1. No category

5.12.2012
EUROPEAN REGIONAL
DEVELOPMENT FUND
Projekt GEO.POWER
Vrtalna dela v plitvi geotermiji
Ratimir Benček, Hidroinvest d.o.o
2. Lokalni forum 4.12.2012
SISTEM OGREVANJA VODA
- VODA (ODPRTI SISTEM)
SISTEM OGREVANJA ZEMLJA –
VODA (ZAPRTI SISTEM)
1
5.12.2012
METODE VRTANJA
Glede na način cirkulacije izplačnega fluida, vrtanja delimo na:
2
5.12.2012
DLETO ZA
OBS
KRILNO DLETO
KOTALNA DLETA
ŠPIRALA IN DLETA ZA ŠPIRAE
DLETO ZA
GLOBINSKO KLADIVO
VRTANJE S SPROTNO CEVITVJO
(overburden system drilling)
GLOBINSKA KLADIVA
EKSCENTRIČNO
DLETO ZA
OBS
KRILNO DLETO ZA OBS
Mediji za izpiranje – izplake
Naloga medijev za izpiranje-izplak je:
transport navrtanine s trenutnega dna vrtine na površino,
držanje navrtanine v stanju mirovanja,
odpuščanje navrtanine v površinskih napravah,
tvorba neprepustne obloge na steni vrtine,
preprečitev rušitev sten vrtin,
kontrola tlaka v vrtini,
omogočitev izvedbe tehničnih operacij in meritev v vrtini,
hlajenje in mazanje vrtalnega orodja v vrtini,
prenos hidravlične moči na dleto
Pri izvedbi vrtin najpogosteje koristimo kot izplako:
vodo,
bentonitne izplake,
polimerne izplake,
bentonitno- polimerne izplake,
komprimiran zrak in
pene.
Za izpolnjevanje navedenih
nalog mora izplaka imeti ustrezne
fizikalno-kemične lastnosti,
ki morajo biti prilagojene pogojem
v vrtini. Te lastnosti dosežemo oz.
vzdržujemo z dodajanjem različnih
dodatkov. Ameriški inštitut za nafto
(API) je predpisal metodologijo,
opremo in fizikalno-kemične
lastnosti, ki jih je potrebno meriti.
Pri vrtanjih na vodo se najpogosteje
meri:
gostota izplake,
reološke lastnosti,
filtracijo in debelost obloga,
vsebina peska,
pH vrednost
3
5.12.2012
Projektiranje vrtin
Projektirati vrtino pomeni:
določiti:
−
−
−
−
−
−
−
−
premere vrtanja za posamezne kolone,
premere cevi in filtrov za posamezne kolone oz. filtrske konstrukcije,
globine vgrajevanja posameznih kolon,
tehnologijo cementiranja posameznih kolon,
globine vgrajevanja filtrov,
vrsto (tip) filtrov,
vrste materialov za posamezne kolone oz. filtre in
tehnologijo vrtanja ter
dimenzionirati cevi in filtre.
Konstrukcija cevitve se začne z dimenzioniranjem eksploatacijske kolone.
Vrste kolon
uvodna kolona
tehnična kolona
Filtrska konstrukcija oz. eksploatacijska kolona
Izgubljena (liner) kolona je tehnična kolona ali filtrska konstrukcija, ki delno
prekriva predhodno kolono, vendar ni vgrajena do ustja vrtine
uvodna kolona
uvodna kolona
tehnična kolona
1.tehnična kolona
Cementni
kamen
filtrska konstrukcija
2. tehnična kolona-liner
Glineno-cementni
tampon
eksploatacijska kolona
ali filtrska konstrukcija
eksploatacijska kolona
ali filtrska konstrukcija
-liner
zasip
Različne konstrukcije cevitve
4
5.12.2012
Dimenzioniranje cevi
Cevi in filtri posameznih kolon se dimenzionirajo na obremenitve, ki se javljajo v času vgradnje in operacij, kot
so:
cementacije,
nadaljevanje vrtanja,
aktiviranja in eksploatacije.
Cevi in filtri posameznih kolon se dimenzionirajo na:
Premeri cevi in filtrov
Geometrijske lastnosti (premer, debelost stene …) jeklenih cevi so podane v
− API standardu 5A, 5AC in 5AX
− SIST EN 10220:2002-Nevarjene in električno varjene jeklene cevi - Izmere in mase na enoto dolžine
− DIN 2448 – brezšivne jeklene cevi
− DIN 2458:1981 - šivne jeklene cevi
Filtri izdelani iz jeklenih cevi so enakih dimenzij kot jeklene cevi ali pa so dimenzije podane v katalogih proizvajalcev.
Geometrijske lastnosti (premer, debelost stene …) za PVC cevi za vrtine so podane v DIN 4925
.
Materiali cevi in filtrov
za jeklene cevi v API standardu 5A, 5AC in 5AX oz. za šivne in brezšivne cevi SIST EN 10027 -Sistemi označevanja jekel
za nerjaveče jeklo SIST EN 10088-1:Nerjavna jekla - 1. del: Seznam nerjavnih jekel , USA AISI/ASTM
ZA PVC cevi in filtre DIN 4925 ( Well screens and casings of unplasticized polyvinylchloride (PVC-U) for tube wells)
Filtri
5
5.12.2012
Spajanje cevi
Varjenje
Spajanje cevi se lahko izvaja s čelnim ali kotnim elektro varjenjem.
−
Kotno varjenje se izvaja na ceveh opremljenimi s prstani (spojnico)
−
Vijačni spoji za cevi in filtre
Najpogostejši vijačni spoji za jeklene cevi so: API 8rd, API Buttress, Whithwort, različni trapezni navoji, itn.
 Vijačni spoji za PVC cevi:
Cevitev in cementiranje
 Operacija vgrajevanja cevi oz. kolone v vrtino se imenuje cevitev
 Zapolnjevanje prostora med kolono in steno kanala vrtine s cementno mešanico se imenuje cementiranje vrtine
 Za izdelavo cementne mešanice se uporabljajo API cementi ali portland cementi in različni dodatki
Naloga cementiranja je:
−
−
−
−
odvajanje posameznih prevrtanih plasti,
preprečitev komuniciranja različnim fluidom po prstanastem medprostoru,
učvrstitev kolone,
antikorozijska zaščita kolon.
 Oprema za izvajanje cementacije kolone po Perkinsu z čepi
cementaciona peta oz. spojnica z
nepovratnim ventilom
centralizerji
6
5.12.2012
Pri izdelavi vrtin v plitvi geotermiji je izvedba cementacije
po Perkinsu predraga zaradi visokih cen opreme za izvedbo
cementacije. Zaradi tega se cementacija izvaja brez vgrajene
cementacijske pete in spodnjega in zgornjega čepa.
V tem primeru vlogo nepovratnega ventila prevzame ventil,
ki je vgrajen na tlačnemu vodu.
Vrtine, v katerih se v coni filtrov vgrajuje filtrski zasip,
se vrtajo s premerom, ki je večji od premera filtrske
konstrukcije za najmanj 100 mm (4"). V tem primeru
se nadfiltrski del cementira skozi vod za cementacijo,
ki je vgrajen v medprostor vrtine.
Aktiviranje vrtin
Po cevitvi vrtine z eksploatacijsko kolono ali filtrsko konstrukcijo se vrtina aktivira. Namen aktiviranja je zmanjšati blokado oz.
poškodbe vodonosnika, ki so nastale pri izdelavi vrtine in zvišati prepustnost vodonosnika ali zasipa v coni filtrov.
Za aktiviranje vrtin se koristijo naslednje metode:




zamenjava izplake s čisto vodo,
izpiranje filtrov s pritiskom,
batiranje,
air lift
7
5.12.2012
Vrste air lifta
Testiranje vrtin
Črpalna vrtina
Po končanem aktiviranju vrtine jo je potrebno testirati, in sicer je potrebno izvesti kratkotrajni step test za ugotovitev
učinkovitosti vrtine in določitev potrebne črpalke ter optimalne količine črpanja (3 × 8 ur), kasneje pa dolgotrajnejši črpalni
preizkus (long test) v trajanju 21 dni za ugotovitev zmogljivosti vodonosnika in pridobitev dovoljenja za uporabo podzemne
vode.
Ponikovalna vrtina
Tudi ponikovalno vrtino je potrebno testirati, in sicer z nalivalnim poskusom, ki se izvede istočasno kot step-test na črpalni
vrtini.
Ureditev ustja vrtin
Ustje črpalne in ponikovalne vrtine je
potrebno
namesti v nepropusten jašek
minimalnega premera 1 m oz. 1 1 m ter
globine 1,5 m. Jašek naj bo dvignjen 0,3 m
nad okoliški teren ali opremljen z
nepropustnim pokrovom. Pokrov mora biti
opremljen z zapahom in napisom »podzemna
voda«. Dno jaška mora imeti vdolbino za
izčrpavanje vode in čiščenje.
8
5.12.2012
Vertikalni kolektorji-geosonde
Pri vertikalnih kolektorjih se toplota prenaša s cirkulacijo hladilne tekočine skozi kolektor. Toplota se oddaja v uparjalnik
toplotne črpalke ali izmenjevalec toplote. V praksi se uporabljajo:
Koaksijalni kolektor (enostaven in zložen),
Enojna "U" cev in
Ø 25-40 mm
Dvojna "U" cev.
Ø 25-40 mm
70
–
10
0
m
m
Ø 40-75 mm
50-90 mm
KOAKSIALNI
KOLEKTOR
Material kolektorjev – polietilen
ENOJNA "U"
CEV
DVOJNA "U"
CEV
Za vertikalne in horizontalne kolektorje se najpogosteje uporablja polietilen visoke gostote (High density polyethylene-PE HD).
Kemijsko in mehansko je odporen (tudi pri nizki temperaturi), fleksibilen, higiensko in okoljevarstveno neoporečen, odporen na
sončno svetlobo, lahek.
Uporablja se pri temperaturah od -40ºC do 60ºC.
Polietilenske cevi se klasificirajo po
MRS (minimum required strength) - minimalna zahtevana trdnost materiala predstavlja dolgotrajno hidravlično trdnost materiala
za dobo 50 let pri temperaturi 20 C in je izražena v MPa. Polietilen se v skladu s SIST ISO 4427 označuje:
nazivni tlak ( Pressure Nominal – PN) je maksimalno dovoljeni tlak vode v barih v ceveh pri temperaturi 20ºC. V skladu s
SIST ISO 4427 se proizvajajo cevi nazivnega tlaka PN 2,5; PN 4; PN 6; PN 10 in PN 16.
S temperaturo se maksimalno dovoljeni tlak spreminja kot je prikazano v tabeli:
9
5.12.2012
SDR (Standard Dimension Ratio – SDR)
Veliko proizvajalcev PE cevi veličino dovoljenega tlak prikazuje z
razmerjem med zunanjim premerom in debelino stene - SDR
SDR = D / s
D - zunanji premer cevi
s – debelost stene cevi
Vgrajevanje vertikalnih kolektorjev
Pri transportu in skladiščenju PE cevi
vertikalnih kolektorjev ne sme priti do
mehanskih poškodb PE cevi, iz katerih je
kolektor sestavljen in na konceh zvarjen v
zanko. Pred samo vgradnjo v vrtino se
preveri dolžina kolektorja ter se ga opremi z
utežjo. Masa uteži je odvisna od globine
vgradnje in fluida v vrtini.
Injektiranje
Po vgraditvi PE »U« cevi v vrtino se vrtina zapolni z injekcijsko mešanico skozi cev za injektiranje, ki je vgrajena do uteži.
 Injektira se od dna vrtine proti ustju.
Injektiranje je končano, ko se injekcijska mešanica pojavi na ustju vrtine.
Če pričakujemo izgube injekcijske mešanice v prevrtanih plasti, je nujno vgraditi dodatno cev za injektiranje do nivoja, na katerem se
pričakujejo izgube.
Naloga injekcijske mešanice oz. »kamna«, ki je nastal iz injekcijske mešanice je:
varovanje voda in
prenos topline med steno vrtine in PE cevjo.
Injekcijske mešanice so mešanice izdelane iz:
portland cementa,
bentonita,
cementa in bentonita,
cementa-kremenčeve mivke –bentonita
Pred injektiranjem cementne mešanice je
potrebno izmeriti:
pretočnost (marshev lijak) in
volumno gostoto (izplačna tehtnica)
injekcijske mešanice
10
5.12.2012
Kontrola kvalitete izvedbe
Kontrola kvalitete vgradnje PE cevi se izvaja skozi kontrolo pretoka vode in padca tlaka skozi posamezno zanko ter testa tesnosti
(tlačni test).
VISOKOTLAČNA
ČRPALKA
Diagram tlačnega testa za PE100/ PN 16/SDR11 (SIA 384/6)
MANOMETER
VENTIL
Začetek perioda mirovanja (60 min)
Maksimalni pad tlaka po navodilih proizvajalca
VENTIL
Konec perioda mirovanja (60 min.)
90
PE CEV
Konec glavnega testa (30 min)
Maksimalno dovoljeni pad tlaka med
6A in 6C je 0,1 bar
Odražati tlak testiranja za 10 minut
Tlak (bara)
REZERVOAR
Dvignuti tlak testiranja do maksimalnega za 10 min.
Maksimalni pad tlaka za PE 100, SDR11, PN16
je 30% od začetnega tlaka tlačnega testa
Pad tlaka 1,2 bara, začetek
glavnega testa
Meritev volumna vode
Čas (min.)
SHEMATSKI PRIKAZ TESTA TESNOSTI PE CEVI
cev tesni, če je padec tlaka med točkami C in A manjši od 0,1 bara
Geotermalni odzivnostni test (Thermal Response Test-TRT)
Iz pridobljenih rezultatov meritev se lahko izračuna
 efektivna termična prevodnosti ( eff) in
 termična upornost vrtine
(Rb).
11
5.12.2012
Zaščita okolja
Onesnaževanje okolja je možno v času izdelave vrtine ali v času eksploatacije odprtega ali zaprtega sistema ogrevanja
Za zmanjševanje možnosti onesnaževanja v času izdelave vrtin je potrebno:
delovišče pripravit tako, da je v primeru razlitja goriva in/ali maziva onemogočeno pronicanje teh v tla
(nepropustne folije pod nasutjem, nepropustne folije pod stroji, itn.),
uporabljati tehnično brezhibne stroje in opremo,
uporabljati biološko razgradljiva maziva in masti za stroje,
za mazanje globinskih kladiv uporabljati izključno biološka razgradljiva olja,
za mazanje spojev vrtalnega orodja uporabljati neoporečne biološke razgradljive masti,
za izdelavo, vzdrževanje in obdelavo izplak uporabljati materiale, ki ne obremenjujejo okolje in/ali so biološki in/ali
oksidacijsko razgradljivi,
skladiščenje maziv, olj in goriv na delovišču je mogoče samo, če je v primeru razlitja onemogočeno pronicanje v tla,
odpadna olja, maziva, različne oljne in zračne filtre ter čistilne krpe je dovoljeno odlagati v atestirane
posode pooblaščenega zbiralca,
servisiranje strojev in opreme na delovišču je mogoča samo, če je v primeru razlitja onemogočeno pronicanje olj v tla,
po končanih delih je potrebno z delovišča odpeljati vse kar je potencialni onesnaževalec okolja,
delavci na delovišču morajo biti izobraženi glede varnega manipuliranja z gorivom, olji, mazivi in mastmi
ter v primerih razlitja s postopki ukrepanja in obveščanja.
V času eksploatacije vrtin največjo nevarnost za okolje predstavljajo
delovni mediji v toplotnih črpalkah oz. v vertikalnih kolektorjih-geosondah
slabo izdelani jaški in nezaštičena ustja črpalnih in ponikovalnih vrtin
slabo cementirane kolone črpalnih in ponikovalnih vrtin
slabo cementirani vertikalni kolektorji-geosonde
12
5.12.2012
Spremljanje izvedbe in poročilo o izvedbi
Izvajanje del je potrebno spremljati ter dnevno voditi vrtalni dnevnik. V dnevniku je potrebno registrirati:
podatke o naročniku del,
lokacijo vrtanja,
oznaka vrtine,
premer vrtanja,
napredek vrtanja,
interval vrtanja,
tehnologijo vrtanja,
tip dleta,
vrsto izplačnega fluida ter njegove lastnosti,
porabo materialov za izdelavo, dodelavo in vzdrževanje izplake,
kapacitet črpalke in delovni tlak črpalke v primere vrtanja z izplako,
eventuelne izgube izplake (globina, količina, metodologija zapiranja mest izgub),
kapacitet kompresorja in delovni tlak kompresorja v primerih vrtanja z zrakom,
tip, koncentracijo in porabo penilca v primeru uporabe,
popis navrtanine,
premer, debelost stene, vrsto in kvaliteto materiala ter dolžino zaščitnih cevi,
količino cementa, dodatke cementu, vodo-cementni faktor,
količino cementa, ki se je pojavila na površini na koncu cementacije,
premer, debelost stene, vrsto in kvaliteto materiala, tip, procent odprtin ter dolžino filtrov,
tehnologijo aktiviranja vrtine ter uporabljeno opremo.
O cevitvah in cementacijah vrtine je potrebno voditi zapisnik, v katerem so podani vsi podatki o ceveh, cevitvi in cementaciji
Poročilo o izvedbi črpalne in ponikovalne vrtine
Poročilo o izvedbi vertikalnega kolektorja – geosonde
V poročilu o izvedbi črpalnih in ponikovalnih vrtinah mora biti zajeto:
podatki o naročniku del,
oznaka vrtine z letnico izdelave,
lokcija vrtine (katastarska občina, parcelna številka in koordinate ustja
vrtine),
geološki podatki o območju na katerem se izvaja vrtanje,
geološki popis navrtanine,
tehnologija vrtanja,
premeri vrtanja za posamezno kolono ter premeri cevi in filtrov,
podatki o cevitvah in razporedu filtrov,
podatki o cementacijah,
podatki o aktiviranju vrtine,
podatki o ureditvi ustja vrtine in
podatki o črpalnih in nalivalnih poizkusih z obdelavo.
Priloge poročila so:
karta območja vrtanja z lokacijo vrtine,
fotografija lokacije in ureditve ustja vrtine,
risba vrtine z litostratografskim profilom s premeri vrtanja, cevitvami
in cementiranjem vrtine,
zapisniki o cevitvah in cementacijah,
izjave o skladnosti (atest) za cevi in filtre in
izjave o skladnosti za cement in dodatke.
V poročilu o izvedbi vertikalnega kolektorja - geosonde mora biti
zajeto:
podatki o naročniku del,
oznaka vrtine z letnico izdelave,
lokcija vrtine (katastarska občina, parcelna številka in koordinate
ustja vrtine),
geološki popis navrtanine,
tehnologija vrtanja,
premeri vrtanja,
podatki o PE ceveh,
podatki o injektiranju in
podatki o testu pretočnosti in tlačnem testu.
Priloge poročil so:
karta območja vrtanja z lokacijo vrtine,
zapisniki o cevitvah in cementacijah ter vgradnji PE cevi in
injektiranju vrtine,
zapisnik o testu pretočnosti in tlačnem testu PE cevi,
izjave o skladnosti za cevi in PE cevi in
izjave o skladnosti za cement in dodatke (bentonit, mivka,
plastifikator, …).
13
5.12.2012
HVALA ZA POZORNOST
14