Úvod
Vďaka svojej efektívnej vŕtacej kapacite sa technika vŕtania Down The Hole (DTH) vo veľkej miere používa pri vŕtaní. Napriek tomu sa fenomén vodného rázu stáva hlavným problémom ovplyvňujúcim výkon vŕtania počas skutočných vŕtacích operácií.DTH vodné kladivoje účinok náhleho kolísania tlaku v prúde kvapaliny. Najmä pri DTH vŕtaní je tento jav celkom bežný. Zlepšenie účinnosti vŕtania a predĺženie životnosti zariadenia závisí od uvedomenia si mechanizmu, vplyvu a opráv vodného kladiva. Aby odborníci z priemyslu mohli lepšie zvládnuť tento problém, tento dokument bude skúmať javy vodného rázu pri DTH vŕtaní vrátane jeho popisu, účinku, preventívnych opatrení a aplikačných situácií.
Definícia vodného kladiva DTH
Fenomén známy ako vodné rázy DTH je definovaný nárazovými vlnami vyvolanými náhlymi zmenami tlaku vo vnútri prúdu kvapaliny. Nárazové vlny vo vnútri potrubia vznikajú, keď sa rýchlosť prúdenia kvapaliny náhle zmení z kinetickej energie na tlakové vlny. Zvyčajne je tento jav výsledkom veľkých zmien rýchlosti prúdenia kvapaliny alebo nestability v systéme dodávania kvapaliny. Vodné kladivo je často spojené s vŕtaním DTH s variáciami operácií vrtákov, nestabilitou zariadenia a rýchlosťou prúdenia vrtných kvapalín.
Účinky vodného rázu sa prejavia najmä vtedy, keď sa rýchlosť prúdenia vrtnej kvapaliny náhle zvýši alebo zníži alebo keď dôjde k turbulencii potrubia. Silné kolísanie tlaku spôsobené týmto javom môže nepriaznivo ovplyvniť vrták a vŕtacie nástroje.
Účinky vodného kladiva DTH
Vodné kladivo pri DTH vŕtaní môže spôsobiť množstvo problémov:
Vodné kladivo môže spôsobiť silné vibrácie vo vŕtacích nástrojoch. Tieto vibrácie nielenže ohrozujú stabilitu vŕtania, ale môžu tiež urýchliť opotrebovanie komponentov zariadenia, čím sa zníži životnosť zariadenia.
Zmeny tlaku môžu ovplyvniť vrták, a tým spôsobiť opotrebovanie alebo poškodenie, a tým ovplyvniť efektivitu vŕtania a náklady na údržbu.
Zníženie všeobecnej účinnosti vŕtania môže byť výsledkom vibrácií a tlakových zmien spôsobených vodným kladivom, ktoré ovplyvňujú hladký proces vŕtania.
Rozsiahle nárazy vodného rázu DTH môžu viesť k únave a zlyhaniu vnútorných komponentov zariadenia, čo môže spôsobiť všeobecnú poruchu zariadenia.
Prevencia a riešenia
Nasledujúce kroky môžu pomôcť správne sa vyhnúť a zvládnuť problémy vyplývajúce z vodného rázu:
Optimalizácia rýchlosti prúdenia a tlaku kvapaliny pomôže znížiť výskyt vodného rázu. Dva dobré spôsoby, ako zastaviť vodné rázy, sú zaručiť stálosť rýchlosti prúdenia kvapaliny a vyhnúť sa rýchlym zmenám.
Častá kontrola a údržba vŕtacieho zariadenia – najmä pokiaľ ide o systém prívodu kvapaliny – pomáha identifikovať a opravovať prípadné nedostatky. Udržiavanie správneho funkčného stavu zariadenia pomáha znižovať účinky vodných rázov.
Inštalácia určitých zariadení na zmiernenie vodného rázu, ako sú tlmiče alebo tlakové tlmiče, môže pomôcť výrazne znížiť účinok vodného rázu na strojné zariadenia. Tieto zariadenia chránia zariadenie tým, že absorbujú a tlmia nárazové vlny generované vodným rázom.
Optimalizácia vŕtacích operácií: Vhodné plánovanie vstrekovania a vypúšťania vrtných kvapalín pomôže zabrániť nestabilite prúdenia kvapaliny, čím sa zníži vplyv vodného rázu.
Scenérie aplikácie
Výraz vodného rázu sa mení v závislosti od situácie pri vŕtaní a za určitých okolností sa stáva zreteľnejším:
Vysoká hladina podzemnej vody: Vplyv vodného rázu je pravdepodobnejší na miestach s vysokou hladinou podzemnej vody, kde je väčší prietok vody. Osobitná pozornosť sa musí venovať rýchlosti toku kvapaliny a riadeniu tlaku.
Pri vrtných operáciách s komplikovanými geologickými podmienkami môžu rozdiely vrstiev spôsobiť významné zmeny rýchlosti prúdenia kvapaliny, a tým zhoršiť účinky vodného rázu. Takéto činnosti si preto vyžadujú presnejšie operácie a zmeny vybavenia.
Ovládanie vodného rázu je veľmi dôležité v mestských podzemných projektoch, ako je budovanie podchodov a inštalácia podzemných potrubí. Mestské podpovrchové biotopy sú zložité, a preto sú kolísanie rýchlosti a tlaku kvapaliny závažnejšie a vyžadujú si osobitné preventívne opatrenia.
Pri banskej činnosti môže vodný ráz spôsobovať problémy a bezpečnostné riziká vyplývajúce z hĺbky a zložitosti geologických podmienok. Ťažobné prevádzky mnohokrát potrebujú špecifické metódy na zmiernenie vodného rázu, aby sa zaručilo bezproblémové vŕtanie.
Vodné kladivo je problémom aj pri ťažbe ropy a zemného plynu. Najmä pri vŕtaní hlbokých vrtov, keď sa rýchlosť prúdenia a tlak kvapaliny výrazne líšia, priamo ovplyvňujúce výsledky prieskumu a ťažby je riadenie účinkov vodného rázu.
Vodné kladivo DTH je zásadným problémom, ktorý nemožno prehliadnuť pri použití technológie vŕtania DTH. Zabezpečenie bezproblémových operácií vŕtania závisí od poznania významu vodného kladiva a od toho, ako ovplyvňuje zariadenie, ako aj od uplatňovania rozumnej prevencie a nápravných opatrení. Pravidelná kontrola zariadenia, zmena rýchlosti a tlaku prietoku kvapaliny, používanie zariadení na zmiernenie vodného rázu a optimalizácia operácií vŕtania pomáhajú výrazne znížiť vplyv vodného rázu DTH na zariadenie, čím sa zlepšuje účinnosť vŕtania a predlžuje sa životnosť zariadenia. Prakticky môže vytvorenie určitých ochranných opatrení v závislosti od prostredia vŕtania a okolností zariadenia pomôcť prekonať ťažkosti súvisiace s vodným rázom, čím sa umožní efektívnejšie a bezpečnejšie vŕtanie.
