kırıntı değiştirilirken

(Sondaj Dünyası Dergisi, Sayı 4) www.sondajcilarbirligi.org.tr
MADEN ARAMA ÇALIŞMALARINDA
TERS DOLAŞIMLI SONDAJ UYGULAMALARI
Adil ÖZDEMİR
([email protected])
Maden aramaya yönelik sondajlar, genellikle karotlu sondajlardır. Fakat bir maden işletmesinde,
arama aşamasından sonra, işletme projesine yönelik cevher yatağının tenör dağılımının detaylı bir
şekilde saptanması gereklidir. Yatağın tenör durumunun detaylı olarak saptanabilmesi için ise, sık
aralıklı sondajların yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Böyle bir sondaj programının karotlu sondaj ile
ne denli pahalı olacağı ortadadır. Böylesi bir durumda, ekonomik bir seçenek olarak ters dolaşımlı
sondaj yöntemleri(çift duvarlı tijlerin kullanıldığı) yaygın kabul görmektedir(Şekil.1 ve Şekil.2).
Çift duvarlı tij ile ters dolaşımlı sondaj, 1970’lerden sonra maden arama sondajlarında kullanılmaya
başlanmış, kirlenme ve ciddi örnek kayıpları olmadan büyük boyutlu örnek alınabilen sondaj
yöntemidir. Sondaj akışkanı olarak su veya basınçlı hava kullanılabilir. Yöntem burgulu, döner ve
darbeli sondaj makinaları üzerinde uygulanabilir. Saatte 40 m’ye varan ilerleme hızlarına ulaşılabilir.
Yöntemin bu üstünlüklerine karşın çift duvarlı tijler ve özel donanım, büyük kapasiteli kompresör
kullanılmasını gerektirmesi bu yöntemi pahalı bir yöntem yapar. Bu pahalılıktan kastedilen ilk
yatırımının yüksekliğidir.
Şekil.1. Çift duvarlı tij ile ters dolaşımlı sondaj(Özdemir,2007)
Şekil.2. Ters dolaşımlı sondaj uygulamalarından görüntüler
1.MADEN ARAŞTIRMALARINDA UYGULANAN ÇİFT DUVARLI TERS DOLAŞIMLI
SONDAJ YÖNTEMLERİ
Bugün maden arama sondaj çalışmalarında, iki ana çift duvarlı ters dolaşımlı sondaj yöntemi
uygulaması ile karşılaşılmaktadır. Bunlar(Şekil.3);
1. Üç konili matkap ile ters dolaşımlı sondaj
2. Kuyudibi çekici ile sondaj
Şekil.3. Ters dolaşımlı sondaj yöntemleri(Eurodrill,2006’dan değiştirilerek)
Çift duvarlı tij (iç içe geçmiş) genellikle üstten hareketli bir başlık kullanılarak standart ters
dolaşımlı yöntemleri ile kullanılır. Üst başlık 4500 ile 5000 ft-lb'lik bir tork üretmelidir.
Formasyonu kesmek için çekiçler ve üç konili matkaplar kullanılabilir. Hava veya su kırıntıları
kaldırır. Çift duvarlı (tijli) sistem kullanıldığında yüzey muhafazasına ihtiyaç duyulmaz. Çift duvarlı
sistemdeki dış boru normal gerilme, kolon ve büzülme basınçlarında çalışabilme özelliğinde
olmalıdır. İçteki boru küçük fiziksel gerilimler altındadır. Fakat, matkaptan yukarı doğru çıkan
numuneler aşınmaya neden olmaktadır. Pratikte bu aşınma genellikle iç borunun dış borudan daha
hızlı aşınmasına neden olmaktadır. Eğer gerekiyorsa iç boru değiştirilebilir. Eğer üstten
hareketli başlık ile çift duvarlı teçhiz indirilecekse değişik tip matkaplar kullanılabilir. Fakat, matkap
çapı tij çapından 1 normal ölçü büyük olmalıdır. Böylece dış boru ile kuyu duvarı arasındaki boşluk
küçük olacak ve tij kısmen (veya tamamen) bir stabilizer gibi kuyu cidarını destekleyecektir.
Matkap, sondaj sıvısının geçeceği delikleri bulunan sürekli bir sub'a monte edilir. Eğer üç konili
matkap kullanılıyorsa sondaj sıvısı matkabın iç kısmından yukarı doğru hareket eder. Matkap aşınma
gömleği, mümkün olduğu kadar kesme yüzeyine yakın bağlanır ve bir aşınma halkası görevi görür.
Sondaj sıvısı iki boru arasındaki boşluktan geçerek matkap gömleğinin (kovanının) çevresinde
kesme yüzeyine doğru boşalır. Kırıntıları aldıktan sonra, sondaj sıvısı iç borunun içinden yukarı
doğru hareket eder.
Üç konili bir matkap kullanıldığında, iç borunun içinden yukarı gelen formasyon örneği
formasyonun çok küçük bir dikey kesitinden gelmektedir. Fakat, çekiç kullanıldığında, matkap çift
borunun en altından ~ 1 ile 2 m dışarı doğru etki etmektedir. Çekicin içinden hava basılır ve
deliklerden dışarı çıktıktan sonra, çekiç milinin dış yüzeyinden ve özel tip bir bağlantı kanalının
içinden ve daha sonra iç borunun içinden yukarıya doğru çıkar. Böylece borudan yükselen
formasyon veya su örneği formasyonun dikey bir kesitini ( ~ 0.5-1 m) temsil edebilir. Yinede
hatırlanmalıdır ki, bu mesafe diğer tip döner-darbeli sondajlarda alınan örnek aralıkları ile
karşılaştırıldığında küçüktür. Yüzeyde, sondaj sıvısı iç ve dış borular arasındaki boşluktan özel bir
başlıktan içeri girer. Sondaj sıvıları kuru hava, hava ve su, hava ile deterjanlı su veya killi veya
polimerli sudan oluşabilir. Hava kullanıldığında, çift duvarlı sistemin içindeki hızlar ortalama 1370
ile 1830 m/dk' dır. Hava, boşluktan aşağı doğru geçip iç borunun içinden yükselirken formasyon
örneği ile bir siklonun içinden geçer. Bir mini siklonda kullanılabilir. Mini siklon yaklaşık 1/10
ölçektedir ve kuyudan gelen kırıntıları ileten 4" lik hortumun girişinden 180° ileri bağlanır. Örnekler,
bir örnek çantasında toplanır. Normal sondaj koşulları altında her 6 m'lik.delme işleminde 1.5 m
örnek çantası doldurulur. Geçmişte, çift duvarlı yöntem kullanılarak delinen kuyular nadiren 150 m
derinlikten fazla olmuştur. Fakat, son yıllarda yüksek kapasiteli kompresörler kullanılarak 250-450 m
derinliklere ulaşılmıştır.
1.1. ÜÇKONİLİ MATKAP İLE TERS DOLAŞIMLI SONDAJ
Hava ile ters dolaşımlı sondaj yapabilmek için, kullanılan üç konili matkap hava dolaşımı ile
çalışabilme özelliğine sahiptir(hava soğutmalı). Numune kirliliği minimum düzeydedir. Kuyudibi
çekici ile ters dolaşımlı sondaja göre ucuz ve alternatif bir yöntemdir. Belirli formasyonlarda, benzer
delme hızları elde edilebilmektedir(Şekil.4). Matkap etrafında toplanan kırıntıların kuyudan dönüşünü
engellemek için matkabın omuz kısmında bir pervaz(siper) sub bulunmaktadır. Bu sub, aynı zamanda
matkabın çift duvarlı tijlere doğrudan bağlanmasını sağlamaktadır.
Şekil.4. Üç konili matkap ile ters dolaşımlı sondaj(Eurodrill,2006)
1.2. TERS DOLAŞIMLI KUYUDİBİ TABANCALI(ÇEKİÇLİ) SONDAJ YÖNTEMİ
Ters dolaşımlı kuyudibi tabancalı sondaj, sürekli olarak formasyondan numune alma imkanı
sağlayan, kırıntı taşıyıcı olarak hava, su, köpük kullanılan sondaj yöntemidir. Bu yöntemde,
kompresör tarafından üretilen hava, çift duvarlı tij içerisinden geçerek matkaba ulaşır. Kırıntılar ise
çift duvarlı tij merkezinden başlık aracılığıyla yüzeydeki bir siklona iletilir ve torbalara alınır(Şekil.5
ve Şekil.6).
Çift duvarlı tij tasarımı, havanın dolaşım akışkanı olarak kullanılmasına olanak sağlar. Hava dış
kısımdaki borunun içerisindedir. Hava dolaşım akışkanı olarak(kırıntı taşıma amacıyla) ve kuyu dibi
çekicini çalıştırmak için kullanılmaktadır.
Şekil.5. Kuyudibi çekici ile ters dolaşımlı sondajın genel modeli(Özdemir,2007)
Şekil.6. Ters dolaşımlı sondajda numune alımı(Özdemir,2007)
Kuyudibi çekici ile ters dolaşımlı sondaj, standart kuyudibi çekici veya özel olarak ters dolaşımlı
sondaj çalışması için geliştirilmiş çekiç ile olmak üzere iki şekilde yapılabilmektedir. Bu iki sistem
arasındaki farklar Şekil.7’de, kuyudibi çekici ile ters dolaşımlı sondajda gereksinim duyulan özellikler
de Şekil.8’de verilmiştir.
Standart kuyudibi çekici ile sondaj
RC kuyudibi çekici ile sondaj
Şekil.7.Kuyudibi çekici ile ters dolaşımlı sondaj tipleri(Eurodril,2006)
Şekil.8. Kuyudibi çekici ile ters dolaşımlı sondajda gereksinim duyulan özellikler(Atlas Copco,2006)
2. KULLANILAN EKİPMANLARIN TİPİK ÖZELLİKLERİ
2.1. Sondaj Makinası
Ters dolaşımlı sondaj çalışmalarında genellikle hidrolik kontrollü, döner kafalı tip makinaların
tercih
edildiği
söylenebilir(Şekil.9).
Makine
üzerine
siklon
monteli
veya
seyyar
olabilmektedir(Şekil.10). Dönme işlemini ve havanın sisteme girişini sağlayan başlık özeldir. Bu
başlık normal sondaj makinalarına ilave edilerek, makine ters dolaşımlı sondaj ile çalışabilir şekle
getirilebilir.
Sondaj Makinası
Siklon
Özel Başlık
Şekil.9. Çift duvarlı sondajda kullanılan tipik bir sondaj makinası, siklon ve özel başlık
Şekil.10. Seyyar siklonlu bir sondaj makinası ile ters dolaşımlı sondaj(YMGV, 2000)
2.2. Tijler
Ters
dolaşımlı
kuyudibi
çekiçli
yöntemde,
gömme
bağlantılı
çift
duvarlı
tijler
kullanılmaktadır(Şekil.11 ve Şekil.12.). Bu tijlerde hava tijin dışarısına çıkmamaktadır. Hava akımı,
tijin iki duvarı arasında olmakta ve sadece matkabın hemen yanındaki kısımda kuyu duvarı ile temas
etmektedir. Maden arama sondajlarında kullanılan matkap ölçüleri 5 1/8”-5 1/2”(130-140 mm), çift
duvarlı tij çapları ise matkap çaplarından 1/2”-1” daha küçük olması gerekmektedir. Böylece, kuyu
duvarı ile tij dış kısmından oluşabilecek dolaşım engellenmiş olur.
Çift duvarlı sondaj yönteminde kullanılan tij çapları şunlardır;
3 1/2” Dış Çap x 1 3/4” İç Çap
4 1/2” Dış Çap x 2 1/2” İç Çap
5 1/2” Dış Çap x 3 1/4” İç Çap
En yaygın kullanılanı 4 1/2” çapındaki tijlerdir. Dış boruları bağlamak için erkek ve dişi takım
bağlantıları kullanılır. O halkalı bir bağlantı manşonu, iç duvarlar arasındaki bağlantıyı sızdırmaz hale
getirmektedir.
Şekil.11. Çift duvarlı ters dolaşımlı sondaj yönteminde kullanılan tijler
Şekil.12. Çeşitli çaplardaki çift duvarlı tijlerin aralarındaki boşluk alanı(hava geçiş alanı)
2.3. Kuyudibi Tabancası ve Matkabı
Ters dolaşımlı kuyudibi çekiçli yöntemde, standart kuyudibi tabancası veya çift duvarlı ters
dolaşımlı sondaj için özel olarak geliştirilmiş kuyudibi tabancaları kullanılmaktadır(Şekil.13 ve
Şekil.14). Kullanılan matkap çapları genellikle 5 1/8”-5 1/2” (130-140 mm)’dir. Çift duvarlı tij çapları,
kullanılan matkap çapından 1/2” veya 1” daha küçük olmalıdır.
Şekil.13. Ters dolaşımlı kuyudibi tabancası ve kuyudibi tabancası matkap dizaynları
Şekil.14. Kuyudibi tabancası ve başlık ilişkisi
2.4. Kompresör
Çift duvarlı tijler ile yapılan sondaj çalışmalarında, genellikle 7-24 bar basınçlı, çift kademeli vidalı
tip kompresörler kullanılmaktadır.
Bu yöntemle derinliği bilinen noktalardan, karışıklık olmadan numune alma güvencesi
sağlanmaktadır. Ayrıca, yapılan karotlu sondajlara oranla yaklaşık 10 misli daha hızlı örnek
alınabilmektedir. Çizelge.1’de karotlu ve ters dolaşımlı kuyu dibi çekiçli örnek alma yöntemi
karşılaştırılmaktadır.
Çizelge.1. Karotlu sondaj ile ters dolaşımlı sondaj yöntemlerinin karşılaştırılması(YMGV, 2000)
Çift duvarlı sondaj yöntemini avantajları şunlardır;
1-Sürekli olarak formasyonu temsil eden örnekler elde edilebilir
2-Alüvyon çökellerde veya kırıklı-çatlaklı formasyonlarda yüksek hızlı ilerleme yapılabilir
3-Bu tür formasyonlarda klasik sondaj yöntemleri ile yaşanan dolaşım kaybı sorunları yaşanmaz
4-Kuyuda yıkılma-göçme problemleri yaşanmaz
Çift duvarlı sondaj yönteminin dezavantajları ise şunlardır;
1-Sondaj ekipmanının ilk yatırımı yüksektir
2-Sistem dar çaplı kuyularla sınırlıdır
3-Sistem alüvyonal çökellerde yaklaşık 365 ile 425 m, sert ve kırıklı formasyonlarda ise 610 m’ye
kadardır
4-İyi yetişmiş iş gücüne ihtiyaç duyulur
YARARLANILAN KAYNAKLAR
* Özdemir, A., 2007; Sondaj Tekniğine Giriş. Omay Ofset. 74 s.
* Özkan,Y.Z., 2004; Maden arama projelerinin tasarımı ve değerlendirilmesi. Jeoloji Mühendisleri
Odası Yayınları:82, 230 s.
* Atlas Copco Ürün Katalogları (www.atlascopco.com)
* Eurodrill Ürün Katalogları (http://www.colcrete-eurodrill.com/products/Reverse-Circulation.htm)
* YMGV(Yurt Madenciliğini Geliştirme Vakfı), 2000; Sondaj Eğitim Semineri Kurs Notları. 180 s.