Foraje cu destinatie speciala

Foraje cu destinatie speciala

1. Forajul cu sondeze in subteran si la suprafata

In subteran forajul cu sondeze se foloseste pentru cercetare geologica, precum si in scopuri miniere. Forajul de cercetare geologica din subteran are avantajul ca poate fi orientat in toate directiile, oferind informatii asupra extinderii spatiale a unui zacamant. Forarea gaurilor de utilitate miniera in subteran si la suprafata, este direct legata de procesul de exploatare a unor zacaminte. In subteran se pot sapa gauri pentru:

• pozarea unor conducte, cabluri de forta;
• gauri de probare (control) in lucrarile miniere;
• gauri de injectie pentru consolidarea rocilor - se introduc sub presiune substante de consolidare in fisuri, sau goluri subterane, prin gauri forate cu echipamente adecvate;
• gauri de explozie in cariere;
• gauri pentru consolidarea nisipurilor acvifere, in vederea traversarii lor cu lucrari miniere- consolidarea se face cu lianti care patrund in roca;
• sonde de congelare - in zone cu acvifere. Pentru saparea unui put se sapa in jurul lui sonde dispuse circular, prin care se circula lichid la temperaturi foarte scazute (-15s - -40s), roca ingheata si sustine lucrarea miniera;
• puturi de drenare pentru asecarea unor zacaminte - se echipeaza gaurile cu filtre pentru evacuarea apelor din acvifere;
• lichidarea incendiilor subterane- una dintre metode este cea a innamolirii. Metoda presupune pomparea prin gauri de sonda sapate special, a unei suspensii de tipul argila-mortar in zona ce urmeaza a fi colmatata, pentru inchiderea accesului aerului care intretine arderea;
• gauri de salvare miniera- se executa in cazul unor accidente petrecute in subteran. Prin intermediul unor gauri sapate sunt depistati si apoi aprovizionati supravietuitorii.

Forajul in subteran se executa cu sape sau carotiere, functie de scopul urmarit. Gaurile de sondeze se executa verticale (prin foraj ascendent sau descendent), orizontale sau inclinate. Dislocarea detritusului se face prin circulatie de fluide lichide, amestecuri lichid -aer si aer. Instalatiile de foraj sunt de gabarit mic, adaptate conditiilor din subteran si sunt usor de transportat, montat si demontat.

2. Forajul sondelor cu diametre mari

Obiectivele forajului de mare diametru sunt:

• fundatii speciale pe piloni forati pentru constructii industriale;
• lucrari miniere verticale, puturi si suitori (exploatare, aeraj);
• depozite subterane de gaze, sau substante chimice;
• fundatii speciale pentru explorarea si exploatarea petrolului de pe platformele marine;

Metodele de executie sunt forajul cu diametru constant pe toata adancimea, sau foraj in trepte (telescopat). La forajul cu diametru constant sonda se executa la diametrul final, sau prin largiri succesive. Largirile pot fi descendent sau ascendent, atunci cand gaura de sonda forata initial debuseaza intr-o lucrare miniera (galerie), in care se monteaza sapa si se colecteaza detritusul.

La forajul telescopat se sapa un tronson pana la o anumita adancime, cu diametrul cel mai mare. Zona se tubeaza, apoi se sapa cu diametru mai mic si se tubeaza. Saparea se poate face de la suprafata, cu sape, pe toata talpa, cu carotiere, sau foraj cu turbina, mai precis doua sau trei turbine in paralel. Fiecare turbina actioneaza o sapa.

Sapele sunt de constructie speciala, cu role multiple, mono sau multietajate. Prajinile de foraj si prajinile grele sunt de constructie speciala. Evacuarea detritusului are loc prin circulatie de fluid. Consolidarea gaurii se face prin tubare, cu burlane de otel. Pentru cresterea rezistentei lor la presiuni exterioare pe burlane se amplaseaza inele metalice de rigidizare (cintre) confectionate din otel.

3. Forajul sondelor pentru exploatarea sarii

Aceste sonde impun o serie de conditii:

-verticalitate aproape perfecta (maxim 1s);

-fluidul de foraj la intrarea in sare trebuie sa fie o saramura saturata. Neintretinerea fluidului duce la crearea de excavatii si devierea sondei;

-se lucreaza cu viteze mici si turatii corespunzatoare unui foraj, in care este importanta mentinerea verticalitatii sondei.

Constructia si echiparea sondelor este speciala, permitand intoducerea apei dulci si extragerea saramurii. Se tubeaza o coloana de ancoraj si doua coloane mobile concentrice. Spatiul inelar dintre coloana de ancoraj si coloana de apa se umple cu un fluid izolant (aer, sau frecvent motorina), care datorita greutatii specifice mici, formeaza pe acoperisul excavatiei un strat protector, permitand avansarea exploatarii.

4. Forajul sondelor hidrogeologice

4.1. Clasificarea forajelor hidrogeologice

Exista mai multe criterii de clasificare:

1. dupa scop:

foraje de cercetare hidrogeologica (prospectiune si explorare);

foraje de exploatare;

foraje hidrogeologice pentru alimentare cu apa

foraje hidrogeologice pentru asecare si drenare

foraje cu destinatie speciala (foraje de observatie - urmaresc variatia nivelului dinamic al apei si sunt sonde cu diametru mic).

2. din punct de vedere constructiv:

sonde fara filtru - cand acviferele sunt alcatuite din roci in care apa nu antreneaza nisip (calcare, gresii);

sonde cu filtru pentru traversarea unor nisipuri acvifere. Coloana filtranta poate fi unica (varianta cu pietris margaritar), pierduta, combinata.

3. din punct de vedere al nivelului apeiin sonda:

sonde de apa cu nivel liber (in acvifere fara presiune);

sonde de apa cu nivel ascendent (in acvifere cu presiune), cu nivel care urca deasupra stratului acvifer;

sonde de apa cu nivel artezian, cu nivel care depaseste suprafata solului.

4. dupa modul si gradul de de deschidere a stratului acvifer:

sonde de apa perfecte- sonda hidrodinamica perfecta are lungimea filtrului egala cu grosimea stratului si in timpul extragerii fluidului nu exista pierderi de presiune la intrarea apei din strat in sonda;

sonde de apa imperfecte

5. dupa modul de amplasare:

sonde de apa singulare, sunt sonde obisnuite, al caror scop este determinarea nivelului hidrostatic, a debitului specific si a posibilitatilor de exploatare;

sonde de hidroobservatii, au rol in determinarea nivelului hidrostatic, se tubeaza provizoriu cu diametru mic;

sonde centrale cu sateliti, folosite pentru determinarea caracteristicilor hidrogeologice pentru mai multe orizonturi acvifere. Sonda centrala se executa in carotaj mecanic continuu, urmat de carotaj geofizic. Se tubeaza pentru orizontul acvifer apropiat de talpa sondei. Satelitii se executa in sapa pentru orizonturile superioare.

grup de sonde hidrogeologice, se executa pentru a urmari raza de influenta. Dintr-o sonda se extrage apa si se urmareste evolutia nivelului in celelalte sonde.

4.2. Saparea sondelor hidrogeologice

Pentru executarea gaurilor de sonda la forajul hidrogeologic se pot folosi urmatoarele metode de foraj: manual, cu snec, percutant si rotativ.

Forajului rotativ aplicat la sonde hidrogeologice prezinta particularitati in privinta circulatiei fluidului de foraj. Circulatia poate fi directa si inversa. Circulatia directa se aplica la forajele cu diametru normal. Pentru saparea sondelor hidrogeologice cu diametru mare se utilizeaza circulatia inversa (prin exhaustare, aerlift).

a.  Circulatia inversa prin exhaustare presupune absorbtia fluidului de foraj din interiorul garniturii de foraj cu ajutorul unei pompe centrifuge.

b. Circulatia inversa prin aerlift consta in introducerea in interiorul prajinilor de foraj a aerului sub presiune, prin tevi de aer cu o anumita submergenta. Aerul antreneaza fluidul de foraj spre suprafata si odata cu el si detritusul. Prin capul hidraulic, special construit, se introduce aerul in tevile de aer, care sunt in lichid pe o lungime stabilita. Metoda se aplica dupa ce s-a sapat o anumita adancime din sonda (10-20m).

4.3. Constructia sondelor hidrogeologice

Programul de constructie al unei sonde hidrogeologice se face functie de acviferele ce urmeaza a fi exploatate.

Alegerea si introducerea filtrului la nivelul acviferului si punerea in productie, este operatiunea care stabileste calitatea executarii sondei. Adancimea pozarii filtrului se face dupa corelarea carotajului mecanic cu carotajul geofizic. Filtrele sunt confectionate din burlane de foraj, din beton poros, material plastic, sarma, sau tabla stantata.

Coloana filtranta este coloana de burlane perforata in dreptul acviferului. Ea poate fi: unica, combinata, cu filtru mobil si pierduta.

Coloana filtranta unica este o coloana egala ca dimensiune cu adancimea sondei si diametrul filtrului egal cu al coloanei de prelungire.

Coloana filtranta combinata, are lungimea egala cu adancimea sondei, iar diametrul filtrului este mai mic decat al coloanei de prelungire.

Coloana filtranta cu filtru mobil este coloana la care, in in interiorul coloanei filtrante unice sau combinate se introduce un alt filtru.

Coloana filtranta 'pierduta' are lungimea mai mica decat adancimea sondei si nu ajunge la suprafata, doar in interiorul coloanei de burlane tubate anterior. Izolarea celor doua coloane se face cu un dispozitiv de etansare. Coloanele filtrante se confectioneaza din burlane , PVC, rar ciment poros.

Coloana filtranta este alcatuita din: filtru, decantor, coloana de prelungire. Anexele coloanei filtrante sunt dispozitivele de etansare (la coloane filtrante pierdute), dispozitive de lansare (la coloane filtrante pierdute), dispozitive de protectie si centrorii.

Filtrele sunt elementul cel mai important al coloanei filtrante deoarece influenteaza calitatea si cantitatea apei, precum si buna exploatare a sondei. Cele mai utilizate sunt filtrele din burlane metalice: simple, cu tesatura metalica si cu pietris margaritar, precum si material plastic slituit.

Filtrele simple se confectioneaza din burlane metalice, in varianta cu slituri, cu fanta, si se dimensioneaza functie de granulometria orizontului acvifer, sau de diametrul pietrisului margaritar introdus in spatele filtrului.

Filtre cu tesatura metalica se confectioneaza cu tesatura metalica aleasa corespunzator analizei granulometrice a nisipului acvifer. Se foloseste un burlan carcasa, in care se executa perforatii cu sectiune circulara, sau dreptunghiulara. Se matiseaza burlanul cu sarma la 2-3 cm. Se imbraca apoi burlanul cu tesatura metalica aleasa si se infasoara peste ea sarma, pentru a o proteja la transport si la introducerea in sonda. Spirele se cositoresc sa nu existe riscul desfacerii lor in timpul diverselor operatii.

Filtre cu pietris margaritar se realizeaza in sonda, sau la suprafata (se introduce pietris margaritar intre doua filtre simple, metalice, concentrice). Pentru filtrele executate in gaura de sonda, se introduce pietrisul de la suprafata in spatele coloanei filtrante, in circuit ascendent sau descendent.

Decantorul este partea inferioara a coloanei filtrante si este construit in scopul decantarii nisipului intrat in sonda. Este format dintr-un burlan neperforat, solidar cu carcasa filtrului. Forma lui depinde de roca pe care se aseaza (inchis la partea inferioara, daca se aseaza pe nisip, deschis, daca se aseaza pe marna), metoda de foraj si adancimea forajului.

Coloana de prelungire este coloana de burlane care se gaseste deasupra ultimului filtru si care ajunge la suprafata, sau 10m in interiorul altei coloane, in cazul coloanelor filtrante pierdute.

Anexele coloanei filtrante

Dispozitivul de etansare se foloseste la coloanele filtrante pierdute pentru etansarea spatiului dintre coloana filtranta si coloana definitiva.

Dispozitiv pentru protectia coloanei filtrante se utilizeaza pentru inchiderea coloanei filtrante la forajele de hidroobservatii.

Cap de coloana pentru sonde cu nivel artezian permite dirijarea apei iesite la suprafata.

Niplu de cimentare se utilizeaza la sondele la care este necesara cimentarea deasupra filtrului pentru a izola acviferele superioare.

Cap de cimentare este folosit pentru executarea operatiei de cimentare si asigura legatura cu agregatul de cimentare.

Centrori pentru burlane se folosesc pentru obtinerea unui inel de ciment, sau de pietris margaritar corespunzator.

4.4. Valorificarea forajelor hidrogeologice 

Forajele hidrogeologice sunt utilizate pentru drenarea si asecarea apelor subterane, precum si pentru utilizarea apelor subterane in scopuri industriale sau alimentare. Debitul unei sonde poate scadea din motive variate. Exceptandu-le pe cele privind posibilitatile acviferului, alte cauze pot fi: continutul mare de coloizi in noroiul de foraj, cantitati mari de nisip, care poate colmata filtrul, depunerile de saruri, care micsoreaza orificiile.

Punerea in productie a unei sonde se face in trei etape: decolmatarea, denisiparea si pomparile experimentale.

Decolmatarea este prima faza de punere in productie pentru sondele la care acviferul a fost traversat cu noroi de foraj.

La sondele pentru apa, daca acviferul nu a fost traversat cu fluid de foraj, nu este necesara operatia. La sondele arteziene schimbarea noroiului cu apa este suficienta. La sondele cu nivel liber sau la cele cu nivel ascensional se schimba noroiul cu apa si se extrage apa din sonda prin lacarit. Prin aceasta operatie se obtine o denivelare sub nivelul hidrostatic, se creaza o diferenta de presiune, conditie necesara fluxului de apa spre sonda. Daca aceste operatii nu dau rezultate se trece la pistonare.

Operatiile componente ale decolmatarii sunt :

Spalare interioara si exterioara a filtrului pentru eliminarea noroiului de foraj din sonda. Se introduce apa curata prin prajini, care iese prin parte inferioara a decantorului si prin spatele coloanei filtrante. Circuitul prin spatele coloanei filtrante se executa pana la obtinerea apei curate in circuit si nu mai mult, deoarece apa va patrunde in acvifer.

Lacaritul este operatia care consta in extragerea apei din sonda cu ajutorul unei linguri, introdusa in coloana filtranta cu ajutorul unui cablu. Lingurile de lacarit sunt confectionate din burlane cu supapa in forma de disc, sau bila. Lungimea lor este de 1,5-2m. Se introduce lingura in filtru, chiar si atunci cand nivelul apei este mult mai sus, pentru a desfunda mai usor filtrele prin aspiratie provocata in dreptul lor.

Pistonarea se excuta prin coborarea in sonda a unui piston, care prin miscari de urcare si coborare curata filtrul. La ridicarea pistonului se creaza o depresiune si apa patrunde in sonda, iar la patrundere are loc o presiune asupra coloanei de apa, care patrunde in acvifer.

Denisiparea este a doua faza de punere in productie si presupune pomparea in care particulele mici de nisip sunt extrase si eliminate din stratul de apa, iar particulele mari raman in jurul filtrului formand filtru natural. Acest filtru natural va proteja ulterior, la pomparile de exploatare si experimentale, filtrul introdus in sonda.

Denisiparea se face cu ajutorul instalatiei aerlift, la care utilajele principale sunt compresorul si pompa de aer comprimat (Mamuth).

Pomparea experimentala si testarea au acelasi scop si anume determinarea debitului in functie de denivelare, urmarindu-se in acelasi timp nivelul apei in sondele vecine, pentru determinarea razei de influenta. Pomparea si testarea si se fac prin metode diferite (aerlift si submersibile). Parametrii obtinuti sunt folositi in stabilirea tipului de pompa submersibila utilizata pentru exploatare.

Operatiile din timpul testarii sunt urmatoarele:

deschiderea pomparii - se fac probe cu pompa submersibila pentru cunoasterea debitului si a denivelarii circa 24 ore.

Testarea de eficacitate - se excuta 4 reprize a 6 ore, cu debite diferite, dar constante la o denivelare si egala ca durata. Dupa fiecare denivelare se fac masuratori pentru restabilirea nivelului hidrostatic.

Testarea de performanta - se pompeaza 100 de ore cu debit maxim al utilajului pentru stabilirea regimului de curgere. Dupa terminarea testarii de performanta se fac masuratori privind revenirea nivelului hidrostatic.

Pentru punerea in productie a unor sonde de alimentare cu apa potabila, se recolteaza probe de apa pentru analize fizico-chimice si bacteriologice.