne? Hai informazioni utili sull'argomento dell'articolo? Si prega di scrivere commenti nel modulo di blocco qui sotto, porre domande e pubblicare foto sull'argomento dell'articolo.