1 Příčiny vzniku havárií – faktory ovlivňující vznik havárií ve vrtu
2 Druhy havárií ve vrtu a způsoby jejich likvidace
2.1 Rozpojení vrtné kolony
2.2 Uváznutí vrtné kolony
2.3 Poruchy pažnicové kolony
2.4 Cizí tělesa ve vrtu
3 Havarijní nástroje a pomůcky
 

Poruchy ve vrtu a havárie

1 Příčiny vzniku havárií – faktory ovlivňující vznik havárií ve vrtu

Hlubinné vrtání je uzavřený cyklus tvořený z určitých komponentů a závislostí, jejichž dodržování v celém komplexu zaručuje teoreticky bezporuchové vrtání. Naopak již narušení nebo neznalost jedné či více závislostí tohoto cyklu může vést k havarijní situaci.

Současně je nutno zdůraznit, že základní pravidla o prevenci a předcházení vzniku havárie, včetně kvalifikované projekce hlubinných vrtů, tvoří základ maximální záruky úspěšného provedení těchto vrtů.

Z uvedeného je již zřejmé, že kvalita provedení vrtných prací a tím i jejich výsledky jsou ve velké míře závislé na překonání všech přírodních překážek při hloubení. Tyto „překážky" jsou v jednotlivých teritoriích a geologických oblastech natolik rozdílné a komplikované, že při jejich nepřekonání mohou tyto vést až k nesplnění geologického záměru, hospodářského výsledku a dokonce nikoliv ojediněle ke ztrátě celého vrtného díla.

Obecně lze říci, že základní vztahy a podmínky ovlivňující možnosti havárií při vrtání jsou tyto:

Definice havárie

Pod pojmem havárie lze v širších souvislostech rozumět takový neobvyklý stav vrtu, kdy došlo k mimořádné události z přímých nebo nepřímých příčin, a to geologických, technicko-technologických i organizačních, které narušují pravidelný a plynulý cyklus prací ve vrtu a na jejich odstranění je nutné použít speciální pracovní postupy a nástroje.

2 Druhy havárií ve vrtu a způsoby jejich likvidace

Poruchy ve vrtném provozu jsou v zásadě dvojího druhu:

  1. poruchy na povrchovém zařízení (tj. na vrtné soupravě),
  2. poruchy na vrtových zřízeních (tj. na vrtné a pažnicové koloně, na cementaci apod.).

Svou podstatou jsou obě skupiny poruch zcela odlišné, avšak vzájemně se ovlivňují, někdy jsou dokonce v příčinné závislosti. Např. porucha na čerpadle může být příčinou příchvatu vrtné kolony a pokusy o její násilné uvolnění zase mohou být příčinou poruchy na těžním zařízení vrtné soupravy.

První skupina poruch patří do kategorie mechanických poruch a její opravy jsou problematikou opravy nebo výměny poškozeného agregátu. Tato skupina poruch patří do kompetence hlavního mechanika a z hlediska vrtného technika je jejich odstranění spíše otázkou organizační než technickou.

Naopak poruchy ve vrtu jsou záležitostí vrtně-technickou a jejich odstraňování je úkolem vrtného technika ve spolupráci s geologem. Tyto poruchy lze zařadit do tří skupin:

A) Poruchy vrtné kolony

  1. rozpojení vrtné kolony (zlomení, rozšroubování, apod.),
  2. uváznutí vrtné kolony (příchvat, zaklínění apod.).

B) Poruchy pažnicové kolony

  1. rozpojení pažnicové kolony,
  2. deformace a poškození pažnicové kolony,
  3. uváznutí pažnicové kolony.

C) Cizí těleso ve vrtu.

Nejdůležitějším předpokladem pro úspěšnou likvidaci poruchy ve vrtu je její okamžité zjištění. Tento samozřejmý požadavek však ve vrtné technice není tak snadno splnitelný jako v jiných oborech. Vyplývá to z té skutečnosti, že vrtmistr nemůže svůj nástroj při práci sledovat přímo, nýbrž je odkázán na nepřímé informace. Ty se skládají z údajů měřicích přístrojů (tíhoměr, otáčkoměr, tlakoměr, průtokoměr atd.), z optických a zvukových projevů pracující vrtné kolony, rotační hlavy či rotačního stolu, motorů apod. a ze změn v proplachu vrtu.

Pozdní zjištění poruchy ve vrtu má dvě hlavní hlediska: technické a ekonomické. První z nich má na zřeteli možnost odstranění poruchy a pokračování v normální práci, druhé pak finanční ztráty, vzniklé pokračováním v práci po vzniku poruchy. Tato hlediska vystupují do popředí tam, kde zjištění poruchy není snadné, takže i za těchto podmínek lze po určitou dobu pokračovat v práci a kde se takovým přehlédnutím lze dopustit vážného ohrožení nápravných prací. Týká se to především rozpojení vrtné kolony a rozpojení pažnicové kolony.

Pro úspěch nápravných prací má rozhodující význam vedle včasného zjištění poruchy také stanovení správné „diagnózy", což v případech rozpojení je poměrně snadné, protože máme k dispozici protikus místa lomu na vytažené části kolony. V případech uváznutí vrtné kolony situace už není tak jasná, protože ji musíme posuzovat na základě pouze druhotných informací. Stanovení diagnózy by se mělo provádět velmi pečlivě na základě znalostí všech okolností a celého průběhu práce před zjištěním poruchy i po něm.

Další závažným aspektem pro nápravné práce ve vrtu je používat jen kvalitního a spolehlivého chytacího nářadí. Standardní chytací nářadí má být stálou součástí výbavy vrtné soupravy.

Úspěch nápravných prací ve vrtu je do značné míry podmíněn i znalostí rozměrů všech zařízení, která do vrtu zapouštíme. Tento požadavek se plní, zejména pokud se týká vrtné kolony a pažnic, protože vrtmistr je povinen zapisovat délky, vnější i vnitřní průměry korunek, jádrovnice, spojníků, přechodů, zátěžek, stabilizátorů, které do vrtu zapouští. Méně péče se věnuje měření mimořádných zařízení zapouštěných do vrtu, jako jsou karotážní sondy, jejich zátěžky, inklinometry apod.

Ve vrtné technice platí více než v kterémkoliv jiném odvětví průmyslu požadavek prevence, k čemuž slouží nedestruktivní defektoskopie trubního materiálu (vrtných trubek a pažnic), používání kvalitních výplachů apod.

2.1 Rozpojení vrtné kolony

Rozpojení vrtné kolony je jedním z nejčastějších případů poruch ve vrtu. Může k němu dojít rozšroubováním spojovacího závitu, vytržením ze závitu, utržením nebo překroucením vrtné trubky nebo únavovým lomem vrtné trubky nebo závitu. K rozpojení vrtné kolony může dojít za různých okolností a to:

Z okolností, za nichž k rozpojení došlo, vyplývá jeho charakter a z něho pak také nejvhodnější způsob nápravy.

Ujetí a rozšroubování vrtné kolony při zapouštění je typickým případem nedbalosti vrtné osádky. Vznikne nedbalým dotahováním nebo vůbec nedotahováním závitových spojů, popř. nedbalým usazováním vrtné kolony do svěr či klínů. Není častým jevem.

Utržení a ukroucení vrtné trubky je dnes už také řídkým jevem, protože jak materiál vrtných trubek, tak výpočetní a kontrolní metody dávají záruku poměrně bezpečnému provozu. Rovněž vytržení ze závitu je dnes už méně časté.

Naproti tomu zlomení vrtné trubky je jevem dosti častým a má svou příčinu v únavě materiálu, vyplývající často z opakujících se ohybů vrtné trubky např. v ohybu vrtu nebo v kaverně. V prvním případě je trubka napínána určitým tahem a přitom přehnuta přes ohyb ve stěně vrtu. Otáčením se trubka opotřebovává po celém obvodě a je namáhána ohybovým napětím ve všech radiálních směrech v rozmezí od minus maxima do plus maxima. Druhý případ představuje trubku stlačovanou určitým osovým tlakem, vybočující jednou vlnou do kaverny. Třením o stěnu vrtu se trubka opotřebovává jen v jednom místě svého obvodu a to tam, kde se dotýká stěny kaverny. Přitom je namáhána určitou ohybovou silou. Toto namáhání však svůj směr nemění a kolísá od plus minima do plus maxima.

2.2 Uváznutí vrtné kolony

Tento druh poruch je ve vrtné technice dosti častý a mnohdy se paušálně označuje jako příchvat. Nezřídka se však pod tímto názvem skrývá jiný druh zachycení vrtné kolony ve vrtu, které má naprosto jiný charakter a proto také naprosto jiný postup při jeho zmáhání. Existují tyto hlavní druhy zachycení, které se od sebe výrazně liší jak příčinou a průběhem vzniku, tak i projevy a způsobem zmáhání:

Pro úspěch uvolňovacích prací ve výše uvedených případech má stanovení správné diagnózy mimořádný význam, protože uvedené typy uváznutí se svým projevem jen málo liší, ale způsobem odstranění se liší značně. Základním rozlišovacím činidlem je cirkulace výplachu. Je-li tato možná, lze použít metod hydraulických (např. proplachování), fyzikálně-chemických (např. vodní či ropné lázně) nebo chemických (např. kyselinové lázně). Není-li cirkulace možná nebo nemají-li uvedené metody úspěch, používá se zvláštních mechanických prostředků a přípravků.

2.3 Poruchy pažnicové kolony

Havárie pažnicových kolon jsou stále řidším jevem ve vrtných provozech, což souvisí zejména se zjednodušením konstrukcí vrtů, se zlepšením materiálu i opracování pažnic, se zvyšující se kvalifikací vrtných osádek a se zdokonalováním technologie vrtání, především jakosti výplachu. Významnou úlohu při snižování počtu a významu poruch na pažnicových kolonách hrají i moderní konstrukce vrtů, které používají menšího počtu pažnicových kolon a nahrazují jejich funkci v maximální míře funkcí vrtných výplachů. Těmito způsoby se z vrtné techniky pomalu odstraňuje jeden z nejnebezpečnějších a nejsložitějším druhů poruch ve vrtu.

Podle charakteru lze rozlišit tyto hlavní typy poruch pažnicových kolon:

Se zavedením kontrolovaných krouticích momentů při šroubování pažnic hydraulickými momentovými klíči v průběhu pažení, prakticky vymizely havárie pažnic typu rozpojení a pád pažnicové kolony do vrtu při pažení a rozpojení a případný pokles spodní části pažnicové kolony při vrtání, které vyplynuly z nedostatečného dotahování pažnicových spojů konopným nebo ocelovým lanem.

Nejčastějším případem havárie pažnic je deformace pažnicové kolony bočním tlakem (kolaps pažnic). Tyto případy mohou vzniknout v důsledku nedůslednosti a chyb při výběru typu pažnic pro stanovenou konstrukci vrtu (např. použití pažnice s nižší sílou stěny nebo s nižším jakostním stupněm materiálu pažnice).

Havárie pažnic jsou velmi náročné na čas a jejich likvidace je obvykle dlouhodobá záležitost. Při rozpojení nebo přetržení pažnic, uváznutí pažnic či poškození pažnicové kolony se na spojení s odřezanými konci pažnic používají pažnicové spojníky, na samotné odřezání pažnic ve vrtu se používají rourořezy (pro pažnice obvykle vnitřní, na jiné trubky s menším průměrem vnější), v krajním případě se používají torpéda (obvykle kumulativní).

Pro překrytí nežádoucích otvorů v pažnicích (v těžebních pažnicových kolonách v průběhu těžby), např. po perforaci, abrazi nebo erozi se může použít metoda „plátování pažnic“. Spočívá v překrytí poškozeného místa v pažnicové koloně zevnitř pažnice vhodně zvolenou „trubní záplatou“, která se mechanicky „přítlačí“ na defektní místo.

2.4 Cizí tělesa ve vrtu

Cizí těleso ve vrtu lze charakterizovat jako volný úlomek kovu nebo horniny nebo i jiného materiálu, ležící na čelbě vrtu, který překáží nebo znemožňuje vrtání. Z tohoto hlediska můžeme za cizí tělesa ve vrtu označit všechny předměty, které:

  1. se oddělily od vrtné nebo pažnicové kolony (např. roubíky a destičky slinutého karbidu vylouplé z korunky, vypadnuvší diamanty nebo celé části matrice korunky, ulomené zuby nebo celé kotouče valivých dlát, zbytek vrtného šrotu v okamžiku přechodu na jiný způsob vrtání apod.),
  2. se uvolnily ze stěny vrtu (např. větší úlomky horniny) nebo vypadly z jádrováku (části jádra),
  3. spadly ústím do vrtu.

Původ těchto částí do značné míry charakterizuje i jejich povahu: první skupinu tvoří vesměs kovové částice, druhou částice horninové a třetí částice nejrůznější povahy.

Velmi důležitá je rovněž otázka velikosti cizího tělesa, které může zakrývat celou plochu čelby vrtu nebo její větší či menší část. Pak se hodnotí cizí tělesa ve vrtu podle toho, zda se dají:

  1. vypláchnout na povrch nebo alespoň do usedačky normálního nebo upraveného jádrováku,
  2. přímo vytáhnout některým z chytacích nástrojů pro tento účel zhotovených (např. pavouk, magnet apod.),
  3. obvrtat a vytáhnout normálním nebo upraveným vrtákem,

nebo jsou tak veliké, že je nutné je

  1. nejprve rozvrtat některým z běžných vrtných nástrojů a takto vzniklou drť pak vypláchnout (např. horniny, měkké kovy apod.),
  2. speciálním nástrojem rozfrézovat a drť vypláchnout nebo zachytit magnetem,
  3. rozstřelit trhavinou.

Mnohá cizí tělesa ve vrtu mají takový tvar, že žádný z uvedených postupů by u nich neměl naději na úspěch a musí se tedy chytat v takovém stavu, jak na čelbu dopadly. To znamená, že důležitým parametrem pro volbu likvidačního postupu je tvar cizího tělesa ve vrtu. Podle něho lze sestavit 5 skupin:

  1. zrnitého tvaru (např. jednotlivé diamanty, úlomky slinutých karbidů apod.),
  2. valounovitého tvaru (např. kotouče valivých dlát, kusy jádra, matice šroubů apod.),
  3. plochého tvaru (např. části korunky, trhače jádra, kusy pažnice nebo úhybového klínu apod.),
  4. tyčovitého tvaru (např. kusy vrtných trubek, spojníky, klíče apod.),
  5. nepravidelného tvaru (např. kusy lan a kabelů, pružiny, kusy drátu apod.).

Všechny takové předměty mohou být ve vrtu buď pevně, nebo volně uloženy. V prvém případě je situace příhodná pro rozvrtávání (případně frézování), v druhém pro vypláchnutí, přímé vytažení a obvrtávání s vytažením v jádrováku. Je-li nutné cizí těleso rozfrézovat a jeho uložení ve vrtu není dosti pevné, lze použít místní cementace, kterou se těleso upevní ve vrtu.

Postup řešení poruchy tohoto druhu je obdobný jako u ostatních poruch ve vrtu.

3 Havarijní nástroje a pomůcky

Vzhledem k již uvedeným skutečnostem v této kapitole je poměrně těžké provést jen vlastní popis havarijního nástroje bez bližšího určení jeho upotřebení. Současně je třeba říci, že jsou některé nástroje při složitější havárii, větších hloubkách apod. používány pak v kombinaci s dalšími pomůckami, kdy účel a funkce využití jsou sloučeny, tj. havarijní a technologická funkce.

Další aspekt spočívá v tom, že některé havarijní nástroje jsou přibližně (jejich princip práce) tak staré jako vrtání samotné a měly často od počátku těchto prací funkci technologicko-havarijní. Některé z nich jsou v dokonalejším stavu pro likvidace jednoduchých havárií používány dodnes. Na druhé straně jsou nejmodernější havarijní nástroje stále, zejména servisními společnostmi, vyvíjeny pro rychlé, účelné a ekonomicky úspěšné zvládnutí rozličných druhů havárií. Podle charakteru konkrétních podmínek havárie ve vrtu je na řadě havarijních nástrojů prováděna úprava i modifikací pro případné speciální jednoúčelové použití apod.

Jako příklad lze uvést následující skupinové rozdělení havarijních nástrojů, samozřejmě s řadou modifikací: