Tyto konstrukční prvky studny pro příjem vody závisí především na hloubce střechy zvodnělé vrstvy, složení hornin, které ji pokrývají, přijatelném provozním průměru studny a metodách jejího vrtání.
Počet pažnic a hloubka jejich sestupu jsou velmi důležité pro zajištění technické a hygienické spolehlivosti studny během jejího provozu. Při správném zabezpečení studny pažnicovými trubkami se prodlužuje její životnost a je zajištěna konzistence složení čerpané vody.
Při vrtání je narušena přirozená ochrana vodonosné vrstvy, protože povrchová voda a voda z nadložních vodonosných vrstev do ní snadněji pronikají prstencovými a prstencovými prostory studní, a proto by zajištění studny pažnicemi mělo zabránit pronikání tyto vody do studny a do vodonosné vrstvy. Tento problém se řeší různě v závislosti na tloušťce a složení hornin pokrývajících zvodněnou vrstvu určenou k použití a také na způsobu vrtání.
Při metodě příklepového vrtání lze průměrnou výtěžnost každého sloupu získat v rozmezí 25-30 m v závislosti na jeho průměru. Je třeba mít na paměti, že i za zvláště příznivých podmínek, např. při vrtání studní v horninách, které jsou složením shodné, složením stabilní a z hlediska vrtatelnosti snadno průchodné, je výtěžnost jednotlivého sloupu o průměru 203- 255 mm může zřídka dosáhnout 60 m a pouze ve výjimečných případech přesahuje 70 m (jako např. ve městě Charkov při těžbě křídy nebo na Krasnodarském území při těžbě sprašových hlín).
U uniformních vrstev se vydatnost sloupu zvyšuje, ale při častém prokládání hornin různého litologického složení, zejména při střídání hornin sypkých a soudržných, prudce klesá.
- 1. Při přechodu na vrtání jiného průměru ve vodonosné vrstvě, zejména v jemnozrnných píscích, které mají vlastnosti tekutého písku, často dochází k jevu „párování“ pažnicových sloupů v důsledku jejich zasekávání malými částicemi horniny. Je poměrně obtížné se tomu vyhnout, proto, pokud je potřeba měnit průměr speciálně u sypkých zvodnělých vrstev, při navrhování konstrukce studny by se mělo (i když jsou sloupy se soustruženými spojkami) počítat s přechodem ne na další průměr, ale přes jeden průměr (například neměňte z 305 mm na 255 mm a na 203 mm). Počáteční průměr jímky by tedy měl být o jeden průměr větší.
- 2. Piezometrická hladina vody v omezeném kolektoru je často nižší než hladina vody v nad ním ležících kolektorů. Při provozu studny se rozdíl mezi těmito hladinami ještě zvětšuje, v důsledku čehož se v mezikruží vytvářejí podmínky pro pohyb vody shora dolů. K tomu dochází, když stěny pažnicových trubek nejsou pevně spojeny s okolními jílovitými horninami nebo když jsou v jílech vytvořené během vrtání malé trhliny. Při provozu studny dochází vlivem eroze jílů v mezikruží ke vzniku dutin, otevřených nebo vyplněných pískem, kterými voda z nadložních sedimentů proniká do přijímací části studny. Tyto vody mohou být kontaminované nebo obsahovat látky (např. železo), které zhoršují kvalitu vody ve studni, proto je nutné pažnicové sloupky zarazit do hlíny co nejtěsněji.
Pokud má studna proniknout do tlakové vodonosné vrstvy, jejíž střecha obsahuje vrstvu vodonosné hlíny o tloušťce 5-10 m nebo více, pak při metodě nárazového vrtání musí být studna zajištěna alespoň dvěma sloupy pažnicové trubky. Jeden z nich by měl být zaražen do hlíny 3-5 m nebo více pod jeho střechou a druhý by měl vstoupit do hornin vodonosné vrstvy (obr. 39).
Pokud vrchol jílů pokrývajících zvodněnou vrstvu leží hlouběji, než je možný výstupní limit pláště, musí projekt počítat s provozem jedné nebo dvou dalších pažnicových kolon. Je také vhodné zastavit tyto sloupy ve vrstvách nadložních jílů.
Pro úsporu pažnicových trubek nebo zvýšení provozního průměru studny jsou vnitřní sloupy někdy spouštěny „skryté“, to znamená, že nejsou přivedeny na povrch země. Toho je dosaženo odšroubováním sloupků spuštěných s levým závitovým podstavcem nainstalovaným předem v určité hloubce nebo vyříznutím trubek. To komplikuje konstrukci studny, navíc voda nebo uvolněné horniny nacházející se v mezikruží studny mohou pronikat do prstencové mezery mezi řezem a předchozím sloupem (obr. 40). V tomto případě by měla být v prstencové mezeře mezi větvemi pouzdra uspořádána ucpávka. Pažnicová šňůra, spuštěná „skrytě“ do předchozí kolony, musí sahat minimálně 3 m při hloubce studny do 50 ma minimálně 5 m při větší hloubce.
V nepřítomnosti dostatečně silných vrstev jílu v horninách pokrývajících vodonosnou vrstvu, do kterých lze těsně zatlačit pažnicové trubky, je obtížné chránit studny před znečištěním, protože nelze vyloučit pronikání podzemních a jiných vyšších vod skrz mezikruží. Proto je nutné zvolit místo vrtání s nejpříznivějšími hygienickými podmínkami.
Pokud jsou střešní horniny vodonosné vrstvy reprezentovány skalnatými nebo poloskalnatými odrůdami (vápence, pískovce, bahenní kameny, opuky atd.), doporučuje se vyplnit prstenec cementem shora, protože mezi stěnami jsou vytvořeny volné prostory. studna a pažnicové trubky.
Podzemní vody se často vyznačují schopností intenzivně korodovat plášťové potrubí v důsledku přítomnosti rozpuštěného kyslíku, volného oxidu uhličitého apod. Tato schopnost je charakteristická zejména pro kontaminované podzemní vody, které mají kyselou reakci. Vlivem korozního působení takových vod vznikají v pažnicových trubkách dutiny, kterými proniká kontaminovaná podzemní voda do vrtu. Někdy těmito dutinami pronikají do vrtu i vodonosné vrstvy, které způsobují selhání vrtu. Někdy se v trubkách pažnice vytvořily průchozí dutiny několik měsíců po vybudování vrtu.
Nejčastěji se dutiny tvoří v zóně, ve které se mění hladina podzemní vody, protože zde jsou plášťové trubky v podmínkách proměnlivého smáčení a oxidace. Pro zvýšení životnosti studny je nutné zajistit její horní část, vystavenou spodní vodě, dvěma sloupky potrubí. Kromě toho by mělo být také doporučeno mezitrubkové cementování mezi prvním a druhým sloupem; v tomto případě musí být šířka prstencové mezery alespoň 50 mm.
Zajištění artézských vrtů pomocí jedné řady pažnicových trubek může být povoleno pouze tehdy, když je navrženo rotační vrtání a prstencové cementování kolony od patky k ústí vrtu.
Při použití podzemní vody, která není blokována nepropustnými horninami, je obtížnější izolovat vrt od pronikání povrchové vody do ní, zejména pokud je vodonosná vrstva puklinová hornina. Pokud jsou tyto skály pokryty vrstvou jílu a hlíny o tloušťce 2-5 m, pak byste měli projít jámou na střechu skal a po vyvrtání studny ji důkladně zhutnit čistou mastnou hlínou (obr. 41 ). Tím je dosaženo těsného spojení mezi stěnou pláště a okolními voděodolnými horninami. Pokud na začátku řezu nejsou žádné jíly nebo hlíny, je nutné mezikruží pažnicové trubky zatmelit.
Současná praxe úplného odstranění pažnicových trubek z takových vrtů a ponechání pouze jedné filtrační kolony v nich je nepřijatelná z důvodu hygienických podmínek. Na Obr. Obrázek 42 ukazuje příklady správného (a) a nesprávného (b) návrhu šachet studní využívajících podzemní vodu z písčitých hornin.
Při vrtání vrtů v oblastech se složitými nebo špatně prozkoumanými hydrogeologickými podmínkami, zejména pokud se očekává, že vodonosná vrstva bude ve velké hloubce, se doporučuje nevycházet z požadovaných konečných a provozních průměrů, ale přijmout návrh s počátečním průměrem jeden průměr větší (například místo 377 mm vezměte 426 mm atd.).
Zkušenosti ukazují, že v takových podmínkách často nelze projektované průměry studní dodržet z různých důvodů: narážení na vrstvu tvrdé horniny, velké balvany, nestabilní písky, které způsobují ucpání vrtů atd.
Při rotační metodě vrtání mohou být návrhy mělkých (do 100 m) vrtů jednodušší než u nárazové metody. Je to dáno tím, že výtěžnost jedné pažnicové struny je mnohem větší než u příklepového vrtání. Kromě toho je rotační vrtací zařízení určeno k cementování mezikruží pažnicových strun.
Studny při vrtání rotační metodou mohou mít v závislosti na své hloubce následující provedení.
Projektování průzkumných a těžebních vrtů pro zásobování vodou.
Belitsky A.S., Dubrovsky V.V., Nakladatelství Nedra, 1968
Směr by měl být vždy nastaven do hloubky 4-6 m od povrchu země. Poté je nutné navrhnout vrtání studny pod pažnicí. Pokud vodonosná vrstva určená pro testování a těžbu leží mělce od povrchu země (80-100 m), lze navrhnout jednosloupovou konstrukci. Po spuštění sloupu a zabetonování mezikruží od patky k ústí vrtu by se mělo naplánovat otevření zvodnělé vrstvy.
Pokud je vrt navržen pro hlubší zvodněnou vrstvu (200-300 m) a je také nutné zachovat značný provozní průměr vrtu, pak by měla být navržena konstrukce se třemi nebo dokonce čtyřmi sloupy (viz obr. 35, B) . V tomto případě je kromě nastavení směru nutné spustit vodič do hloubky 40-50m, mezisloup do hloubky 140-150m a produkční sloup do hloubky 250-300m (tyto hodnoty jsou uvedeny podmíněně; hloubka spouštění jednotlivých sloupů musí být kombinována s konkrétním geologickým řezem a hydrogeologickými podmínkami).
Konstrukce musí nutně počítat s cementováním vodiče a výrobního pouzdra; V závislosti na konkrétních podmínkách nemusí být mezilehlé sloupy cementovány.
Tato vícesloupová struktura vodních vrtů navržených pro rotační vrtání a relativně malé vydatnosti sloupů ve srovnání s návrhy vrtů mnohem větší hloubky, vrtaných do těžebních ropných polí, jsou vysvětleny následujícími důvody.
Stroje a motory používané pro vrtání ropných vrtů jsou výkonnější než stroje a motory používané při vrtání průzkumných a těžebních vodních vrtů rotační metodou. Provozní průměry ropných vrtů jsou navíc obvykle 168 a 127 mm, někdy i 102 mm, zatímco provozní průměry poměrně hlubokých vrtů často dosahují 273 a 325 mm, někdy i více. To vyžaduje použití velkoprůměrových vrtacích nástrojů, protože podle technologie rotačního vrtání musí průměry vrtacích nástrojů přesahovat vnější průměry pažnicových strun minimálně o 100 mm a při významných výkonech sloupů o 150- 200 mm. Takže pro vedení pažnicové struny o průměru 377 mm (vnitřní průměr 355 mm) do studny je nutné pod tento sloupek vrtat vrták o průměru 445 mm a vést strunu o průměru 1219 mm (vnitřní průměr 203 mm) – s bitem o průměru 295 mm.
Přitom stroje, které se v současnosti sériově vyrábí a používají pro vrtání vodních studní rotačním způsobem, byly navrženy pro jiné účely a nejsou určeny pro práci s velkoprůměrovými nástroji. V tomto ohledu průchozí otvory rotorového stolu nepřesahují 250 mm a práce s těžkým projektilem pro zajištění značného výkonu sloupu velkého průměru může způsobit poruchy a nehody.
Při navrhování vrtů pro rotační vrtání je nutné střídat sloupy alespoň s jedním průměrem (například 426-325-219 mm; 508-426-325-219 mm; 377-273-168 mm).
Sloup (zejména u jednosloupového provedení) je nutné cementovat od patky k ústí vrtu. Kolem pláště tak vzniká souvislý cementový prstenec, který zajišťuje těsné spojení mezi vnějším obvodem trubky a okolními horninami a chrání plášť před korozí podzemní vodou (obr. 43). Výška cementování ostatních sloupů (počítáno zespodu botky) musí být stanovena na základě skutečné potřeby a reálných možností s přihlédnutím k dostupnému vybavení, výkonu čerpadla a výkonu cementačních jednotek. V každém případě je třeba se snažit, aby tato výška byla co největší.
Spotřebu suchého vrtného cementu na 1 m cementování mezikruží vrtů metodou rotačního vrtání lze zjistit z tabulky. 17 však nezohledňuje spotřebu cementu na praskání a jiné ztráty, stejně jako na zvětšení průměru vrtů při vrtání oproti průměru použitého vrtáku. Tato spotřeba je asi 25 % spotřeby suchého cementu uvedené v tabulce. 17. Pro přípravu cementové malty přidejte 20 % vody z celkové hmotnosti suchého cementu k suchému cementu.
Při určování průměrů pažnicových trubek (tab. 18 a 19) potřebných pro upevnění studní je nutné vzít v úvahu provozní a konečné průměry studny, počet pažnicových řad pro daný typ vrtání a předem daný provozní a hygienické požadavky.
Projektování průzkumných a těžebních vrtů pro zásobování vodou.
Belitsky A.S., Dubrovsky V.V., Nakladatelství Nedra, 1968
