Wiertło wgłębne

Narzędzie wiertnicze DTH obsługiwane płuczką wiertniczą (Drillstar MUDHammer)

Wiertarka dołkowa , zwykle nazywana przez większość profesjonalistów DTH , to w zasadzie młot pneumatyczny przykręcony do dolnej części przewodu wiertniczego . Szybkie działanie młota rozbija twardą skałę na małe kawałki i pył, które są usuwane przez płyn (powietrze, wodę lub płuczkę wiertniczą ). Młot DTH to jeden z najszybszych sposobów wiercenia w twardej skale. Uważa się, że system został wynaleziony niezależnie przez Stenuicka Frèresa w Belgii i Ingersolla Randa w USA w połowie lat pięćdziesiątych.

Pochodzenie nazwy

DTH to skrót od „down-the-hole”. Ponieważ metoda DTH została pierwotnie opracowana do wiercenia otworów o dużej średnicy w dół w zastosowaniach związanych z wierceniem powierzchniowym, jej nazwa pochodzi od faktu, że mechanizm udarowy podążał za wiertłem w głąb otworu. Później znaleziono zastosowania dla metody DTH pod ziemią, w której kierunek wiercenia jest generalnie skierowany w górę, a nie w dół.

Szczegóły techniczne

W wierceniu DTH mechanizm udarowy – potocznie zwany młotkiem – znajduje się bezpośrednio nad wiertłem. Rury wiertnicze przekazują niezbędną siłę posuwu i obrót do młota i wiertła wraz z płynem (powietrze, woda lub płuczka wiertnicza) używanym do uruchamiania młota i przepłukiwania zwiercin. Rury wiertnicze są dodawane do przewodu wiertniczego sukcesywnie za młotem w miarę pogłębiania się otworu.

Młot jest w pełni uruchamiany płynem. Składa się z dwóch ruchomych części: zaworu sterującego przepływem oraz tłoka uderzającego w powierzchnię uderzeniową bezpośrednio połączoną z wiertłem. Korpus młotka zapewnia proste i stabilne prowadzenie wiertła.

Istnieją trzy rodzaje młotków, w zależności od płynu uruchamiającego:

• Młoty pneumatyczne zostały najpierw opracowane do wiercenia w twardej skale, ale są ograniczone do płytkich otworów (< 200 m);
• Młoty wodne zostały opracowane przez szwedzką firmę Wassara. Utrata przepływu wody (między 55 a 744 l/min, w zależności od wielkości młota) jest konieczna do uruchomienia młota. Pozwala na lepszą wydajność (kontrola odwiertu) i może wiercić głębiej niż młoty pneumatyczne;
• Młoty napędzane płuczką wiertniczą są obecnie opracowywane przez francuską firmę Drillstar Industries. Mają tę zaletę, że mogą wiercić na każdej istniejącej platformie przy użyciu klasycznego składu płuczki. Ich zdolność do głębokiego wiercenia sprawia, że ​​jest to dobra technologia do wiercenia twardej skały spotykanej w głębokich projektach geotermalnych. Trwający projekt badawczy o nazwie ORCHYD, finansowany przez Unię Europejską (UE) w ramach programu Horyzont 2020, ma na celu opracowanie nowej techniki wiercenia, w pełni napędzanej cieczą, która łączy młot płuczkowy DTH z systemem strumienia wody pod wysokim ciśnieniem, który wycina rowki w skale wraz z akcją perkusyjną. Pomoże to ciąć skały na większych głębokościach w wydajny i bezpieczny sposób, skracając czas operacyjny eksploracji geotermalnej, a tym samym całkowity koszt wykorzystania energii geotermalnej.

Historia

narzędzie pneumatyczne zostało użyte do wiercenia w skale w 1844 r. Wiele kamieniołomów używało narzędzi ręcznych, które wymagały od wiertarki zawieszenia się na linie nad ścianą kamieniołomu w celu ustawienia otworu wiertniczego w wymaganej pozycji. Ten system wykorzystywał otwory o małej średnicy i był nie tylko strasznie nieefektywny, ale także bardzo niebezpieczny ze względu na latające skały w wyniku niedokładności wywierconego otworu.

Niektóre kamieniołomy używały prymitywnych maszyn z młotem górnym, które przenosiły młot pneumatyczny na maszcie - smukłość żerdzi wiertniczych współpracujących z wiertłem o stosunkowo dużej średnicy powodowała odchylenia otworów, co czasami oznaczało, że odwiert mógł zakończyć się niebezpiecznie blisko sąsiada lub nawet znajdować się bliżej czoła kamieniołomu, niż zamierzano. W każdym przypadku odwierty, które nie są ustawione prawidłowo, a następnie są ładowane materiałem wybuchowym, mogą być niezwykle niebezpieczne, powodując wyrzucanie skały poza zamierzone miejsce.

Większe kamieniołomy wykorzystywały duże maszyny rotacyjne, które wymagały ogromnego nacisku w dół i dużych prędkości obrotowych, aby wbić wiertło trójstożkowe wystarczająco mocno, aby zmiażdżyć skałę. Tego systemu nie można było z powodzeniem stosować do otworów poniżej 6 cali (150 mm), a maszyny były bardzo drogie w zakupie i eksploatacji. Innym używanym systemem była bardzo prymitywna maszyna do obróbki kabli (lub uderzenie i rozpryskiwanie, jak nazywali to wiertnicy), która powodowała podnoszenie i upuszczanie ciężkiego pręta i dłuta na skałę w celu jej zmiażdżenia, podczas gdy woda była wprowadzana w celu utworzenia zawiesiny , co przy okazji umożliwiło wywiercenie otworu. Ten system nie mógł zagwarantować rozmiaru gotowego otworu i można było wiercić tylko czysto pionowe otwory, ponieważ system zasadniczo opierał się na grawitacji. Odpady z otworu były zbierane za pomocą rury prasującej z zaworem klapowym, którą okresowo zrzucano na wyciągarkę w celu przechwycenia gnojowicy, która następnie była przenoszona na górę otworu w celu wyładowania.

Dopiero gdy pojawił się system DTH, udało się przezwyciężyć wiele problemów związanych z innymi systemami – w systemie DTH źródło energii znajduje się stale za wiertłem, rury wiertnicze (lub przewód wiertniczy) są sztywne i tylko nieznacznie średnicy większej niż wiertło, przez przewód wiertniczy mogą być przepuszczane duże ilości powietrza w celu obsługi młota DTH, który jest następnie używany do skutecznego przepłukiwania odwiertu. DTH nie wymagał silnych pchnięć w dół ani dużych prędkości obrotowych, dzięki czemu do przeprowadzenia procesu wiercenia można było zastosować lekką, tanią maszynę - maszynę można było również obsługiwać przez jednego człowieka, podczas gdy inne systemy wymagały dwóch operatorów. Korzyści, jakie DTH przyniosła branży, były ogromne - po raz pierwszy można było wywiercić otwór tam, gdzie było to wymagane, ponieważ DTH dało naprawdę wyrównany, prosty, dokładnie umiejscowiony, czysty odwiert, który można było łatwo naładować materiałem wybuchowym, aby zapewnić dobre kontrolę nad procesem strzałowym, który był bezpieczniejszy i zapewniał dobre rozdrobnienie skały. Otwory można było wiercić na coraz większą głębokość bez utraty wydajności, ponieważ źródło energii znajdowało się zawsze bezpośrednio za wiertłem. System był w stanie wiercić w prawie wszystkich warunkach skalnych, których inne systemy nie były w stanie zrobić. Ściany kamieniołomu stały się bezpieczniejsze, dobrze wyprofilowane, a dna kamieniołomów stały się równe i łatwiejsze w obsłudze i przemieszczaniu sprzętu do załadunku. Znacznie wyższe współczynniki penetracji można osiągnąć za pomocą młotów DTH, co zmniejszyło koszt wiercenia na metr w mniejszych średnicach otworów.

System DTH całkowicie zrewolucjonizował przemysł otworów strzałowych, a wiele kamieniołomów przyjęło go z otwartymi ramionami. Ostatecznie większe systemy DTH znalazły zastosowanie w innych zastosowaniach, takich jak wiercenie studni i prace budowlane.

Nadal oferuje operatorowi te same korzyści, które początkowo przyniosła branży kamieniołomów, ale obecnie jest wykorzystywana w wielu różnych zastosowaniach, takich jak poszukiwanie złota, konsolidacja gruntu, wiercenia geotermalne, płytkie odwierty ropy i gazu, kierunkowe i palowe. Pojawienie się węglika wolframu do wierteł (pierwsze wiertła były wykonane w całości ze stali) oraz rozwój wierteł guzikowych w połączeniu z wprowadzeniem wysokiego ciśnienia powietrza (ponad 25 barów) oznacza, że ​​system DTH może łatwo i skutecznie konkurować z innymi systemami wiertniczymi.

Narzędzia DTH zostały wykorzystane do zlokalizowania uwięzionych górników w Chile i umożliwiły przekazanie im żywności, wody i lekarstw oraz skonfigurowanie systemów komunikacyjnych, które ostatecznie doprowadziły do ​​​​ich bezpiecznego uratowania.

Używa

Produkty DTH mogą być używane w następujących aplikacjach:

• Górnictwo - wiercenie i strzałowanie otworów w górnictwie odkrywkowym, gdzie operator wiertła wywierci kilka otworów, a następnie wypełni je materiałami wybuchowymi i zdetonuje w celu podniesienia skały umożliwiającej dostęp do złoża rudy

• RC- poszukiwanie minerałów i kontrola wyrobisk (wymaga specjalistycznych młotów z odwróconą cyrkulacją)
• RAB - obrotowy nadmuch powietrza - poszukiwanie minerałów przy użyciu konwencjonalnego młota DTH

• GW - odwierty geotermalne i studnie wodne Ropa

• naftowa i gaz - odwierty głębinowe: młoty pneumatyczne mogą być stosowane, o ile zapewnione jest wypiętrzenie skrawania i stabilność odwiertu. W przypadku głębszych studni można zastosować nowe technologie DTH, w tym młot wodny i młot błotny, aby poprawić szybkość wiercenia w twardych skałach.

• Branża budowlana - Palowanie , stopy fundamentowe, zbijanie gruntu