Vrták je věc kopat díru (nazývaný také „dobře“ v oblasti zkoumání) v Zemi . Vybavení vrtu, jako jsou kryty, a obecně technické prostředky pro kopání, se liší podle jeho velikosti a jeho cílů. Děláme, abychom hledali a / nebo využívali podloží . Například jsou vrtány vrty pro:
Technické prostředky implementované se značně liší: od ruční vrtnou soupravu , ke světlu a mobilní vrtné soupravy pro vrty na méně než 10 metrů , na pevnině zařízení s olejem dobře nebo na ropné plošině pro využití. Offshore ropnou společnost .
V roce 2014 vědecká studie oficiálních údajů z Austrálie , Rakouska , Bahrajnu , Brazílie , Kanady , Nizozemska , Polska , Velké Británie a Spojených států ukázala, že pouze v těchto zemích již byly vyvrtány více než čtyři miliony vrtů na pevnině. Jakmile je provoz ukončen, velmi málo z nich je monitorováno a pravidelně jsou pozorovány ztráty pláště nebo integrity celistvosti.
Prakticky ve všech případech poskytuje vznětový motor sílu potřebnou pro vrtání. Energie se poté dodává buď elektřinou, nebo mechanicky. V případě hlubokých vrtů se nejčastěji používají elektrické generátory poháněné vznětovým motorem. „Elektrická“ možnost má mnoho výhod, mimo jiné snížení hluku a jednodušší organizaci pracoviště.
Motory, které poskytují mechanickou energii, jsou připojeny buď k otočnému stolu, který přenáší pohyb na čtvercovou tyč [jak název napovídá, je čtvercový nebo šestihranný, aby umožnil jeho otáčení; tato tyč je spojena s vrtacími tyčemi pomocí opotřebitelné tvarovky, která přenáší pohyb na vrtací nástroj ( bit v angličtině)], nebo s rotující hlavou ( poháněná otočná ), která přenáší pohyb přímo na vrtací tyče.
Rotační systém typicky zahrnuje vstřikovací hlavu, hnací tyč, která prochází otočným stolem a která je spojena s vrtnou strunou (in) (nebo vrtací strunou) a na konci sloupu s vrtákem na nástroje kopajícím zem. Hnací tyč, a tím i vrtací kolona, a vrtací nástroj, se všechny otáčejí otočným stolem a úhlovou částí sloupu, která je na úrovni stolu, nebo pokud stůl není prostředkem otáčení vrtačky, pomocí vstřikovací hlava, která slouží také k pohonu kolony.
Podšívku lze definovat „všemi trubkovými materiály spuštěnými do studny, s výjimkou obalů“.
Turboforing je varianta rotačního vrtání. V něm se vrtné trubky neotáčejí a vrták je upevněn přímo pod turbínou, která se otáčí vrtnou kapalinou (kalná voda). Turboforage vyvinula společnost Neyrpic a zařízení uváděné na trh od roku 1956 pod obchodním názvem Neyfor. Rychlejší, ale mnohem dražší než rotační vrtání, turbo-vrtání se rychle omezuje na konkrétní použití, zejména na moři .
Vrtná struna je řada šroubovaných tyčí dohromady, obvykle standardních velikostí. Přidávání prutů za pochodu vám umožní postupovat hlouběji. U středních a velkých vrtných souprav byla velikost tyčí standardizována a jejich průměr je 9,5 m . Tato standardní velikost může znít bastard, ale ukazuje se, že byla definována podle standardů API a odpovídá délce 30 stop .
Vrtné tyče jsou vzájemně propojeny standardizovanými závity. Průměr tyčí je u tvarovek větší, aby je posílil a chránil před opotřebením.
Pro vrtáka je vrtací nástroj na konci vrtacího řetězce jedním z klíčů k jeho činnosti. Nástroj musí být vybrán z katalogu tak rozmanitého, jak jen může litografie narazit. Zatímco nástroj kladivového typu může rozbít pevnou horninu, při kopání hlíny bude neúčinný, na rozdíl od šneku a nástrojů zrnitosti.
V závislosti na průměru může nástroj vážit od několika kilogramů do několika set kilogramů. Existují různé typy vrtacích nástrojů:
Tyto výstružníky nejsou přísně vzato nástroje hlavy, protože je lze namontovat vedle hlavní nástroj. Účelem výstružníků je zvětšit díru nebo jednoduše seškrábat okraje a někdy zhutnit dno díry. Proto se rozlišuje mezi výstružníky zhutňovače ve formě hrotu, otevřeného lopatkami nebo válcového, stupňovitého atd.
Tricone
Trilame
Tricones
Tricone
Tricone
Tricone
Tricone
Tricone
Tricone
Slovo derrick používané v ropném poli označuje dřevěnou nebo kovovou věž podporující vrtací zařízení ropného vrtu . Anglické slovo nejprve označovalo šibenici nebo šibenici a pocházelo od Thomase Derricka (en) , slavného popravčího z Tyburnu , hlavního místa hlavních poprav anglických zločinců. Obecněji pak označuje zdvihací zařízení . V XIX th století , ve francouzštině, termín je aplikován na rámu nosnou plošinu v zemi ropné plošiny.
Tekutiny ve vrtu, je klíčovým prvkem, protože se evakuuje řízky, které se hromadí na dně studny, stabilizuje stěny vrtu, když je stále ještě „holé“ (bez pláště ), a nakonec se může také mazání a ochlaďte nářadí v provozu. Volba kapaliny tím nekončí: podzemní voda (někdy pitná) může být kontaminována některými použitými kapalinami.
K evakuaci vrtaných odřezků musí buď kapalina cirkulovat velmi rychle (stlačený vzduch), nebo kapalina, pak kapalina, musí mít hustotu a viskozitu pravidelně kontrolovanou vrtákem. Nastavení těchto parametrů se provádí přidáním bentonitu a polymerů na viskozitu, jako je baryt , mravenčan, cesia nebo soli z sodíku nebo draslíku pro hustotu. Problém vypouštění řízků nezávisí pouze na vlastnostech kapaliny - další faktory, které je třeba vzít v úvahu, jsou tlak a průtok, které jsou na ni vyvíjeny, plocha vypouštěcího sloupce a ztráty.
Různé vrtné kapaliny jsou:
Cirkulace vzduchu se provádí pomocí kompresoru na stlačený vzduch a výkon kompresoru bude záviset na hloubce vrtání. Kal je naproti tomu odesílán pomocí speciálních čerpadel. Jeden volá tekutinu v přímém oběhu , to, která klesá sestupně pomocí vrtací struny, a tekutinu v opačném oběhu , která klesá sestupně prstencovým prostorem. Reverzní oběh má několik výhod:
„Ztráta tekutin“ obvykle naznačuje přítomnost zlomenin nebo jiných dutin v projížděném terénu. Ztráta kapaliny obvykle vede ke snížení tlaku, což může vrtáku způsobit velké problémy.
Schéma vrtu v přímém oběhu
Schéma vrtání s reverzní cirkulací
Zveřejněte buď 3x8 ( Francie ), nebo 2x12 (další země)
Vrtná souprava nebo vrtná souprava
více :
více :
Ovládání erupcí ze studny vyžaduje blokovací blok skládající se z ventilového systému. Této kontroly lze dosáhnout zadržením příchodů v jamce (uzavřením) nebo odstraněním této jamky. V případě vrtání oleje musí těsnicí blok umožňovat dosažení následujících bodů:
Ve velmi chladném podnebí, jako v Quebecu , nesmí zamrznout hlavní funkce vrtacího systému; k tomu je nezbytný topný systém. Typický systém se skládá z naftového ohřívače vody a sítě potrubí spojujících ohřívač vody s různými jednotkami vrtu. Stejný systém lze použít pro potřeby pracovníků pracoviště.
Vodicí trubka je téměř ve všech případech nezbytná a lze ji definovat jako trubku, která izoluje celou studnu od okolní půdy a která během operací obsahuje vrtnou kapalinu.
Mezilehlé pouzdro je volitelné a lze jej definovat jako „pouzdro instalované ve studni po instalaci a uvnitř povrchového pouzdra a ve kterém lze provádět následné vrtání uvnitř jamky“.
Výrobní plášť izoluje výplatu od operačního systému (čerpadlo a tyče). Toto pouzdro je cementováno v pouzdru, alespoň v dolní části vrtu, pokud je použito mezilehlé pouzdro.
Filtry jsou pláště mající mezery umožňující tekutině procházet z pláště. Existuje široká škála sítových materiálů a vzorů.
Bota je umístěna na konci výrobního pláště nebo sítka. Předpokládá se vytvoření mrtvé zóny z hlediska oběhu při čerpání nebo vstřikování. Umožňuje sedimentaci částic a oddělení od oběhu předmětů, které by nechtěně spadly do kolony.
Cement je základním doplňkem pro instalaci a dobré chování kovového sloupu. Jeho účelem je utěsnit studnu s ohledem na překřížené geologické útvary a zajistit lepší mechanickou odolnost konstrukce. Plášť studny má potom všechny vlastnosti železobetonové konstrukce, ocelový sloup má dobrou pevnost v tahu a cement nabízí navíc dobrou pevnost v tlaku. Tmelení hluboké studny je choulostivá operace. Probíhá během operace dokončení vrtání a provádějí ji specializované společnosti. Injektážní malta portlandského typu se injektuje na dno studny a stoupá za sloupem k hlavě studny. Ztuhnutí cementu je exotermická reakce, která de facto způsobuje smršťování, které může v případě potřeby vést ke špatné adhezi cementu k ocelové stěně sloupu. Je tedy třeba zkontrolovat toto mezikruží, stejně jako zbytkové kanály a plášť opravit sekundární cementací. Tato kontrola na místě se provádí pomocí odložených protokolovacích nástrojů akustického typu, jako je CBL (Cement Bond Log) nebo VDL (Variety Density Log), sektorově nebo ne. Tyto protokoly, i když jsou povinné, se ne vždy provádějí systematicky a mohou být mimo jiné příčinou závažných havárií (viz horizont Deepwater). Od roku 2017 jsou také nabízeny elektrodynamické auskultační nástroje využívající suché vázané snímače (EMAT). Kontrola cementování pomocí koroze může být také součástí většího programu monitorování integrity studny v průběhu času.
Z ekonomických, zdravotních nebo ekologických důvodů musí většina vrtů podléhat prohlášení, povolení nebo dokonce studii dopadu , a to i v některých zemích individuálních vrtů.
Tedy ve Francii od té doby 19. května 2009, by měli jednotlivci hlásit své vrty radnici nebo na webu věnovaném domácím vrtům . Od té doby1 st 01. 2009, prohlášení musí předcházet zahájení prací nejméně o jeden měsíc a stávající studny nebo stavby v 31. prosince 2008 musí být deklarováno dříve 31. prosince 2009 se starostou obce.
Vrtání je těžká (a někdy nebezpečná) operace, která může vést k mobilizaci velkých objemů půdy, přítomnosti strojů a vyžaduje velké množství paliva a někdy i jiných produktů, jako jsou kyseliny a jiné produkty, chemikálií a musí být implementována někdy velkým personálem. Může mít opožděné dopady v prostoru a čase.
V případě vrtu pro zásobování pitnou vodou je třeba zajistit, aby vodonosná vrstva, která bude využívána, nebyla zranitelná přítomností lokality.
V případě těžby ropy a zemního plynu nesmí těžené uhlovodíky znečišťovat hladinu podzemní vody, ovzduší a okolí.
Jakákoli významná extrakce podzemní kapaliny (voda, ropa, plyn) může vyvolat indukovanou seismicitu nebo dokonce pohyby země typu poklesu povrchu. Pokles nebo pohyby země na povrchu. Seismické dopady („ indukované zemětřesení “) jsou běžné u velkých ropných nebo plynových vrtů a při čerpání podzemní vody z nekonsolidované sedimentární půdy může dojít k poklesu.
Vrt může být velmi hlučný.
V některých případech je to povinné a lze do něj začlenit kompenzační nebo obnovovací opatření . Některé průmyslové studny musí být na konci své životnosti pečlivě utěsněny, aby se zabránilo svislému nebo vodorovnému přenosu znečišťujících látek mezi vodními hladinami nebo z povrchu do podloží.
Bezpečnost zaměstnanců závisí na velmi dobré znalosti strojů, úklidu pracoviště, s přihlédnutím k rizikům spojeným s cílem vrtání a individuální ochraně vrtáků a návštěvníků ( ochranná přilba , ochrana sluchu , bezpečnostní obuv). Ochrana, rukavice , respirátor, ochranné brýle, self dýchací přístroj , atd. ). Vrtání obvykle zahrnuje manipulaci s extrémně těžkými předměty (vrtná struna, vrtací nástroje, ponorná čerpadla atd. ), Možné výškové práce způsobené vrtacím stožárem, svařování, mechanika (motory, čerpadla atd. ), Kompresory atd. ) a elektrické připojení. Při vrtání se vytváří prach. Není také nepravděpodobné zmínit stres, který na zaměstnance dopadá: zpoždění, frustrace z nedostatku výsledků, zrychlení, únava. Tento stres musí brát v úvahu vedoucí a vedoucí týmu.
Dvěma hlavními riziky pro personál provádějící vrt jsou zapletení o pruty a poranění rukou. Volné oblečení (šály, volná trička atd.) Je obecně zakázáno a jsou doporučovány neopreny. Při manipulaci s pruty buďte opatrní při umístění rukou: nikdy nepodávejte ruce pod pruty.
V závislosti na geologii a prostředí může vrtání vrtačky a místní obyvatele vystavit nebezpečným plynům ( oxid uhličitý CO 2 , sirovodík H 2 S atd.) Kvůli jejich výbušnosti nebo toxicitě, půdě a kontaminovaným kapalinám ( na skládkách, v průmyslových areálech atd.).
Zde je neúplný seznam nejčastějších nehod:
Existují dva typy ztrát:
Tyto ztráty pocházejí převážně z trhlin ( příslušné útvary zlomila) a dutiny ( krasové ) ke kterým v průběhu vrtání.
Neverticita otvoru (viz odchylka), sesuvy půdy a rozbité nebo dislokované trubky jsou možné příčiny přilepení sondovacích tyčí v otvoru. Předměty, které spadnou do díry a křehké části sloupu, které se zlomí, mohou také vést k přilepení tyčí.
Vnitřní závit a vnitřní závit se mohou navzájem zaseknout. Poté je nutné k odšroubování dvou prvků použít obzvláště výkonné stroje s použitím hydraulických zvedáků.
Často kvůli tomu, že geologické útvary mají určitý pokles , je odchylka vrtů zcela běžná. Nejprve je nutné zajistit svislost vrtacího stožáru, který slouží jako vodítko pro vrtací strunu. V případě potřeby lze sklon stožáru upravit tak, aby došlo k nápravě odchylky. Neverticita vrtu je nežádoucí, s výjimkou kontextu směrového vrtání , jádrového vrtání a geotechniky .
Sesuv půdy je velmi častým problémem v oblastech, kde je pokryv poměrně silný (zvětrávání přesahuje 15 metrů). tato nekonsolidovaná formace se nevyhnutelně zhroutí vlivem vibrací z vrtačky. K nápravě používáme PVC nebo kapaliny, jako je bentonit, polymer CR650 ...
Úmyslně nebo ne, může vrták ztratit část vrtacího řetězu. Příčiny mohou být různé: tyč může být odšroubována nebo musí být odšroubována nebo zlomena, aby byla znovu sestavena.
Záchranné nástroje se používají k zavěšení a opětovnému sestavení vrtací struny nebo jiných kousků, které se uvolnily a spadly nebo se zasekly ve vrtu.
Horizontální vrtání je technika, strojírenství pro průchod potrubí a kabelů pod překážkami (silnice, budovy, řeky, atd ), bez zasahujících přímo na tyto překážky. Bude tedy možné provádět vodorovné vrtání kolmo k ose vozovky pod její konstrukcí, aby skrz ni procházely trubky, aniž by bylo nutné vytvářet příkop, který by poškodil konstrukci vozovky.
Zaměřeného vrtání ( směrové vrtání ) hluboce je nová aplikace vyžadující výkonné počítače. Díky směrovému vrtání se stávají přístupné zdroje, které bylo obtížné dosáhnout při konvenčním vrtání kvůli geologickým překážkám (tvrdohlavé litologie). Ropný a plynárenský sektor jsou hlavními žadateli o směrové vrty, včetně mnohostranných vrtů, zejména pro těžbu břidlicového plynu , po hydraulickém štěpení břidlicových geologických útvarů . U těchto vrtů se odhadovaný směr odhaduje pomocí modelování nebo monitorování.
Offshore vrtání se provádí na moři. Speciálně vybavené lodě , jako je rezoluce JOIDES nechte dno oceánu se vrtají do značné hloubky.
Technika známá jako Casing drilling byla vyvinuta a patentována kanadskou společností Tesco Drilling Technology . Tato metoda spočívá v použití trubek - které vytvoří stěny studny - jako vrtných trubek; jedná se tedy o duplikaci stejné trubice. Výhody jsou obecně mnohonásobné: úspora času, vrtání v prostředích s celkovým potenciálem ztrát ( plášť se obecně umístí do této oblasti).
Tato metoda se používá po celém světě na určitých polích v západní Africe , aby se dosáhlo podstatné časové úspory povrchových fází. Lze uvést další příklady jako v Alžírsku ve spolupráci s alžírskou společností EPE Steppe Forage v Laghouatu v oblasti Batna „Amdoukel“. Vrt provedený touto technikou dosáhl hloubky 650 m .
Metoda Odex, původně vyvinutá společností Atlas Copco , se řídí metodou kladiva DTH a navíc obsahuje ocelovou trubku, která sedí nad excentrickým výstružníkem nebo botou o něco širší než trubice. Tato trubka tvoří vnější plášť vrtu. Energie nárazu kladiva a vlastní váha trubky zatlačí trubku do díry. Odex se skládá ze tří výsuvných částí tvořících vrtací nástroj. Jucon se skládá ze čtyř výsuvných částí a je jinak velmi podobný Odexu.
Tato technika ( Coiled tubing (en) ) umožňuje odvíjet kontinuální trubku (budoucí vnější trubku konstrukce) s postupem hlubokého vrtání. Kontinuální trubka je navinuta na válec a je vstřikována nebo tažena obloukovou strukturou (obloukem) zanořenou do studny, na které jsou namontovány řetězy s velmi velkými články, které umožňují působení tlaku, ovládaného hydraulickými válci. Průchod kontinuální trubice obloukem a tlak vyvíjený na tento oblouk, který jej injektuje nebo vytáhne z otvoru, urychluje jeho stárnutí. Toto stárnutí je mimo jiné ovlivněno poloměrem vstřikovacího oblouku. Technika svinutých trubek má mnoho výhod, zejména při výrobě nevyváženého vrtání a směrového vrtání. Tato technika je však někdy nákladná, zejména pokud zařízení zůstává nepoužívané, zatímco instalace krytu může být (proti všem očekáváním) pomalejší ve srovnání s tradiční instalací.
Cílem hluboké vrtání, jako je tomu v KTB programu ( (en) Kontinentales Tiefbohrprogramm der Bundesrepublik Deutschland (en) ), který dosáhl 9,800 m v Německu nebo o 12 km SG3 vrtání v poloostrově Kola (Rusko), je dostat se do znát litosféru lépe a dosáhnout přechodové zóny mezi kůrou a horním pláštěm : Moho (diskontinuita Mohorovičić).
Pokud tyto vrty umožnily potvrdit strukturu a složení kůry nebo vysledovat regionální seismické profily , bohužel dosud neumožnily dosáhnout tolik vyhledávané podkladové vrstvy. Bylo tedy možné měřit například to, že teplota hornin dosahuje v hloubce 10 kilometrů kolem 300 ° C.
Vzhledem k tomu, že oceánská kůra je tenčí než kontinentální desky , objevilo se několik projektů oceánského vrtání, MOHOLE, pak DSDP (1968-1983) ve Spojených státech, poté mezinárodní programy jako ODP (1985-2003) a IODP (2003) -2013) . Doposud se žádnému plavidlu dosud nepodařilo vyvrtat do diskontinuity Mohorovičić.
Vrtné otvory zaměřené na odběr vody mohou v závislosti na jejich důležitosti vyvolat „kužel čerpání podzemní vody“ nebo dokonce pokles hladiny podzemní vody a piezometrické hladiny , nebo dokonce vyčerpání vodní hladiny zmizením zdrojů nebo řek či oblastí mokrý . Stejně jako většina forem využívání přírodních zdrojů jsou také obecně regulovány. Významné čerpání může podporovat přenos znečišťujících látek prostřednictvím horizontálních pohybů útvaru podzemní vody nebo vertikálním sestupem vody. Z těchto důvodů mohou být povinné ochranné obvody „ povodí “ kolem povodí pitné vody , jakož i opatření na ochranu povodí . Ve většině zemí musí být jednotlivé, zemědělské nebo průmyslové vrty prohlášeny a mohou podléhat dani.
Uphole (nebo seismický odstranění jader ) je geofyzikální metoda .
Princip spočívá v umístění zdroje do vrtu (výbušnina, vzduchová zbraň, jiskra atd.) A zaznamenání prvních příchozích na povrch pomocí seismografu a geofonů.
Interpretace dat umožňuje navrhnout profil rychlosti / hloubky.
Metaanalýza 25 studií, které se zaměřily na problémy s úniky pláště z těžebních a injektážních vrtů (aktivní, neaktivní a / nebo opuštěné vrty, na pevnině i na moři , v konvenčních nebo nekonvenčních zásobnících) ukázaly, že ztráty integrity jsou častější, než si lze představovat (riziko se liší podle typu vrtání a stáří vrtů). Z 8 030 nedávných vrtů provedených v břidlici Marcellus a kontrolovaných v Pensylvánii v letech 2005 až 2013 tedy 6,3% vykázalo alespoň jeden únik. Monitorování 3 533 jamek v Pensylvánii v letech 2008–2011 odhalilo poruchy v plášti cementu nebo oceli 85 a čtyři z těchto vrtů měly výpadky a dva velké úniky plynu. Ve Velké Británii bylo v letech 1902 až 2013 v konvenčních nádržích vyvrtáno 2 152 uhlovodíkových vrtů (na souši, to znamená na souši) ; a pro 143 aktivních vrtů, které jsou na konci roku 2000 stále ve výrobě, „existují důkazy o selhání integrity vrtů“ . Anglické právo vyžaduje rehabilitaci každé studny po ukončení provozu, ale u 65,2% těchto lokalit již neexistují důkazy o jejich přítomnosti na povrchu a neprovádí se žádné monitorování; navíc u 53% z nich není vlastnictví vrtu (a tedy ani související odpovědnost) jasné (50 až 100 z těchto vrtů by bylo osiřelými místy). U starých vrtů se situace jeví ještě vážnější (např. Studie (2005) ukázala, že 70% pobřežních vrtů z ropného pole Santa Fe (objeveno v roce 1921 v Kalifornii) vykazuje ztrátu integrity (pozorování bublin plynu stoupajících k Poslední vrtání má vodorovné úseky, ale podle zprávy kanadského parlamentu je „kvalitnější cementování všeobecně považováno za obtížnější, když je kryt nakloněn (například do vodorovných vrtů)“ , a hluboké injekce pod vysokou tlak může být sám o sobě zdrojem zemětřesení způsobených člověkem (o síle 4 až 4,7 například v Ohiu).