Rotační vrtání: Přehled technologie vrtání a základního vybavení

Pokud venkovský dům nelze připojit k centrální vodovodní síti, musíte zorganizovat autonomní systém. Většina majitelů to raději zařídí na základě studny, při jejímž vývoji se používají různé metody. Budeme považovat rotační vrtání za velmi nadějnou, ale zatím málo známou možnost.

V našem článku jsou podrobně popsány složitosti technologie rotoru a použité nástroje. Jsou zkoumány výhody a nevýhody této techniky a jsou uvedeny způsoby její implementace v praxi. Naše tipy budou užitečné pro obezřetné majitele soukromých pozemků, kteří chtějí sledovat práci vrtáků.

Definice rotačního vrtání

Začněme analýzou toho, o čem je rotační vrtání studen a jaké jsou jeho alternativy? Šnekové vrtání je stále považováno za jeden z nejčastějších způsobů čerpání vody.

Nicméně šroubová technologie neumožňuje projít skalním podložím. Šroubová vrtačka použitá při vrtacím vrtání není schopna zničit vápenec. Ale často se stává, že do toho musíte vrtat, protože překrývající vrstvy nejsou stabilní a dostatečné pro provozní průtok.

Technologie vrtání jádra a šneku neposkytuje příležitost projít skalními útvary. V případě instalace vrtu na vápenec je efektivnější a ekonomičtější použít rotační způsob vrtání

Rotační technologie, dříve používaná pouze v těžebním průmyslu, se proto začala zavádět do výstavby soukromých vodovodů. Její pracovní prvek je trochu umístěn v dolní části studny. Pomocí dláta se zlikvidují soudržné a nesoudržné půdy a skalní podloží se rozdrtí.

Vykopávání zničené horniny se provádí pomocí kapaliny, která je přiváděna do čela přes pracovní kolonu nebo prstencový prostor.Jedná se o 2 různé metody vrtání, z nichž každá bude podrobně diskutována níže.

Průměr bitu přesahuje průměr pracovního sloupce, což umožňuje:

• snížit náklady na energii pro celý proces vrtání (energie se zde vynakládá přímo pouze na otáčení silou bitu v obličeji a minimalizují se třecí ztráty pracovního řetězce proti stěně vrtu);
• chránit většinu prvků pracovního řetězce před poškozením a stěny vrtané studny před zničením;
• vytvářejí působivé průměry (například až 70 cm) v extrémně působivých hloubkách.

Tímto způsobem můžete tvoří zvodnělé vrstvy, s hloubkou 300 metrů nebo více, tj. vrtat přívody vody k zásobování vodou letním chatám a vesnicím.

Definice: rotační vrtání je způsob, jak vyvinout studnu, ve které se síla na vrták ve spodní části přenáší z rotačního vrtání rotátor přes pracovní sloupec. Sestává z tyčí - úzkých ocelových trubek, které jsou vzájemně spojeny změnou hloubky do země.

Ale při čištění kmene dolu a porážky z kalu se používá voda dodávaná pod tlakem. Díky tomuto rozhodnutí není nutné rozebírat a sestavovat vrtací řetězec pro těžbu jádra jako při vrtání jádra.

Tekutina vstřikovaná do dolu okamžitě řeší dva důležité úkoly: uvolní cestu pro vrták k další práci a produkuje spláchnutí studnyje nutné připravit přívod vody k provozu.

Výhody rotační technologie

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

Za prvéPomocí rotačního vrtáku je možné vytvořit studny o velkém průměru, které mohou plně uspokojit požadavky na vodu několika domácností najednou.

Není žádným tajemstvím, že vrtání není nákladný proces: vyžaduje specializované vybavení a zkušené vrtačky musí tento proces řídit a řídit. Koneckonců, vrtné činnosti jsou licencováno. Proto je jeho vysoká cena.

Díky svému tvaru a konstrukci může rotační vrták vytvářet studny mnohem většího průměru než vrtáky s vrtáky a trubka jádra

Kombinace několika domácností najednou pro financování jedné společné studny pro sousední lokality je nákladově efektivní podnik. To však vyžaduje značný debet. Ve většině případů je nemohou zajistit vodopády kvartérních sedimentů (písky).

Při kolektivním provozu by přirozeně měl být přívod vody kladen na vápenec. Podzemní voda získaná z ní se vyznačuje větší mobilitou a čistotou vody. Objem srážek nemá nejmenší vliv na tok studní do vápence. Co nelze říci o studnách na písku.

Za druhé, přesvědčují relativně malé náklady na energii. Pracovní prvek pro rotační vrtání je sekáč. Ale na rozdíl od šneku a jádrové vrtání, vrtný nástroj neinteraguje se stěnami vrtané studny

To znamená, že jen kousek, jehož výška je zanedbatelná vzhledem k výšce celé vrtací struny, je v přímém kontaktu s půdou. Výsledkem je, že tato metoda formování studní je nejrychlejší - až 1 000 lineárních metrů za měsíc!

Zatřetí„Kolektní zákazníci jsou přitahováni hloubkou vrtání. Pouze rotační způsob lze použít k vrtání studny pochované v domorodých metamorfovaných a vyvřelých horninách, z nichž mohou být čerpány praskliny, jejichž složení je nejvhodnější pro účely pití.

Nejčastěji se z přítoků odebírá pouze průmyslová voda s hloubkou menší než 30 m.Jeho složení je ovlivněno nedalekými vodními útvary, řekami posetými odpadky, srážkami a jen technickými tekutinami vysypanými na zem. Šroub a jádro potrubí pomohou získat pouze takový příjem.

Celá sada vrtných zařízení se snadno namontuje na jedinou středně výkonnou automobilovou platformu. Díky tomu je proces rotačního vrtání mnohem technologicky vyspělejší, a proto levnější.

Kromě toho vám rotační vrtání umožňuje procházet vývojem do plné hloubky bez přechodu na jinou metodu vrtání. Například při vývoji vrtu se šroubem, pokud je třeba vyvrtat balvan, přejdou na techniku ​​šokového lana.

Za tímto účelem se ze sudu odstraní skořepina šroubu a vrták se vrhne do obličeje, dokud se nerozbije balvan. Pak porážka očištěno soudním vykonavatelem. Používá se v případě, že je nutné pozvednout vodou nasycený písek na povrch, který není v jádrové trubce zkosený.

Praxe ukazuje, že vrty vrtané rotační metodou mají delší životnost. Technologicky je to způsobeno skutečností, že po instalaci šňůry pláště tvořící stěny vrtu je prstenec dále posílen.

Zařízení

Nejprve je svislá konzola namontována na povrch nad jímkou ​​pro další upevnění vertikálních článků pracovní struny. První článek této vrtací šachty je vybaven pracovním prvkem - kousek, který může mít jiný formát, v závislosti na kategorii horniny pro vrtání.

Samozřejmě se pro vrtání vodonosných vrstev používá kompaktnější zařízení a vytvoření věže obvykle není nutné

Sada vrtacích nástrojů

Při prohlubování prvního článku je na něm nasazena svíčka, další, nazývaná tyčinka, a tak dále. Délka každého takového bloku trubek se může lišit od 20 do 50 m. Pro zjednodušení tvorby pracovního sloupu je každá tyč opatřena zúženým závitem se zámkem.

V důsledku toho se vytvoří vrták, který se skládá z:

• pracovní bit;
• olovo;
• sloupy obyčejných prutů propojených spojkami.

Přidržování pracovního sloupce se provádí pomocí otočných čepů, jejichž rotaci provádí rotor. V závislosti na tom, jak hluboko se má vrtat, a také na tom, jaké fyzikální a mechanické vlastnosti půdy, standardních nebo vážených prutů se používají k vytvoření vodícího článku.

Hnací tyč je zpravidla vážená trubka, protože má důležitou technologickou úlohu. Skrze něj vnikne do tváře vrtáku vyplachovací roztok, jehož úkolem je vymýt rozdrcenou skálu. A to zase klade požadavky na spojovací spoje, jejichž úkolem je utěsnit spoje mezi spoji.

Nezapomeňte, že tlak tekutiny přímo závisí na výšce vytvořeného sloupce (a nezávisí na průřezu potrubí). Navíc, i když se voda používá jako prací roztok, pak se každých 10 metrů tlak zvýší o 1 atmosféru.

Pro srovnání je vhodné uvést příklad. Pracovní tlak v domácí potrubní síti v domě je 10 atmosfér a nejodolnější potrubí jsou navržena pro tlak 20 atmosfér.

Pouze v případě, že domácí systémy jsou nehybné a nepohybují se, pak se tlak rovná hmotnosti vrtací struny na hnací tyči. Ale stále musí přenášet rotační hybnost a sílu na bit.

Spojky jsou nejdůležitějšími prvky tyče, protože to jsou ty, které odpovídají hmotnosti celé spodní části sousední tyče, jakož i zatížení dynamickými vibracemi a rotačním pohybem způsobeným motorem.

Následující požadavky jsou kladeny na spojky jako konstrukční prvky vrtné struny, jsou:

• musí zajistit těsnost spoje tyče a vydržet tlak tekutiny až do 100 atmosfér (pro čištění dna tlakovým proudem);
• musí být odolné proti opotřebení, aby se nestalo použitelným při tření o stěny studny;
• musí být schopen přenášet točivý moment z horní části pracovního řetězce na dno a konečně do bitu.

Je nezbytné, aby spojky byly správné kvality. Pokud alespoň jeden z nich nemůže odolat zatížení a pracovní řetězec je poškozen, bude velmi obtížné získat jeho spodní část společně s bitem. Pokud jde o kapitálové výdaje, je někdy snazší vyvrtat novou studnu poblíž, než získat oddělenou olovo.

Spotřeba vody při vrtání

Kapalina, která je přiváděna do obličeje, je obvykle obyčejná voda. Někdy se za účelem stabilizace kmene, který prochází volnými nesoudržnými horninami (písek, štěrk, štěrk a oblázky), se do vrtu přivádí roztok s přísadami pro vrtání. To je nutné, protože pouzdro není umístěno v prvních fázích penetrace.

Voda vstupuje do odtoku buď pod tlakem uvnitř hnací tyče (a poté čerpáním ven prstencový prostoru) nebo gravitací dolů prstencový prostor a odsávání již probíhá přes pracovní kolonu pomocí sacího čerpadla.

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

Rotační vrtání se vyznačuje nejvyšší rychlostí vývoje vodní studny. Současně s vrtáním je hlaveň propláchnuta a vývoj je připraven pro nadcházející provoz

Bez ohledu na to, jaká metoda se používá, je však třeba kapalinu použitou při vrtání všude vyčistit (pro další použití).

K tomu použijte následující vybavení:

• Stodola pro skladování vrtné kapaliny. (Pokud plánujete vrtat mělkou studnu - během několika desítek lze uspořádat přímo do země a jako splachovací tekutina se používá obyčejná voda). Stodola funguje jako baterie pro proplachovací tekutinu.
• Vibrosieve. Proplachovací roztok zvednutý ze studny nese částice drcené horniny, které musí být odstraněny. Nejúčinnějším způsobem je mechanický způsob využívající vibrační obrazovky.
• Sedimentační nádrž. Po odstranění velkých částic horniny tekutina vstoupí do jímky, aby se zbavila suspendovaných částic, které se vysráží. Když se používá voda jako prací kapalina, jímka se někdy také staví přímo v zemi. Kromě toho se používá pro separaci kapalných látek a pro separaci sedimentu hydrocyklón.
• Kalové čerpadlo. Je to on, kdo zajišťuje cirkulaci promývacího roztoku.
• Okapový systém. Jsou potřebné pro pohyb vody z místa vzniku dolu do místa jeho čištění.

Celkově jsou k vývoji dobře využívající rotační technologie potřebné následující mechanismy a zařízení:

1. Věž nebo konzole pro sestavení vrtací šňůry z tyčí a její demontáž na konci vrtání, jakož i systém kladkostroje.
2. Motorzajišťující rotaci rotoru.
3. Fluidní zařízení. Mechanismy a zařízení pro cirkulaci mycí kapaliny a její čištění (čerpadlo; vibrační síto; jímky a / nebo hydrocyklón; stodola pro skladování mycí kapaliny; systém trubek a okapů).

Pro rotační vrtání mělkých vrtů je celá uvedená sada zařízení velmi kompaktní (například konzola se sklopí). Díky tomu je snadné umístit vrtací zařízení na jakékoli vhodné místo pro vrtání a následný provoz.

Dvě možnosti rotačního vrtání

V závislosti na způsobu přivádění proplachovací kapaliny do obličeje existují 2 typy technologie rotačního vrtání:

1. přímé krmení;
2. s reverzním posuvem.

Je třeba poznamenat, že kapalina přiváděná do obličeje není určena pouze k proplachování a odstraňování drcené horniny. Rovněž ochlazuje vrták, který je velmi horký třením. V případě přímého přívodu kapaliny vytváří čerpadlo přetlak.

Voda vstupuje do obličeje technologickými otvory v vrtáku, „nabírá“ drcenou skálu a poté gravitací skrz studnu (tj. Skrz prstencový prostor ve vztahu k přední tyči) vstupuje na povrch, kde vstupuje do čisticího komplexu (vibrační síto, hydrocyklón).

Proplachování může být přímé nebo reverzní, na kterém budou záviset kvalitativní vlastnosti použitého zařízení, ale schéma zapojení platí pro oba typy technologií

Technologie zpětného přivádění znamená, že proplachovací tekutina proudí na dno gravitací, sestupuje skrz studnu, ale roztok s drceným materiálem se vrací k povrchu potrubím olověné tyče. Kalové čerpadlo v tomto případě vytváří podtlak.

Přes zdánlivou jednoduchost obou technologií existuje mnohem více nuancí, než by se mohlo na první pohled zdát. Proto se zdá vhodné podrobněji se zabývat každou z těchto vrtných technologií.

Přímé proplachovací vrtání

Tato technologie se někdy nazývá „přímý vodní tok“. Doporučuje se používat v písčitých, štěrkových a štěrkových půdách. Používá se také, pokud hloubka zvodnělé vrstvy nepřesahuje 30 m. Zde se do kapaliny přidávají přísady, které zvyšují její hustotu a stabilitu kmene.

Rotační vrtání je charakterizováno postupným snižováním průměru vrtané studny. Jinými slovy, nejprve se vyvrtá vrt s největším průměrem, pak se provede kostky potrubí a prstencový prostor mezi vnějším povrchem trubky a stěnou studny technologickými otvory jsou vyplněny cementovou maltou.

Další vrtání pokračuje menším sekáčem. Pak znovu zapouzdření a nová sekce má ještě menší průměr atd. Čím méně musíte být „rozptýleni“ cementováním studny, tím vyšší je produktivita vrtání, což se nakonec promítá do celkových nákladů na proces a studnu jako celek.

Kromě toho příliš časté pouzdro vede ke skutečnosti, že efektivní průměr studny (průměr, který otevírá zvodněnou vrstvu) je výrazně snížen. „Přímý tok“ je tedy charakterizován skutečností, že studna s touto metodou jejího formování nemůže být uzavřena 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 došlo k poškození přetlakové stěny vrtu.

Vzorec přímého vrtání vrtné kapaliny. Její vložení na plochu se provádí trubkou přední tyče a gravitací stoupá na povrch

Tento způsob vrtání má však své nevýhody. Zejména příliš dlouho otevřené místo vede ke skutečnosti, že jemně rozptýlené částice jílu vstupují do kolektorů, což může výrazně snížit a zpomalit tok vody do výstupu z kolektoru.

Tyto částice zde hrají roli zvláštních ucpávek pórů a mikrokanály ve skále, kterým voda prosakuje. Proto je postup opláštění prováděný během procesu vrtání nezbytný k udržení budoucí produktivity studny jako celku.

Proplachování zpětného vrtání

Při tomto způsobu řízení toku tekutiny jsou hlaveň a dno nejlépe vyčištěny. Čerpadlo zde netlačí kapalinu do dna, ale naopak ji nasává zpět, což vede ke skutečnosti, že rychlost tvorby vrtu s dlátem se zvyšuje o řádovou velikost a několikrát více ve srovnání s přímým proplachováním.

Samotná studna není kontaminována jílovými vměstky proudem tekoucí mycí tekutiny. Nakonec čerpadlo nasává všechno, co v něm může být obsaženo. Mimochodem, u dalších přísad již neexistuje žádný praktický smysl, proto se jako stejná mycí kapalina používá čistá voda.

Schéma proplachování pro rotační vrtání. Proudění probíhá gravitací přes prstenec a zpět je kal čerpán čerpadlem přes trubku hnací tyče.

Abychom shrnuli výhody vrtání s obráceným proudem:

• rychlost vrtání se zvyšuje (ve srovnání s přímým tokem) až 15krát;
• aquifer není ucpaný jílovými částicemi a prachovými zrny písku z dolní strany otevřený úrovně studní;
• díky kvalitnímu otevření vodonosné vrstvy není nutné studnu dodatečně připravovat k provozu, můžete okamžitě nainstalovat vnitřní kryt s filtrem a začít s čerpáním pomocí čerpadla;
• Jako pracovní tekutina se používá jednoduchá (a proto levná) voda.

Tato metoda má však značnou nevýhodu. Vyžaduje zapojení nákladného zařízení, což v konečném důsledku vede k významnému zvýšení nákladů na celý proces vrtání jako celku.

Proto se vrtání „reverzním tokem“ provádí pouze v případech, kdy je studna určena pro provoz několika domácností najednou. Ale v případě, že je studna navržena pro individuální provoz, je mnohem rozumnější použít technologii rotačního vrtání s přímým tokem.

Závěry a užitečné video na toto téma

Video č. 1. Vizuální demonstrace procesu rotačního vrtání v krocích:

Video č. 2. Analýza rotační technologie a principy uspořádání vrtu:

Video č. 3. Cirkulace vody při rotačním vrtání:

Situace s přítomností a hloubkou vodonosných vrstev se může v jednotlivých místech velmi lišit (ale někde nejsou vůbec, jako na ostrově Madeira).

Při navrhování vrtu a výběru optimální metody rotačního vrtání by měly být použity stávající mapy osvědčených kolektorů. To vám ušetří značné množství času a peněz.

Řekněte nám o svých zkušenostech s vývojem dobře využívající rotační technologie. Sdílejte technologické nuance, které jsou užitečné pro návštěvníky webu. Zanechte prosím komentáře v blokovém formuláři níže, zveřejněte fotku a zeptejte se na téma článku.