LUCRĂRI DE FORAJ

1. Introducere în forarea sondelor

Dezvoltarea societăţii umane a fost şi este dependentă de resursele naturale (apa-potabilă şi industrială, combustibili fosili-

hidrocarburi, cărbuni, minereuri). Plasarea acestora în scoarţa terestră, la adâncimi nu întotdeauna accesibile, a impus găsirea unor soluţii

pentru identificarea şi exploatarea lor. S-au dezvoltat în consecinţă de-a lungul istoriei tehnicile şi tehnologiile de foraj.

Astăzi lucrările de foraj sunt folosite în mai multe domenii: cercetare geologică, extracţie de petrol şi gaze, exploatarea apelor

subterane, executarea de lucrări miniere (puţuri, găuri de ventilaţie), cercetări geotehnice.

Sonda este o construcţie minieră specială, de formă cilindrică, verticală sau înclinată, caracterizată printr-un raport mare între lungime

(adâncime) şi diametru, executată cu instalaţii speciale. Deschiderea de formă cilindrică, fără consolidare cu burlane, se numeşte gaura de

sondă. Partea superioară a unei sonde se numeşte gura sondei, iar parte inferioară –talpa sondei. Gaura de sondă este delimitată lateral de

pereţele găurii de sondă.

Forarea (forajul) cuprinde un complex de lucrări de traversare, consolidare şi izolare a rocilor traversate, necesar executării unei

sonde. Este o operaţie de dislocare a rocilor şi de evacuare la suprafaţă a fragmentelor rezultate (detritus).

Forarea sau săparea sondelor se execută cu ajutorul instalaţiilor de forare (foraj). Funcţie de scopul urmărit instalaţiile de foraj sunt

de capacitate mare (sonde sau instalaţii grele de foraj) şi instalaţii de foraj de mică adâncime (sondeze, sau instalaţii uşoare de foraj).

Sondele au putere instalată mare (mii de CP), execută găuri la adâncimi mari (mii de metri), cu diametre mari (sute de mm la

7000mm- forajele de mare diametru). Garnitura de foraj utilizată este de diametru mare (se măsoară în inci=tol; 1inci=25,4mm).

Sondezele au puteri instalate mici (sute de CP), execută găuri frecvent de până la 1000m, dar pot ajunge şi la 2000m, găuri cu

diametre mici.

Dislocarea rocii în talpa sondei se execută cu instrumente speciale. Scopul executării forajului impune modul în care se face

dislocarea rocii în talpa sondei. Pentru forajele de cercetare, care urmăresc obţinerea unor eşantioane, dislocarea în talpa sondei se face

circular, cu ajutorul unui instrument numit cap de carotieră (freză). În acest caz vorbim de forajul prin carotaj mecanic. Eşantioanele obţinute se

numesc carote.

Dacă dislocarea în talpa sondei este circulară completă, instrumentul de dislocare se numeşte sapă.

Instrumentul de dislocare este antrenat cu ajutorul garniturii de foraj (prăjini de foraj), iar detritusul este scos la suprafaţă de fluidul de

foraj (de circulaţie).

1.1.Clasificarea forajelor

Clasificarea se face după mai multe criterii.

1. după scop

1.1. Foraje de cercetare geologică

foraje de referinţă – sunt destinate cercetărilor regionale, se execută la adâncimi relativ mari, în carotaj

mecanic continuu;

foraje de prospecţiuni – urmăresc studiul complex al depozitelor dintr-o anumită regiune, cu precizarea

tuturor aspectelor privind litologia, tectonica, resursele minerale, etc. Se execută în carotaj mecanic continuu;

foraje de explorare – au drept obiectiv conturarea unor zăcăminte, cu determinarea parametrilor cantitativi şi

calitativi, necesari în calculul rezervelor, precum şi stabilirea condiţiilor geologice de zăcământ.

1.2. Foraje de exploatare – a hidrocarburilor (petrol, gaze), precum şi a apelor subterane. În această categorie sunt cuprinse şi

sondele de injecţie (pentru refacerea presiunii în zăcămintele de ţiţei) şi sondele de observaţie care urmăresc procesul de exploatare. Sarea

poate fi exploatată cu ajutorul sondelor.

1.3. Foraje cu destinaţie specială

de interes minier – se execută la zi, în cariere (derocări prin găuri de explozie), sau în subteran, pentru

cercetare geologică, găuri de puşcare, drenaj, aeraj, consolidare rocilor, etc.;

foraje hidrogeologice – executate pentru identificarea, stabilirea condiţiilor de zăcământ (parametrii calitativi

şi cantitativi) şi exploatarea apelor subterane (potabile, termale, minerale);

foraje geotehnice – utilizate pentru cunoaşterea proprietăţilor fizico-mecanice ale rocilor de fundaţie pentru

construcţii civile, industriale, baraje, tuneluri, etc.;

foraje de interes seismic – utilizate pentru provocarea unor explozii artificiale.

lucrări de foraj cu diametre mari – utilizate în amenajări hidrotehnice, ca şi lucrări miniere (suitori, puţuri de

aeraj, etc.), sau rezervoare subterane.

2. după energia utilizată la acţionarea instalaţiei

1

2. 1. Foraj manual

2.2. Foraj mecanic – acţionarea se face cu motoare cu abur, cu combustie internă, electrice, hidraulice, sau pneumatice.

3. după energia utilizată la dislocarea rocii

foraj cu dislocare mecanică

foraj cu dislocare hidromecanică

foraj cu dislocare termică

4. după modul de acţionare asupra rocii forajul mecanic este:

4.1. Foraj percutant – dislocarea rocii în talpa sondei se face prin lovire repetată cu o sapă specială, de forma unei dălţi (trepan).

Are două variante: percutant-uscat (cu tije sau cablu) şi percutant-hidraulic. În primul caz sapa este antrenată cu ajutorul unui cablu sau a unei

tije (metal, lemn). Detritusul este evacuat prin introducerea unei cantităţi mici de apă şi extragerea periodică a noroiului format, cu o lingură

cilindrică. În forajul percutant-hidraulic sapa este antrenată cu ajutorul prăjinilor (ţevi de oţel), prin care se pompează continuu fluid pentru

spălarea tălpii de detritus.

4.2. Foraj rotativ – cel mai utilizat este forajul rotativ-hidraulic, cu evacuarea materialului dislocat prin circulaţie de fluid. Are două

variante: cu rotaţie de la suprafaţă (cu masă rotativă, sau cap rotativ la sondeze) şi cu motoare submersibile. Procesul de forare este continuu,

cu evacuarea permanentă a detritusului cu ajutorul fluidului de foraj. Dislocarea rocii se realizează cu diferite tipuri de sape, care execută o

mişcare de rotaţie şi pătrundere în teren.

Metoda rotativ-hidraulică se numeşte şi rotary. Sapa este rotită de motoarele instalaţiei prin intermediul masei rotative şi a prăjinilor de

foraj. Pentru pătrunderea sapei în roci apăsarea este asigurată de garnitura de foraj. Fluidul de foraj este pompat în talpă prin interiorul prăjinilor.

4.3. Foraj rotativ –percutant

1.2. Dezvoltarea forării sondelor

Primele deschideri prin foraj sunt cunoscute din antichitate. În Egipt în timpul construirii piramidelor s-au executat sondaje cu ajutorul

unor tuburi din bronz, armate cu grăunţi de diamant. În China (cu 1700 ani î.e.n.) se săpau sonde cu adâncimi de 500m în sistemul percutant, cu

prăjini de bambus şi cu acţionare manuală.

Exploatare şi prelucrarea petrolului a determinat dezvoltare forajului. Până la utilizarea forajului în exploatarea petrolului, aceasta se

realiza prin puţuri săpate manual.

Prima sondă pentru petrol a fost forată în Rusia, lângă Baku (1848), în sistem percutant uscat. Abia în 1859, se forează prima sondă

pentru petrol în SUA (Pensylvania).

În România, prima sondă de petrol (mijloace mecanice) a fost forată în 1861 la Mosoare (Târgu Ocna). A fost folosit sistemul percutant

uscat cu prăjini de lemn.

Primele sonde se sapă în sistemul percutant uscat, dar se trece la forajul percutant hidraulic, la care evacuarea detritusului se realiza

continuu, prin circulaţia apei. Acest sistem permitea adâncimi mai mari de forare şi creşterea siguranţei de lucru. În România sistemul a fost

aplicat în 1896 în Prahova (Băicoi).

Când apare sistemul sistemul rotativ (sistemul rotary)? La începutul secolului 20 apare în SUA. În România, primele sonde în acest

sistem, au fost forate în 1906 (Moreni-Prahova, Tescani –Bacău).

Dezvoltare sistemului rotativ hidraulic duce la creşterea vitezelor de forare şi a adâncimilor sondelor.

În fosta URSS, după 1922 se introduce forajul cu turbină, care este un sistem de foraj rotativ, cu un motor amplasat deasupra sapei.

La noi s-a aplicat după 1952. Este preferat în cazul rocilor dure şi la forajul dirijat.

Dintre variantele sistemului de foraj cu motor submersibil un interes deosebit îl prezintă flexo-forajul. Garnitura de foraj este formată

dintr-un tub flexibil, cu o structură specială.

Cu toată diversitatea sistemelor şi variantelor, sistemul rotativ cu masă este cel mai folosit.

Recordul de adancime atins pe plan mondial este de 12.390m (Murmansk-Rusia). În România adâncimea maximă atinsă este de

7025m (Tufeni-Băicoi).

1.3. Componentele instalatiilor de forare

Instalaţiile de forare, sonde sau sondeze, au componentele de bază comune. Aceste componente se împart în componente de

suprafaţă şi componente de interior. Componentele de suprafaţă, funcţie de rolul lor sunt:

Grup de forţă-pentru acţionare, format din motoare, motoare electrice de fund;

Turla cu substructură;

Sistemul de manevră-pentru intoducerea şi extragerea garniturii de foraj cu instrumentele de dislocare (sapă, freză). Este

alcătuit din macara, troliu, geamblac, cârlig, cablu de foraj, şi scule de manevră (elevatoare, pene, cleşti);

Sistemul de rotaţie-antrenează garnitura într-o mişcare rotativă. Cuprinde masa rotativă şi capul hidraulic;

2

Sistemul de circulaţie-asigură circulaţia fluidului de foraj în sondă. Cuprinde pompa de noroi şi conductele de aspiraţie şi

împingere (manifold, din engl. manifold=conductă de aducţie), furtun,

Componentele de interior cuprind: coloana de tubaj, garnitura de foraj şi instrumentele de dislocare.

Ciclul de foraj cuprinde succesiunea operaţiilor executate de la montarea unei instalaţii pe o locaţie şi până la demontarea şi

transportul spre o altă locaţie. El poate cuprinde:

Lucrări de suprafaţă – amenajarea terenului, montajul instalaţiei de foraj şi anexelor;

Lucrări pregătitoare – verificarea stării de funcţionare a utilajelor, săparea şi consolidarea găurii prăjinii pătrate;

Săparea găurii de sondă – sau forajul propriu-zis, cuprinde un ciclu de operaţii repetat la fiecare introducere a unei sape noi în locul

celei uzate şi a garniturii de prăjini până în talpa sondei. Pe măsura adâncirii sondei, la garnitura de foraj se adaugă o nouă prăjină de foraj

("bucata de avansare"). O viteză mică de avansare poate indica uzarea sapei. Extragerea garniturii se face în "paşi" (câte 2-3 prăjini), care se

sprijină în turlă, la pod. Toate manevrele se execută cu ajutorul sistemului de manevră şi a mesei rotative (cap rotativ).

Lucrări de consolidare şi izolare a găurii de sondă - forarea începe cu o sapă cu diametru mare, se sapă o porţiune, se tubează prima

coloană (coloana de ancoraj) şi se cimentează în spatele coloanei. Se continuă forajul cu o sapă cu diametru mai mic. Funcţie de scopul sondei

şi funcţie de condiţiile geologice (natura rocilor, tectonica regiunii) după coloana de ancoraj se tubează direct coloana de exploatare, sau 1-2

coloane intermediare şi apoi coloana de exploatare. Tubarea este operaţiunea de introducere a unor burlane de oţel în gaura de sondă.

Burlanele se cimentează în spate în totalitate, sau parţial, pe o anumită înălţime de la talpă.

Operaţii de investigare - la forarea unei sonde, înainte de operaţiunea de tubare se pot executa diferite investigaţii geofizice de tipul

carotaj electric, carotaj radioactiv, cavernometrie, măsurători de deviaţie, etc.

Lucrări de punere în producţie – au loc la forajele executate în scopul exploatării unor resurse (hidrocarburi). Sunt specifice la forajele

hidrogeologice, sau lipsesc la forajele de cercetare şi la unele dintre cele speciale.

Lucrări de demontare şi transport – reprezintă etapa de finalizare a forajului.

Lucrări de instrumentaţie – sunt lucrări speciale executate pentru rezolvarea unor accidente în gaura de sondă (prinderi la puţ, ruperi

de prăjini, etc.). Acestea se execută cu ajutorul unor scule de instrumentaţie.

Unele etape pot să fie suprimate (consolidare şi izolare, investigare) funcţie de scopul forajului.

2. Procese şi instrumente de dislocare prin foraj a rocilor

2.1. Proprietăţile fizice şi mecanice ale rocilor

Eficienţa dislocării rocilor în talpa sondei, precum şi stabilitatea pereţilor sondei sunt influenţate de proprietăţile fizice şi mecanice ale

rocilor traversate.

2.1.1. Proprietăţile fizice ale rocilor

a. Porozitatea – se referă la volumul spaţiilor dintr-o rocă, neocupat de substanţa solidă şi se exprimă prin raportul dintre volumul

golurilor şi volumul total al rocii. Prezenţa porilor reduce duritatea rocii şi rezistenţa ei la pătrunderea unui corp solid. Într-o primă etapă, până la o

anumită valoare a forţei de apăsare, roca se deformează, fără a obţine dislocare.

b. Permeabilitatea – capacitatea unui corp poros de a permite deplasarea prin golurile sale comunicante a unui fluid, la crearea unei

diferenţe de presiune. În talpa sondei are loc pătrunderea de fluid de foraj pe o anumită adâncime, ceea ce duce la echilibrarea diferenţei de

presiune dintre zona de deasupra şi cea de sub talpă, realizându-se condiţii favorabile dislocării rocii cu instrumentele de lucru.

c. Neomogenitatea – este specifică rocilor, ele fiind neomogene din punct de vedere al compoziţiei mineralogice, porozităţii,

permeabilităţii, gradului de fisurare, tasare, etc. Această proprietate condiţionează comportamentul rocilor la solicitările mecanice din timpul

dislocării.

d. Abrazivitatea – este capacitatea rocilor de a uza prin frecare instrumentele de dislocare. Capacitatea abrazivă a rocilor se

manifestă asupra instrumentelor de dislocare, dar şi asupra altor componente ale echipamentului de foraj.

Abrazivitatea rocilor este o proprietate relativă. Un oţel poate fi uzat abraziv de o rocă, dar aceeaşi rocă poate să aibă o capacitate

abrazivă nesemnificativă asupra unui aliaj dur, de tipul unor carburi metalice.

Uzura abrazivă a instrumentelor de dislocare depinde de abrazivitatea rocii, dar mai depinde şi de rugozitatea suprafeţelor de contact,

presiunea de contact, temperatura, viteza relativă de deplasare, natura şi compoziţia noroiului de foraj, etc.

Abrazivitatea rocilor depinde de microduritatea mineralelor componente, de forma şi dimensiunile lor, de forma şi proprietăţile

suprafeţelor de contact, etc. În general rocile polimenerale, chiar foarte compacte cum sunt cele magmatice, sunt mai abrazive decât cele

monominerale.

Rocile sedimentare cele mai abrazive sunt gresiile cuarţoase. La compoziţii mineralogice similare rocile detritice rezultate din claste

cimentate ulterior, sunt mai abrazive decât rocile cristalizate. Abrazivitate rocilor detritice creşte cu reducerea durităţii lor, duritate dată de ciment

(matrice) şi cu creşterea conţinutului în cuarţ.

3

2.1.2. Proprietăţile mecanice ale rocilor

a. Elasticitatea

Unele roci precum şi minerale componente ale rocilor se comportă asemeni unor corpuri elastice. La aplicarea unor presiuni exterioare

în interiorul lor se produc deformaţii liniare. Rocile poliminerale nu sunt corpuri elastice.

b. Plasticitatea

În procesul dislocării unele roci se deformează plastic, deformare care începe atunci când starea de tensiune depăşeşte limita

elasticităţii. Plasticitatea rocilor depinde de compoziţia mineralogică. Creşterea conţinutului de cuarţ, feldspaţi, sau alte minerale cu duritate

mare, reduce plasticitatea rocilor. Cea mai mare plasticitate o au argilele hidratate.

Plasticitatea rocilor influenţează mult procesul dislocării. În cazul acestor roci (plastice) efortul pentru separarea de fragmente în talpa

sondei este mai mare. Deci contează foarte mult viteza şi tipul de sapă cu care se acţionează.

c. Rezistenţa (tăria) rocilor

Rezistenţa unei roci este capacitatea sa de a se opune la deformare, în momentul în care este solicitată de către o forţă.

Este o proprietate care influenţează în mare măsură procesul de dislocare prin foraj, respectiv viteza de avansare a sapei, uzura

sapelor, tendinţa de deviere, etc. Rezistenţa rocilor este dependentă de tipul solicitării, care poate fi: compresiune, întindere, sau forfecare.

Rezistenţa mecanică a rocilor este influenţată de factori naturali şi de factori tehnici. Dintre factorii naturali putem aminti:

Compoziţia mineralogică a rocilor – natura mineralelor şi cantitatea;

- tipul şi cantitatea cimentului;

Gradul de fisurare, stratificaţia, clivajul (ex. în roci cu şistuozitate, rezistenţa la compresiune uniaxială este de două ori mai mare,

în planul perpendicular pe cel de şistuozitate);

Structura şi textura rocilor- rocile cu structură cristalină fină au o rezistenţă mai mare;

Gradul de porozitate;

Adâncimea rocilor – cu cât sunt situate mai adânc în scoarţa terestră, au o rezistenţă mai mare (vezi presiunea);

Gradul de alterare.

Factorii tehnici care pot influenţa rezistenţa rocilor:

Tipul solicitării (compresiune, întindere, forfecare);

Durata de acţionare a sarcinii- rezistenţa scade cu creşterea duratei de acţionare;

Viteza de aplicare a forţei de dislocare- experimental s-a constatat că tăria rocilor creşte cu viteza de aplicare a solicitărilor.

d. Duritatea sau rezistenţa la pătrundere

Prin rezistenţa la pătrundere se înţelege valoare presiunii din centrul suprafeţei de acţiune a sapei, la care se atinge starea limită şi

roca cedează. Această proprietate este dependentă de chimismul şi structura cristalină a mineralelor componente.

Deosebim o duritate a mineralelor (duritate absolută) şi o duritate a rocilor (duritate agregativă). Duritatea mineralelor influenţează

durata de uzură a elementelor de dislocare (capul carotierei cu role, vidia sau diamante), iar duritatea agregativă influenţează viteza de avansare

a sculei de dislocare. Pentru rocile monominerale duritatea se stabileşte cu ajutorul scarii Mohs.

Duritatea rocilor poliminerale se determină cu ajutorul mai multor metode. Una dintre acestea este metoda lui Schreiner. Metoda

permite determinarea durităţii, precum şi a elasticităţii şi plasticităţii rocilor şi se bazează pe pătrunderea prin apăsare, a unui poanson într-o rocă

cu suprafaţa plană, bine şlefuită. Elementul activ al poansonului este un cilindru cu suprafaţa frontală plană. Sarcina pe poanson creşte treptat

(se încarcă), cu posibilitatea ca la fiecare sarcină, deformaţia să se producă până la capăt. Dependenţa dintre deformaţie şi sarcina pe poanson

este ilustrată cu ajutorul unor curbe caracteristice, diferitelor tipuri de roci. După această metodă rocile se împart în trei grupe (slabe, medii şi

tari), fiecare grupă cu patru categorii.

Pentru majoritatea rocilor, valoarea rezistenţei la pătrundere este mai mare decât rezistenţa la compresiune.

2.1.3. Forabilitatea rocilor

În practica săpării sondelor, dificultatea dislocării rocilor se apreciază printr-un indicator global, numit forabilitate. Forabilitatea depinde

de proprităţile fizico-chimice ale rocilor, de duritatea, structura şi textura rocilor, etc. Depinde în egală măsură de instrumentul de dislocare şi

metoda de foraj aplicată.

Forabilitatea este o proprietate caracteristică a rocilor, în lucrările de planificare şi normare, de ea depinzând cheltuielile şi durata

forajului.

4

2.1.4. Clasificarea rocilor după rezistenţa lor la forare şi perforare

Rocile se clasifică după proprietăţile lor fizico-mecanice, dar nu există o proprietate care să caracterizeze complet comportamentul

unei roci. Complexitatea interacţiunilor din talpa sondei în procesul de dislocare al rocii, face imposibilă găsirea unui criteriu unic de clasificare al

rocilor. Interacţiunile complexe sunt generate de comportamentul variabil al rocilor la solicitare, de tipurile de instrumente care acţionează diferit.

Clasificarea rocilor din punctul de vedere al forabilităţii, serveşte la planificarea lucrărilor de foraj, la elaborarea devizelor şi a

normativelor de consum de materiale, precum şi la stabilirea normelor de lucru pentru echipa de foraj.

Această clasificare împarte rocile în şase grupe (foarte moale, moale, semitare, tare, foarte tare, extra tare), cu 12 categorii. (fig.)

2.3. Mecanismul dislocării rocilor

Dislocarea rocilor are loc prin pătrunderea sub apăsare, a elementelor active ale instrumentelor de lucru, acestea având forme şi

dimensiuni diferite.

Printre procesele simple de dislocare se numără:

Despicarea – este un proces de dislocare realizat de un corp cu o anumită formă, la simpla pătrundere în rocă sub acţiunea unei

forţe. Se întâlneşte la unele sape cu role şi apare la forarea rocilor elastice şi plastice foarte tari.

Aşchierea – deformare apărută la pătrunderea unui corp în rocă, de o parte şi alta a suprafeţelor de contact corp-rocă. Se

întâlneşte la argilele moi. În acest caz, pentru a obţine dislocarea rocii, este necesar ca odată cu pătrunderea, corpul să execute o mişcare de

deplasare paralelă cu suprafaţa rocii, sub acţiunea unei forţe.

Erodarea – proces superficial de dislocare, care apare atunci când instrumentul de lucru are o suprafaţă mare de contact cu roca

şi execută deplasarea paralelă cu suprafaţa ei, fiind sub apăsarea unei sarcini. Acest tip de dislocare apare la forajul cu sape cu lame, la sapele

cu diamante, în roci tari şi extratari.

2.4. Condiţiile din sondă în procesul de dislocare

Factorii din sondă care influenţează proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor din talpă, deci şi eficienţa dislocării sunt: temperatura,

presiunea şi fluidul din sondă.

Temperatura

În scoarţa terestră temperatura creşte cu adâncimea (gradientul geotermic 2-3 grade/100m). Gradientul geotermic este variabil de la o

zonă la alta, funcţie de o serie de factori din crusta terestră.

La creşterea temperaturii domeniul deformărilor plastice se măreşte, iar limita de curgere şi rezistenţa se micşorează. Fluidul de

foraj prezent în talpa sondei reduce temperatura. Rezistenţa rocilor argiloase, calcarelor şi dolomitelor scade cu creşterea temperaturii.

Presiunea

La o anumită adâncime în roci se manifestă presiunea litostatică (pg - geostatică), presiunea laterală (pl - confinare) şi presiunea de

strat (ps - presiunea fluidului din porii rocii). În procesul de forare, asupra rocii din talpă acţionează un sistem de presiuni care duc la compresiune

triaxială. În planul vertical acţionează presiunea fluidului de foraj (pn), iar în plan orizontal presiunea laterală.

Un foraj se execută în condiţii de siguranţă, dacă presiunea fluidului de foraj este mai mare decât presiunea fluidului din porii rocii.

Compresiunea triaxială este uniformă dacă pn=pl şi neuniformă dacă pn diferit pl.

Fluidul din sondă

Rezistenţa rocilor este influenţată în condiţiile compresiunii triaxiale (uniforme sau neuniforme) de fluidul pătruns în porii rocilor. Acesta

provine de cele mai multe ori din fluidul de foraj. Rocile sunt corpuri hidrofile şi se umectează uşor. Apa din fluidul de foraj influenţează

stabilitatea rocilor. Pot apărea deformaţii plastice, diverse reacţii chimice, funcţie de substanţele existente în fluidul pătruns în rocă, influenţând

rezistenţa rocii, în sensul creşterii sau scăderii ei.

2.5. Instrumente de dislocare a rocilor

Instrumentele de dislocare a rocilor se impart în trei grupe:

1. Sape de foraj – pentru dislocarea pe întreaga suprafaţă a tălpii sondei;

2. Carotiere – folosite pentru extragerea de probe (carote). Dislocarea în acest caz se face pe o suprafaţă inelară;

3. Instrumente de dislocare cu destinaţie specială – pentru operaţii deosebite în gaura de sondă.

5

1. Sape de foraj

Funcţie de tipul dislocării, sapele de foraj se clasifică:

- Sape de tip despicător-aşchietor - prin apăsare se realizează despicarea, iar prin rotaţie, aşchierea. În această

categorie se încadrează sapele cu lame.

- Sape de tip sfărâmător-rozător – sapele cu inserţii şi sapele cu diamante.

- Sape de tip sfărâmător – aşchietor – sapele cu role.

-

1.1. Sape cu lame

Aceste sape pot fi cu două sau trei lame (la 120º). Sapele cu două lame se numesc şi sape coadă de peşte (cu lame subţiri şi cu lame

groase). Părţile de contact cu roca sunt armate cu material dur prin sudură.

1.2.1. Sape cu inserţii

Aceste sape se numesc şi sape monolit. Sapa are un corp masiv, în care sunt fixate inserţii de diferite forme (plăcuţe şi ştifturi) din

carbură de wolfram, cu liant de cobalt. Inserţiile se fixează prin lipire cu un aliaj cu alamă, sau prin presare la rece.

1.2.2. Sape cu diamante

Sapele cu diamante sunt utilizate în roci cu durităţi variabile, de la roci puţin tari până la roci extratari. Sunt foarte eficiente la rocile

abrasive, în special la adâncimi mari, având o mare rezistenţă la uzură. Durata lor de utilizare este mare, comparativ cu a altor tipuri de sape.

Diamantele, sunt elementele active (diamante industriale) şi sunt prinse într-o matrice (suport), realizată din aliaje dure sinterizate, de

tipul carburii de wolfram în amestec cu lianţi (cobalt, fier, cupru, nichel, etc.). Există sape cu diamante insertate, la care granulele de diamant

sunt fixate (împlântate) în matrice, sau sape cu diamante impregnate (granule de dimensiuni mici sunt distribuite în masa matricei).

Sistemul de spălare al sapei permite circulatia fluidului de foraj în vederea evacuării detritusului, precum şi pentru curăţirea şi răcirea

suprafeţelor active.

1.3. Sape cu role

Sapele cu role au elementele active sub forma unor proeminenţe numite dinţi, care sunt plasaţi pe suprafaţa unor corpuri de

rostogolire, numite rolele. Rotirea sapei în jurul axei sale determină rostogolirea rolelor. Contactul dinţilor cu roca este periodic şi limitat ca timp.

Pătrunderea dinţilor în rocă produce sfărâmarea ei. Când, pe lângă pătrundere, dinţii mai execută o mişcare de translaţie faţă de talpă,

dislocarea rocii se face prin sfărâmare şi aşchiere. În acest caz rolele execută o mişcare combinată, de rostogolire şi translaţie. Cu cât roca este

mai dură şi abrazivă, mişcarea de alunecare trebuie să fie mai scăzută, ea lipsind la rocile foarte dure şi abrasive.

Cele mai utilizate sape (săparea sondelor pentru petrol, gaze) sunt sapele cu trei role. Mai există sape cu o rolă, cu două role şi cu

mai mult de trei role.

Sapa cu trei role (conuri) este alcătuită din:

- corpul sapei format din trei fălci;

- conurile sapei care sunt purtătoarele dinţilor. Pot fi conuri perfecte sau conuri conjugate (cu două, sau trei conuri);

- dinţii sapei sunt plasaţi pe suprafaţa activă (de lucru), sub formă de coroane circulare paralele. Există sape cu dinţi frezaţi şi sape cu

dinţi insertaţi (sape cu ştifturi). Ştifturile sunt confecţionate din carburi sinterizate şi sunt fixate prin presare în locaşuri practicate în corpul rolelor.

În rocile plastice detritusul colmatează spaţiul dintre dinţi, reducând înălţimea dinţilor şi producând manşonarea sapei, cu blocarea

rolelor. Pentru evitarea manşonării, s-au construit sape cu autocurăţire, la care dinţii coroanelor unui con calcă în canalele dintre coroanele

celorlalte conuri.

- lagărele sapei reprezintă sistemul de rulmenţi pentru fixarea în sapă a rolelor şi asigură posibilitatea de mişcare a acestora.

- dispozitivele de spălare au rolul de a îndepărta detritusul din talpă şi de a curăţa sapa (dinţii). La sapele moderne spălarea este

exterioară, orificiile de circulaţie sunt plasate în exteriorul sapei, între conuri, aproape de talpă. Orificiile sunt echipate cu duze speciale, iar fluidul

de foraj iese sub formă de jet. (sape maxijet sau cu spălare exterioară joasa).

Sapele au simboluri din combinaţii de litere care dau indicaţii privind tipul de rocă pentru care este construită, tipul de dantură, tipul de

lagăre şi tipul de spălare.

Ex: SM – 9 5/8 KLM = sapă pentru rocă slabă-medie (SM), cu diametrul 9 5/8 in (244,5 mm), dantură din stifturi insertate (K), cu lagăre

etanşe (L) şi spălare exterioară joasă (maxijet) (M).

2. Carotiere

Carotierele se utilizează în forajul de prospecţiune şi explorare, pentru obţinerea carotelor (eşantioane) în procesul de carotaj mecanic.

Funcţie de locul recoltării se numesc: carotiere pentru carotaj în talpa sondei şi carotiere laterale (ciupitoare).

2.1. Carotiere pentru carotaj în talpa sondei au în partea inferioară instrumentul de dislocare (capul de carotieră).

Carotierele simple sunt formate din tubul carotier, reducţie (piesă care face legătura cu prăjina), capul de carotieră şi reţinătorul

de probă. Fluidul de foraj circulă prin spaţiul dintre carotă şi tub.

6

Carotiere duble utilizate la forajul sondelor pentru petrol şi gaze, sunt formate din două tuburi concentrice (tub carotier şi tub

portcarotă, cu supapă de evacuare a fluidului), reducţie, cap de carotieră şi reţinătorul de probă. Tubul portcarotă poate fi fix, sau mobil, atunci

când legătura cu tubul carotier se face cu ajutorul unor rulmenţi. Acest din urmă tip se foloseşte la obţinerea unor probe netulburate în roci slab

consolidate.

Carotiere amovibile sunt cele la care tubul portcarotă se lansează de la suprafaţă prin interiorul garniturii de foraj. Extragerea se

face cu ajutorul unui dispozitiv special (coruncă) lansat prin garnitură cu un cablu. Se utilizează în cazul carotajului pe intervale mari, sau în

carotajul intermittent, la intervale mici. Avantajul constă în extragerea de carotă, fără scoaterea garniturii.

Carotiere pentru extragerea probelor orientate sunt instrumente speciale, din două sau trei tuburi concentrice, prevăzute cu

dispozitive de măsurare a orientării carotei.

2.2. Carotiere pentru recoltarea probelor din pereţii găurii de sondă (carotiere laterale, ciupitoare laterale) sunt alcătuite dintr-un

corp central, pe care sunt legate ciupitoarele (păhărele). Acestea sunt împinse în peretele sondei cu diferite metode (frecvent prin explozie) şi

sunt apoi extrase la suprafaţă.

Capetele de carotieră sunt de tipul: cu lame, cu inserţii (ştifturi), cu role şi cu diamante.

Capetele de carotieră cu lame se folosesc pentru forajul în roci slab consolidate.

Coroanele cu inserţii din material dur (sinterizat), de tip widia (wie-diamant = ca diamantul) (carbură de wolfram), se folosesc în roci cu

duritate variabilă (slabe până la tari). Funcţie de duritate se alege tipul de aliaj din care sunt alcătuite inserţiile. Acestea sunt plăcuţe cu forme

diferite (paralelipipedică, rombică, hexagonală, pentagonală) şi lungimi de 7-24mm.

Capetele de carotiră cu role se utilizează în roci cu durităţi medii şi mari. Pot să fie echipate cu 4, 6, sau 8 role.

Capetele de carotieră cu diamante sunt asemeni sapelor, cu diamante insertate, sau cu diamante impregnate.

3. Instrumente de dislocare cu destinaţie specială

Sapa şpiţ (sapa cu vârf) se obţine dintr-o sapă coadă de peşte, subţire, căreia i se taie colţurile lamelor. Acest tip de sapă se foloseşte

la corectarea găurilor de sondă cu neregularităţi, sau curăţirea sondelor în care au avut loc surpări. Se foloseşte şi la frezatea şiului după

cimentare, pentru continuarea forajului.

Sapa cu lame elicoidale se utilizează la devierea voluntară a găurilor de sondă.

Lărgitoarele sunt folosite pentru mărirea diametrului găurii de sondă. Pot fi cu lame (pentru roci slabe) şi cu role, pentru rocile tari.

3. Garnitura de foraj

În procesul de foraj, instrumentele de dislocare sunt antrenate în mişcare, cu ajutorul garniturii de foraj. La forajul executat cu circulaţie

de fluid, garnitura este formată din prăjini tubulare, asamblate prin filete.

Funcţiile garniturii de foraj sunt:

Transmite mişcarea de rotaţie de la suprafaţă la sapă;

Asigură prin propria greutate, apăsarea pe sapă, pentru dislocarea rocii;

Asigură canalele de circulaţie pentru fluidul de foraj. Fluidul curat, circulă spre talpa sondei, prin interiorul prăjinilor, iar al doilea

canal, exterior (între prăjină şi peretele sondei), permite reîntoarcerea fluidului, încărcat cu detritus;

Constituie ansamblul de introducere şi extragere din talpa sondei a instrumentelor de dislocare şi a sculelor speciale;

Asigură efectuarea operaţiilor auxiliare: carotaj mecanic, probare de strate, instrumentaţii.

3.1. Construcţia garniturii de foraj

Garnitura de foraj este formată din: prăjini grele, prăjini de foraj, prăjina de antrenare, racorduri şi reducţii. Prăjinile grele se află la

parte inferioară a garniturii, prăjina de antrenare, la partea superioară, iar între ele sunt prăjinile de foraj, ele având lungimea cea mai mare în

garnitură.

3.1. 1. Prăjini grele

Prăjinile grele realizează prin greutatea proprie apăsarea pe sapă şi menţin prin rigiditatea lor verticalitatea găurii, evitând devierea.

Ele se montează deasupra sapei sau carotierei şi pot asigura 70-80% din apăsarea pe sapă.

Prăjinile grele sunt de două tipuri: obişnuite şi speciale.

Prăjinile grele obişnuite, sunt tuburi cilindrice cu peretele gros, construite în variantele:mufă-cep, mufă-mufă şi cep-cep. Diametrele

nominale sunt cuprinse între 3 1/8 " şi 11". În aceste cazuri pentru îmbinare se folosesc racorduri cep sau mufă. Sunt confecţionate din oţel aliat,

crom-molibden, sau crom-nichel. După confecţionare sunt tratate termic. Cele de diametru mare pot fi confecţionate din oţel carbon.

7

Prăjinile grele speciale sunt utilizate pentru prevenirea devierii găurii de sondă. Acestea au o rigiditate mai mare şi reduc flambajul

prăjinilor.

3.1.2. Prăjini de foraj

Prăjinile de foraj sunt tuburi din oţel, aluminiu, sau aliaje uşoare (cu titan). Pentru mărirea capacităţii de rezistenţă la îmbinări, capetele

lor sunt îngroşate (ramforsate). Tăierea filetului în acest caz nu slăbeşte rezistenţa prăjinii.

Diametrul nominal al prăjinilor de foraj corespunde diametrului exterior al corpului prăjinii şi este cuprins între 60,3mm (2 3/8 in) şi

168,3mm (6 5/8 in).Pentru fiecare diametru pot exista de la una la patru grosimi de perete.

Îmbinarea prăjinilor se face cu ajutorul racordurilor speciale. Racordul este format din dintr-un cep special montat la un capăt al prăjinii

şi o mufă specială, montată la celălalt capăt al acesteia. Mufa şi cepul special au filet cu pasul mare, pentru înşurubare-deşurubare în timp relativ

scurt. Racordurile speciale pot fi: înfiletate şi sudate, funcţie de modul cum sunt fixate la capătul prăjinilor. Prăjinile de foraj cu racorduri înfiletate

au la capete cepuri cu filet normal, cu conicitatea şi pasul, mai mici decât la filetele speciale.

Prăjinile cu racorduri sudate sunt cele mai utilizate. Se renunţă astfel la filetul normal, mărunt, al cepului prăjinii, care produce mai

multe inconveniente. Se sudează racordul de corpul prăjinii.

3.1.3. Prăjini de antrenare

Acest tip de prăjini fac legătura între garnitura de foraj şi capul hidraulic. Prăjina primeşte mişcarea de rotaţie de la masa rotativă, prin

intermediul unor piese adaptoare. Pentru a putea primi mişcarea, prăjinile de antrenare au corpul profilat la exterior. În secţiune transversală au

formă de pătrat, hexagon, octogon, etc. Cele mai folosite sunt cele pătrate şi hexagonale (pentru sonde de mare adâncime). Racordurile fac corp

comun cu corpul prăjinii. Filetele de la parte superioară a prăjiniilor de antrenare au sensul invers filetelor din garnitură, pentru a evita

deşurubarea.

3.1.4. Reducţii

Reducţiile permit legătura dintre prăjinile de foraj de dimensiuni diferite, sau dintre prăjini şi diferite scule de foraj, sau cu prăjina de

antrenare şi prăjina grea. Sunt tuburi scurte (400-700mm), cu filet cep-cep, mufă-cep, sau mufă-mufă.

3.2. Solicitările garniturii de foraj

În procesul de foraj, garnitura este supusă unor solicitări variate funcţie de metoda de foraj aplicată, condişiile din sondă, sau tipul de

operaţie efectuat. Solicitările pot acţiona simultan sau separat.

La forajul rotativ asupra garniturii acţionează următoarele solicitări:

Întindere axială, produsă de: propria greutate, presiunea în interior ca urmare a circulaţiei fluidului, frecarea de peretele sondei,

forţele de inerţie, etc.;

Compresiune axială, consecinţă a forţei de apăsare pe sapă, a frecării de peretele sondei la introducerea garniturii şi a forţelor de

inerţie;

Răsucire, sub acţiunea momentului ce trebuie transmis sapei;

Încovoiere, generată de schimbarea direcţiei găurii de sondă, acţiunea forţelor centrifuge la rotirea garniturii;

Presiune interioară, de la circulaţia fluidului;

Presiune exterioară, dacă garnitura este goală (fără fluid);

Oscilaţii longitudinale, de răsucire şi transversale, create de acţiunea sapei în talpă şi de imperfecţiunile garniturii.

În perioada de exploatare prăjinile de foraj sunt supuse unor controale care constau în verificarea stării racordurilor speciale, a filetelor,

a diametrului exterior şi interior, a rectilinităţii şi a rezistenţei.

4. Tubarea şi cimentarea sondelor

În procesul de foraj, în gaura de sondă pot apărea deranjamente, ca urmare a traversării unor strate ce ridică dificultăţi (roci friabile,

roci poros-permeabile cu fluide). Deranjamentele atrag după sine dificultăţi în procesul de forare, sau de exploatare al sondei.

La sondele de exploatare (petrol), este foarte importantă izolarea unui spaţiu necesar exploatării, care să nu fie contaminat cu alte

fluide. În acest scop sonda este consolidată, iar stratele care conţin fluide sunt izolate între ele. Cu interiorul sondei sunt puse în comunicaţie

numai stratele care sunt exploatate. Consolidarea sondelor se realizează prin tubare, iar izolarea prin cimentare.

Tubarea este operaţia de introducere în gaura de sondă a unei coloane din tuburi de oţel.

8

Cimentarea se execută prin introducerea în spaţiul inelar din spatele coloanei de tubare a pastei de ciment (lapte de ciment)(praf de

ciment şi apă). Prin întărire se formează piatra de ciment care împiedică comunicarea în spatele coloanei, între stratele izolate. Inelul de ciment

asigură fixarea coloanei şi nu permite contactul fluidului de foraj cu rocile din spatele coloanei (contactul poate dăuna stabilităţii rocilor).

4.1 Construcţia sondelor

Construcţia sondelor se face după un program de construcţie. Acesta cuprinde echipamentele care rămân în sondă în procesul normal

de forare:

- coloanele de tubare care se introduc în sondă, cu următoarele precizări: număr, adâncimi de introducere, tipuri şi diametre

(programul de tubare);

- sape de foraj (tipuri şi diametre);

- garnitura de foraj (tipuri, diametre ale elementelor componente);

- cimentare (intervale şi metode aplicate).

Schema generală de tubare a sondelor

1. coloana de ghidare

La gura sondei, se sapă o deschidere cu secţiune pătrată sau circulară cu diametru de 0,8 -1m şi adâncimea de 3-6m. În această

deschidere se introduce un burlan de oţel, cu diametrul de 500-700mm. Parte superioară a burlanului se ridică deasupra solului (1,5-2m). În

spatele burlanului se betonează. În partea superioară a burlanului se află o derivaţie pentru fluidul de foraj.

2. coloana de ancorare sau de suprafaţă

Această coloană este obligatorie la sondele de hidrocarburi. Rolul coloanei:

- consolidează gaura de sondă în zona de mică adâncime, unde pot exista roci mai puţin consolidate, sau cu conţinut de fluide;

- protejează acviferele de mică adâncime de eventuale contaminări cu fluid de foraj;

- evită pătrunderea altor fluide în fluidul de foraj;

- este suportul pe care se montează instalaţia de prevenire a erupţiilor, dar şi suportul pentru următoarele coloane.

Adâncimea la care se introduce această coloană depinde de condiţiile din sondă şi de stratele străbătute. Obişnuit adâncimea de

introducere este între 50-300m, dar poate ajunge şi la 1000m (pentru sonde de mare adâncime). Diametrul acestor coloane variază între 10 ¾-

16 ¾ in (273,05-425,45mm).

3. coloana de exploatare sau de producţie

Este o coloană obligatorie la sondele de hidrocarburi. Rolul coloanei:

- constituie canalul de deplasare al fluidelor exploatate de la stratul productiv la suprafaţă.

- permite exploatarea selectivă a stratelor, comunicaţia existând doar cu stratele care interesează extracţia.

Această coloană se introduce până în talpa sondei. Diametrul coloanei este cuprins de obicei între 4 ½- 6 5/8 in (114,3-268,27mm).

4. coloana intermediară sau de protecţie

Acest tip de coloană nu se întâlneşte la toate sondele. Se introduce între coloana de ancorare şi cea de exploatare. Există situaţii când

se introduc două până la patru coloane intermediare. Coloana intermediară se impune atunci când:

- există strate cu roci fisurate şi se produc pierderi de fluid;

- există roci cu stabilitate redusă (se surpă), sau roci cu plasticitate ridicată producând inchiderea găurii de sondă;

- sunt prezente strate cu fluide cu presiuni anormale (mari, mici).

Adâncimea la care se introduc este impusă de problema care trebuie rezolvată. Diametrul acestor coloane este cuprins între 7- 13 3/8

in (177,80-339,72mm).

La toate sondele coloanele de ancorare şi prima coloană intermediară sunt coloane întregi. Partea lor superioară iese la suprafaţă.

La unele sonde colanele intermediare -mai puţin prima- şi coloana de exploatare pot să nu fie până la suprafaţă. Partea lor superioară

se poate opri la 50-150m deasupra bazei coloanei precedente. Acest tip de coloană se numeşte coloană pierdută (liner).

4.2. Compunerea coloanelor de tubare

Coloana de tubare este alcătuită din burlane şi accesorii de coloană.

4.2.1. Burlane de tubare

Sunt tuburi de oţel care se asamblează cap la cap pentru a forma coloana de tubare. Burlanul are un diametru nominal, sau exterior,

fiecăruia corespunzându-i între una şi opt grosimi ale peretelui.

Burlanele sunt confecţionate din oţel, sau oţel aliat. Îmbinarea burlanelor se face prin înfiletare, sau mai rar prin sudare.

9

4.2.2. Accesorii de coloană

Introducerea în condiţii optime a coloanei şi realizarea unei bune cimentări se efectuează cu ajutorul unor accesorii.

Şiul este plasat la capătul inferior al coloanei şi permite trecerea acesteia spre talpă, fără dificultăţi şi fără a deranja peretele găurii.

Sunt de două tipuri de şiuri: simple şi cu ventil de reţinere. Ambele tipuri sunt rotunjite, dar şiurile cu ventil au în interior o supapă cu închidere de

jos în sus, împiedicând pătrunderea fluidului de foraj în coloană. În această situaţie coloana de tuburi rămâne goală în interior, ceea ce

reprezintă un avantaj, reducând sarcina la cârligul macaralei. Dacă se execută o operaţie de cimentare, ventilul împiedică revenirea pastei de

ciment în interiorul coloanei. Şiul cu ventil prezintă şi inconveniente, cum ar fi diferenţa de presiune între exteriorul şi interiorul coloanei de

burlane. Presiunea mare din exterior poate duce la turtirea burlanelor.

Inelul de reţinere are rolul de a opri dopurile de cimentare deasupra şiului evitând astfel contaminarea cimentului cu noroi de foraj. Se

confecţionează dintr-un material care se frezează uşor (fontă) şi se plasează la 10-30m deasupra şiului, în interiorul unei mufe de legătură a

burlanelor.

Mufa plutitoare se foloseşte la coloanele de lungime mare, grele, unde există mari diferenţe de presiune (între exterior şi interior).

Mufa are pereţii groşi, iar în interior are un ventil de reţinere asemeni şiului.

Centrorii sunt dispozitive montate în exteriorul coloanei de tubare, pentru menţinerea poziţiei concentrice a coloanei în gaura de

sondă. Se obţine astfel un inel continuu şi uniform de ciment în jurul coloanei. Există mai multe variante de construcţie, dar cea mai comună este

cea a centrorilor cu lame drepte.

Scarificatorii (curăţitorii de colmataj) au rolul de a curăţa colmatajul de pe peretele sondei, prin răzuire. Se montează în parte

inferioară a coloanei. Scarificatorii pot fi: longitudinali şi transversali. La primii curăţirea colmatajului se face printr-o mişcare de rotire a coloanei,

iar la al doilea tip, prin deplasarea sus-jos a coloanei.

Susţinătorul de coloană sunt utilizate la suspendarea coloanelor pierdute. Susţinătorul (agăţătorul de coloană) este plasat la partea

superioară a coloanei pierdute şi este prevăzut cu un dispozitiv care se deblochează în momentul stabilirii poziţiei corecte, fixând şi blocând

coloana pierdută în coloana precedentă.

4.3. Solicitările coloanelor de burlane

Coloana de tubare este supusă diferitelor solicitări din momentul introducerii în sondă şi până la abandonarea sondei.

Solicitarea la întindere este prezentă aproape permanent şi este generată de greutatea coloanei, de forţa de frecare cu peretele

sondei, de forţa aplicată pentru încercarea de desprindere, pentru eventuala prindere în gaura de sondă. Forţa de întindere poate provoca

smulgerea din filet a burlanelor, sau turtirea lor.

Solicitarea la presiune exterioară apare atunci când presiunea din exteriorul coloanei depăşeşte presiunea din interior. Apar în acest

caz deformări ale burlanelor (turtire, ovalizare).

Solicitarea la presiune interioară apare atunci când presiunea din interiorul coloanei o depăşeşte pe cea din exterior ei. Se manifestă

prin fisuri în corpul burlanelor, sau chiar desprinderea unor bucăţi din burlane.

4.4. Operaţia de tubare

Pentru realizarea unei tubări corespunzătoare este necesară executarea unor operaţii pregătitoare:

pregătirea burlanelor pe tipuri de grosime (în perete) şi în ordinea introducerii în sondă;

probarea burlanelor la presiune interioară cu apă, mai ales la coloanele de exploatare şi la cele pentru sonde de mare adâncime;

controlarea stării filetelor;

controlarea accesoriilor de coloană (şiu, inel de reţinere, scarificatori, centrori) şi montarea lor;

executarea lucrărilor pregătitoare în gaura de sondă (corectarea găurii, circularea îndelungată a fluidului.

Operaţia de tubare constă în:

înşurubarea şiului la primul burlan şi sudarea în câteva puncte;

montarea inelului de reţinere la două-trei burlane de şiu şi montarea centrorilor dacă este necesar;

ridicarea de pe rampă în turlă, a fiecărui burlan, suspendarea în elevator şi înşurubarea la coloana suspendată în pene.

Coborârea atentă a coloanei în sondă, pentru evitarea prinderilor;

Efectuarea periodic a unei circulaţii pentru evacuarea dn sondă a turtei de colmatare şi a altor fragmente desprinse din perete;

Circularea sondei la finalul tubării şi manevrarea coloanei (sa nu fie prinsă, scarificatorii înlătură colmatajul).

4.5. Cimentarea sondelor

Cimentarea este operaţia de introducere în spatele coloanei de tubare a unei cantităţi de lapte de ciment (pastă de ciment), urmată de

introducerea unui volum de noroi, care dislocuieşte cimentul din coloană, împingând cimentul în spatele coloanei. După un anumit timp (24-48

ore) cimentul face priză şi se transformă într-o masă compactă

10

(piatra de ciment), care împiedică circulaţia fluidului în spatele coloanei şi în acelaşi timp fixează coloana şi creşte rezistenţa acesteia

la acţiunea de turtire, care poate fi exercitată de roci. Cimentarea incorectă facilitează pătrunderea apelor în stratele productive şi compromite

exploatarea lor. Cimentarea se face în următoarele scopuri:

Izolarea stratelor productive între ele, precum şi a acviferelor din vecinătate;

Consolidarea rocilor instabile sau plastice;

Prevenirea manifestărilor de gaze;

Izolarea stratelor productive de grosime mică, pentru conservarea lor temporară;

Protejarea coloanei împotriva deformării;

Fixarea coloanei;

Cimentarea succesivă a diferitelor coloane (ghidaj, ancoraj, intermediară, exploatare);

4.5.1. Cimenturi de sondă

La prepararea laptelui de ciment se utilizează cimentul de sondă. Este un ciment special de tip Portland, care poate fi amestecat cu

cantităţi relativ mari de apă, fără să se sedimenteze, şi fără ca timpul de întărire şi rezistenţa mecanică să aibă de suferit.

Amestecurile adecvate cuprind ciment de sondă, apă şi o serie de aditivi, funcţie de scopul cimentării.

1. lapte de ciment cu filtrat redus – se obţine prin adaos de argilă bentonitică, substanţe macromoleculare şi polimeri organici. Este

utilizat pentru reducerea filtrării apei din pasta de ciment, în roci foarte permeabile.

2. lapte de ciment uşor – are densitate redusă şi se obţine prin adaos de substanţe care reduc filtraţia, sau substanţe uşoare

(diatomit, perlit expandat). Se folosesc în sonde la catre se produc pierderi de circulaţie.

3. lapte de ciment greu – are densitate mare, se foloseşte la sonde adânci, unde sunt necesare noroaie cu densitate mare (2-

2,3kgf/dm3), iar cimentul trebuie să aibă aceeaşi densitate cel puţin, sau mai mult. Pentru realizarea unei densităţi mari, pentru a depăşi

densitatea fluidului de foraj, se folosesc adaosuri de materiale grele (barit, magnetit, galena, cu densităţi între 4,2-6,73kgf/dm3).

4. lapte de ciment pentru obturare – este folosit pentru închiderea zonelor cu pierdere de circulaţie. Lacimentul de sondă se adaugă

silicat de sodium, argilă coloidală (gel), sau materiale de blocare (fibroase-azbest, granulare- fulgi de mică, lamelare-fâşii de celofan).

Funcţie de condiţiile concrete, care se impun în procesul de cimentare, în cimenturi se adaugă întârzietori (când se lucrează cu

cantităţi mari de ciment) şi acceleratori (coloană ancoraj la mică adâncime, dopuri în coloană) de priză.

Pomparea laptelui de ciment şi a fluidului de foraj, pentru refularea laptelui în spatele coloanei, se execută cu ajutorul agregatelor de

cimentare (autopurtate). Se folosesc de asemenea dispozitive speciale : pâlnie de amestec, capete de cimentare, dopuri de cimentare.

Capetele de cimentare se montează la capătul superior al coloanei şi face legătura cu agregatul de cimentare, prin intermediul unor

conducte de împingere. Permite lansarea dopurilor şi asigură închiderea coloanei la sfârşitul operţiei de cimentare. Cele mai utilizate sunt: capul

de cimentare simplu cu filet şi capul de cimentare etajat (cap de lansare). La cel etajat dopul doi se află în interiorul lui. Pomparea laptelui de

ciment se face prin braţele laterale inferioare, iar a fluidului de refulare prin cele superioare la început, apoi după lansarea dopului, prin toate

patru.

Dopurile de cimentare sunt folosite la separarea laptelui de ciment de fluidul de foraj. Sunt confecţionate din cauciuc, material plastic şi

au armături metalice. După întărirea cimentului dopurile sunt frezate (distruse). La cimentările obişnuite, cu două dopuri, acestea sunt din

cauciuc. Primul este găurit şi prevăzut cu o membrană de separare. Când dopul atinge inelul de reţinere, membrana se sparge şi laptele de

ciment trece sub dop.

4.5.2. Metode de cimentare

Metodele de cimentare la sondele în foraj se impart în: primare, secundare şi speciale.

Cimentările primare

Funcţie de situaţia coloanei şi funcţie de modul cum se realizează operaţia propriu-zisă se deosebesc mai multe metode:

cimentarea cu dopuri este utilizată la coloane întregi, cimentate pe toată înălţimea, sau pe o porţiune din partea inferioară a

găurii. Se folosesc două dopuri. Se lansează primul dop, după care se pompează laptele de ciment integral. Se lansează al doilea dop şi se

începe pomparea fluidului de foraj. Când primul dop a atins inelul de reţinere, membrana dopului se sparge şi cimentul trece prin şiu în spatele

coloanei. Pomparea continuă până când al doilea dop ajunge la inelul de reţinere, aşezându-se peste primul dop. Acesta este momentul

încheierii cimentării. Pentru a împiedica contaminarea laptelui de ciment cu fluid de foraj, după lansarea primului dop se pompează în coloană un

fluid de separare. Volumul dopului de fluid corespunde unei înălţimi în spaţiul inelar de 150-200m.

Şiul împiedică revenirea laptelui de ciment în coloană. După perioada de prizare dopurile, cimentul rămas în coloană şi şiul pot fi

frezate, funcţie de operaţiile ce urmează a fi executate

cimentarea etajată presupune pomparea laptelui de ciment în tranşe, fiecare fiind plasată într-o anumită zonă a spaţiului inelar.

Cea mai utilizată este metoda în două trepte (etaje). Se utilizează la sondele cu coloane de lungime mare, la sonde cu două zone productive

situate la distanţă mare, la cimentări care ar necesita un număr mare de agregate de cimentare, dar spaţiul la sondă nu permite amplasarea lor.

11

Se folosesc patru dopuri de cimentare şi o mufă specială (niplu cu orificii, montat între două burlane ale coloanei, la o înălţime dinainte

stabilită). Se lansează primul dop, care este găurit şi se pompează cantitatea de lapte de ciment pentru etajul inferior. Se lansează al doilea dop

şi se pompează o cantitate de fluid de foraj egală cu volumul interior al coloanei, între inelul de reţinere şi mufa specială. Se lansează al treilea

dop şi se pompează laptele de ciment pentru etajul superior. Se lansează dopul 4 şi se pompează fluid de foraj egal cu volumul interior al

coloanei dintre mufa specială şi parte asuperioară a coloanei de tubare. Când dopul 3 (dop de deschidere) ajunge la mufa specială, presiunea

creşte, se deschid orificiile mufei şi laptele de ciment trece în spatele coloanei. Când dopul 4 (dop de închidere) ajunge la dopul 3 operaţia de

cimentare este finalizată.

Cimentarea de coloană pierdută – lansarea coloanei pierdute se face cu ajutorul garniturii de foraj. Între coloană şi garnitură se

intercalează agăţătorul şi lansatorul de coloană. Prin agăţător coloana pierdută se fixează în coloana precedentă. Prin lansator se realizează

desprinderea garniturii de la coloană. După suspendarea coloanei se introduce lapte de ciment necesar cimentării.

Cimentări secundare

Cea mai frecventă este cimentarea prin perforaturi. Se utilizează la repararea unor cimentări primare necorespunzătoare. Se

perforează coloana în partea superioară şi inferioară a zonei ce urmează a fi cimentată. Se introduce garnitura, prevăzută cu un packer şi se

fixează deasupra perforaturilor inferioare. Se pompează apoi prin prăjini lapte de ciment, care pătrunde în spatele coloanei, împingând fluidul

care va intra în coloană prin perforaturile superioare.

Cimentări speciale

cimentarea pentru formarea de dop – este folosită în scopul blocării găurii de sondă şi executării unei găuri noi prin foraj dirijat,

sau trecerea în producţie a unui strat superior în sondă tubată. Se introduce garnitura de prăjini până la adâncimea care corespunde părţii

inferioare a dopului. Se pompează lapte de ciment, apoi fluid până când laptele de ciment a ajuns la acelaşi nivel în interiorul şi exteriorul

garniturii. Se retrage garnitura până deasupra nivelului cu lapte de ciment.şi se face circulaţie pentru spălare, apoi se extrage.

4.5.3. Controlul calităţii cimentării

La cimentările primare se verifică calitatea cimentării cu ajutorul carotajului termic, radioactiv şi acustic, cu ajutorul controlului oglinzii şi

controlului etanşeităţii coloanei.

Carotajul termic (termometria) măsoară înălţimea la care s-a ridicat cimentul în spatele coloanei. Se măsoară temperatura în gaura de

sondă. În timpul prizării întărirea amestecului apă-ciment este însoţită de degajare de căldură, deci în zona cimentată se vor înregistra

temperaturi mai mari. Analiza temperaturii indică cu destul de mare precizie nivelul ridicării cimentului în spatele coloanei,dar mai puţin gradul de

umplere a spaţiului inelar.

Carotajul radioactiv este folosit pentru a indica înălţimea de ridicare a laptelui de ciment în spatele coloanei, dar şi gradul de umplere

în spatele coloanei. Se face un carotaj radioactive înainte de tubare şi cimentare, se obţine o curbă, care se compară cu cea măsurată după

cimentare.

Carotajul acustic se execută după întărirea cimentului. Permite detectarea intervalelor în care cimentarea nu este reuşită, respective

acolo semnalul acustic nu este atenuat, el propagându-se prin coloană.

Controlul oglinzii cimentului constă în determinarea adâncimii la care este plasat dopul de ciment. Operaţia se execută cu ajutorul

garniturii şi nu trebuie să pătrundă în ciment. Se verifică de fapt rezistenţa cimentului.

Verificarea etanşeităţii coloanei de tubare se realizează prin crearea unei diferenţe de presiune între exteriorul şi interiorul coloanei,

prin golirea coloanei, sau crearea de presiune în coloană. În primul caz nu trebuie să crească nivelul în sondă, iar în al doilea caz, presiunea nu

trebuie să scadă.

5. Fluide de foraj

Forajul rotativ se caracterizează prin circulaţia continuă a fluidului de foraj (fluid de circulaţie). Sistemul care asigură circulaţia fluidului

are o parte exterioară (elementele de suprafaţă) şi una interioară (elementele din sondă).

Elementele de suprafaţă sunt: habe sau batale, pompe, manifold, încărcător, furtun de foraj, cap hidraulic, echipament de curăţire a

fluidului de foraj. În sondă sistemul cuprinde garnitura de foraj, sapă, spaţiu inelar (garnitură-peretele sondei).

Circuitul normal al fluidului de foraj (circulaţie directă) este: habe-pompă-manifold-încărcător-furtun-cap hidraulic-garnitură de foraj-

sapă-spaţiu inelar-echipament de curăţire-habă. Circuitul invers, cu intrarea prin spaţiul inelar şi ieşirea prin garnitura de foraj, poartă numele de

circulaţie inversă.

5.1. Funcţiile noroiului de foraj

Fluidul de foraj îndeplineşte următoarele funcţii:

Curăţă talpa sondei de detritus şi îl transportă la suprafaţă;

12

Menţine detritusul în suspenşie când sonda este oprită;

Asigură contrapresiunea pe peretele găurii de sondă, împiedicând surparea rocilor friabile, deformarea celor plastice şi împiedică

pătrunderea fluidelor din strate în sondă;

Colmatează peretele sondei, izolând sonda de rocile traversate;

Răceşte şi lubrifiază sapa şi garnitura de foraj;

Reduce rezistenţa rocilor prin umectare şi adsorbţie.

Fluidele de foraj trebuie să îndeplinească anumite condiţii:

Să nu influenţeze rocile traversate, respectiv să nu producă umflarea argilelor, să nu contamineze apele freatice şi să nu

blocheze formaţiunile productive;

Să reziste presiunilor şi temperaturilor din sondă;

Să nu fie afectate de mineralele solubile (sare, gips), sau de gaze;

Să nu erodeze şi corodeze echipamentul de foraj;

Să nu fie toxic şi să nu prezinte pericol de incendiu;

Să fie uşor de preparat şi de întreţinut;

Să fie ieftine.

Aceste condiţii sunt îndeplinite în mare măsură de noroaiele de foraj de calitate bună şi de unele fluide de compoziţie specială.

5.2. Clasificarea şi caracterizarea fluidelor de foraj

Funcţie de compoziţie şi starea fizică, fluidele de foraj se împart în:

1. fluide lichide – sunt pe bază de apă şi pe bază de produse petroliere;

2. fluide gazoase – aer, gaze naturale, sau gaze de eşapament;

3. amestecuri lichid-gaz- noroi aerat, petrol gazat, spumă şi ceaţă.

Fluidele pe bază de apă se împart în: apă (dulce, salină sau cu polimeri) şi noroi de foraj.

5.2.1. Fluide lichide

5.2.1.1. Apa –fluid de foraj

Apa a fost primul fluid de foraj. Folosirea ei este limitată, din cauza depozitelor traversate. Prezenţa argilelor bentonitice, a unor roci

friabile (nisip, siltit), sau a unor săruri, fac imposibilă utilizarea ei. Avantajele apei sunt date de debitele mari cu care se poate lucra şi de curăţirea

eficientă a tălpii şi a sapei, ceea ce duce la viteze mari de săpare.

5.2.1.2. Noroaie de foraj

Noroaiele de foraj sunt cele mai utilizate fluide de foraj. După compoziţie se împart în: noroaie naturale sau netratate, noroaie tratate,

noroaie emulsionate.

a. noroiul natural se formează în timpul forajului din apă şi argila dislocată, sau se prepară la suprafaţă din apă şi argile

hidratabile şi dispersabile (grupa bentonitelor cu mineral principal montmorillonitul, alături de care mai sunt nontranitul, hectoritul, saponitul). În

amestec cu apa, se produce umflarea şi dispersarea particulelor argiloase.

b. noroaiele tratate se obţin din cele naturale prin adăugare de reactivi de reducere a vâscozităţii şi filtraţiei şi materiale de

îngreuiere. Şi aceste noroaie sunt sensibile la săruri, dar mult mai puţin.

Reducerea densităţii acestor noroaie se face prin adăugare de apă, dar în acest caz, noroiului îi creşte capacitatea de filtraţie. Este

necesar ca noroiul să se îmbogăţească în material coloidal şi se adaugă argilă bentonitică, activată cu carbonat de calciu (trassgel).

Creşterea densităţii noroiului se face prin adăugare de materiale cu densităţi ridicate (barit, hematit, magnetit, galena).

Corectarea vâscozităţii se face prin adăugare de argilă coloidală, sau substanţe macromoleculare hidrofile (creşterea vâscozităţii).

Adăugarea de fluidizanţi duce la scăderea vâscozităţii.

c. noroaiele speciale se folosesc atunci când noroaiele tratate nu mai pot fi folosite, datorită contaminării puternice. Acestea pot

fi:noroaie inhibitate (inhibate) şi fluide cu conţinut redus de solide argiloase. Din categoria noroaielor inhibate noroiul salin saturat se foloseşte la

traversarea masivelor de sare.

d. noroaiele emulsionate se obţin din primele trei tipuri prin adăugare de petrol brut sau motorină, obţinându-se o emulsie de tipul

ulei în apă. Sunt rezistente la sărurile contaminante, rezistă bine la temperaturi ridicate şi suportă o încărcare mare cu argilă.

5.2.1.3.Fluide pe bază de produse petroliere

Din această categorie fac parte fluidele negre, care conţin foarte puţină apă, sau chiar deloc. Fluidul este petrolul brut sau motorina, iar

coloidul este asfaltul oxidat natural, sau suflat cu aer. Filtraţia fluidului este aproape nulă, este inert la contaminanţi, rezistent la temperatură şi cu

capacitate mare de lubrifiere.

Aceste fluide sunt recomandate la traversarea formaţiunilor argiloase, a celor cu săruri contaminante, la forajul de mare adâncime, la

rezolvarea unor accidente tehnice, etc. Dezavantajele constau în: preţul ridicat, pericolul de incendiu şi întreţinerea lor dificilă (măsuri de

prevenire a pătrunderii apei).

13

5.2.2. Fluide de foraj gazoase

Cel mai folosit fluid gazos este aerul, dar siguranţă mai mare, o dau gazele de la eşapamentul motoarelor cu ardere internă (numai la

instalaţiile care funcţionează cu astfel de motoare). La forajul cu gaze se obţin viteze mari de foraj. Ele asigură evacuarea eficientă a detritusului,

precum şi răcirea sapei. Forajul cu gaze se aplică în roci stabile, fără fluide sub presiune şi fără acvifere.

5.2.3. Fluide de foraj amestec lichid-gaz

Pentru forarea în prin acvifere, roci permeabile sau fisurate, se folosesc noroaiele aerate, care se obţin prin injectarea în noroiul de

foraj, a aerului comprimat, obţinându-se densităţi diferite ale noroiului. La ieşirea din sondă aerul se separă de noroi.

5.3. Proprietăţile fluidelor de foraj

Proprietăţile fluidelor de foraj sunt cele care dau calitatea unui fluid de foraj.

1. densitatea crează contrapresiunea asupra depozitelor traversate. Se determină prin cântărire cu cântare specifice.

2. proprietăţile reologice (vâscozitatea, tensiunea de forfecare, tixotropia) caracterizează comportarea fluidului la curgere.

Vâscozitatea şi tensiunea de forfecare contribuie la evacuarea detritusului, la colmatarea peretelui sondei, împiedică depunerea detritusului în

sondă şi pătrunderea fluidului în roci cu permeabilitate mare. Tixotropia este proprietatea noroaielor de foraj de a forma o structură cu aspect de

gel, atunci când este în repaos. Prin agitare structura se distruge şi noroiul devine fluid (sol). Transformarea sol-gel şi gel-sol se poate repeta de

o infinitate de ori. La oprirea circulaţiei, fragmentele de detritus sunt prinse în structura gelului, fără să se sedimenteze.

3. capacitatea de filtrare şi de colmatare este proprietatea fluidelor de foraj de a depune pe peretele sondei (colmatare) o crustă

solidă (turtă de colmatare), ca urmare a pătrunderii fazei lichide din fluidul de foraj, în rocile traversate (filtrare). Fluidul de calitate are filtrare

redusă, iar turta de colmatare este subţire, impermeabilă şi cu mare aderenţă la peretele sondei.

4. conţinutul de nisip se referă la conţinutul în particule solide, care nu a putut fi separat cu mijloacele existente în sondă. Un fluid

cu mult nisip are proprietăţi abrazive şi produce uzura componentelor cu care vine în contact.

5.4. Prepararea fluidelor de foraj

Amestecul apei şi argilei se face fie în sondă, pe cale naturală, fie la suprafaţă cu ajutorul unui mixer. Prima metodă se utilizează

atunci când sunt traversate roci cu conţinut mare de bentonită, şi parte din roca dislocată se dispersează în fluid, care apoi este tratat

corespunzător. La metoda a doua argila şi apa se amestecă la suprafaţă în amestecătorul hidraulic (mixer).

5.5. Curăţirea fluidelor de foraj

Curăţirea fluidelor de foraj încărcate cu detritus se face cu echipamente speciale: site vibratoare, hidrocicloane, centrifuge, etc. Sitele

vibratoare sunt cele mai utilizate dispozitive de curăţire.

6. Regimul de foraj

Rezultatele obţinute la finalizarea unei sonde sunt apreciate prin indicatorii calitativi (conducerea sondei pe traiectul proiectat,

traversarea rocilor fără accidente, deschiderea orizonturilor productive fără afectarea permeabilităţii lor) şi cantitativi (viteza de foraj, costurile

realizate).

Procesul de foraj depinde de o serie de factori: factori constanţi şi factori variabili.

Factori constanţi sunt: calitatea şi capacitatea instalaţiei de foraj şi a echipamentului din sondă, caracteristicile fizico-mecanice ale

rocilor.

Factorii variabili (factori tehnologi=parametrii regimului de foraj) pot fi modificaţi şi sunt: calitatea şi proprietăţile fluidului de foraj,

debitul de fluid, apăsare pe sapă, turaţia sapei. Între cele două grupe de factori există o relaţie de interdependenţă.

Regimul de foraj – corelaţia dintre factorii tehnologici, determinanţi ai eficienţei procesului, care, în condiţiile unor factori constanţi

daţi, asigură anumiţi indicatori calitativi şi cantitativi.

6.1. Stabilirea regimului de foraj

Stabilirea regimului de foraj presupune stabilirea parametrilor hidraulici şi mecanici ai regimului, în înterdependenţă, ţinând cont de

toate condiţiile întâlnite în procesul de foraj.

6.1.1. Stabilirea regimului hidraulic:

a. tipul şi compoziţia fluidului de circulaţie se aleg funcţie de rocile traversate. La rocile argiloase fluidul nu trebuie să producă

umflarea lor şi dispersarea lor în masa fluidului. La traversarea unor strate de săruri şi cărbuni trebuiesc utilizate fluide inhibitate (calciu, potasiu)

şi fluide emulsionate. Rocile solubile se traversează cu fluide insensibile la contaminare, iar formaţiunile productive cu fluide a căror filtrat să nu

afecteze permeabilitatea rocilor (fluide pe bază de produse petroliere).

b. debitul de fluid se stabileşte pentru evacuarea eficientă a detritusului din talpa sondei.

c. viteza jeturilor de fluid la ieşirea prin orificiile sapei, reprezintă un parametru principal al regimului de foraj.

14

6.1.2. Stabilirea regimului mecanic

Regimul mecanic presupune stabilirea unei corecte apăsări pe sapă şi a turaţiei, care formează împreună cuplul apăsare-turaţie.

Acest cuplu depinde de tipul de sapă, iar alegerea sapei depinde de tipul rocilor traversate.

7. Devierea şi direcţionarea sondelor

7.1. Poziţia găurii de sondă

Sondele sunt proiectate pentru a fi forate vertical. Din diferite cauze în timpul forajului sondele sunt deviate, respectiv se abat de la

traiectul vertical. Există şi situaţii când forajele se execută pe alte direcţii, decât cea verticală, realizându-se forajul direcţional sau dirijat.

Sondele a căror înclinare nu depăşeşte 2º, sunt considerate verticale. Poziţia în spaţiu a unui tronson al găurii de sondă este dată de

două unghiuri: unghiul zenital, sau de înclinare α (între direcţia tronsonului deviat şi verticală) şi unghiul azimutal sau direcţia înclinării β (între

planul vertical al sondei şi planul vertical al direcţiei nordului magnetic).

Reprezentarea traiectului unei sonde în plan vertical se numeşte proiecţie verticală. Proiecţia sondei în plan orizontal, cu indicarea

nordului se numeşte proiecţie orizontală sau înclinogramă. Măsurarea înclinării se face cu înclinometre, în puncte sau staţii, situate de obicei la

25 sau 50m.

7.2. Cauzele şi consecinţele devierii

Găurile de sondă pot fi deviate din cauza a trei categorii de factori: geologici, tehnici şi tehnologici.

Factorii geologici (naturali)

anizotropia rocilor caracterizează un comportament diferit al rocilor la acţiunea elementelor active ale sapei.

Stratificaţia rocilor, specifică rocilor sedimentare, influenţează gradul de deviere al sondei. Cu cât stratele sunt înclinate sub un

unghi mai mare, cu atât tendinţa de deviere va fi mai mare. Devierea se produce pe direcţia liniei de coborâre a stratelor, producându-se aşa

numita alunecare. Devierea depinde şi de diferenţele de duritate la limita stratelor.

Discontinuităţile naturale sunt discontinuităţi geologice: discordanţe stratigrafice, falii, fisuri, caverne, blocuri cu duritate mai mare

decât a rocii în care se găsesc.

Factorii tehnici

Neconcordanţa între axele verticale ale turlei şi mesei rotative, lipsa de orizontalitate a mesi rotative;

Situarea prăjinii de antrenare în poziţie înclinată datorită greutăţii furtunului de foraj, la începutul forajului;

Existenţa unor prăjini de foraj strâmbe, sau a unor îmbinări cu filete necoaxiale;

Tipul de sapă.

Factorii tehnologici

Apăsările incorecte pe sapă provoacă flambarea părţii inferioare a garniturii. Axa prăjinilor grele nu coincide cu axa sondei. La

apăsări mari, prăjinile grele se sprijină pe peretele sondei.

Necorespondenţa dintre diametrele găurii de sondăşi prăjinilor grele. Dacă există un joc prea mare se produce devierea.

Utilizarea jeturilor de fluid cu viteză mare în roci slab consolidate;

Degajarea incompletă de detritus a sondei.

Consecinţele devierii:

Uzura prăjinilor şi a racordurilor;

Solicitări suplimentare de încovoiere şi presiune laterală asupra garniturii;

Complicarea operaţiilor de manevră, respectiv la extragere apar întinderi suplimentare, iar la introducerea garniturii, aceasta se

sprijină în perete;

Uzura coloanei de tubare prin frecare cu garnitura;

Se formează găuri de cheie şi lărgiri ale sondei;

Se consumă mai multă energie;

Se complică operaţia de tubare şi creşte pericolul turtirii coloanei prin sprijinire pe peretele sondei;

Se complică cimentarea coloanelor, prin formare de inel neuniform de ciment;

Creşte pericolul prinderii garniturii de foraj şi a coloanelor de tubare;

Dificultatea operaţiilor de instrumentaţie;

Dificultăţi la investigarea găurii de sondă;

Procesul de forare este mai lung, cu costuri ridicate.

La sondele de exploatare:

Se introduce greu echipamentul de extracţie şi se produc uzuri ale acestuia prin frecare;

Se exploatează incorect zăcământul, talpa sondei fiind deviată faţă de poziţia proiectată.

15

7.3. Prevenirea devierii sondelor

Forarea unor sonde cu devieri mici se poate realiza înlăturându-se cauzele tehnice şi tehnologice ale devierii, mai puţin cele naturale

(geologice). Astfel pentru prevenirea devierii, sau obţinerea unor găuri de sondă cu deviere în limite admisibile, se pot aplica următoarele

metode:

Utilizarea de prăjini grele cu diametru mare, sau prăjini grele speciale, reduce jocul radial între peretele sondei şi prăjini.

Ghidarea prăjinilor grele cu dispozitive de ghidaj sau stabilizatori. Aceste dispozitive sunt cuprinse în ansamblul prăjinilor grele.

7.4. Aplicarea forajului direcţional

Forajul direcţional sau dirijat se foloseşte pentru:

Explorarea şi exploatarea unor zăcăminte de hidrocarburi aflate sub zone inaccesibile la suprafaţă (relief accidentat, bazine cu

apă, construcţii, centre populate,etc.);

Mărirea intervalului de deschidere la stratele productive;

Realizarea unui număr mare de sonde pe o suprafaţă mică de teren;

Evitarea traversării unor zone cu dificultăţi de foraj (masive de sare, falii nenetanşe);

Readucerea pe traiect a unei sonde deviate;

Trecerea pe lângă instrumente rămase în sondă;

Realizarea unei sonde de salvare, pentru oprirea unei sonde scăpate în erupţie necontrolată, la a cărei gură nu se poate etanşa

un dispozitiv de închidere.

7.5. Metode de direcţionare a sondelor

Devierea găurilor de sondă se poate realiza atât la forajul cu masă, cât şi la cel cu motor submersat, ultimul fiind cel mai folosit la la

forajele direcţionale.

Forajul direcţional cu masă

La această metodă schimbarea traiectului se face cu ajutorul unor dispozitive de deviere. Unul dintre aceste este pana de deviere

amovibilă.

Forajul direcţional cu motor submersat

Dispozitivele utilizate pentru devierea sondei sunt: prăjina îndoită, reducţia dezaxată, reducţia dublu dezaxată, turbină cu niplu cu

patină, turbină cu patină pe corp, motor cu corp dezaxat sau curb.

Există mai multe metode de orientare în sondă a dispozitivelor de deviere.

7.6. Tipuri de sonde forate direcţional

Sonde în grup se aplică la forajul pe uscat şi pe mare. Avantajul sondelor în grup constă în reducerea lucrărilor de suprafaţă, a

operaţiilor de montaj-demontaj şi transport. Distanţa între gura sondelor poate fi de 8m. Forajul de sonde în grup este foarte important la forajul

marin de exploatare. De pe o platformă fixă se forează cu aceeaşi instalaţie până la 36 sonde, cu distanţa la gură între 1,5-2m.

Sonde gemene este variantă a forajului în grup. Se forează cu aceeaşi instalaţie fără ca instalaţia să fie deplasată de la locul ei.

Sondele gemene se forează fie succesiv, fie în paralel.

La forajul de sonde gemene în paralel se utilizează o masă rotativă dublă, de construcţie specială, sau două aşezate în paralel. Turla

este prevăzută cu un geamblac mobil, care se deplasează pe direcţia meselor rotative (printr-un motor electric comandat de la pupitrul

sondorului şef. Se lucrează cu o singură garnitură, care nu mai este stivuită, ci se introduce în sonda a doua. Avantajele acestei metode sunt:

reducerea lucrărilor de montaj, demontaj şi transport ale instalaţiei, reducerea timpului de manevră, executarea operaţiilor speciale de

investigare, fără întreruperea forajului.

Sonde ramificate. Dintr-o sondă centrală, la o anumită adâncime pornesc ramificaţii, în acelaşi orizont productiv, sau în orizonturi

diferite. Avantajul metodei constă în suprafaţa mare de exploatare acoperită.

8. Accidente tehnice şi complicaţii de foraj

Accidentele tehnice şi complicaţiile întrerup procesul de foraj, cresc durata forajului (din cauza timpului neproductiv), cresc cheltuielile

şi există posibilitatea abandonării sondei.

Accidentele presupun întreruperea procesului de foraj, ca urmare a blocării găurii de sondă (nu există acces la talpa sondei).

Complicaţiile sunt evenimente la care gura şi talpa sondei sunt accesibile, cel puţin în stadiul iniţial.

8.1. Clasificarea accidentelor tehnice şi complicaţiilor

Accidentele sunt extrem de diverse şi complexe, dar criteriul cel mai sugestiv, este cel care are în vedere natura accidentului şi

elementul care a produs accidentul. Accidentele se împart în:

Prinderi sape

16

garnitura de foraj

coloana de tubare

Ruperi şi smulgeri din filete prăjini de foraj

burlane

Deformări transversale turtiri şi păpuşiri

spargeri

Rămâneri la talpă sape

diverse

Complicaţiile se împart în: aflux de fluide în sondă (manifestări şi erupţii)

Influx de fluid de foraj (pierderi de circulaţie)

8.2. Cauzele accidentelor şi complicaţiilor

Exceptând cauzele obiective, de tipul unor pierderi de circulaţie în roci fisurate, sau foarte poroase, cauzele sunt subiective.

Calificarea necorespunzătoare a personalului;

Stabilirea unor programe de lucru incorecte, sau nerespectarea unui program corect;

Utilizarea unor fluide de foraj neadaptate condiţiilor concrete din sondă;

Utilizarea unor scule şi instrumente neadecvate operaţiilor ce trebuiesc executate;

Lipsa unei aparaturi de control a procesului, sau lipsa acesteia.

8.3. Prinderi în gaura de sondă

Pot fi prinse sape, garnitura de foraj, coloana de tubare, sau dispozitivele de investigare a găurilor de sondă. Cauzele sunt numeroase:

a. fluide de foraj necorespunzătoare

în zone cu roci neconsolidate;

în strate cu înclinare mare, rocile sunt deranjate, instabile şi tind să închidă sonda;

reducerea diametrului găurii de sondă (umflarea rocilor şi turtă de colmataj groasă);

lucrul cu debite insuficiente duce la încărcarea cu detritus şi manşonarea sapelor;

utilizarea unor fluide de foraj cu rezistenţă de forfecare şi tixotropie redusă provoacă depunerea detritusului la oprirea

circulaţiei;

garnitura de foraj şi coloana de tubare lăsate în sondă nemişcate – apare fenomenul de prindere ca urmare a lipirii

coloanei de perete;

b. forma găurii de sondă

găuri de sondă cu diametrul mai mare decât diametrul sapei – se formează găuri ocnite şi găuri telescopice;

traversarea unor roci cu abrazivitate ridicată – împănarea sapei;

zone deviate – gaură de cheie.

8.4. Ruperi şi smulgeri

Cauzele acestor accidente sunt:

Solicitări care depăşesc limitele admisibile;

Uzura şi oboseala materialelor;

Defecte ale materialelor în procesul de fabricaţie a produselor finite, defecte ca urmare a utilizării greşite, sau în procesul de

transport, manipulare şi depozitare.

Rezolvarea ruperilor şi smulgerilor de prăjini se face cu ajutorul unor instrumente adecvate. Se ia modelul capătului rămas în sondă cu

modelul cu plumb. Funcţie de acesta se utilizează instrumente cum sunt: tuta, dornul (cu pălărie), corunca, cârlig de îndreptat.

Pentru extragerea unor piese din sondă se folosesc: păianjenul şi freza magnetică.

8.5. Manifestări şi erupţii

Complicaţiile grave sunt erupţiile necontrolate, generate de afluxul de fluide în gaura de sondă. Până fluidul în surplus poate fi evacuat

cu odată cu fluidul de foraj, avem o manifestare eruptivă. În momentul când din sondă iese doar fluid provenit din stratele traversate se trece la

faza unei erupţii libere. Dacă la gura sondei, ieşirea fluidului nu poate fi ţinută sub control, erupţia se numeşte erupţie liberă necontrolată. Acest

tip de manifestare se poate sesiza prin:

Scăderea densităţii fluidului de foraj;

Apariţia de gaze la suprafaţă;

Creşterea nivelului de foraj în habă sau rezervor;

Reducerea presiunii de lucru la pompe, fluidul fiind antrenat de fluidele din strat.

17

8.6. Pierderi de circulaţie

Pierderea de fluid în diferite strate poate fi : mică (până la 10%), mijlocie (10-50%) şi mare (> 50%). Cauzele pot fi geologice, sau

tehnologice (utilizarea unor fluide cu densitate mare, lucrul cu debite mari, reluarea bruscă a circulaţiei după o pauză).

Combaterea unor astfel de fenomene se face prin condiţionarea fluidului de foraj şi prin metoda blocării. În ultima metodă se folosesc

materiale de blocare, amestecate în fluid. Acestea pot fi: materiale fibroase (coajă de copac, deşeuri de bumbac, azbest), lamelare (fulgi de

mică, fâşii de celofan sau polietilenă, deşeuri de piele), granulare (granule de perlit, materiale plastice, coji de nucă). La această metodă este

dificilă curăţirea fluidului de materiale blocante. O metodă eficientă este cimentarea zonei cu pierderi.

9. Foraje cu destinaţie specială

9.1. Forajul cu sondeze în subteran şi la suprafaţă

În subteran forajul cu sondeze se foloseşte pentru cercetare geologică, precum şi în scopuri miniere. Forajul de cercetare geologică

din subteran are avantajul că poate fi orientat în toate direcţiile, oferind informaţii asupra extinderii spaţiale a unui zăcământ. Forarea găurilor de

utilitate minieră în subteran şi la suprafaţă, este direct legată de procesul de exploatare a unor zăcăminte. În subteran se pot săpa găuri pentru:

pozarea unor conducte, cabluri de forţă;

găuri de probare (control) în lucrările miniere;

găuri de injecţie pentru consolidarea rocilor – se introduc sub presiune substanţe de consolidare în fisuri, sau goluri subterane,

prin găuri forate cu echipamente adecvate;

găuri de explozie în cariere;

găuri pentru consolidarea nisipurilor acvifere, în vederea traversării lor cu lucrări miniere- consolidarea se face cu lianţi care

pătrund în rocă;

sonde de congelare – în zone cu acvifere. Pentru săparea unui puţ se sapă în jurul lui sonde dispuse circular, prin care se circulă

lichid la temperaturi foarte scăzute (-15º - -40º), roca îngheaţă şi susţine lucrarea minieră;

puţuri de drenare pentru asecarea unor zăcăminte – se echipează găurile cu filtre pentru evacuarea apelor din acvifere;

lichidarea incendiilor subterane- una dintre metode este cea a înnămolirii. Metoda presupune pomparea prin găuri de sondă

săpate special, a unei suspensii de tipul argilă-mortar în zona ce urmează a fi colmatată, pentru închiderea accesului aerului care întreţine

arderea;

găuri de salvare minieră- se execută în cazul unor accidente petrecute în subteran. Prin intermediul unor găuri săpate sunt

depistaţi şi apoi aprovizionaţi supravieţuitorii.

Forajul în subteran se execută cu sape sau carotiere, funcţie de scopul urmărit. Găurile de sondeze se execută verticale (prin foraj

ascendent sau descendent), orizontale sau înclinate. Dislocarea detritusului se face prin circulaţie de fluide lichide, amestecuri lichid –aer şi aer.

Instalaţiile de foraj sunt de gabarit mic, adaptate condiţiilor din subteran şi sunt uşor de transportat, montat şi demontat.

9.2. Forajul sondelor cu diametre mari

Obiectivele forajului de mare diametru sunt:

fundaţii speciale pe piloni foraţi pentru construcţii industriale;

lucrări miniere verticale, puţuri şi suitori (exploatare, aeraj);

depozite subterane de gaze, sau substamţe chimice;

fundaţii speciale pentru explorarea şi exploatarea petrolului de pe platformele marine;

Metodele de execuţie sunt forajul cu diametru constant pe toată adâncimea, sau foraj în trepte (telescopat). La forajul cu diametru

constant sonda se execută la diametrul final, sau prin lărgiri succesive. Lărgirile pot fi descendent sau ascendent, atunci când gaura de sondă

forată iniţial debuşează într-o lucrare minieră (galerie), în care se montează sapa şi se colectează detritusul.

La forajul telescopat se sapă un tronson până la o anumită adâncime, cu diametrul cel mai mare. Zona se tubează, apoi se sapă cu

diametru mai mic şi se tubează. Săparea se poate face de la suprafaţă, cu sape, pe toată talpa, cu carotiere, sau foraj cu turbină, mai precis

două sau trei turbine în paralel. Fiecare turbină acţionează o sapă.

Sapele sunt de construcţie specială, cu role multiple, mono sau multietajate. Prăjinile de foraj şi prăjinile grele sunt de construcţie

specială. Evacuarea detritusului are loc prin circulaţie de fluid. Consolidarea găurii se face prin tubare, cu burlane de oţel. Pentru creşterea

rezistenţei lor la presiuni exterioare pe burlane se amplasează inele metalice de rigidizare (cintre) confecţionate din oţel.

9.3. Forajul sondelor pentru exploatarea sării

Aceste sonde impun o serie de condiţii:

18

-verticalitate aproape perfectă (maxim 1º);

-fluidul de foraj la intrarea în sare trebuie să fie o saramură saturată. Neîntreţinerea fluidului duce la crearea de excavaţii şi devierea

sondei;

-se lucrează cu viteze mici şi turaţii corespunzătoare unui foraj, în care este importantă menţinerea verticalităţii sondei.

Construcţia şi echiparea sondelor este specială, permiţând intoducerea apei dulci şi extragerea saramurii. Se tubează o coloană de

ancoraj şi două coloane mobile concentrice. Spaţiul inelar dintre coloana de ancoraj şi coloana de apă se umple cu un fluid izolant (aer, sau

frecvent motorină), care datorită greutăţii specifice mici, formează pe acoperişul excavaţiei un strat protector, permiţând avansarea exploatării.

9.4. Forajul sondelor hidrogeologice

9.4.1. Clasificarea forajelor hidrogeologice

Există mai multe criterii de clasificare:

a. după scop:

- foraje de cercetare hidrogeologică (prospecţiune şi explorare);

- foraje de exploatare;

- foraje hidrogeologice pentru alimentare cu apă;

- foraje hidrogeologice pentru asecare şi drenare;

- foraje cu destinaţie specială (foraje de observaţie - urmăresc variaţia nivelului dinamic al apei şi sunt sonde cu diametru

mic).

b. din punct de vedere constructiv:

- sonde fără filtru – când acviferele sunt alcătuite din roci în care apa nu antrenează nisip (calcare, gresii);

- sonde cu filtru pentru traversarea unor nisipuri acvifere. Coloana filtrantă poate fi unică (varianta cu pietriş mărgăritar),

pierdută, combinată.

c. din punct de vedere al nivelului apeiîn sondă:

- sonde de apă cu nivel liber (în acvifere fără presiune);

- sonde de apă cu nivel ascendent (în acvifere cu presiune), cu nivel care urcă deasupra stratului acvifer;

- sonde de apă cu nivel artezian, cu nivel care depăşeşte suprafaţa solului.

d. după modul şi gradul de de deschidere a stratului acvifer:

- sonde de apă perfecte. Sonda hidrodinamică perfectă are lungimea filtrului egală cu grosimea stratului şi în timpul

extragerii fluidului nu există pierderi de presiune la intrareaapei din strat în sondă;

- sonde de apă imperfecte.

e. după modul de amplasare:

- sonde de apă singulare, sunt sonde obişnuite, al căror scop este determinarea nivelului hidrostatic, a debitului specific

şia posibilităţilorde exploatare;

- sonde de hidroobservaţii, au rol în determinarea nivelului hidrostatic, se tubează provizoriu cu diametru mic;

- sonde centrale cu sateliţi, folosite pentru determinarea caracteristicilor hidrogeologice pentrumai multe orizonturi

acvifere. Sonda centrală se execută în carotaj mecanic continuu, urmat de carotaj geofizic. Se tubează pentru orizontul acvifer apropiat de talpa

sondei. Sateliţii se execută în sapă pentru orizonturile superioare.

- grup de sonde hidrogeologice, se execută pentru a urmări raza deinfluenţă. Dintr-o sondă se extrage apa şi se

urmăreşte evoluţia nivelului în celelalte sonde.

9.4.2. Săparea sondelor hidrogeologice

Pentru executarea găurilor de sondă la forajul hidrogeologic se pot folosi următoarele metode de foraj: manual, cu şnec, percutant şi

rotativ.

Forajului rotativ aplicat la sonde hidrogeologice prezintă particularităţi în privinţa circulaţiei fluidului de foraj. Circulaţia poate fi directă şi

inversă. Ciculaţia directă se aplică la forajele cu diametru normal. Pentru săparea sondelor hidrogeologice cu diametru mare se utilizează

circulaţia inversă (prin exhaustare, aerlift).

a. Circulaţia inversă prin exhaustare presupune absorbţia fluidului de foraj din interiorul garniturii de foraj cu ajutorul unei

pompe centrifuge.

b. Circulaţia inversă prin aerlift constă în introducerea în interiorul prăjinilor de foraj a aerului sub presiune, prin ţevi de aer

cu o anumită submergenţă. Aerul antrenează fluidul de foraj spre suprafaţă şi odată cu el şi detritusul. Prin capul hidraulic, special construit, se

introduce aerul în ţevile de aer, care sunt în lichid pe o lungime stabilită. Metoda se aplică după ce s-a săpat o anumită adâncime din sondă (10-

20m).

19

9.4.3. Construcţia sondelor hidrogeologice

Programul de construcţie al unei sonde hidrogeologice se face funcţie de acviferele ce urmează a fi exploatate.

Alegerea şi introducerea filtrului la nivelul acviferului şi punerea în producţie, este operaţiunea care stabileşte calitatea executării

sondei. Adâncimea pozării filtrului se face după corelarea carotajului mecanic cu carotajul geofizic. Filtrele sunt confecţionate din burlane de

foraj, din beton poros, material plastic, sârmă, sau tablă ştanţată.

Coloana filtrantă este coloana de burlane perforată în dreptul acviferului. Ea poate fi: unică, combinată, cu filtru mobil şi pierdută.

Coloana filtrantă unică este o coloană egală ca dimensiune cu adâncimea sondei şi diametrul filtrului egal cu al coloanei de prelungire.

Coloana filtrantă combinată, are lungimea egală cu adâncimea sondei, iar diametrul filtrului este mai mic decât al coloanei de

prelungire.

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

Coloana filtrantă "pierdută" are lungimea mai mică decât adâncimea sondei şi nu ajunge la suprafaţă, doar în interiorul coloanei de

burlane tubate anterior. Izolarea celor două coloane se face cu un dispozitiv de etanşare. Coloanele filtrante se confecţionează din burlane ,

PVC, rar ciment poros.

Coloana filtrantă este alcătuită din: filtru, decantor, coloana de prelungire. Anexele coloanei filtrante sunt dispozitivele de etanşare (la

coloane filtrante pierdute), dispozitive de lansare (la coloane filtrante pierdute), dispozitive de protecţie şi centrorii.

Filtrele sunt elementul cel mai important al coloanei filtrante deoarece influenţează calitatea şi cantitatea apei, precum şi buna

exploatare a sondei. Cele mai utilizate sunt filtrele din burlane metalice : simple, cu ţesătură metalică şi cu pietriş mărgăritar.

Filtrele simple se confecţionează din burlane metalice, în varianta cu şliţuri, cu fantă, şi se dimensionează funcţie de granulometria

orizontului acvifer, sau de diametrul pietrişului mărgăritar introdus în spatele filtrului.

Filtre cu ţesătură metalică se confecţionează cu ţesătură metalică aleasă corespunzător analizei granulometrice a nisipului acvifer. Se

foloseşte un burlan carcasă, în care se execută perforaţii cu secţiune circulară, sau dreptunghiulară. Se matisează burlanul cu sârmă la 2-3 cm.

Se îmbracă apoi burlanul cu ţesătura metalică aleasă şi se înfăşoară peste ea sârmă, pentru a o proteja la transport şi la introducerea în sondă.

Spirele se cositoresc să nu existe riscul desfacerii lor în timpul divwerselor operaţii.

Filtre cu pietriş mărgăritar se realizează în sondă, sau la suprafaţă (se introduce pietriş mărgăritar între două filtre simple, metalice,

concentrice). Pentru filtrele executate în gaura de sondă, se introduce pietrişul de la suprafaţă în spatele coloanei filtrante, în circuit ascendent

sau descendent.

Decantorul este parte inferioară a coloanei filtrante şi este construit în scopul decantării nisipului intrat în sondă. Constă dintr-un

burlan neperforat, solidar cu carcasa filtrului. Forma lui depinde de roca pe care se aşează (închis la partea inferioară, dacă se aşează pe nisip,

deschis, dacă se aşează pe marnă), metoda de foraj şi adâncimea forajului.

Anexele coloanei filtrante:

Coloana de prelungire este coloana de burlane care se găseşte deasupra ultimului filtru şi care ajunge la suprafaţă, sau 10m în

interiorul altei coloane, în cazul coloanelor filtrante pierdute.

Dispozitivul de etanşare se foloseşte la coloanele filtrante pierdute pentru etanşarea spaţiului dintre coloana filtrantă şi coloana

definitivă.

Dispozitiv pentru protecţia coloanei filtrante se utilizează pentru inchiderea coloanei filtrante la forajele de hidroobservaţii.

Cap de coloană pentru sonde cu nivel artezian permite dirijarea apei ieşite la suprafaţă.

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

Cap de cimentare este folosit pentru executarea operaţiei de cimentare şi asigură legătura cu agregatul de cimentare.

Centrori pentru burlane se folosesc pentru obţinerea unui inel de ciment, sau de pietriş mărgăritar corespunzător.

9.4.4. Valorificarea forajelor hidrogeologice

Forajele hidrogeologice sunt utilizate pentru drenarea şi asecarea apelor subterane, precum şi pentru utilizarea apelor subterane în

scopuri industriale sau alimentare. Debitul unei sonde poate scădea din motive variate. Exceptându-le pe cele privind posibilităţile acviferului,

alte cauze pot fi: conţinutul mare de coloizi înnoroiul de foraj, cantităţi mari de nisip, care poate colmata filtrul, depunerile de săruri, care

micşorează orificiile.

Punerea în producţie a unei sonde se face în trei etape: decolmatarea, denisiparea şi pompările experimentale.

Decolmatarea este prima fază de punere în producţie pentru sondele la care acviferul a fost traversat cu noroi de foraj.

La sondele pentru apă, dacă acviferul nu a fost traversat cu fluid de foraj, nu este necesară operaţia. La sondele arteziene schimbarea

noroiului cu apă este suficientă. La sondele cu nivel liber sau la cele cu nivel ascensional se schimbă noroiul cu apă şi se extrage apa din sondă

prin lăcărit. Prin această operaţie se obţine o denivelare sub nivelul hidrostatic, se crează o diferenţă de presiune, condiţie necesară fluxului de

apă spre sondă. Dacă aceste operaţii nu dau rezultate se trece la pistonare.

Operaţiile componente ale decolmatării sunt :

20

Spălare interioară şi exterioară a filtrului pentru eliminarea noroiului de foraj din sondă. Se introduce apă curată prin prăjini, care iese

prin parte inferioară a decantorului şi prin spatele coloanei filtrante. Circuitul prin spatele coloanei filtrante se execută până la obţinerea apei

curate în circuit şi nu mai mult, deoarece apa va pătrunde în acvifer.

Lăcăritul este operaţia care constă în extragerea apei din sondă cu ajutorul unei linguri, introdusă în coloana filtrantă cu ajutorul unui

cablu. Lingurile de lăcărit sunt confecţionate din burlane cu supapă în formă de disc, sau bilă. Lungimea lor este de 1,5-2m. Se introduce lingura

în filtru, chiar şi atunci când nivelul apei este mut mai sus, pentru a desfunda mai uşor filtrele prin aspiraţie provocată în dreptul lor.

Pistonarea se excută prin coborârea în sondă a unui piston,care prin mişcări de urcare şi coborâre curăţă filtrul. La ridicarea pistonului

se crează o depresiune şi apa pătrunde în sondă, iar la pătrundere are loc o presiune asupra coloanei de apă , care pătrunde în acvifer.

Denisiparea este a doua fază de punere în producţie şi presupune pomparea în care particulele mici de nisip sunt extrase şi eliminate

din stratul de apă, iar particulele mari rămân în jurul filtrului formând filtru natural. Acest filtru natural va proteja ulterior, la pompările de

exploatare şi experimentale, filtrul introdus în sondă.

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

Pomparea experimentală şi testarea au acelaşi scop şi anume determinarea debitului în funcţie de denivelare, urmărindu-se în

acelaşi timp nivelul apei în sondele vecine, pentru determinarea razei de influenţă. Pomparea şi testarea şi se fac prin metode diferite (aerlift şi

submersibile). Parametrii obţinuţi sunt folosiţi în stabilirea tipului de pompă submersibilă utilizată pentru exploatare.

Operaţiile din timpul testării sunt următoarele:

deschiderea pompării – se fac probe cu pompa submersibilă pentru cunoaşterea debitului şi a denivelării circa 24 ore.

Testarea de eficacitate – se excută 4 reprize a 6 ore, cu debite diferite, dar constante la o denivelare şi egală ca durată. După

fiecare denivelare se fac măsurători pentru restabilirea nivelului hidrostatic.

Testarea de performanţă – se pompează 100ore cu debit maxim al utilajului pentru stabilirea regimului de curgere.După

terminarea testării de performanţă se fac măsurători privind revenirea nivelului hidrostatic.

Pentru punerea în producţie a unor sonde de alimentare cu apă potabilă, se recoltează probe de apă pentru analize fizico-chimice şi

bacteriologice.

10. Forajul marin

Prezenţa unor mari zăcăminte de petrol pe platformele continentale din diferite colţuri ale lumii (Mexic, Marea Nordului, Orientul

Mijlociu, Africa) a dus la dezvoltarea forajului marin de cercetare şi apoi de exploatare a ţiţeiului.

La forajul marin distingem platforma şi instalaţia de foraj. Platforma poate fi insulă artificială (în ape puţin adânci), fixă, mobilă

(autoelevatoare, submersibilă, semisubmersibilă, vas de foraj).

Insula artificială a fost construită de exemplu în Canada, în ape puţin adânci, prin dragarea fundului mării, iar mâlul, nisipul şi pietrişul

au fost adunate şi tasate. Compactarea este foarte importantă în acest caz. Condiţia de stabilitate a instalaţiei este impusă de rezistanţa la

compresiune a pământului de fundaţie. Construirea insulelor artificiale constituie soluţii costisitoare.

Platformele fixe sunt utilizate pentru foraj, dar şi pentru extracţia hidrocarburilor. Sunt folosite în ape puţin adânci. Acest tip de

platforme sunt costisitoare şi se folosesc de preferinţă în zone sigur productive.

Platforma este fixată pe piloni, fixati la rândul lor, de preferinţă în roci consolidate. Mâlul de pe fundul mării este îndepărtat prin

spălare, simultană pentru toţi pilonii, pentru o fixare simultană a pilonilor. Structura metalică este ancorată de o macara plutitoare. În interiorul

pilonilor se sapă găuri de sondă, în ele se introduc piloni din metal, care se cimentează pe toată lungimea şi se prelungesc în interiorul pilonilor

exteriori. Pilonii exteriori pot avea diametre de peste 4m. Găurile săpate în interior au 2m şi se sapă până la 60m în roca consolidată. Se introduc

piloni-burlane de 1m diametru, care se cimentează. Această structură metalică asigură stabilitatea pe orice vreme. Pe structură se montează

platforma care poate fi adaptată atât la lucrări de foraj, precum şi de producţie. Exemplu: Anglia o platformă cu patru punţi distincte, proiectată

pentru condiţii grele (apa 122m adâncime, vânt 200 km/h, valuri de 23m-29m, înălţimea platformei de la fundul mării – 167m, turla de foraj 43m).

Platformele mobile sunt soluţia rentabilizării unor operaţii în cercetarea şi exploatarea unor zăcăminte marine.

Platformele mobile autoelevatoare sunt construite din: picioare (cel puţin trei, constitute din grinzi cu zăbrele, sau tuburi cu diametre

mari, prevăzute în parte inferioară cu chesoane de sprijin) şi platforma plutitoare, care susţine în timpul transportului picioarele şi instalaţia de

foraj. Ajunsă pe locaţie se fixează picioarele şi se ridică platforma deasupra celui mai înalt val (platforma românească Gloria, construită la Galaţi

pentru adâncime a apei de 90m, valuri de 12m, viteza vântului 164 km/h).

Platformele submersibile sunt utilizate în ape puţin adânci (25m), forma lor plană este triunghiulară. Flotarea lor este asigurată de trei

corpuri verticale, goale în timpul transportului

Vasele pentru foraj sunt folosite în apele cele mai adânci. Pentru a contracara efectul valurilor vasele se pot cupla în paralel, adică

solidarizarea lor şi plasarea instalaţiei de foraj pe structura de legătură dintre ele.

Construcţia platformelor se face ţinând cont de acţiunea vânturilor şi valurilor asupra lor. Platformele se duc pe locaţie prin remorcare,

sau prin autopropulsie.

21

Amorsarea lucrărilor de foraj

Se construiesc capete de sondă la nivelul mâlului. De la acestea, coloanele sunt aduse la suprafaţă. Se lansează de la suprafaţă o

placă grea pe fundul mării, prevăzută în centru cu un orificiu cu dublă conicitate şi un sistem pentru lansare. Lateral pe placă sunt fixate patru

cabluri, pe care se deplasează cadrul de ghidare, prevăzut cu patru braţe corespunzător fiecărui cablu. Cablurile se derulează de la suprafaţă de

pe câte o tobă, pe măsură ce placa se imersează. Se forează pentru început gaura de sondă pentru coloana conductor, care se poate prelungi

până la suprafaţă (în acest caz nu mai este nevoie de cadru). Forajul se face cu apă de mare. La reluarea forajului, după cimentare, dacă

coloana conductor nu ajuns la suprafaţă se montează coloana reizer (coloana montantă), pentru a face legătura cu platforma de lucru.

Poziţionarea platformelor mobile pune problema menţinerii platformei deasupra găurii de sondă, în condiţiile unor vânturi şi valuri

puternice. Se folosesc două metode: statică şi dinamică.

Poziţionarea statică se aplică la platforme submersibile. Se aduce platforma pe locaţie şi se ancorează cu lanţuri sau cabluri cu

grosimi apreciabile (70-90-120mm). Ancorele au greutăţi de 10-20 tone.

Poziţionarea dinamică este specifică vaselor de foraj, care forează în ape adânci (400-600m) şi poate fi aplicată şi platformelor

semisubmersibile. Se lansează pe fundul mării o placă bazală, echipată cu o baliză acustică, pentru semnalizarea deplasărilor vasului faţă de

placa bazală. Modificarea poziţiei este corectată cu ajutorul unor elice comandate automat.

La platformele mobile se recomandă lucrul cu placă bazală. Se lucrează de asemenea cu coloană conductor, ea având rolul de

coloană de ghidaj. Ea poate fi introdusă şi prin batere de la suprafaţă (jetisonare). În finalpoate fi extrasă, sau tăiată la nivelul mâlului. Pentru

compensarea mişcării platformei, mişcare care afectează coloana montantă (raizer) şi cablurile de ghidaj, s-au construit dispozitive speciale de

compensare.

La platformele mobile multe dintre agregatele din sondă (de cimentare, conducte, containere) sunt montate pe vase (vase tender),

care pot deservi mai multe platforme.

LUCRĂRI MINIERE

Lucrările miniere sunt excavaţii la zi sau în subteran, executate prin metode şi cu mijloace tehnice adecvate, pentru prospectarea,

explorarea, deschiderea, pregătirea şi exploatarea zăcămintelor.

1. Clasificarea lucrărilor miniere

Clasificarea lucrărilor miniere se face funcţie de următoarele criterii:

a. după destinaţie: -l.m. de explorare – pentru cunoaşterea parametrilor cantitativi şi calitativi ai zăcământului şi ai rocilor

înconjurătoare;

- l.m. de exploatare - extragerea substanţelor minerale pentru valorificarea lor.

b. după rolul lor: - l.m. de deschidere - asigură accesul de la suprafaţă la zăcământ, cu crearea unor căi de transport, aeraj;

- l.m. de pregătire – împart zăcămintele în orizonturi, suborizonturi, panouri şi creează punctele de atac pentru abataje;

- l.m. de abataj – pentru extragerea substanţei minerale utile;

- l.m. speciale – pentru deservirea procesului de exploatare (camere, bazine colectoare, etc.).

c. după poziţia lor în raport cu zăcământul: - l.m.executate în steril;

- l.m. executate în zăcământ.

d. după legătura cu suprafaţa: - l.m. la zi;

- l.m. oarbe.

e. după înclinare: - l.m. orizontale - galerii şi camere;

- l.m. înclinate - plane înclinate,suitori, puţuri;

- l.m. verticale - puţuri.

Lucrările miniere orizontale au un unghi foarte mic, de 0-7º/1000m, între axa lor longitudinală şi planul orizontal.

Galeriile sunt lucrări miniere orizontale, cu înclinare mai mică de 7º/1000m, având lungimea mult mai mare decât secţiunea

transversală. Se utilizează pentru transport, aeraj, evacuarea apelor, montarea conductelor cu aer comprimat şi apă, montarea cablurilor

electrice, etc.

Funcţie de amplasamentul gurii galeriei, a poziţiei sale în raport cu zăcământul şi funcţie de scopul galeriei, deosebim:

galerii de coastă care se sapă de la zi, în versantul unui deal (munte) pentru deschiderea unui zăcământ. Funcţie de unghiul pe

care îl fac cu direcţia zăcământului acestea sunt transversale (perpendiculare pe direcţia zăcământului), direcţionale (pe direcţia zăcământului,

sau paralel cu aceasta) şi diagonale (fac un unghi cu direcţia zăcământului);

tunelul este o lucrare minieră orizontală, care are două ieşiri la zi, pe versanţii opuşi ai unui deal sau munte;

22

galeria transversală se sapă perpendicular pe direcţia zăcământului şi este utilizată pentru delimitarea orizonturilor de exploatare,

legarea puuţului de extracţie cu zăcământul, legarea a două galerii direcţionale, etc.;

galeria direcţională se sapă în zăcământ, sau în steril, paralelă cu zăcământul, la nivelul etajelor şi deserveşte explorarea

geologică, transportul, aerajul, evacuarea apelor, etc.;

galeria de străpungere (traversare) se sapă transversal, din culcuşul până în acoperişul zăcământului;

galeria de preabataj se execută în zăcământ, funcţie de metoda de exploatare aleasă, pentru începerea lucrărilor de abataj

(extragere).

Camerele sunt lucrări orizontale care au lungimea, lăţimea şi înălţimea, aproximativ egale. Ele au destinaţii diferite: camere de maşini

(de extracţie, compresoare, pompe, transformatoare, ventilatoare), depozite de explozivi, bazine de colectare a apelor, magazii, etc. Având

destinaţii bine precizate şi executându-se cu metode speciale, ele se consideră şi lucrări speciale.

Nişele sunt lucrări de dimensiuni mici, executate din galeriile principale, în scopul cercetării, sau depozitării unor instrumente sau

materiale.

Lucrări miniere înclinate sunt lucrări al căror ax longitudinal face un unghi cu planul orizontal. Această categorie cuprinde:

Puţul înclinat este o lucrare minieră săpată pentru cercetare, sau extracţie.

Planul înclinat, lucrare minieră cu o înclinare mai mică de 30º, se sapă de sus în jos. Se folosesc în cercetarea, deschiderea sau

pregătirea unor zăcăminte pentru exploatare.

Suitorii se execută după străpungerea zăcământului cu galerii transversale şi urmărirea cu galerii direcţionale. Suitorii sunt lucrări

miniere înclinate cu secţiune mai mică decât a puţurilor, cu două sau trei compatimente (explorare sau exploatare) şi fac legătura între două

orizonturi, compartimentând zăcământul în panouri. Se utilizează pentru cercetare, precum şi pentru exploatare.

Rostogolul serveşte la transportul gravitaţional al materialului exploatat.

Lucrări miniere verticale sunt construcţii miniere al căror ax formează un unghi de 90º cu planul orizontal. Dintre aceste lucrări fac

parte:

Puţul de mână (şurful) are dimensiuni mici (secţiune- 1,69-2,20m2, adâncime-20m) şi se execută în scopul cercetării unui zăcământ.

Puţul de explorare are secţiune şi adâncime mai mare decât a puţurilor de mână (mai mult de 50m). Este folosit pentru cercetare,

ulterior poate fi folosit şi pentru exploatare.

Puţul de exploatare este o construcţie minieră care se utilizează pentru extracţie, aeraj, evacuarea apelor, etc.

Puţul orb leagă două sau mai multe orizonturi între ele, fără a avea ieşire la zi.

Clasificarea cuprinde o parte dintre lucrările miniere existente, ele sunt de o mare diversitate, influenţate de metodele noi introduse în

exploatarea zăcămintelor.

2. Lucrări miniere de suprafaţă (uşoare)

Lucrările miniere de suprafaţă sunt folosite pentru cercetarea (explorarea) zăcămintelor şi cuprind şanţurile de explorare şi puţurile de

mână. Alegerea tipului de lucrare depinde de tipul de zăcământ şi de grosimea rocilor acoperitoare (coperta).

2.1. Şanţuri de explorare sunt lucrări miniere simple, care se execută în etapa de explorare preliminară, în cazul unei coperte cu

grosimi între 0,5-4m şi a unui zăcământ cu înclinare foarte mare. Cu ajutorul şanţurilor se delimitează limitele zăcământului şi parametrii

geometrici (direcţie, grosime). Şanţurile se amplasează pe aliniamente, sau în reţea.

Forma şi dimensiunile şanţurilor de explorare sunt dependente de tăria rocilor şi grosimea rocilor acoperitoare. Secţiunea este de

obicei trapezoidală, având baza mică cuprinsă între 0,5 şi 0,7m, iar lăţimea la gura şanţului între 0,7 şi 1,4m. Adâncimea şanţurilor nu depăşeşte

4m. La adâncimi mai mari de 2m săparea se face în trepte.

Săparea şanţurilor se face manual, în rocile slabe, sau cu ciocanul de abataj şi cu explozivi, în rocile tari şi foarte tari.

Evacuarea materialului excavat se face prin lopătare directă, sau în cascadă, cu ajutorul unor poduri. Şanţurile sunt lucrări care

se susţin doar în cazul unor roci neconsolidate, sau atunci când este menţinut mai mult timp.

În timpul săpării, sau imediat după săpare şanţurile se cartează, notând în carnetul de teren observaţii privind rocile interceptate,

cu precizarea poziţiei stratelor (cu ajutorul busolei), prezenţa unor mineralizaţii, accidente tectonice, etc. În şanţuri se iau probe petrografice,

probe pentru analize mineralogice, chimice, etc.

Se reprezintă grafic cartarea desfăşurată a şanţului şi se poziţionează probele recoltate. Pe hărţi şi plane, se raportează poziţia

şanţurilor.

În cazul unor strate acoperitoare mai mari de 4m, şanţurile se sapă cu profile mai mari, pentru a facilita lucrările de săpare şi susţinere

a pereţilor. Aceste şanţuri se numesc tranşee.

După cartarea şanţurilor şi tranşeelor şi şi raportarea lor pe plane, lucrările se inchid prin rambleiere, nu înainte de recuperarea

susţinerilor.

23

2.2. Puţuri de mână (şurfurile) sunt lucrări miniere verticale, de mică adâncime, având o secţiune mică şi o durată limitată. Scopul lor

este acela de a determina geometria zăcământului, executarea unor profile geologice şi probarea zăcământului. Se execută în etapa de

explorare, pentru zone cu strate acoperitoare de până la 12m.

Amplasarea puţurilor se face în reţea sau pe aliniamente, iar distanţa dintre puţurile unui aliniament, sau cele plasate în reţea se

alege funcţie de condiţiile geologice locale. În cazul unor strate monoclinale, fiecare puţ va traversa stratul în care s-a oprit puţul precedent.

Profilul puţurilor poate fi dreptunghiular, sau pătrat, atunci când se sapă în roci rezistente. Dacă adâncimea puţului este redusă,

el nu este compartimentat. La adâncimi mai mari de 4m se amenajează poduri şi scări pentru circulaţie. Secţiunea de săpare este de 1,69m 2.

Dacă adâncimea de săpare depăşeşte 12m (fără a trece de 20m), secţiunea de săpare este de 2,20m2.

Săparea puţurilor de mână se face cu târnăcop, lopată şi mai rar cu exploziv. Evacuarea materialului dislocat se face direct prin

lopătare, dacă adâncimea nu depăşeşte 2,5m. Între 2,5m şi 5m evacuarea se poate face prin lopătare pe poduri intermediare, sau cu găleata. La

adâncimi de peste 5m materialul se scoate cu ajutorul unui troliu de mână, sau crivac (troliu manual, cu tobă orizontală, construit din lemn, iar

capetele tobei sunt prevăzute cu câte o manivelă cu mâner).

Puţurile săpate în roci tari nu necesită susţinere, iar în roci moi susţinerea puţurilor se realizează cu cadre de lemn.

Puţurile se cartează pe măsura înaintării, descriindu-se în amănunt pereţii şi talpa puţului şi se probează. Se transpune apoi

grafic cartarea puţului şi se raportează pe plane şi hărţi (după măsurătorile topografice-ridicare). După săpare, cartare, probare puţul se

rambleiază, după ce în prealabil a fost recuperat materialul lemnos, utilizat la susţinere.

3. Procedee de extragere

Natura substanţei minerale utile, a rocilor înconjurătoare, condiţiile de zăcământ sunt factori care influenţează săparea lucrărilor

miniere şi extragerea substanţei minerale utile. Aceste două etape (săparea l.m. şi extragerea s.m.u.) se pot executa prin:

procedee manuale, cu ajutorul unor unelte simple şi ca urmare foarte limitate;

procedee mecanice cu ajutorul maşinilor şi instalaţiilor miniere;

procedee de extragere cu explozivi;

procedee speciale (extragerea prin dizolvare, hidromecanizare, gazeificare, etc.)

Săparea lucrărilor miniere şi extragerea substanţei minerale utile se realizează prin următoarele operaţii: tăierea sau dislocarea rocilor,

susţinerea excavaţiei miniere, încărcarea materialului dislocat şi transportul lui la zi.

Operaţia de tăiere (dislocarea) constă în detaşarea rocilor sterile, sau a substanţei minerale utile din zăcământ, prin procedee

specifice naturii rocilor.

Operaţia de susţinere a excavaţiei se execută în marea majoritate a cazurilor, cu excepţia rocilor compacte şi foarte tari.

Operaţia de încărcare a materialului dislocat (steril şi util) depinde de tipul mijloacelor de transport utilizate în subteran. Se încarcă

materialul de la locul de producţie, sau din punctele de însilozare pentru transportarea lui la zi.

Operaţia de transport cuprinde transportul de la locurile de muncă la punctele de colectare, apoi pe orizontală sau/şi pe verticală,

până la zi. Mijloacele de transport se aleg funcţie de volumul substanţei utile şi de volumul de steril ce trebuiesc evacuate. Alegerea acestor

mijloace depinde şi de natura şi cantitatea materialelor folosite în procesul de extracţie, precum şi de numărul personalului ce trebuie transportat.

3.1. Extragerea manuală

Tăierea sau perforarea manuală se execută cu unelte diferite, funcţie de natura rocilor în care se lucrează. În rocile tari se perforează

cu sfredel de mână, picon-daltă şi ciocan. Sfredelul poate avea tăişul simplu, sau armat cu aliaje dure.

Rocile moi, friabile se extrag cu lopata, cazmaua şi târnăcopul.

Susţinerea manuală se face cu cadre, confecţionate cu ajutorul uneltelor manuale (ferăstrău,secure) şi se montează manual.

Încărcarea materialului de pe vatră se face cu lopata, iar transportul se face cu vagonetul, roaba, sau trocul ( vas puţin adânc, oval sau

dreptunghiular, din lemn sau tablă, folosit la încărcarea minereului în vagonet; trocul metalic poate avea mânere, capacitate 10-15 kg minereu).

3.2. Extragerea mecanizată

Mecanizarea în subteran cuprinde un complex de operaţii ale procesului de producţie. Funcţie de natura rocilor, dar şi a substanţei

minerale utile, tăierea în subteran se execută cu maşini pneumatice, sau electrice: ciocane de abataj, haveze, combine şi excavatoare.

Ciocanul de abataj este utilizat pentru copturirea frontului, sau pentru extragerea materialului în cazul unor excavaţii reduse.

Havezele se utilizează în cariere, în special în cele de roci ornamentale, unde substanţa utilă se scoate sub formă de blocuri, dar

uneori şi la sare.

Combinele sunt utilaje de mare complexitate care execută simultan tăierea, încărcarea şi evacuarea utilului.

Excavatoarele sunt utilaje complexe utilizate în exploatări la zi pentru extragerea rocilor moi şi friabile. În cariere se întâlnesc o

varietate de tipuri dimensionale şi funcţionale de excavatoare. Alegerea lor se face funcţie de înălţimea şi adâncimea maximă de excavare,

lăţimea de excavare, capacitatea cupei, greutatea excavatorului, etc.

24

3.3. Extragerea cu explozivi

În procesul exploatării substanţelor minerale utile, extragerea cu ajutorul explozivilor ocupă un loc important. Acest procedeu de

extragere se bazează pe folosirea energiei de explozie pentru detaşarea şi sfărâmarea rocilor din front. Explozia are un efect mai mare, în

condiţiile în care spaţiul în care se produce este mai mic şi mai bine închis.

Ca urmare se perforează în rocă găuri de mină, care se încarcă parţial cu exploziv şi se supun exploziei. Explozia dezvoltă o mare

energie, care duce la detaşarea şi sfărâmarea rocilor din front.

Atunci când se doreşte dislocarea unor cantităţi foarte mari de rocă, se pot folosi găuri de sondă, sau camere de minare ( excavaţie

subterană în formă de cameră, în care se introduce explozivul; există camere mici, care sunt lucrări orizontale, sau puţin înclinate, executate în

carieră, la baza treptei, cu lungimi de 0,5-0,8 din înălţimea treptei şi lăţimea de până la 0,5m; camerele mari sunt de mari dimensiuni şi accesul

la ele se face prin galerii de coastă). Dimensiunea găurilor de mină este de maxim 5m lungime, cu diametrul de 28-75mm, iar la găurile de sondă

lungimea depăşeşte 5m lungime –zeci de metri, iar diametrele sunt cuprinse între 75-300mm.

3.3.1. Perforarea găurilor de mină

Perforarea găurilor de mină este o operaţie foarte importantă, ca urmare, procedeele de executare a găurilor de mină au evoluat,

odată cu creşterea calităţii explozivilor. Perforarea se execută mecanic prin mai multe procedee: percutantă, rotativă şi roto-percutantă.

a. perforarea mecanică percutantă este un procedeu aplicabil în orice tip de rocă, cu excepţia celor de tărie foarte mică. Procedeul

constă în lovirea succesivă a sfredelului de către pistonul maşinii de perforat, în urma căruia sfredelul pătrunde în rocă, producând sfărâmarea

acesteia. După fiecare lovitură, sfredelul se roteşte cu un unghi (30-35º), iar roca sfărâmată este eliminată din gaura de mină cu ajutorul unui jet

de apă, sau cu aer comprimat. Sfredelele sunt bare de oţel cu secţiune circulară, hexagonală sau octogonală cu următoarele părţi: cep, guler,

corp şi tăiş (floarea sfredelului). Tăişul are forme diferite:daltă, daltă dublă, pentru rocile tari şi foarte tari şi în cruce sau în X, pentru rocile de

tărie medie şi moi.

Tăişul se armează cu aliaje dure pentru mărirea eficacităţii perforării şi în acelaşi scop se folosesc sfredele cu tăişuri detaşabile, în

formă de daltă, cruce sau rozetă.

b. perforarea mecanică rotativă se utilizează la cărbune, sau la roci cu rezistenţa de rupere la compresiune mică. Perforarea rotativă

provoacă aşchierea rocii, fragmentele fiind evacuate prin spirala tijei sfredelului. Tăişul sfredelului are două aripi separate printr-o crestătură.

c. perforarea roto-percutantă îmbină avantajele metodelor precedente (percutantă şi rotativă). Tăişul sfredelului are o construcţie

specială, asimetrică.

3.3.2. Explozivii industriali

Explozivul este o substanţă, sau un amestec de substanţe, care sub influenţa unui impuls exterior (mecanic, termic) are proprietatea

să ardă în timp foarte scurt, cu dezvoltarea unei cantităţi foarte mari de gaze la temperaturi înalte şi care prin destindere execută un lucru

mecanic. Acest tip de ardere se numeşte explozie.

Prin explozie are loc modificarea fizică şi chimică a substanţei explozive şi transformarea energiei explozivului în lucru mecanic.

Gazele formate prin explozie la temperaturi foarte înalte, tind să ocupe volume mari. În condiţiile în care descompunerea are loc în spaţii închise,

gazele dezvoltă un lucru mecanic foarte mare, capabil să distrugă obstacolele care se opun destinderii lor.

Explozivii folosiţi în lucrările miniere sunt explozivi industriali. Această categorie de explozivi dezvoltă un lucru mecanic puternic, au

stabilitate, se pot manipula uşor şi în siguranţă şi reacţionează sigur la un impuls exterior.

3.3.3. Clasificarea explozivilor

Clasificarea explozivilor se face după mai multe criterii, mai importante sunt: condiţiile de utilizare, starea fizică şi efectul asupra

mediului înconjurător.

După condiţiile de utilizare:

grupa I- explozivii ordinari folosiţi la zi şi în subteran, în locuri fără pericole de gaze şi pulberi explozive;

grupa a II-a – explozivi de siguranţă (antigrizutoşi, pentru sulf, termorezistenţi)

După starea fizică:

explozivi granulari

explozivi pulverulenţi

explozivi plastici şi semiplastici

geluri (soluţii apoase);

După efectul asupra mediului înconjurător (conform normelor noastre):

grupa I – explozivi de mare putere – coeficient de echivalenţă 1,3 (dat de raportul dintre potenţialul explozivului respectiv şi

potenţialul trotilului) – explozivii pe bază de nitroglicerină, explozivii plastici;

grupa a II-a – explozivi de putere medie – coeficient de echivalenţă 1,0 – trotil, tetril, explozivi pe bază de azotat de amoniu,

gelurile explozive;

grupa a III-a – explozivi de mică putere - coeficient de echivalenţă 0,7 – amestecuri explozive simple, pulberi negre, explozivi de

siguranţă cu substanţe inhibitoare;

grupa a IV-a - explozivii slabi - coeficient de echivalenţă 0,5 – amestecurile incendiare, artificii, etc.

25

3.3.4. Explozivi utilizaţi în minele din Romănia

Explozivii ordinari fabricaţi în România sunt pe bază de nitroglicerină şi pe bază de azotat de amoniu.

Dinamita este un exploziv pe bază de nitroglicerină. Se prezintă ca o masă plastică de culoare brun-roşiatică şi este higroscopică.

Sunt omologate mai multe sorturi. Dinamitele au putere mare de rupere şi sunt folosite la roci tari şi foarte tari. Inconvenientele ridicate sunt:

sensibilitate la lovituri, aprindere uşoară, pericol de îngheţ, îmbătrânirea (creşterea densităţii în timp), cu scăderea capacităţii de explozie.

Astralita este un exploziv pe bază de azotat de amoniu. Are avantajul că nu prezintă pericol de explozie la lovituri sau zguduituri. Este

higroscopică, ceea ce reprezintă un inconvenient, deoarece se alterează uşor şi nu prezintă siguranţă în explozie.

Explozivi de siguranţă pot fi antigrizutoşi (se folosesc la minele de cărbuni) şi faţă de praful de sulf.

Explozivi termorezistenţi sunt folosiţi la unele zăcăminte de minereuri, în care au loc oxidaţii puternice, cu degajări mari de căldură. În

aceste condiţii se folosesc explozivi speciali care nu explodează prematur, la momentul încărcării găurilor de mină.

3.3.5. Explozivi utilizaţi în lucrările la zi

Cei mai utilizaţi explozivi sunt: trotilul, azotatul de amoniu în amestecuri explozive simple şi gelurile explozive.

Trotilul (trinitrotoluenul -TNT) se prezintă sub forma unor cristale galbene. Prin explozie degajă gaze toxice cu conţinut ridicat de CO 2,

condiţie în care nu poate fi folosit în subteran.

Azotat de amoniu în amestecuri explozive simple sunt o categorie de explozivi în care intră: AM-1, nitramonul şi AMAL-urile.

AM-1 este un exploziv format din azotat de amoniu în proporţie de 94,5% (îngrăşământ) şi motorină 5,5%. Are sensibilitate scăzută la

şoc, iar eficacitatea de rupere este echivalentă cu a astralitei.

Nitramonul este tot un amestec de azotat de amoniu, granulat, în proporţie de 94% şi motorină 6%.

AMAL-ul este un amestec exploziv simplu aluminizat. Pulberea de aluminiu opreşte migrarea motorinei şi măreşte căldura de explozie.

Gelurile explozive sunt amestecuri de azotat de amoniu dizolvat în apă, obţinându-se soluţii suprasaturate. Se adaugă granule de trotil

şi pulberi de aluminium, precum şi alte substanţe pentru consistenţă. Avantajele gelurilor sunt: stabilitatea ridicată în medii umede, posibilitatea

de încărcare a găurilor prin pompare sau turnare directă, umplând găurile, sensibilitate scăzută la acţiuni termice şi mecanice.

3.3.6. Mijloace de iniţiere a explozivilor

Mijloacele de inţiere sunt procedee tehnice cu ajutorul cărora se formează impulsul iniţial, care provoacă detonarea încărcăturii

de exploziv. În categoria mijloacelor de iniţiere sunt cuprinse: capsele detonante, fitilul Bickford, fitilul detonant, sistemul de iniţiere Nonel

(neelectric)), încărcăturile unitare de iniţiere.

Capsele detonante sunt formate dintr-un tub închis la un capăt, confecţionat din cupru, aluminiu, sau alamă, care are în interior o

încărcătură de exploziv (încărcătură de iniţiere).

Fitilul Bickford este utilizat pentru aprinderea capselor. Fitilul este format dintr-un înveliş din material vegetal (bumbac, iută), cu miezul

dintr-o pulbere neagră, cu granulaţie fină, pentru o ardere cu viteză uniformă.

Sistemul de iniţiere Nonel constă dintr-un tub Nonel şi blocurile de conectare. Tubul este confecţionat din material plastic transparent,

cu peretele interior acoperit cu un strat subţire de pulbere explozivă.

Încărcăturile unitare de iniţiere sunt utilizate pentru iniţierea explozivilor formaţi din amestecuri explozive simple, sau geluri explozive.

Găurile de mină se încarcă cu exploziv, urmează operaţia de burare cu argilă, nisip cu argilă, sau nisip. Burajul are rolul de a acoperi

gaura de mină, astfel încât gazele de explozie să lucreze în spaţiu închis şi să aibă putere de rupere sporită.

4. Săparea lucrărilor miniere

4.1. Săparea lucrărilor miniere orizontale

Săparea unei lucrări miniere presupune construirea propriu-zisă a lucrării subterane şi constă într-un proces continuu de execuţie a

unor operaţii tehnologice pentru dislocarea rocii din masiv şi susţinerea spaţiului excavat.

Principalele operaţii care se execută în procesul de săpare sunt: excavarea rocilor, încărcarea şi evacuarea materialului extras,

susţinerea lucrării, atunci când este cazul. Intervin o serie de operaţii secundare în procesul săpării, cum sunt: montarea căii ferate, a

conductelor de aeraj şi de evacuare a apelor, a conductelor şi cablurilor electrice, probarea frontului de lucru, cartarea geologică şi ridicarea

topografică.

Alegerea profilului de săpare a lucrării miniere este influenţată de anumiţi factori:

Proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor;

Volumul transportului;

Gabaritul locomotivelor şi vagoanelor cu care se face transportul;

Aerajul minei;

Modul de susţinere;

Viteza de săpare a galeriei respective;

Norme de tehnica securităţii.

26

Forma profilului poate fi: trapezoidală, dreptunghiulară, poligonală, circulară, eliptică, dreptunghiulară cu tavan boltit, dreptunghiulară

cu radier şi potcoavă.

La alegerea profilului se ţine seama de:

La lucrările dreptunghiulare se produc concentrări de tensiuni (compresiune şi forfecare) în punctele unghiulare;

La lucrările dreptunghiulare şi trapezoidale apar tensiuni de tracţiune în tavanul lucrărilor;

Boltirea tavanului măreşte rezistenţa tavanului prin dispariţia tensiunilor de tracţiune;

Având în vedere aceste observaţii se recomandă:

Profil trapezoidal pentru lucrările cu susţinere în lemn, cu durată mică de existenţă;

Profil dreptunghiular cu tavan boltit, atunci când apar presiuni mari în tavan;

Profil dreptunghilar cu radier, atunci când apar tensiuni mari în talpă;

Profil potcoavă când presiunile laterale sunt puternice;

Profil circular când presiunile mari se manifestă din toate direcţiile.

Dimensionarea secţiunii transversale a galeriilor se face cu ajutorul unor metode grafice şi analitice. Există albume cu lucrări

miniere tipizate la unităţile specializate (institutele de cercetări miniere). Se constată astfel că:

Înălţimea minimă admisă a unei galerii de la coroana şinei la tavan, este de 2000mm, la galeriile simple susţinute în

lemn, dacă nu există pentru transport locomotivă cu troleu (caz în care înălţimea minimă este de 2200mm);

Lăţimea galeriei se determină la înălţimea de 1600mm de la coroana şinei;

Alegerea metodei de săpare se face funcţie de proprietăţile rocilor traversate. Metodele de săpare se împart în acest caz în obişnuite

şi speciale.

Metodele obişnuite se aplică în roci suficient de tari, pentru a nu necesita susţinere, cel puţin cât durează perforarea şi evacuarea

materialului. La rândul lor pot fi de două categorii:

metoda de săpare în roci omogene, care funcţie de tăria rocilor sunt în roci omogene tari (săparea cu explozivi) şi în roci

omogene moi (săparea cu combine).

metoda de săpare în roci neomogene, atunci când în front sunt cel puţin două tipuri de roci (util şi steril). Se pune problema

extragerii selective, adică separarea celor două pentru a reduce diluţia substanţei minerale utile.

Metodele speciale se aplică la rocile curgătoare şi la rocile cu afluenţă mare de apă.

4.1.1. Săparea l.m.o. cu ajutorul explozivilor

Peste 70% din rocile sterile şi cele utile se extrag astăzi cu ajutorul explozivilor. Pentru săparea lucrărilor miniere se aplică

procedeul de perforare-împuşcare. Acesta constă în perforarea găurilor de mină, încărcarea lor cu exploziv, burarea, legarea capselor şi

împuşcarea încărcăturii de exploziv.

Numărul găurilor de mină se aleg funcţie de proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor, secţiunea lucrării, caracteristicile explozivului

utilizat, diametrul şi lungimea găurilor de mină.

Amplasarea găurilor în frontul de lucru se face în concordanţă cu schemele de plasare a găurilor de mină.

4.1.2. Aerajul frontului de lucru

În frontul de lucru atmosfera este viciată din cauza gazelor produse de detonarea explozivilor din găurile de mină. Aerul este condus

spre fronturi cu ajutorul unei coloane de tuburi, în care sunt montate ventilatoare.

Aerajul refulant constă în refularea curentului de aer proaspăt prin coloana de tuburi până în frontul de lucru. Aerul viciat este

evacuat pe întreaga secţiune a lucrării.

Aerajul aspirant constă în aspirarea aerului viciat prin coloana de tuburi, alimentarea cu aer proaspăt a frontului de lucru

realizându-se prin toată secţiunea lucrării miniere.

Aerajul combinat utilizează două coloane de tuburi (principală şi secundară). Prin coloana principală de tuburi este aspirat aerul

viciat, cu ajutorul unui ventilator aspirant, iar prin coloana secundară de tuburi (maxim 40m lungime) este refulat simultan aer proaspăt.

Încărcarea şi evacuarea rocii sau utilului din frontul de lucru se face manual sau cu maşini de încărcat.

Săpare galeriilor în roci slab consolidate şi acvifere se face cu metoda cu palplanşe (pilot de lemn sau oţel profilat, ascuţit la un

capăt, folosit ca element de susţinere provizorie), cu scut (cu bandajarea lucrărilor în tavan, pereţi, vatră) şi prin consolidarea artificială a rocilor

(înjectarea cu suspensii de ciment). Bandajele sunt bucăţi de lemn, crăpat, prefabricate din beton, plase de sârmă, etc.

4.2. Săparea lucrărilor miniere înclinate

Planele înclinate sunt lucrări miniere utilizate pentru deschiderea şi pregătirea zăcămintelor de substanţe minerale utile. Aceste lucrări

au înclinare mai mare decât galeriile şi se sapă de sus în jos.

Profilul se alege în conformitate cu scopul lucrării. Poate avea unul, două, sau trei compartimente.

Forma profilului este în general trapezoidală, sau dreptunghiulară, dar la presiuni foarte mari sunt preferate profilele poligonale sau

circulare.

27

Metodele de săpare sunt asemănătoare celor utilizate la lucrările miniere orizontale, cu unele particularităţi generate de dificultăţile

legate de acumularea apelor, a gazelor, de încărcarea şi evacuarea rocilor dislocate din frontul de lucru.

5. Susţinerea lucrărilor miniere orizontale şi înclinate

Presiunea exercitată de rocile înconjurătoare impune susţinerea lucrărilor miniere.

5.1. Susţinerea în lemn

Susţinerile în lemn se utilizează la diferite lucrări (galerii, puţuri suitori, abataje), lemnul comportându-se favorabil ca material de

susţinere. Avantajele acestui tip de susţinere sunt economice (costuri reduse faţă de alte tipuri de susţinere), capacitatea de adaptare la profiluri

variate, precum şi elasticitatea mare (nu se rupe brusc). Dezavantajele se referă la faptul că lemnul putrezeşte uşor în subteran, se recuperează

greu şi nu poate fi refolosit în aceleaşi condiţii. Costă deci foarte mult întreţinerea acestui tip de susţinere. Pe termen lung avantajele iniţiale

dispar.

Forma cadrelor este în funcţie de mărimea şi orientarea presiunilor. Se deosebesc cadre închise şi deschise, funcţie de modul de

susţinere al profilului lucrării, integral sau nu. Cadrul cel mai des folosit este cadrul trapezoidal deschis. La presiuni ridicate elementele cadrelor

se întăresc cu contrafişe, sau cu grinzi suplimentare (juguri* elemente de susţinere suplimentară, aşezate pe direcţia lucrării).

Pentru a evita distrugerea cadrelor în timpul exercitării presiunilor, se construiesc cadre elastice cu stâlpi ascuţiţi la partea inferioară.

5.2. Susţinerea metalică

Metoda se foloseşte în cazul unei durate de serviciu mai mari a lucrării miniere şi când presiunea este mare.

Avantajele acestui tip de susţinere sunt: ocupă loc puţin, nu arde, durată mare de serviciu, se poate recupera, etc.

Susţinerile metalice pot fi rigide, semirigide şi elastice. Forma lor a evoluat de la cadre metalice rigide, trapezoidale la cadre metalice

în arc (cintre), cele din urmă înlocuind aproape integral cadrele rigide trapezoidale.

O cintră metalică este formată din mai multe elemente asamblate între ele prin dispozitive speciale, alcătuind un cadru de susţinere în

formă de arc. Forma ideală este cintra circulară închisă, folosită la presiuni normale şi uniform repartizate. Cintrele rigide pot fi :în arc de cerc, în

ogivă şi în boltă de mică înălţime.

Susţinerea elastică se realizează cu ajutorul cintrelor culisante. Aceste cintre permit modificarea dimensiunilor secţiunii transversale şi

o deformare a elementelor până la o anumită limită, fără ca cintrele să-ţi piardă capacitatea lor portantă. Pentru a asigura această elasticitate se

folosesc îmbinări între elemente care să permită o culisare a acestora. Legarea culisantă se realizează prin suprapunerea a două elemente ale

cintrei şi solidarizarea lor cu ajutorul unor brăţări cu şuruburi.

Cintrele se construiesc din şine vechi, din profile de oţel T, sau profilat în formă de jgheab. Tipul foarte răspândit de cintre este

Toussaint-Heintzmann sau T.H., cu legături culisante.

Susţinerea articulată este o susţinere semirigidă şi se foloseşte când rocile au tendinţa de a aluneca lateral în timpul săpării. Cadrele

în arc articulate se construiesc din şine vechi, sau profile de oţel dublu T. Articulaţia se face din grinzi de lemn rotund aşezate pe direcţia galeriei.

La presiuni cedează lemnul şi cadrele nu se deformează.

5.3. Susţinerea cu beton

Susţinerile cu beton se aplică la lucrările miniere cu durată mare de serviciu. Sunt rezistente la foc şi nu necesită o întreţinere

deosebită pe durata de serviciu a lucrării.

Profilul lucrării se alege încât betonul să preia sarcinile de compresiune, deoarece rezistenţa la întindere şi încovoiere este mică.

Atunci când lucrarea minieră este plasată la adâncimi mai mari şi presiunile se manifestă pe multe direcţii, se preferă susţinerea cu

beton cu profil circular, eliptic sau potcoavă, cu vatra zidită sau betonată.

Pentru betonare se folosesc cofraje. Fazele principale sunt construirea cofrajului, turnarea betonului şi decofrarea.

5.4. Susţinerea în zidărie

Susţinerea în zidărie este larg răspândită la minele de cărbuni şi minereuri. Avantajele constau în fabricarea la suprafaţă (prefabricate

din beton=bolţari) şi zidirea relativ simplă a prefabricatelor din beton.

Forma bolţarilor (betonite) este paralelipipedică, pană simplă, sau cu forme speciale.

Profilul transversal este ales funcţie de modul de manifestare şi intensitatea presiunilor.

5.5. Susţinerea ancorată

Această metodă este rapidă şi se aplică în cazul unor tavane formate din roci stratificate.

Metoda constă în perforarea unor găuri de mină în tavan, în care se introduc tije (ancore), care se fixează în fundul găurii cu ajutorul

unor dispozitive, iar la capătul rămas afară se fixează o placă cu o piuliţă. Dacă în tavan sunt roci cu o anumită stratificaţie, ele sunt fixate cu

ajutorul ancorelor, formând o grindă naturală, care se sprijină pe pereţii lucrării miniere.

Ancora este compusă dintr-o tijă de oţel, care se fixează în gaura de mină perforată. Metodele de ancorare sunt funcţie de tipul

ancorelor:

cu tije metalice;

cu tije cimentate, care nu se pot recupera;

28

cu ancore din cabluri;

cu ancore de construcţii speciale.

5.6. Susţinerea cu torcret

Această metodă constă în depunerea unui strat de beton, cu grosimi de 5-30mm, pe pereţii lucrărilor miniere. Torcretarea se execută

cu maşini speciale, acţionate cu aer comprimat.

Tehnologia torcretării constă în următoarele operaţii: copturire, curăţirea suprafeţei rocii de praf cu ajutorul unui jet de aer sau apă,

umectarea rocii, fixarea plaselor metalice şi a susţinerilor ancorate şi refularea torcretului.

Betonul obţinut prin torcretare este foarte compact din cauza vitezei de proiectare şi are o rezistenţă la compresiune de două ori mai

mare decât betonul obişnuit. Torcretul este impermeabil faţă de infiltraţiile de apă. Depunerea betonului se face în strate succesive şi este

menţinut umed. Pentru mărirea rezistenţei, betonului torcretat i se adaugă în momentul preparării adaosuri speciale.

6. Amenajarea galeriilor şi planelor înclinate

Amenajarea acestor lucrări constă în montarea căii ferate, montarea transportoarelor, a conductelor de aer comprimat şi apă, a

tuburilor de aeraj, a cablurilor electrice şi amenajarea canalului pentru scurgerea apelor. În cazul planelor înclinate se montează conductele de

evacuare a apelor.

Ecartamentele admise pentru liniile ferate subterane sunt: 600, 630 750mm. Canalele de scurgere trebuie să fie construite în pantă, cu

dimensiuni corespunzătoare debitului.

Conductele, cablurile şi tuburile de aeraj se montează pe pereţii galeriilor sau planelor înclinate, cu scoabe sau manşoane, pentrua nu

fi deteriorate de vagoane, locomotive, chiar şi în eventualitatea răsturnării acestora.

Lucrări miniere la zi (cariere)

Exploatările miniere la zi sunt în continuă dezvoltare în întreaga lume. Exploatarea la zi a unor substanţe minerale utile prezintă o serie

de avantaje, dintre care putem aminti:

Posibilitatea mecanizării integrale a operaţiilor de lucru, utilizând utilaje de mare capacitate şi aplicând scheme tehnologice

simple;

Costul substanţei utile produse în carieră reprezintă un sfert, sau jumătate din costul obţinut în subteran. De la an la an acesta

scade, cu într-un ritm mult mai accentuat decât în exploatarea subterană;

Pierderile de exploatare sunt de cca. trei ori mai mici comparativ cu pierderile de la exploatarea în subteran;

Productivitatea muncii este mai mare decât la exploatarea în subteran;

Cerinţele impuse explozivilor sunt mai puţin pretenţioase. Se pot folosi încărcături mari de exploziv, explozivi cu sensibilitate la

detonaţie mai redusă;

Condiţiile de securitate a muncii sunt mult mai bune decât în subteran, precum şi condiţiile de lucru (lumină, aer, igienă);

Obţinerea unor diluţii reduse ale utilului, ceea ce reduce preţul de cost la preparare;

Se reduce pericolul autoaprinderii unor unor substanţe exploatate, cum sunt cărbunii şi pirita, fenomen care în subteran produce

pagube uriaşe;

Producţia anuală obţinută în carieră depăşeşte de 2-3 ori producţia obţinută în subteran, deoarece metodele aplicate în carieră

(cu fronturi lungi şi înălţimi ce depăşeşc 15-20m) asigură spaţiu pentru utilaje de mare capacitate;

Intrarea în producţie a unei cariere se realizează în timp mult mai scurt decât o exploatare subterană;

Sunt suprimate aproape total cheltuielile de aeraj, sunt reduse aproape de minim cele de iluminat şi de susţinere;

supravegherea mult mai eficientă a lucrărilor decât în subteran, în condiţiile unui personal tehnic mai redus.

Dezavantajele exploatărilor la zi sunt:

anotimpurile cu precipitaţii abundente şi temperaturile scăzute;

costurile ridicate pentru evacuarea apelor rezultate din ploi, topirea zăpezilor, infiltraţii, mai ales în zone cu climă umedă;

Lucrările în carieră impun suprafeţe suplimentare pentru depunerea sterilului rezultat, ceea ce crează dificultăţi mai ales în zone

agricole şi în cele cu populaţie densă;

Exploatările la zi distrug suprafeţe mari de teren şi impun la finalul exploatării amenajarea terenuluişi redarea lui circuitului

economic;

Investiţiile iniţiale pentru achiziţionarea utilajului şi pentru deschiderea şi descopertarea zăcământului, pentru o exploatare în

carieră, sunt mai mari decât pentru deschiderea şi dotarea iniţială cu utilaj a unei exploatări în subteran.

Aceste dezavantaje nu reduc eficienţa exploatărilor în carieră. Pe plan mondial, peste 65% din volumul total al producţiei miniere se

produce în exploatări la zi. Mari cariere din lume:

29

Cariera Bingham - S.U.A. (exploatarea cuprului) are forma unei pâlnii imense cu diametrul de 3 km şi adâncimea de 700m. Încărcarea

se face cu excavatoare electrice cu cupa de 5-10m3, iar transportul (descopertei) cu autocamioane de 65, 85, 100t, pentru minereu vagoane de

100t capacitate.

Cariera Chuquicamata – Chile (cupru) are forma unui crater uriaş (3,2 km lungime, 1,4 km lăţime, 400m adâncime), este situată la

3000m altitudine. Extragerea se face cu lucrări de perforare-împuşcare, încărcarea cu excavatoare cu cupa de 3-10m 3, iar transportul cu

camioane de 70 şi 100t.

Cariera Fortuna – Germania, cea mai mare carieră de lignit din lume, are o producţie anuală de 50 milioane tone lignit.

În România s-au exploatat în carieră zăcăminte fero-manganoase (înaintea celui de-al doilea război mondial), la Ghelar, Teliuc, Ocna

de Fier, Iacobeni. În ultimele patru decenii ale secolului XX, s-au deschis cariere pentru exploatarea lignitului (Rovinari, Motru, Husnicioara,

Berbeşti), minereurilor complexe (Şuior-Baia Mare), fierului (Căpuşul -Mic), bauxitei (Munţii Pădurea Craiului), baritinei (Ostra, Somova),

nisipurilor caolinoase (Aghireş), sulfului (Călimani), calcarelor (Sănduleşti, Lespezi), andezitelor cuprifere (Moldova-Nouă, Roşia-Poieni),

zăcămintelor aurifere (Roşia Montană). După 1990 jumătate din producţia de substanţe minerale solide a fost obţinută în cele aproape 1000 de

cariere.

1. Zăcăminte exploatabile prin lucrări la zi

Forma şi dimensiunile unui zăcământ, adâncimea lui în scoarţă şi raportul cu rocile înconjurătoare, precum şi topografia regiunii, sunt

criterii care influenţează alegerea tipului de exploatare. Funcţie de factorii enumeraţi mai sus se întâlnesc trei cazuri:

Zăcăminte la care extragerea la zi este evidentă pentru întreaga rezervă de substanţă minerală utilă;

Extragerea la zi este avantajoasă pentru o parte a rezervei din zăcământ, restul urmând a fi exploatat prin lucrări subterane;

Exploatarea la zi este exclusă, zăcământul fiind situat la adâncimi mari, ca urmare exploatarea se face prin lucrări miniere

subterane.

Zăcămintele care se pretează la o exploatare integrală la zi pot avea următoarele forme:

Zăcământ de mari dimensiuni localizat deasupra sau sub nivelul terenului înconjurător;

Strate de grosime mică, sau pachete de strate, cu extindere mare, dispuse aproape de suprafaţă, orizontale sau cu

înclinare relativ constantă;

Strate de grosime medie sau mare, cu înclinare variabilă, dar apropiată de suprafaţa terenului.

Exploatarea avantajoasă la zi, din punct de vedere tehnic şi economic, presupune îndeplinirea unor condiţii suplimentare cum sunt:

Un relief favorabil, care să permită dezvoltarea normală a exploatării, respectiv extragerea, transportul şi depozitarea depozitelor

din copertă, cât şi operaţiile similare pentru util;

Regim hidrologic acceptabil, lipsit de ape de suprafaţă (râuri, lacuri,etc.), sau acvifere subterane, care ar putea inunda lucrările,

necesitând cheltuieli suplimentare pentru evacuarea apelor;

Stratele acoperitoare să fie alcătuite de preferinţă din roci dezagregate, sau roci cu coeziune redusă, din roci moi, pentru ca

îndepărtarea lor să se realizeze cu cheltuieli mici;

Clima să fie acceptabilă, să asigure perioade de lucru lipsite de manifestări atmosferice excesive.

Din punct de vedere economic, tehnic şi al conţinutului, se pretează la exploatare în carieră: zăcămintele de combustibili minerali solizi

(turbă, lignit, cărbure brun), minereurile metalifere (fier, cupru, zinc, aur), zăcămintele de substanţe nemetalifere (caolin, fosfaţi, bentonită, sulf,

azbest, etc.), rocile utilizate ca materiale de construcţii (nisip, pietriş, marmură, granit, calcar, etc.).

Exploatarea la zi presupune deschiderea zăcământului şi apoi descopertarea lui. Descopertarea necesită organizarea a patru operaţii:

excavarea, încărcarea, transportul şi depozitarea sau descărcarea materialului în halde.

Adâncimile maxime realizate în exploatările la zi sunt de 600-700m şi depind de forma, aşezarea zăcământului şi proprietăţile rocilor

înconjurătoare. În România adâncimile maxime sunt de 150m (cariere de minereuri şi materiale de construcţii).

2. Terminologie

Carieră (exploatare la zi) – complexul de lucrări miniere prin care se realizează exploatarea unui zăcământ de substanţe minerale

utile la suprafaţa scoarţei terestre, sub cerul liber.

Exploatările care au ca obiectiv exploatarea nisipului şi pietrişului se numesc balastiere.

Câmpul carierei – extinderea în suprafaţă a zăcământului, sau porţiunea din zăcământ care face obiectul exploatării printr-o carieră.

Treaptă – profilul unei felii de o anumită înălţime h din rocile sterile, sau din substanţa utilă, care se exploatează prin mijloace de

extragere independente, iar încărcarea şi transportul materialului se face prin organizări independente. Elementele treptei sunt:

Berma inferioară (a) – suprafaţa liberă, de obicei orizontală, care limitează trapta ala partea inferioară.

Berma superioară (b) – suprafaţa liberă, de obicei orizontală, care limitează treapta la partea superioară.

30

Bermele sunt utilizate pentru amenajarea căilor de transport, ca suprafeţe de lucru pentru utilajele principale din front, sau pot rămâne

libere.

Taluzul (c) – este suprafaţa înclinată, foarte rar verticală, care limitează treapta spre spre zona exploatată.

Unghiul de taluz (α) – unghiul format de taluz cu planul orizontal, măsurat spre masiv.

Borduri (f, e) – sunt liniile după care taluzul întretaie berma inferioară (f – bordura inferioară) şi berma superioară (e – bordura

superioară).

Subtreaptă – parte dintr-o treaptă exploatată cu mijloace proprii de extragere, dar deservită de transportul comun pentru întreaga

treaptă. Denumirile de: bermă, taluz, unghi de taluz, borduri se aplică şi la subtrepte.

Intrândurile de atac (A) – sunt fâşii paralele prin extragerea cărora se exploatează treapta. Lăţimea intrândului de atac corespunde cu

lăţimea frontului de abataj (de lucru) şi depinde de metoda de extragere folosită. Suma lăţimilor intrândurilor de atac este egală cu lăţimea treptei

(L).

Σ Ai =L

Blocurile (I,II) – sunt părţi ale intrândului de atac, pe lungimea lui şi care se exploatează prin mijloace independente de extragere şi

încărcare.

Frontul de lucru (F) – părţi ale intrândurilor pregătite pentru exploatare, în care se extrage cu ajutorul utilajelor. Frontul de lucru

depinde de excavatoarele folosite. În cazul unor excavatoare cu elindă frontul de lucru este pe front de treaptă şi corespunde cu taluzul treptei.

În acest caz montarea utilajului de extragere, a utilajului de transport şi a conductelor de energie se face pe berma superioară a treptei.

În ansamblu, o carieră este caracterizată prin următoarele elemente:

Bordurile carierei (2) – muchiile laterale rezultate din intersecţia primului taluz cu suprafaţa terenului înconjurător şi care limitează

cariera la suprafaţă.

Berma de bază (vatra sau talpa carierei – 3) – suprafaţa orizontală de la baza carierei.

Conturul superior al carierei (2-2) – reprezintă linia de intersecţie a primului taluz cu suprafaţa terenului.

Conturul inferior al carierei (4-4) – reprezintă linia de intersecţie a ultimului taluz cu berma de bază.

Taluzul carierei (5) – planul tangent la conturul inferior şi superior al carierei.

Bermele de siguranţă (1), bermele de transport (6) şi unghiurile de taluz ale carierei sunt alte elemente care definesc cariera.

Deschiderea unui zăcământ şi pregătirea lui pentru exploatare la zi se realizează prin săparea unor tranşee de deschidere şi de

pregătire. Tranşeea este o lucrare minieră deschisă cu secţiune trapezoidală. Când se execută în povârnişul unui deal, are un profil transversal

deschis (semitranşee).

3. Dimensionarea elementelor geometrice ale treptelor

Dimensionarea treptelor se calculează funcţie de: structura masivului în care se formează treapta, caracteristicile fizico-mecanice ale

rocilor din treaptă, condiţiile de lucru (metoda de exploatare, parametrii funcţionali ai utilajului folosit în front.

3.1. Înălţimea treptelor

Înălţimea treptelor poate ajunge până la 60m. În rocile aluvionare de exemplu nu depăşeşte 4m. La rocile de tărie medie sau mare,

când roca se dislocă prin perforare-puşcare şi se încarcă cu excavatorul, înălţimea treptei poate ajunge la 20-30m. În cazul extragerii

mecanizate, înălţimea frontului de lucru variază funcţie de posibilităţile utilajului şi poate ajunge la 25-30m.

Înălţimea minimă se adoptă atunci când se folosesc găuri de mină şi când materialul derocat se încarcă manual. Înălţimile mari (25-

60m) se adoptă în cazul împuşcării cu încărcături concentrate amplasate în găuri de sondă, în camere de minare, sau extragerea directă cu

utilaje de mari dimensiuni

3.2. Unghiul de taluz

Unghiurile de taluz au valori variabile şi depind de proprietăţile rocilor, de înălţimea treptei şi de metoda de extragere aplicată. Datorită

parametrilor care definesc unghiurile de taluz ale marginilor de carieră, se constată o diferenţă destul de mare între valoarea unghiului de taluz al

marginii exploatate şi al celei în exploatare. Taluzurile treptelor marginii carierei din partea în care nu se lucrează (exploatate) au o înclinare mai

mică cu 10-15º, decât înclinarea taluzului treptelor marginii în exploatare.

3.3. Lăţimea bermelor

Bemele în exploatare au lăţimea de 3-4 ori înălţimea treptei. În această situaţie unghiul de taluz al marginii în exploatare este mult mai

mic decât unghiurile de stabilitate ale taluzurilor treptelor componente.

Pentru asigurarea unei continuităţi a transportului în cariere se amenajează berme de transportcu lăţime variabilă, funcţie de felul

transportului şi organizarea acestuia.

31

4. Prevenirea şi combaterea alunecărilor

Alunecarea taluzurilor este foarte periculoasă pentru activitatea din cariere. Pentru prevenirea alunecărilor se iau măsuri speciale:

dimensionarea corectă şi respectarea elementelor geometrice fixate prin proiect, pentru înălţimea taluzurilor şi lăţimea bermelor;

asecarea prealabilă a zonei supuse exploatării, prin drenuri sau prin drenuri de sprijinire;

gospodărirea apelor de la suprafaţa carierei şi de pe berme, ape provenite din precipitaţii sau infiltraţii – se face prin acoperirea

taluzurilor cu folie din plastic, acoperirea cu bitum, sau acoperirea cu argilă; se aplică pentru suprafeţe reduse;

mărirea rezistenţei rocilor moi din marginile instabile ale carierelor – prin tratare termică, consolidare electrică, cu piloţi de var

nestins, injectarea cu lapte de ciment, congelarea rocilor;

reducerea pantei taluzurilor;

folosirea unor structuri de rezistenţă – susţinerea cu ziduri şi ancore, susţinerea cu cabluri pretensionate, torcretare;

5. Limitele raţionale ale exploatărilor la zi

Alegerea tipului de exploatare (la zi sau subteran) se face după o analiză economică riguroasă, în condiţiile în care alegerea

exploatării la zi nu este absolut evidentă (grosimea descopertei este mică şi poziţia zăcământului corespunde cu a terenului. Pentru

determinarea limitelor carierelor şi alegerea metodei de lucru se iau în considerare mai mulţi factori:

Forma şi caracteristicile geometrice ale corpului de substanţă minerală utilă;

Dispunerea zăcământului faţă de rocile înconjurătoare;

Proprietăţile fizico-mecanice ale utilului şi rocilor înconjurătoare;

Tectonica zăcământului;

Calitatea utilului, pierderi de exploatare;

Condiţiile climatice;

Tehnologia de lucru posibilă a fi aplicată.

Principalul indicator în aprecierea eficacităţii economice a lucrărilor miniere la zieste coeficientul sau raportul de descopertă.

Coeficientul de descopertă – valoarea raportului dintre volumul de rocă sterilă ce trebuie extras şi îndepărtat pentru fiecare unitate de

substanţă minerală utilă.

5.1. Coeficientul sau raportul geologic de descopertă

Prin acest coeficient se înţelege raportul dintre volumul total de roci sterile care trebuie îndepărtat şi volumul rezervei geologice de

bilanţ (parte din rezerva geologică, care cantitativ, calitativ şi d.p.d.v. al condiţiilor de zăcământ poate fi exploatată şi valorificată imediat ), aflate

în limitele corespunzătoare perimetrului de exploatare la zi.

Coeficientul geologic (K) =

5.2. Coeficientul sau raportul industrial de descopertă

Prin acest coeficient se înţelege raportul dintre volumul de rocă sterilă excavată şi îndepărtată şi fiecare unitate de substanţă minerală

utilă industrială (rezerva industrială-este mai mică decât rezerva de bilanţ, deoarece o parte din rezervele de bilanţ rămân imobilizate în zone

interzise exploatării, sau exploatate greşit odată cu sterilul). În practică se calculează: în medie pe zăcământ, pe orizont sau treaptă de

extragere, pentru o perioadă de activitate în carieră (coeficient curent de decopertă).

6. Extragerea rocilor

Procesul tehnologic cuprinde patru operaţii distincte:

Dislocarea materialului din msiv ;

Încărcarea materialului dislocat în mijloacele de transport;

Transportul materialului;

Haldarea sterilului sau depozitarea substanţei minerale utile.

După dificultăţile întâmpinate la extragere rocile sterile şi utilul se împart în:

Friabile şi moi – se detaşează uşor din masiv fără o sfărâmare prealabilă;

Semicompacte şi compacte - se detaşează mai greu pe cale mecanică (argile, argile nisipoase);

Semistâncoase – se detaşează din masiv pe cale mecanică cu greutate (şisturi argiloase, cretă, gresii, gips, cărbune);

Stâncoase – cuprind roci sedimentare, metamorfice şi magmatice care se extrag doar cu ajutorul explozivilor.

Extragerea rocilor cu tărie mică se face cu ajutorul excavatoarelor, buldozere, combine miniere. Exploatarea în carieră a rocilor tari

se realizează cu explozivi.

Transportul materialului se poate realiza pe calea ferată, cu autovehicule, cu transportoare cu bandă, metoda hidrotransportului (cu

ajutorul apei sub presiune).

32

7. Haldarea sterilului

Haldele sunt construcţii inginereşti realizate pe baza unor documentaţii tehnico-economice. După poziţia lor faţă de perimetru pot fi

halde interioare şi halde exterioare.

Haldele interioare (mai economice) se amplasează în spaţiul rămas liber după extragerea copertei şi utilului, iar haldele exterioare sunt

amplasate în afara perimetrului de exploatare.

La fixarea locului de amplasare a unei halde se va ţine seama de:

Să fie aproape de carieră, pe terenuri fără substanţă utilă;

Sunt preferabile povârnişurile naturale, sau depresiuni existente în apropierea carierei;

Să fie accesibile şi comode pentru transport;

La o eventuală alunecare să nu afecteze lucrări de artă, cursuri de ape, construcţii industriale şi civile;

Vor fi prevăzute cu sisteme de evacuare a apelor de infiltraţie (tuburi în corpul haldelor);

Amplasarea haldelor exterioare se stabileşte pe baza unui studiu geotehnic al terenului pe care se depune materialul ce trebuie haldat

şi în care se precizează:

Morfologia terenului pe care se aşează halda;

Proprietăţile fizico-mecanice ale rocilor din fundamentul haldei;

Geometria taluzurilor;

Regimul apelor de suprafaţă şi subterane pe care urmează aşezarea haldei;

Condiţiile de stabilitate a terenului pe care se va depune sterilul;

Distanţa minimă de aşezare a construcţiilor în apropierea haldelor

CERCETAREA GEOLOGICĂ

Cercetarea geologică cuprinde ansamblul lucrărilor necesare pentru cunoaşterea cantităţii şi calităţii resurselor

minerale/rezervelor şi a condiţiilor geologice şi tehnico-economice de valorificare a acestora.

În timpul cercetării geologice se vor urmări: localizarea spaţială, conturul, forma corpurilor de substanţă utilă, condiţiile

hidrogeologice, precum şi factorii naturali care influenţează tehnologia de exploatare, preparare, prelucrareşi valorificare a substanţei minerale

utile.

Cercetarea geologică se excută în etape, care se succed, ducând la creşterea gradului de cunoştere a resurselor/rezervelor şi

cuprinde următoarele faze: prospecţiunea şi explorarea (generală şi detaliată).

1. Prospecţiunea geologică

Prospecţiunea geologică reprezintă ansamblul investigaţiilor efectuate într-o regiune, pentru identificarea unor acumulări de

substanţe minerale utile şi obţinerea unor date orientative pentru evaluarea acestora şi pentru cunoaşterea condiţiilor preliminare de valorificare

a lor.

Prima fază a prospecţiunii geologice este recunoaşterea geologică. Aceasta constă în interpretarea datelor geologice preexistente,

întocmirea de studii geologice complexe şi hărţi geologice. Scopul acestei etape de cercetare este a identifica zonele cu potenţial de resurse

minerale.

Rezultatele obţinute stau la baza evaluării rezervelor de prognoză şi la stabilirea zonelor de continuare a prospecţiunii geologice,

pentru identificarea unor acumulări de resurse minerale şi întocmirea programelor de lucrări necesare.

Prospecţiunea constă în executarea de cercetări cu diferite metode:

1. metode geologice de prospecţiune - cartarea geologică de suprafaţă -urmărirea în teren a aflorimentelor, cu precizări de ordin

stratigrafic, tectonic, etc.

La suprafaţa terenului se urmăresc toate indiciile care pot conduce la identificarea unor zăcăminte:

relieful - indică roci cu o anumită cu o anumită duritate;

zonele de oxidaţie - oxizii unor minerale cum sunt fier, mangan, cupru, au un colorit foarte viu; pentru mineralizaţia apropiată de

suprafaţă, culoarea oxizilor poate fi un indiciu;

fragmente de minerale utile;

concentraţiile de minerale grele - aur, platină, zirconiu, ilmenit, titan, colectate din aluviuni, indică proximitatea unor zăcăminte-

vezi parageneze;

izvoare de ape minerale;

prezenţa skarnelor (zone de contact cu eruptivul);

flora regiunii - zinc-Viola calaminaria, Viola tricolor, aur-Equisetum arvense;

33

urme ale unor vechi lucrări miniere sau ale industriei metalurgice - haldele şi zgurile dau indicii privind mineralizaţia;

denumiri de localităţi şi toponime - Baia Mare, Băiţa, Băiuţ, Valea Roşie, Ocnele Mari.

2. metode geofizice de prospecţiune – au în vedere o serie de proprietăţi ale rocilor şi mineralelor: densitatea, permeabilitatea

magnetică, conductibilitatea electrică, conductibilitatea termică, radioactivitatea, etc. Aceste proprietăţi fizice diferă ca intensitate în câmpurile

naturale (câmpul gravitaţional, câmpul electric, câmpul radioactiv) şi apar fenomene fizice care produc anomalii, înregistrate cu aparaturi

speciale. Ca metode geofizice de cercetare, după natura fenomenului studiat sunt:

metoda gravimetrică – studiază variaţiile acceleraţiei gravitaţionale într-o anumită zonă la suprafaţa Pământului, iar prezenţa unui

corp mineralizat poate fi semnalată de densitatea lui diferită (anomalie gravimetrică);

metoda magnetometrică – se măsoară intensitatea câmpului magnetic terestru, care poate fi influenţat de prezenţa în subsol a

unor corpuri cu proprietăţi magnetice -valori suplimentare la câmpul terestru);

metoda electrometrică - rocile din scoarţa terestră opun rezistenţe diferite la trecerea curentului electric, rezistenţe care variază în

limite foarte largi (rezistivitate şi PS);

metoda radiometrică – măsoară radioactivitate rocilor;

metoda seismometrică – studiază modul de propagare al undelor seismice în scoarţa terestră, propagare dependentă de

proprietăţile elastice ale rocilor şi de structura geologică a unei regiuni:

3. metode geochimice de prospecţiune – se bazează pe proprietatea unor zăcăminte de a forma în mediul înconjurător (roci, soluri,

ape, plante) aureole geochimice, anomalii faţă de fondul geochimic normal.

4. alte metode: geobotanice, foraje, lucrări miniere uşoare, studii şi determinări de laborator pe probe din aflorimente sau lucrări

executate.

Pe baza datelor obţinute din cu lucrările de prospecţiune se verifică resursele de prognoză şi se evaluează resursele posibile.

2. Explorarea geologică

Explorarea geologică reprezintă ansamblul de studii şi activităţi executate pentru identificarea şi evaluarea calitativă şi cantitativă a

zăcămintelor, precum şi stabilirea condiţiilor tehnice şi economice de valorificare ale acestora.

Explorarea se realizează cu foraje (de suprafaţă şi subterane) şi cu lucrări miniere (de suprafaţă şi subterane), executate separat sau

împreună, în funcţie de:

gradul de cunoaştere urmărit

factorii geologici (formă, dimensiuni, poziţia spaţială, gradul de tectonizare);

factorii tehnico-minieri (adâncimea zăcământului, relieful, proprietăţile fizico.mecanice ale rocilor înconjurătoare);

factorii economici (importanţa economică a substanţei minerale, existenţa căilor de comunicaţie, posibilităţile de alimentare cu

apă şi energie electrică, costul lucrărilor geologice, existenţa forţei de muncă, etc).

Explorarea prin foraje este indicată în cazul zăcămintelor masive sau stratiforme, cu înclinare mică. Sunt explorate predominant prin

foraje zăcămintele de cărbuni, sare gemă, roci utile şi zăcămintele de cupru diseminate şi aproape exclusiv zăcămintele exploatabile în carieră.

Forajele se proiectează şi se execută în reţea, adaptată condiţiilor geologice locale, pentru cele mai adânci de 100m se vor executa

măsurători de deviere. Recuperajul minim la forajele executate în carotaj continuu este minim de 90% în util şi în primii 5m din culcuşul şi

acoperişul utilului. Pentru intervalele cu recuperaj necorespunzător se completează cecetarea cu alte metode, sau se recarotează intervalul.

La forajele de prospecţiune şi explorare pentru cărbuni şi minereuri radioactive sunt obligatorii investigaţiile geofizice. Carotajul

mecanic continuu poate fi înlocuit cu cel intermitent, sau cu alte metode de investigare, dacă acestea asigură o anumită calitate a datelor,

calitate necesară evaluării rezervelor.

Explorarea prin lucrări miniere subterane este indicată pentru zăcăminte tabulare, cu înclinare medie sau mare, situate la adâncime

convenabilă, în regiuni accidentate. Sunt utilizate lucrările miniere şi în situaţia în care este necesară verificarea datelor obţinute prin foraje şi se

urmăreşte promovarea rezervelor într-o categorie superioară la zăcăminte neuniforme, sau cu tectonică complicată.

Dimensionarea lucrărilor miniere se va face ţinând cont de posibilitatea utilizării lor în exploatare.

Se vor prefera forajele subterane orizontale şi verticale, iar lucrările miniere vor fi folosite mai mult pentru verificarea calităţii datelor

obţinute din foraje.

Explorarea se execută în două faze, faza de explorare generală şi explorare detaliată. La anumite zăcăminte care prezintă condiţii

naturale favorabile, cele două faze se pot suprapune, lucrările executându-se în faza unică de explorare.

Explorarea generală are drept scop stabilirea conturului, formei şi structurii zăcământului, precum şi estimarea cantitativă şi calitativă

a substanţei utile. După încheierea explorării generale se întocmeşte un studiu de prefezabilitate, care analizează condiţiile tehnico-economice

de valorificare a zăcământului.

Explorarea detaliată are drept scop cunoşterea structurii geologice, a parametrilor geometrici şi calitativi ai zăcământului, a cantităţii

de resurse şi de rezerve, precum şi furnizarea de informaţii necesare cunoaşterii condiţiilor tehnico-economice de valorificare. Aceste informaţii

stau la baza întocmirii proiectului pentru lucrările de deschidere –pregătire-exploatare.

În cadrul explorării detaliate se pot executa lucrări de:

34

cercetare privind prepararea şi/sau prelucrarea în faza pilot, sau semiindustrială;

exploatare experimentală.

Pe baza tuturor rezultatelor obţinute din lucrările de explorare detaliată se întocmesc documentaţiile (studiile) geologice şi studiile de

fezabilitate.

Documentaţiile geologice evaluează resursele minerale măsurate, iar studiul de fezabilitate resursele valorificabile conjunctural

sau potenţial şi rezervele dovedite.

3. Probarea zăcămintelor

Probarea zăcămintelor se realizează în toate fazele cercetării geologice şi presupune prelevarea unei anumite cantităţi de material din

substanţa minerală utilă, sau din rocile înconjurătoare (probe), care să fie reprezentative. Probarea cuprinde şi efectuarea analizelor,

determinărilor şi cercetărilor, precum şi interpretarea rezultatelor.

În funcţie de scopul urmărit principalele tipuri de probare sunt: paleontologică, mineralogică-petrografică, chimică, fizico-

mecanică, tehnică şi tehnologică.

4. Cercetarea hidrogeologică

Cercetarea hidrogeologică se execută în măsura în care apele subterane ridică probleme în valorificarea zăcământului. Cercetările

hidrogeologice se execută în etape. Prospecţiunea hidrogeologică cuprinde lucrări efectuate prin observaţii directe în deschideri

naturale, sau în lucrări existente (puţuri, galerii) şi prin foraje singulare, pentru stabilirea condiţiilor hidrogeologice generale ale unei regiuni.

Explorarea hidrogeologică cuprinde un ansamblu de lucrări (foraje, lucrări miniere) executate în scopul stabilirii condiţiilor

hidrogeologice caracteristice unui perimetru.

Amplasarea forajelor hidrogeologice se va face funcţie de complexitatea condiţiilor hidrogeologice. Forajele proiectate într-o reţea de

cercetare geologică se vor executa în carotaj mecanic continuu, iar celelalte foraje se vor executa în carotaj mecanic continuu, doar pentru

intervalele poros-permeabile şi în util.

5. Evaluarea resurselor minerale

Resursele minerale se evaluează pe baza rezultatelor obţinute din lucrările de cercetare şi exploatare pe întregul zăcământ, sau doar

pe perimetre. Perimetrele vor constitui unităţi independente de exploatare.

Caracterizarea calitativă a resurselor va cuprinde valoarea fiecărei caracteristici care poate influenţa (pozitiv, negativ)valoarea

economică şi domeniile de utilizare a substanţei minerale utile.

Resursele se exprimă în unităţi de masă(tone, kg) sau în metri cubi.

Evaluarea resurselor implică următoarele operaţiuni:

delimitarea resurselor minerale de rocile sterile;

delimitarea resurselor de categorii diferite;

împărţirea corpului de substanţă utilă în unităţi de calcul;

evaluarea cantităţii şi calităţii resurselor din fiecare unitate de calcul;

cumularea rezultatelor pe unităţile de calcul.

35