Ilustrácia / Foto: z otvorených zdrojov
Pochopenie princípov vŕtacích zariadení a znalosť technológie vŕtania vám umožní pochopiť špecifiká procesu vŕtania studní.
Vrtná súprava je srdcom procesu vŕtania studní. Je to zložitý súbor mechanizmov a zariadení, ktorých koordinovaná práca umožňuje preniknúť do útrob zeme a dosiahnuť vodonosné vrstvy. Rôzne typy pôdy a hĺbky vody si vyžadujú rôzne vrtné súpravy a technológie. Nahliadnime do vnútra tohto „zázračného stroja“ a pochopme jeho hlavné komponenty a princípy fungovania.
Hlavné komponenty vŕtacieho zariadenia
Bez ohľadu na typ, väčšina vrtných súprav obsahuje nasledujúce kľúčové komponenty:
- Stožiar (veža). Zvislá nosná konštrukcia určená na zdvíhanie a spúšťanie vrtnej šnúry, pažnice a vŕtacích nástrojov. Výška a nosnosť stožiara závisí od hĺbky vŕtania a hmotnosti zariadenia.
- Vŕtací stroj (rotačný pohon). Mechanizmus, ktorý zabezpečuje otáčanie vŕtacieho reťazca a vŕtacích nástrojov. Môže byť rotačný (otáčanie sa vykonáva zhora) alebo zostupný (otáčanie sa vykonáva priamo na dne vrtu).
- Vŕtacia šnúra. Skladá sa z vrtných rúrok navzájom spojených. Prenáša otáčky z vŕtacieho stroja na vŕtací nástroj na dne otvoru. Vŕtacie bahno alebo stlačený vzduch sa môžu privádzať do vnútra vŕtacieho reťazca.
- Vŕtací nástroj (vrták, vrták). Nachádza sa na konci vrtnej šnúry a priamo láme horninu. Existuje mnoho typov vŕtacích nástrojov určených pre rôzne typy zemín (valčekové kužeľové vrtáky pre tvrdé horniny, lalokové vrtáky pre mäkké horniny, vrtáky s karbidovými alebo diamantovými doštičkami).
- Systém prívodu vrtnej kvapaliny (preplachovací systém). Zahŕňa čerpadlá, nádrže na bahno a potrubia. Vŕtacia kvapalina cirkuluje vo vrte, odvádza rozbitú horninu (odrezky) na povrch, chladí vŕtacie nástroje a spevňuje steny vrtu. Výplachová kvapalina môže byť voda, ílové bahno alebo špeciálne polymérové kompozície.
- Navijak (zdvihák). Mechanizmus na zdvíhanie a spúšťanie vrtnej šnúry, plášťa a iných zariadení. Vybavený systémom lán a blokov.
- Riadiaci systém. Komplex prístrojov a zariadení na monitorovanie a riadenie činnosti všetkých mechanizmov vrtnej súpravy. Moderné vrtné súpravy môžu byť vybavené automatizovanými riadiacimi a monitorovacími systémami.
- Energetické zariadenie. Zabezpečuje elektrickú energiu pre všetky systémy plošiny. Môže zahŕňať dieselové generátory alebo pripojenie na externé zdroje energie.
Hlavné technológie vŕtania studní
Výber technológie vŕtania závisí od geologických podmienok lokality, požadovanej hĺbky vrtu a dostupného vybavenia. Najbežnejšie technológie sú:
-
Rotačné vŕtanie
- Princíp činnosti. Otáčanie vrtáka na dne vrtu vykonáva rotor umiestnený na povrchu. Vrtná súprava prenáša otáčanie na vrták. Roztrieštená hornina sa dostáva na povrch vŕtacou kvapalinou prúdiacou vo vnútri vrtnej súpravy.
- Výhody. Vysoká rýchlosť vŕtania, schopnosť vŕtať do veľkých hĺbok a do rôznych typov pôdy (od mäkkej po tvrdú).
- Nevýhody. Vyžaduje použitie vrtného kalu a zložitého preplachovacieho systému, relatívne vysoké náklady na zariadenie.
- Aplikácia. Široko sa používa na vŕtanie hlbokých studní vrátane artézskych studní.
-
Skrutkové vŕtanie
- Princíp činnosti. Lámanie horniny sa vykonáva rotujúcim šnekom (vrtná súprava v tvare skrutky). Rozbitá hornina sa dopravuje po povrchu skrutky šneku na povrch.
- Výhody. Vysoká rýchlosť vŕtania v mäkkých a sypkých pôdach, relatívne jednoduchá konštrukcia zariadenia, nie je potrebné vŕtacie bahno.
- Nevýhody. Obmedzená hĺbka vŕtania (zvyčajne do 30-50 metrov), nepoužiteľná pre tvrdé horniny a pôdy s množstvom balvanov.
- Použitie. Používa sa na vŕtanie plytkých studní do piesku alebo hliny.
-
Vŕtanie do nárazových hornín
- Princíp činnosti. Vŕtací nástroj (vrták) sa opakovane spúšťa na dno vrtu pomocou lana, pričom sa hornina rozbíja údermi. Rozbitá hornina sa pravidelne vyťahuje z vrtu pomocou žľabu (špeciálny valcový nástroj s ventilom).
- Výhody. Jednoduchosť zariadenia, možnosť vŕtania v tvrdých a skalnatých horninách, nie je potrebný vrtný kal.
- Nevýhody. Nízka rýchlosť vŕtania, najmä vo veľkých hĺbkach, prácnosť procesu.
- Aplikácia. V súčasnosti sa používa menej často, hlavne na vŕtanie plytkých vrtov v ťažkých geologických podmienkach alebo v prípade, že nie je k dispozícii iné zariadenie.
Súčasné trendy vo vŕtaní studní
Moderné vŕtanie vrtov v Grodne sa vyznačuje zavádzaním nových technológií a materiálov zameraných na zvýšenie účinnosti, rýchlosti a environmentálnej bezpečnosti procesu. Medzi takéto trendy patria napr:
- Používanie hydraulicky poháňaných vrtných súprav, ktoré poskytujú plynulejšie a presnejšie riadenie procesu vŕtania.
- Používanie vrtákov s diamantovými a polykryštalickými diamantovými (PDC) doštičkami s vysokou odolnosťou proti opotrebovaniu a rýchlosťou vŕtania v tvrdých horninách.
- Implementácia geonavigačných a telemetrických systémov na kontrolu trajektórie vŕtania a optimalizáciu procesu.
- Vývoj environmentálne priaznivých vrtných kvapalín na báze vody a technológií využívania vrtného odpadu.
Pochopenie zariadenia a princípov fungovania vrtných súprav, ako aj znalosť základných technológií vŕtania nám umožňuje oceniť zložitosť a špecifickosť procesu vŕtania studní na vodu. V nasledujúcom článku sa budeme podrobne zaoberať jednotlivými fázami tohto procesu, od návrhu až po získanie prvého litra čistej vody.
