Ilustrace / Foto: z otevřených zdrojů
Pochopení principů vrtných souprav a znalost technologie vrtání vám umožní pochopit specifika procesu vrtání studní.
Vrtná souprava je srdcem procesu vrtání studní. Jedná se o složitý soubor mechanismů a zařízení, jejichž koordinovaná práce umožňuje proniknout do útrob země a dosáhnout vodonosných vrstev. Různé typy půdy a hloubky zvodně vyžadují různé vrtné soupravy a technologie. Nahlédněme do nitra tohoto „kouzelného stroje“ a pochopme jeho hlavní součásti a principy fungování.
Hlavní součásti vrtné soupravy
Bez ohledu na typ obsahuje většina vrtných souprav následující hlavní součásti:
- Stožár (věž). Svislá nosná konstrukce určená ke zvedání a spouštění vrtné soupravy, pažnic a vrtných nástrojů. Výška a nosnost stožáru závisí na hloubce vrtání a hmotnosti zařízení.
- Vrtací stroj (rotační pohon). Mechanismus, který zajišťuje otáčení vrtné šňůry a vrtných nástrojů. Může být rotační (otáčení se provádí shora) nebo sestupný (otáčení se provádí přímo na dně vrtu).
- Vrtná souprava. Skládá se z vrtných trubek navzájem spojených. Přenáší otáčky z vrtacího stroje na vrtací nástroj na dně otvoru. Uvnitř vrtné soupravy může být přiváděn vrtný kal nebo stlačený vzduch.
- Vrtný nástroj (vrták, vrtací korunka). Nachází se na konci vrtné šňůry a přímo lomí horninu. Existuje mnoho typů vrtných nástrojů určených pro různé typy podloží (válečkové kuželové vrtáky pro tvrdé horniny, lalokové vrtáky pro měkké horniny, vrtáky s karbidovými nebo diamantovými destičkami).
- Systém přívodu vrtné kapaliny (proplachovací systém). Zahrnuje čerpadla, nádrže na bahno a potrubí. Vrtná kapalina cirkuluje ve vrtu, odvádí rozlámanou horninu (odřezky) na povrch, chladí vrtné nástroje a zpevňuje stěny vrtu. Proplachovací kapalinou může být voda, jílové bahno nebo speciální polymerní směsi.
- Naviják (kladkostroj). Mechanismus pro zvedání a spouštění vrtné soupravy, pažnic a dalšího vybavení. Vybavený systémem lan a bloků.
- Řídicí systém. Komplex přístrojů a zařízení pro monitorování a řízení činnosti všech mechanismů vrtné soupravy. Moderní vrtné soupravy mohou být vybaveny automatizovanými řídicími a monitorovacími systémy.
- Energetické zařízení. Zajišťuje elektrickou energii pro všechny systémy plošiny. Může zahrnovat dieselové generátory nebo připojení k externím zdrojům energie.
Hlavní technologie vrtání studní
Volba technologie vrtání závisí na geologických podmínkách lokality, požadované hloubce vrtu a dostupném vybavení. Nejběžnějšími technologiemi jsou:
-
Rotační vrtání
- Princip činnosti. Otáčení vrtáku na dně vrtu provádí rotor umístěný na povrchu. Vrtná souprava přenáší otáčení na vrták. Rozlámaná hornina je vynášena na povrch vrtnou kapalinou proudící uvnitř vrtné soupravy.
- Výhody. Vysoká rychlost vrtání, schopnost vrtat do velkých hloubek a v různých typech půdy (od měkké po tvrdou).
- Nevýhody. Vyžaduje použití vrtného kalu a složitého proplachovacího systému, poměrně vysoké náklady na zařízení.
- Aplikace. Široce se používá k vrtání hlubokých studní včetně artézských vrtů.
-
Šroubové vrtání
- Princip činnosti. Rozbíjení horniny se provádí rotujícím šnekem (šroubovitou vrtnou strunou). Rozbitá hornina se dopravuje po povrchu šneku na povrch.
- Výhody. Vysoká rychlost vrtání v měkkých a sypkých půdách, relativně jednoduchá konstrukce zařízení, není potřeba vrtného kalu.
- Nevýhody. Omezená hloubka vrtání (obvykle do 30-50 m), nepoužitelné pro tvrdé horniny a půdy s mnoha balvany.
- Aplikace. Používá se k vrtání mělkých vrtů do písku nebo hlíny.
-
Vrtání nárazových hornin
- Princip činnosti. Vrtný nástroj (vrták) je opakovaně spouštěn na dno vrtu pomocí lana, čímž dochází k rozbíjení horniny nárazy. Rozbitá hornina je pravidelně vytahována z vrtu pomocí skluzu (speciální válcový nástroj s ventilem).
- Výhody. Jednoduchost zařízení, možnost vrtání v tvrdých a skalnatých horninách, není potřeba vrtného kalu.
- Nevýhody. Nízká rychlost vrtání, zejména ve velkých hloubkách, pracnost procesu.
- Aplikace. V současné době se používá méně často, především pro vrtání mělkých vrtů v obtížných geologických podmínkách nebo v případě, že není k dispozici jiné zařízení.
Současné trendy ve vrtání studní
Moderní vrtání studní v Grodně se vyznačuje zaváděním nových technologií a materiálů zaměřených na zvýšení efektivity, rychlosti a ekologické bezpečnosti procesu. Mezi tyto trendy patří např:
- Používání hydraulicky poháněných vrtných souprav, které umožňují plynulejší a přesnější řízení procesu vrtání.
- Používání vrtáků s diamantovými a polykrystalickými diamantovými (PDC) destičkami s vysokou odolností proti opotřebení a rychlostí vrtání v tvrdých horninách.
- Zavedení geonavigačních a telemetrických systémů pro kontrolu trajektorie vrtání a optimalizaci procesu.
- Vývoj ekologicky šetrných vrtných kapalin na bázi vody a technologií využití vrtného odpadu.
Pochopení zařízení a principů fungování vrtných souprav, stejně jako znalost základních vrtných technologií, nám umožňuje docenit složitost a specifičnost procesu vrtání studní na vodu. V následujícím článku se podrobně podíváme na jednotlivé fáze tohoto procesu, od návrhu až po získání prvního litru čisté vody.
