Rotační vrtání studní: přehled technologie vrtání a potřebného vybavení

Pokud venkovský dům nelze připojit k centrálnímu zásobování vodou, musíte zorganizovat autonomní systém.Většina majitelů jej raději staví na základě studny, jejíž vývoj využívá různé metody. Podíváme se na rotační vrtání studní – velmi slibnou, ale zatím málo známou možnost.

Článek, který jsme navrhli, podrobně popisuje složitosti rotační technologie a používaných nástrojů. Jsou rozebrány výhody a nevýhody této techniky a uvedeny způsoby její implementace v praxi. Naše rady se budou hodit prozíravým majitelům soukromých pozemků, kteří chtějí sledovat práci vrtačů.

Definice rotačního vrtání

Nejprve se podívejme, co to vlastně rotační vrtání studní je a jaké jsou jeho alternativy? Šnekové vrtání je stále považováno za jednu z nejběžnějších metod výstavby vodního zdroje.

nicméně šroubovací technologie neumožňuje průchod skalnatým podložím. Šnekový vrták používaný při vrtání šnekem není schopen zničit vápenec. Často se ale stává, že je potřeba se do toho vrtat, protože... překrývající vrstvy nemají stabilní a dostatečný průtok pro využití.

Technologie jádrového a šnekového vrtání neposkytuje možnost proniknout do skalních útvarů. V případě výstavby studny na vápenci je efektivnější a ekonomičtější použít metodu rotačního vrtání

Proto se do výstavby soukromých vodárenských objektů začala zavádět rotační technologie, dříve používaná pouze v těžebním průmyslu. Jeho pracovní prvek je umístěn ve spodní části studny. Pomocí dláta se ničí soudržné a nesoudržné zeminy a drtí se horninové podloží.

Těžba destruované horniny se provádí pomocí kapaliny, která je přiváděna na dno přes pracovní kolonu popř prstencový prostor. Jedná se o 2 různé metody vrtání, z nichž každá bude podrobně popsána níže.

Průměr bitu přesahuje průměr pracovní struny, což umožňuje:

• snížit spotřebu energie na celý proces vrtání (síla se vynakládá přímo pouze na otáčení vrtáku silou ve spodním otvoru a ztráty způsobené třením pracovní struny o stěny vrtu jsou minimalizovány);
• chránit většinu prvků pracovní struny před poškozením, stejně jako stěny vrtané studny před zničením;
• vytvářet studny působivého průměru (například až 70 cm) v mimořádně působivých hloubkách.

Tímto způsobem můžete tvoří vodonosné studny, hloubka 300 metrů a více, tzn. vrtné zařízení pro příjem vody pro zásobování vod do dach oblastí a vesnic.

Takže definice: vrtání na rotačním principu je metoda vývoje studny, ve které se síla na korunku ve spodním otvoru přenáší z rotační rotátor přes sloupec práce. Je sestaven z tyčí - úzkých ocelových trubek, které jsou postupně vzájemně spojeny podél vybrání do země.

Ale při čištění důlní šachty a porubu od kalu se používá voda dodávaná pod tlakem.Díky tomuto řešení není potřeba neustále rozebírat a znovu skládat vrtací kolonu pro extrakci jádra, jako při jádrovém vrtání.

Kapalina vstřikovaná do výkopu okamžitě řeší dva důležité problémy: uvolňuje cestu vrtné soupravě k další práci a vyrábí čištění studnynutné připravit přívod vody k provozu.

Výhody rotační technologie

Jaké jsou výhody rotačního vrtání oproti možným alternativám? Je jich několik.

Za prvéPomocí rotačního vrtáku můžete vytvořit studny velkého průměru, které dokážou plně uspokojit potřebu vody více domácností najednou.

Není žádným tajemstvím, že vrtání není levný proces: vyžaduje specializované vybavení a zkušení vrtači musí tento proces sledovat a řídit. Ostatně činnost spojená s vrtáním studní je licencovaný. Proto jeho vysoká cena.

Díky svému tvaru a konstrukci může korunka při rotačním vrtání vytvářet studny o mnohem větším průměru než šnekové vrtáky a jádrové trubky

Sloučení více domácností najednou za účelem financování jedné společné studny pro sousední pozemky je ekonomicky výhodný podnik. To ale vyžaduje značný debet. Vodonosné vrstvy kvartérních sedimentů (písků) je ve většině případů nemohou poskytnout.

Pro společný provoz je samozřejmě lepší instalovat přívod vody na vápenec. Podzemní voda z ní vytěžená se vyznačuje větším množstvím vody a čistotou. Objem srážek nemá nejmenší vliv na průtok vrtů na vápencích. Totéž nelze říci o pískových studnách.

Za druhépřesvědčí relativně nízkými náklady na energii. Pracovním prvkem při rotačním vrtání je korunka. Ale na rozdíl od šroubu a jádrové vrtání, vrtací nástroj neinteraguje se stěnami vyvrtaného otvoru

To znamená, že pouze vrták je v přímém kontaktu se zemí, jejíž výška je zanedbatelná vzhledem k výšce celé vrtací kolony. Výsledkem je, že tento způsob vytváření studní je nejrychlejší - až 1000 lineárních metrů za měsíc!

Třetí, hromadné zákazníky přitahuje hloubka vrtání. Pouze rotační metodou lze vrtat vrt hluboko do skalního podloží metamorfovaných a vyvřelých hornin, z jejichž puklin lze čerpat vodu, jejíž složení je nejvhodnější pro pitné účely.

Nejčastěji se těží pouze technologická voda z vodních zdrojů v hloubce menší než 30 m. Jeho složení je ovlivněno nedalekými nádržemi, řekami posetými odpadky, srážkami a prostě technickými tekutinami rozlitými na zem. K získání pouze takového příjmu vody pomůže šnek a jádrová trubka.

Celá sada vrtacího zařízení se snadno namontuje na jedinou platformu středně těžkého vozidla. Díky tomu je proces rotačního vrtání mnohem technologicky vyspělejší, a tedy levnější

Rotační vrtání navíc umožňuje procházet obráběním do plné hloubky, aniž byste přecházeli na jiný způsob vrtání. Při vývoji studny například šnekem, pokud je potřeba provrtat balvan, přecházejí na metodu bicího lana.

Chcete-li to provést, vyjměte šnek ze sudu a házejte udidlo na čelo, dokud se balvan nerozbije. Pak porážka vyčištěno soudním správcem. Používá se také v případě, že je nutné vynést na povrch písek nasycený vodou, který se v jádrové trubce jednoduše nezadrží.

Praxe ukazuje, že studny vrtané rotační metodou mají delší životnost. Technologicky se to vysvětluje tím, že po instalaci pláště, který tvoří stěny studny, je prstenec dále zpevněn.

Zařízení pro stavbu studny

Nejprve je na povrch nad studnou instalována vertikální konzola pro další upevnění vertikálních článků pracovní struny. První článek tohoto vrtacího hřídele je vybaven pracovním prvkem - bitem, který může mít různé formáty v závislosti na kategorii vrtatelnosti horniny.

Pro vrtání vodonosných studní se samozřejmě používá kompaktnější zařízení a zpravidla se nevyžaduje vytvoření určené věže

Sada nářadí pro vrtání

Když se první článek, svíčka, prohloubí, položí se na něj další, zvaný tyč, a tak dále. Délka každého takového bloku trubek se může pohybovat od 20 do 50 m. Pro zjednodušení tvorby pracovního sloupu je každá tyč vybavena kuželovým závitem se zámkem.

V důsledku toho se vytvoří vrtací nástroj, který se skládá z:

• pracovní bit;
• hnací tyč;
• sloupy obyčejných prutů navzájem spojených spojkami.

Pracovní struna je držena pomocí obratlíku, který je otáčen rotorem. V závislosti na tom, jak hluboko se plánuje vrtání, a také podle fyzikálních a mechanických vlastností půdy, se k vytvoření vodícího článku používají standardní nebo vážené tyče.

Hnací tyč je obvykle vážená trubka, protože má důležité technologické poslání. Přes něj přitéká do čela k udidlu mycí roztok, který má za úkol vymýt drcenou horninu. A to zase klade požadavky na spojky, jejichž úkolem je utěsnit spoje mezi články.

Nezapomeňte, že tlak kapaliny přímo závisí na výšce vytvářeného sloupce (a nezávisí na průřezu potrubí). Navíc, i když je voda použita jako splachovací roztok, pak každých 10 metrů vzroste tlak o 1 atmosféru.

Pro srovnání stojí za to uvést příklad. Pracovní tlak v domácí potrubní síti v domě je 10 atmosfér a nejsilnější trubky jsou navrženy pro tlak 20 atmosfér.

Pouze pokud domácí systémy stojí a nepohybují se, pak je na hnací tyč vyvíjen tlak rovnající se hmotnosti vrtací kolony. Musí ale stále přenášet rotační impuls a sílu na bit.

Spojky jsou nejkritičtějšími prvky tyče, protože nesou váhu celé spodní části sousední tyče a také zatížení dynamickými vibracemi a rotačním pohybem přenášeným motorem.

Na spojky jako konstrukční prvky vrtací kolony jsou kladeny následující požadavky:

• musí zajistit těsnost spojení tyčí a odolat tlaku kapaliny do 100 atmosfér (pro čištění dna tlakovou tryskou);
• musí být odolné proti opotřebení, aby se nestaly nepoužitelnými v důsledku tření o stěny studny;
• musí být schopen přenášet krouticí moment z horní části pracovní struny na spodní část a nakonec na bit.

Je nesmírně důležité, aby spojky měly správnou kvalitu. Pokud alespoň jeden z nich nevydrží zátěž a dojde k přetržení pracovní struny, pak bude extrémně obtížné dostat její spodní část spolu s nástavcem. Z hlediska investičních nákladů je někdy snazší vyvrtat novou studnu poblíž, než odstranit oddělenou hnací tyč.

Použití vody při vrtání

Tekutina, která se dodává na obličej, je nejčastěji obyčejná voda. Někdy se za účelem stabilizace vrtu procházejícího volnými, nesoudržnými horninami (písek, drcený kámen, štěrk a oblázky) do vrtu přivádí roztok s přísadami pro vrtání. To je nutné, protože v prvních fázích ražby se neinstaluje pažnice.

Voda vstupuje do výkopu buď pod tlakem uvnitř hnací tyče (a pak dochází k čerpání skrz prstencový prostorem), nebo gravitací dolů skrz prstencový prostoru a odstranění již probíhá přes pracovní kolonu s odčerpávacím čerpadlem.

Jedná se o 2 různé technologie rotačního vrtání, jejichž vlastnosti budou diskutovány níže.

Rotační vrtání se vyznačuje nejvyšší rychlostí vývoje vodní studny. Současně s vrtáním dochází k mytí hřídele a přípravě díla pro budoucí provoz.

Avšak bez ohledu na to, jaká metoda je použita, je třeba kapalinu používanou při vrtání všude vyčistit (pro další použití).

K tomu se používá následující sada zařízení:

• Skladovací stodola na vrtání bahna. (Pokud plánujete vrtat mělkou studnu, během pár desítek ji můžete postavit přímo v zemi a jako splachovací kapalina se používá obyčejná voda). Stodola funguje jako baterie pro splachovací kapalinu.
• Vibrační síto. Proplachovací roztok zvednutý z vrtu nese částice drcené horniny, které je třeba odstranit. Nejúčinnější metoda je mechanická, pomocí vibračního síta.
• Jímka. Poté, co jsou odstraněny velké částice hornin, kapalina vstupuje do usazovací nádrže, aby odstranila suspendované částice, které se vysrážejí. Při použití vody jako splachovací kapaliny se také někdy zabudovává jímka přímo do země. Kromě toho se používá k separaci kapalných látek a separaci sedimentů. hydrocyklon.
• Čerpadlo bahna. Právě ta zajišťuje cirkulaci mycího roztoku.
• Okapový systém. Jsou potřebné pro pohyb vody z místa vzniku výkopu do místa jejího čištění.

Celkově jsou k vývoji studny pomocí rotační technologie zapotřebí následující mechanismy a zařízení:

1. Věž nebo konzole pro sestavení vrtací kolony z tyčí a její demontáž po dokončení vrtání, stejně jako pojezdový systém.
2. Motor, zajišťující rotaci rotoru.
3. Kapalné vybavení. Mechanismy a zařízení pro zajištění cirkulace mycí kapaliny a jejího čištění (čerpadlo; vibrační síto; usazovací nádrže a/nebo hydrocyklon; skladovací stodola na mycí kapalinu; systém potrubí a žlabů).

Pro rotační vrtání mělkých vrtů je celá uvedená sestava zařízení velmi skladná (např. konzolový výložník je sklopný). To zajišťuje snadné umístění vrtacího zařízení na libovolné místo vhodné pro vrtání a následný provoz.

Dvě možnosti rotačního vrtání

V závislosti na způsobu přivádění vrtné kapaliny na dno existují 2 typy rotační technologie vrtání:

1. s přímým podáváním;
2. se zpětným posuvem.

Je třeba poznamenat, že kapalina dodávaná na obličej je určena nejen k mytí a odstraňování drcené horniny. Také ochlazuje vrták, který se třením velmi zahřívá. V případě přímého přívodu kapaliny vytváří čerpadlo svůj přetlak.

Voda vstupuje do spodního otvoru technologickými otvory ve vrtáku, „nabírá“ drcenou horninu a poté gravitačně protéká studnou (tj. prstencový prostor ve vztahu k vodicí tyči) vstupuje na povrch, kde vstupuje do čistícího komplexu (vibrační síto, hydrocyklon).

Proplachování může být přímé nebo reverzní, což určí kvalitativní charakteristiky použitého zařízení, ale principiální schéma platí pro oba typy technologií

Technologie zpětného podávání znamená, že proplachovací tekutina proudí gravitací ke dnu, klesá skrz studnu, ale roztok s drceným materiálem proudí zpět na povrch potrubím hnací tyče. V tomto případě v něm bahenní čerpadlo vytváří podtlak.

I přes zdánlivou jednoduchost obou technologií je zde mnohem více nuancí, než by se na první pohled mohlo zdát. Proto se jeví jako vhodné se u každé z těchto technologií vrtání zastavit podrobněji.

Vrtání s přímým přívodem proplachovací kapaliny

Tato technologie se také někdy nazývá „přímý průtok vody“. Je vhodné jej používat v písčitých, štěrkových, drcených půdách. Používá se také, pokud hloubka vodonosné vrstvy nepřesahuje 30 m. Právě zde se do kapaliny přidávají přísady, které zvyšují její hustotu a stabilitu kmene.

Rotační vrtání se vyznačuje postupným zmenšováním průměru vrtané studny. Jinými slovy, nejdříve se vyvrtá studna s největším průměrem, potom ona usadí se trubkou, a prstencový prostor mezi vnějším povrchem trubky a stěnou studny se přes technologické otvory vyplní cementovou maltou.

Poté vrtání pokračuje s menším vrtákem. Pak znovu pouzdro a nová sekce má ještě menší průměr atd. Čím méně často musíte být „rozptylováni“ cementováním vrtu, tím vyšší je produktivita vrtání, která se nakonec promítne do celkových nákladů na proces a vrt jako celek.

Navíc příliš časté opláštění vede v konečném důsledku k tomu, že efektivní průměr vrtu (průměr, který otevírá vodonosnou vrstvu) je značně snížen. „Přímý tok vody“ se tedy vyznačuje tím, že studna s tímto způsobem jejího vytvoření nemůže být zasazena až do 100 metrů.

Hlavní tlak proplachovací kapaliny je vytvářen čerpadlem uvnitř hnací tyče, a prstencový Kapalina s prvky drcené horniny vyplňuje prostor gravitací, aniž by přetlakem ničila stěnu studny.

Schéma vrtání s přímým přívodem proplachovací kapaliny. Do čela se přivádí vodicí tyčovou trubkou a na povrch stoupá gravitací

Tento způsob vrtání má však i nevýhody. Zejména příliš dlouhé bez pouzdra Tato oblast vede k vnášení jemných jílových částic do vodonosných vrstev, které mohou výrazně omezit a zpomalit proudění vody do díla z vodonosné vrstvy.

Tyto částice zde hrají roli zvláštních zátek pórů a mikrokanály ve skále, kterou prosakuje voda.Proto je proces opláštění prováděný během procesu vrtání nezbytný pro udržení další produktivity vrtu jako celku.

Vrtání s reverzním prouděním proplachovací kapaliny

Při tomto způsobu kontroly tekutiny se nejlépe čistí hlaveň a dno. Čerpadlo zde kapalinu netlačí do dna, ale naopak ji nasává zpět, což vede k tomu, že rychlost tvorby studny s bitem se zvyšuje o řád a dokonce i několikrát více ve srovnání s přímým splachováním.

Samotná studna nepodléhá kontaminaci jílovými vměstky s prouděním přiváděné proplachovací kapaliny. Čerpadlo totiž vysává vše, co v něm může být obsaženo. Mimochodem, další přísady zde nemají praktický smysl, takže se jako stejná proplachovací kapalina používá čistá voda.

Schéma zpětného proplachu při rotačním vrtání. Krmivo proudí gravitací skrz mezikruží a kejda je tažena zpět čerpadlem přes potrubí vedoucí tyče

Pojďme si tedy shrnout výhody vrtání s reverzním tokem:

• rychlost vrtání se zvýší (ve srovnání s přímým vodním tokem) až 15krát;
• vodonosná vrstva ještě není zanesena jílovými částicemi a bahnitými zrnky písku ze spodní části s otevřeným koncem úrovně studní;
• díky kvalitnímu otevření vodonosné vrstvy není třeba studnu dodatečně připravovat k provozu, můžete okamžitě nainstalovat vnitřní plášť s filtrem a začít čerpat;
• Jako pracovní tekutina se používá jednoduchá (a tedy levná) voda.

Tato metoda má však také významnou nevýhodu.Vyžaduje použití drahého zařízení, což v konečném důsledku vede k výraznému zvýšení nákladů na celý proces vrtání jako celku.

Proto se vrtání „obráceného toku vody“ provádí pouze v případech, kdy je studna navržena pro provoz několika domácností najednou. Ale pokud je studna určena pro individuální použití, pak je mnohem rozumnější použít rotační technologii vrtání s přímým proudem vody.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Vizuální ukázka procesu rotačního vrtání krok za krokem:

Video #2. Rozbor rotační technologie a principů stavby studní:

Video #3. Cirkulace vody při rotačním vrtání:

Situace s přítomností a hloubkou vodonosných vrstev se může místo od místa značně lišit (a na některých místech nejsou vůbec žádné, jako na ostrově Madeira).

Při navrhování studny a výběru optimální metody rotačního vrtání byste měli použít existující mapy prozkoumaných zvodnělých vrstev. To vám pomůže ušetřit značné peníze a čas.

Řekněte nám o svých zkušenostech s vývojem studní pomocí rotační technologie. Sdílejte technologické nuance, které budou užitečné pro návštěvníky webu. Zanechte prosím komentáře v bloku níže, zveřejněte fotografie a položte otázky k tématu článku.