Rotačné vŕtanie studní: prehľad technológie vŕtania a potrebného vybavenia

Ak vidiecky dom nemožno pripojiť k centrálnemu zásobovaniu vodou, musíte zorganizovať autonómny systém.Väčšina majiteľov ju radšej stavia na základe studne, ktorej vývoj využíva rôzne metódy. Pozrieme sa na rotačné vŕtanie studní – veľmi sľubnú, no zatiaľ málo známu možnosť.

Článok, ktorý sme navrhli, podrobne popisuje zložitosť rotačnej technológie a použitých nástrojov. Sú analyzované výhody a nevýhody tejto techniky a prezentované spôsoby jej implementácie v praxi. Naše rady budú užitočné pre obozretných majiteľov súkromných pozemkov, ktorí chcú sledovať prácu vŕtačov.

Definícia rotačného vŕtania

Najprv sa pozrime, čo to rotačné vŕtanie studní vlastne je a aké sú jeho alternatívy? Šnekové vŕtanie je stále uznávané ako jedna z najbežnejších metód výstavby prívodu vody.

Avšak skrutkovacia technológia neumožňuje prechod skalnatým podložím. Skrutkový vrták používaný pri závitovkovom vŕtaní nie je schopný zničiť vápenec. Často sa ale stáva, že sa do toho treba vŕtať, lebo... nadložné vrstvy nemajú stabilný a dostatočný prietok na využitie.

Technológia jadrového a závitovkového vŕtania neposkytuje príležitosť preniknúť do skalných útvarov. V prípade výstavby studne na vápenci je efektívnejšie a hospodárnejšie použiť metódu rotačného vŕtania

Preto sa do výstavby súkromných objektov na odber vody začala zavádzať rotačná technológia, ktorá sa predtým používala len v ťažobnom priemysle. Jeho pracovný prvok je trochu umiestnený v spodnej časti studne. Pomocou dláta sa ničia súdržné a nesúdržné zeminy a drví sa podložie.

Ťažba deštruovanej horniny sa realizuje pomocou kvapaliny, ktorá sa privádza ku dnu cez pracovný stĺp resp prstencový priestor. Toto sú 2 rôzne metódy vŕtania, z ktorých každá bude podrobne popísaná nižšie.

Priemer vrtáka presahuje priemer pracovnej struny, čo umožňuje:

• znížiť spotrebu energie na celý proces vŕtania (sila sa vynakladá priamo iba na otáčanie korunky silou v spodnom otvore a straty spôsobené trením pracovnej struny o steny vrtu sú minimalizované);
• chrániť väčšinu prvkov pracovného reťazca pred poškodením, ako aj steny vŕtanej studne pred zničením;
• vytvorte studne pôsobivého priemeru (napríklad až 70 cm) v mimoriadne pôsobivých hĺbkach.

Týmto spôsobom môžete tvoria vodonosné studne, hĺbka 300 metrov a viac, t.j. vŕtacie zariadenia na prívod vody na zásobovanie vodou do dacha a dedín.

Takže definícia: vŕtanie na rotačnom princípe je metóda vývoja studne, v ktorej sa sila na korunku v spodnom otvore prenáša z rotačnej rotátor cez pracovný stĺpec. Je zostavený z tyčí - úzkych oceľových rúr, ktoré sú navzájom spojené postupne pozdĺž vybrania do zeme.

Ale pri čistení banskej šachty a čelby od kalu sa používa voda dodávaná pod tlakom.Vďaka tomuto riešeniu nie je potrebné neustále rozoberať a znovu skladať vrtnú kolónu na extrakciu jadra, ako pri jadrovom vŕtaní.

Kvapalina vstrekovaná do výkopu okamžite rieši dva dôležité problémy: uvoľňuje cestu vrtnej súprave k ďalšej práci a produkuje čistenie studnepotrebné na prípravu prívodu vody na prevádzku.

Výhody rotačnej techniky

Aké sú výhody rotačného vŕtania oproti možným alternatívam? Je ich viacero.

Po prvéPomocou rotačného bitu vytvoríte studne s veľkým priemerom, ktoré dokážu plne uspokojiť potreby vody niekoľkých domácností naraz.

Nie je žiadnym tajomstvom, že vŕtanie nie je lacný proces: vyžaduje si špecializované vybavenie a skúsení vŕtači musia tento proces monitorovať a riadiť. Veď činnosť spojená s vŕtaním studní je licencovaný. Preto jeho vysoká cena.

Vďaka svojmu tvaru a konštrukcii môže korunka pri rotačnom vŕtaní vytvárať studne s oveľa väčším priemerom ako závitovkové vrtáky a jadrová rúra

Spojenie viacerých domácností naraz na financovanie jednej spoločnej studne na susedné pozemky je ekonomicky výnosný podnik. To si však vyžaduje značný debet. Zvodnené vrstvy kvartérnych sedimentov (pieskov) ich vo väčšine prípadov nedokážu poskytnúť.

Prirodzene, pre kolektívnu prevádzku je lepšie inštalovať prívod vody na vápenec. Podzemná voda z nej čerpaná sa vyznačuje väčším výdatnosťou a čistotou vody. Objem zrážok nemá najmenší vplyv na prietok vrtov na vápencoch. To isté sa nedá povedať o pieskových studniach.

Po druhé, presvedčiť relatívne nízkymi nákladmi na energiu. Pracovným prvkom pri rotačnom vŕtaní je korunka. Ale na rozdiel od skrutky a jadrové vŕtanie, vŕtací nástroj neinteraguje so stenami vyvŕtaného otvoru

To znamená, že v priamom kontakte so zemou je len korunka, ktorej výška je zanedbateľná v pomere k výške celej vrtnej kolóny. Výsledkom je, že táto metóda formovania studní je najrýchlejšia - až 1000 lineárnych metrov za mesiac!

Po tretie, kolektívnych zákazníkov priťahuje hĺbka vŕtania. Len rotačnou metódou možno vŕtať vrt hlboko do podložia metamorfovaných a vyvrelých hornín, z ktorých puklín možno čerpať vodu, ktorej zloženie je najvhodnejšie na pitné účely.

Najčastejšie sa ťaží iba technologická voda z vodovodných zariadení hlbokých menej ako 30 m. Jeho zloženie je ovplyvnené blízkymi nádržami, riekami posiatymi odpadkami, zrážkami a jednoducho technickými tekutinami rozliatymi na zem. Len taký príjem vody pomôže získať šnek a jadrová rúra.

Celá sada vŕtacích zariadení sa jednoducho namontuje na jedinú platformu stredne ťažkého vozidla. Vďaka tomu je proces rotačného vŕtania technologicky oveľa pokročilejší, a teda lacnejší

Rotačné vŕtanie navyše umožňuje prejsť obrábaním do plnej hĺbky bez prepínania na iný spôsob vŕtania. Pri vývoji studne napríklad vrtákom, ak je potrebné prevŕtať balvan, prechádzajú na metódu perkusného lana.

Aby ste to urobili, vyberte šnek zo suda a vrhajte dláto na tvár, kým sa balvan nerozbije. Potom zabitie očistený ručiteľom. Používa sa tiež, ak je potrebné zdvihnúť na povrch vodou nasýtený piesok, ktorý sa jednoducho nedá zadržať v jadrovom potrubí.

Prax ukazuje, že studne vŕtané rotačnou metódou majú dlhšiu životnosť. Technologicky sa to vysvetľuje skutočnosťou, že po inštalácii plášťa, ktorý tvorí steny studne, sa prstenec ešte viac zosilní.

Zariadenie na stavbu studne

Najprv je na povrchu nad studňou inštalovaná vertikálna konzola na ďalšie upevnenie vertikálnych článkov pracovnej šnúry. Prvý článok tohto vrtného hriadeľa je vybavený pracovným prvkom - korunkou, ktorá môže mať rôzne formáty v závislosti od kategórie vŕtateľnosti horniny.

Na vŕtanie studní sa samozrejme používa kompaktnejšie zariadenie a spravidla sa nevyžaduje vytvorenie určenej veže.

Sada nástrojov na vŕtanie

Keď sa prvý článok, sviečka, prehĺbi, položí sa naň ďalší, nazývaný tyč, atď. Dĺžka každého takéhoto bloku rúr sa môže meniť od 20 do 50 m.Na zjednodušenie tvorby pracovného stĺpa je každá tyč vybavená kužeľovým závitom so zámkom.

V dôsledku toho sa vytvorí vŕtací nástroj, ktorý pozostáva z:

• pracovný bit;
• hnacia tyč;
• stĺpy obyčajných tyčí navzájom spojených spojkami.

Pracovná struna je držaná pomocou obratlíka, ktorý sa otáča rotorom. V závislosti od toho, ako hlboko sa plánuje vŕtanie, ako aj od fyzikálnych a mechanických vlastností pôdy sa na vytvorenie vodiaceho článku používajú štandardné alebo vážené tyče.

Hnacia tyč je zvyčajne vážená rúrka, pretože má dôležité technologické poslanie. Cez ňu prúdi do čela k bitu umývací roztok, ktorý má za úlohu vyplaviť drvenú horninu. A to zase kladie požiadavky na spojovacie spoje, ktorých úlohou je utesniť spoje medzi článkami.

Nezabudnite, že tlak kvapaliny priamo závisí od výšky vytváraného stĺpca (a nezávisí od prierezu potrubia). Navyše, aj keď sa ako splachovací roztok použije voda, tlak sa každých 10 metrov zvýši o 1 atmosféru.

Pre porovnanie stojí za to uviesť príklad. Pracovný tlak v potrubnej sieti pre domácnosť v dome je 10 atmosfér a najsilnejšie potrubia sú navrhnuté pre tlak 20 atmosfér.

Iba ak sú domáce systémy nehybné a nepohybujú sa, potom na hnaciu tyč pôsobí tlak rovnajúci sa hmotnosti vrtnej kolóny. Musí však stále prenášať rotačný impulz a silu na korunku.

Spojky sú najkritickejšie prvky tyče, pretože nesú hmotnosť celej spodnej časti susednej tyče, ako aj zaťaženie dynamickými vibráciami a rotačným pohybom prenášaným motorom.

Na spojky ako konštrukčné prvky vrtnej kolóny sa kladú tieto požiadavky:

• musí zabezpečiť tesnosť spojenia tyče a odolať tlaku kvapaliny do 100 atmosfér (na čistenie dna tlakovým prúdom);
• musí byť odolný voči opotrebovaniu, aby sa nestal nepoužiteľným v dôsledku trenia o steny studne;
• musí byť schopný prenášať krútiaci moment z hornej časti pracovnej struny na spodok a nakoniec na korunku.

Je mimoriadne dôležité, aby spojky mali správnu kvalitu. Ak aspoň jeden z nich nevydrží zaťaženie a pracovná struna sa roztrhne, potom bude mimoriadne ťažké dostať jej spodnú časť spolu s bitom. Z hľadiska kapitálových nákladov je niekedy jednoduchšie vyvŕtať novú studňu v blízkosti ako odstrániť oddelenú hnaciu tyč.

Použitie vody počas vŕtania

Tekutina, ktorá sa dodáva na tvár, je najčastejšie obyčajná voda. Niekedy, aby sa stabilizoval vrt prechádzajúci cez voľné, nesúdržné horniny (piesok, drvený kameň, štrk a kamienky), sa do vrtu privádza roztok s prísadami na vŕtanie. Je to potrebné, pretože v prvých fázach výkopu nie je inštalovaný plášť.

Voda vstupuje do výkopu buď pod tlakom vo vnútri hnacej tyče (a potom dochádza k čerpaniu cez prstencový priestor), alebo gravitáciou dole cez prstencový priestor a odstraňovanie už prebieha cez pracovnú kolónu s odčerpávacím čerpadlom.

Ide o 2 rôzne technológie rotačného vŕtania, ktorých vlastnosti budú uvedené nižšie.

Rotačné vŕtanie sa vyznačuje najvyššou rýchlosťou vývoja vodnej studne. Súčasne s vŕtaním sa hriadeľ umýva a diela sa pripravujú na budúcu prevádzku.

Avšak bez ohľadu na to, aká metóda sa používa, kvapalinu používanú pri vŕtaní všade je potrebné vyčistiť (pre ďalšie použitie).

Na tento účel sa používa nasledujúca sada zariadení:

• Skladovacia stodola na vŕtanie bahna. (Ak plánujete vyvŕtať plytkú studňu, do niekoľkých desiatok studní ju môžete postaviť priamo v zemi a ako splachovacia kvapalina sa používa obyčajná voda). Stodola funguje ako batéria pre splachovaciu kvapalinu.
• Vibračné sito. Preplachovací roztok vyzdvihnutý z vrtu nesie častice drveného kameňa, ktoré je potrebné odstrániť. Najefektívnejšia metóda je mechanická, pomocou vibračného sita.
• Žumpa. Po odstránení veľkých častíc horniny kvapalina vstupuje do usadzovacej nádrže, aby sa odstránili suspendované častice, ktoré sa vyzrážajú. Pri použití vody ako splachovacej kvapaliny sa tiež niekedy záchytná nádrž stavia priamo do zeme. Okrem toho sa používa na separáciu kvapalných látok a separáciu sedimentov. hydrocyklón.
• Čerpadlo bahna. Práve ten zabezpečuje cirkuláciu pracieho roztoku.
• Odkvapový systém. Sú potrebné na pohyb vody z miesta vzniku výkopu do miesta jeho čistenia.

Celkovo sú na vývoj studne pomocou rotačnej technológie potrebné tieto mechanizmy a zariadenia:

1. Veža alebo konzola na zostavenie vrtnej kolóny z tyčí a jej demontáž po ukončení vŕtania, ako aj posuvný systém.
2. Motor, zabezpečujúce rotáciu rotora.
3. Tekuté vybavenie. Mechanizmy a zariadenia na zabezpečenie cirkulácie pracej kvapaliny a jej čistenia (čerpadlo; vibračné sito; usadzovacie nádrže a/alebo hydrocyklón; skladovacia stodola na umývaciu kvapalinu; systém rúr a žľabov).

Pre rotačné vŕtanie plytkých studní je celá uvedená sada zariadení veľmi kompaktná (napríklad konzolový výložník je sklopný). To zaisťuje jednoduché umiestnenie vŕtacieho zariadenia na akékoľvek miesto vhodné pre vŕtanie a následnú prevádzku.

Dve možnosti rotačného vŕtania

V závislosti od spôsobu privádzania vrtnej kvapaliny na dno existujú 2 typy rotačnej technológie vŕtania:

1. s priamym podávaním;
2. so spätným podávaním.

Treba poznamenať, že kvapalina dodávaná na tvár je určená nielen na umývanie a odstraňovanie drveného kameňa. Tiež ochladzuje vrták, ktorý sa trením veľmi zahrieva. V prípade priameho prívodu kvapaliny čerpadlo vytvára svoj pretlak.

Voda vstupuje do spodného otvoru cez technologické otvory v korunke, „naberá“ drvený kameň a následne gravitačne preteká cez studňu (tj. prstencový priestor vo vzťahu k vodiacej tyči) vstupuje na povrch, kde vstupuje do čistiaceho komplexu (vibračné sito, hydrocyklón).

Preplachovanie môže byť priame alebo reverzné, čo určí kvalitatívne charakteristiky použitého zariadenia, ale principiálny diagram platí pre oba typy technológie

Technológia spätného podávania znamená, že preplachovacia kvapalina tečie ku dnu gravitačne, klesá cez studňu, ale roztok s drveným materiálom prúdi späť na povrch cez rúrku hnacej tyče. V tomto prípade v ňom bahenné čerpadlo vytvára podtlak.

Napriek zjavnej jednoduchosti oboch technológií je tu oveľa viac odtieňov, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Preto sa zdá byť vhodné venovať sa každej z týchto technológií vŕtania podrobnejšie.

Vŕtanie s priamym prívodom preplachovacej kvapaliny

Táto technológia sa niekedy nazýva aj „priamy prietok vody“. Je vhodné ho použiť v piesčitých, štrkových, drvených pôdach. Používa sa aj vtedy, ak hĺbka vodonosnej vrstvy nepresahuje 30 m. Práve tu sa do kvapaliny pridávajú prísady, ktoré zvyšujú jej hustotu a stabilitu kmeňa.

Rotačné vŕtanie sa vyznačuje postupným zmenšovaním priemeru vŕtanej studne. Inými slovami, najskôr sa vyvŕta studňa s najväčším priemerom, potom sa vyvŕta usadí sa rúrka, a prstencový priestor medzi vonkajším povrchom rúrky a stenou studne je vyplnený cementovou maltou cez technologické otvory.

Potom vŕtanie pokračuje s menšou korunkou. Potom znova puzdro a nová sekcia má ešte menší priemer atď. Čím menej často musíte byť „rozptyľovaní“ cementovaním studne, tým vyššia je produktivita vŕtania, ktorá sa v konečnom dôsledku premieta do celkových nákladov na proces a studňu ako celok.

Navyše príliš časté opláštenie vedie v konečnom dôsledku k tomu, že efektívny priemer vrtu (priemer, ktorý otvára vodonosnú vrstvu) je značne znížený. Takže „priamy tok vody“ sa vyznačuje skutočnosťou, že studňu s týmto spôsobom jej formovania nemožno vysadiť do 100 metrov.

Hlavný tlak preplachovacej kvapaliny vytvára čerpadlo vo vnútri hnacej tyče a prstencový Kvapalina s prvkami drveného kameňa vyplní priestor gravitáciou bez toho, aby pretlakom zničila stenu studne.

Schéma vŕtania s priamym prívodom preplachovacej kvapaliny. Privádza sa do čela cez vodiacu tyčovú rúrku a na povrch stúpa gravitáciou

Tento spôsob vŕtania má však aj nevýhody. Najmä príliš dlho bez puzdier Táto oblasť vedie k vnášaniu jemných ílových častíc do zvodnených vrstiev, ktoré môžu výrazne znížiť a spomaliť tok vody do diel z vodonosnej vrstvy.

Tieto častice tu zohrávajú úlohu zvláštnych upchávok pórov a mikrokanály v skale, cez ktorú presakuje voda.Preto je proces opláštenia vykonávaný počas procesu vŕtania nevyhnutný na udržanie ďalšej produktivity vrtu ako celku.

Vŕtanie s reverzným tokom preplachovacej kvapaliny

Pri tomto spôsobe kontroly tekutín sa najlepšie čistí valec a dno. Čerpadlo tu nestláča kvapalinu dnu, ale naopak ju nasáva späť, čo vedie k tomu, že rýchlosť tvorby studne s bitom sa zvyšuje rádovo a dokonca niekoľkokrát viac v porovnaní s priamym splachovaním.

Samotná studňa nie je vystavená kontaminácii ílovými inklúziami s prietokom privádzanej preplachovacej kvapaliny. Čerpadlo totiž vysáva všetko, čo v ňom môže byť obsiahnuté. Mimochodom, ďalšie prísady tu nemajú praktický zmysel, takže ako rovnaká splachovacia kvapalina sa používa čistá voda.

Schéma spätného preplachu pri rotačnom vŕtaní. Krmivo prúdi gravitáciou cez medzikružie a kal je ťahaný späť čerpadlom cez vodiacu tyčovú rúrku

Poďme si teda zhrnúť výhody vŕtania s reverzným tokom:

• rýchlosť vŕtania sa zvyšuje (v porovnaní s priamym vodným tokom) až 15-krát;
• vodonosná vrstva ešte nie je zanesená čiastočkami hliny a prachovými zrnkami piesku zo spodnej časti s otvoreným koncom úrovne studní;
• vďaka kvalitnému otvoreniu vodonosnej vrstvy nie je potrebné studňu dodatočne pripravovať na prevádzku, môžete okamžite nainštalovať vnútorné puzdro s filtrom a začať čerpať;
• Ako pracovná tekutina sa používa jednoduchá (a teda lacná) voda.

Táto metóda má však aj významnú nevýhodu.Vyžaduje si to použitie drahých zariadení, čo v konečnom dôsledku vedie k výraznému zvýšeniu nákladov na celý proces vŕtania ako celku.

Preto sa vŕtanie s „reverzným tokom vody“ vykonáva iba v prípadoch, keď je studňa určená na prevádzku niekoľkých domácností naraz. Ale ak je studňa určená na individuálne použitie, potom je oveľa rozumnejšie použiť technológiu rotačného vŕtania s priamym prietokom vody.

Závery a užitočné video na túto tému

Video #1. Vizuálna ukážka procesu rotačného vŕtania krok za krokom:

Video č. 2. Analýza rotačnej technológie a princípov výstavby studní:

Video č. 3. Cirkulácia vody pri rotačnom vŕtaní:

Situácia s prítomnosťou a hĺbkou vodonosných vrstiev sa môže od miesta k miestu značne líšiť (a na niektorých miestach nie sú vôbec žiadne, ako napríklad na ostrove Madeira).

Pri navrhovaní studne a výbere optimálnej metódy rotačného vŕtania by ste mali použiť existujúce mapy preskúmaných zvodnených vrstiev. To vám pomôže ušetriť značné peniaze a čas.

Povedzte nám o svojich skúsenostiach s vývojom studní pomocou rotačnej technológie. Zdieľajte technologické nuansy, ktoré budú užitočné pre návštevníkov stránok. Zanechajte komentáre v blokovom formulári nižšie, uverejnite fotografie a pýtajte sa na tému článku.