(Sondaj Dünyası Dergisi, Sayı 4) www.sondajcilarbirligi.org.tr MADEN ARAMA ÇALIŞMALARINDA TERS DOLAŞIMLI SONDAJ UYGULAMALARI Adil ÖZDEMİR (adilozdemir2000@yahoo.com) 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.