Rotacinis gręžinių gręžimas: gręžimo technologijos ir reikalingos įrangos apžvalga

Jeigu priemiesčio namo neįmanoma prijungti prie centrinio vandens tiekimo, reikia įrengti autonominę sistemą. Dauguma savininkų renkasi ją įrengti ant gręžinio, kurio įrengime naudojami įvairūs metodai. Mes apžvelgsime rotacinį gręžimą – labai perspektyvų, bet kol kas mažai žinomą variantą.

Mūsų pateiktame straipsnyje išsamiai aprašyti rotacinės technologijos niuansai ir naudojami įrankiai. Išnagrinėti šios metodikos privalumai ir trūkumai, pateikti jos praktinio įgyvendinimo būdai. Mūsų patarimai pravers apdairiems privačių sklypų savininkams, norintiems kontroliuoti gręžėjų darbą.

Rotacinio gręžimo apibrėžtis

Pradžioje išsiaiškinkime, kas apskritai yra rotacinis gręžinių gręžimas ir kokios jo alternatyvos? Vienu iš įprasčiausių vandens paėmimo gręžinio įrengimo būdų kol kas pripažįstamas sraigtinis gręžimas.

Tačiau sraigtinė technologija neleidžia prasiskverbti per uolienas. Sraigtiniame gręžime naudojamas sraigtinis grąžtas negali suskaidyti kalkakmenio. O juk neretai reikia gręžti būtent į jį, nes aukščiau esantys sluoksniai nepasižymi stabiliu ir eksploatacijai pakankamu debitu.

Kolonninis ir sraigtinis gręžimo būdai nesuteikia galimybės prasiskverbti per uolienas. Įrengiant gręžinį į kalkakmenį, efektyviau ir ekonomiškiau naudoti rotacinį gręžimo metodą.

Todėl rotacinė technologija, anksčiau naudota tik kasybos pramonėje, buvo pradėta diegti privačių vandens paėmimo statinių įrengimo srityje. Jos darbinis elementas yra gręžinio dugne esantis antgalis. Antgalio pagalba ardomi rišlūs ir nerišlūs gruntai, trupinamos uolienos.

Sunaikintos uolienos ištraukimas atliekamas naudojant skystį, kuris tiekiamas į gręžinio dugną per darbinę koloną arba tarpvamzdžio tarpą. Tai 2 skirtingi gręžimo būdai, kurių kiekvienas bus išsamiai aptartas toliau.

Antgalio skersmuo viršija darbinės kolonos skersmenį, o tai leidžia:

• sumažinti energijos sąnaudas visam gręžimo procesui (galia čia naudojama tiesiogiai tik grąžto sukimui su jėga dugne, o trinties nuostoliai tarp darbinės kolonos ir šulinio sienelių sumažinami iki minimumo);
• apsaugoti didžiąją dalį darbinės kolonos elementų nuo pažeidimų, taip pat išgręžto šulinio sieneles nuo irimo;
• sukurti įspūdingo skersmens šulinius (pavyzdžiui, iki 70 cm) esant ypač dideliam gyliui.

Tokiu būdu galima formuoti vandeningus šulinius, kurių gylis siekia 300 ir daugiau metrų, t. y. gręžti vandenvietes, skirtas vandens tiekimui sodo bendrijoms ir gyvenvietėms.

Taigi, apibrėžimas: gręžimas rotoriniu principu – tai toks šulinio įrengimo būdas, kai jėga grąžtui dugne perduodama nuo rotorinio suktuvo per darbinę koloną. Ji surenkama iš strypų – siaurų plieninių vamzdžių, kurie nuosekliai jungiami vienas prie kito gilėjant į žemę.

O štai valant šulinio kamieną ir dugną nuo šlamo naudojamas slėgiu tiekiamas vanduo. Dėl tokio sprendimo nereikia nuolat ardyti ir surinkti gręžimo kolonos, kad būtų ištraukiamas kernas, kaip koloniniame gręžime.

Į šulinį pumpuojamas skystis iš karto sprendžia dvi svarbias užduotis: atlaisvina kelią gręžimo įrankiui tolimesniems darbams ir atlieka šulinio plovimą, reikalingą paruošiant vandenvietę eksploatacijai.

Rotacinės technologijos privalumai

Kuo gi rotorinis gręžimas pranašesnis už galimas alternatyvas? Jų yra keletas.

Pirma, naudojant rotorinį grąžtą, galima sukurti didelio skersmens šulinius, kurie galės visiškai patenkinti kelių namų ūkių vandens poreikius.

Ne paslaptis, kad gręžimas – brangus procesas: jam reikalinga specializuota įranga, o procesą turi kontroliuoti ir valdyti patyrę gręžėjai. Galiausiai veikla, susijusi su šulinių gręžimu, yra licencijuojama. Iš čia ir didelė jo kaina.

Dėl savo formos ir konstrukcijos rotorinio gręžimo grąžtas gali suformuoti daug didesnio skersmens šulinius nei sraigtiniai grąžtai ir koloninė truba

Kelių namų ūkių susivienijimas finansuoti vieną bendrą šulinį gretimiems sklypams – ekonomiškai naudingas sumanymas. Tačiau tam reikalingas reikšmingas debitas. Daugeliu atvejų vandeningi ketvirtinio sluoksnio (smėlio) horizontai negali to užtikrinti.

Žinoma, kolektyviniam naudojimui vandenvietę geriau įrengti klinčiuose. Iš jo išgaunamas požeminis vanduo pasižymi didesniu vandeningumu ir švara. Klinčių šulinių debitui net menkiausios įtakos neturi iškritusių kritulių kiekis. Ko negalima pasakyti apie šulinius smėlyje.

Antra, įtikina palyginti nedidelės energijos sąnaudos. Rotacinio gręžimo darbinis elementas yra grąžtas. Tačiau skirtingai nei sraigtinio ir koloninio gręžimo, gręžimo įrankis nesąveikauja su išgręžtos šachtos sienelėmis.

Tai yra, tiesiogiai su gruntu liečiasi tik grąžtas, kurio aukštis yra nereikšmingas lyginant su visos gręžimo kolonos aukštimi. Todėl šis šachtų formavimo būdas yra greičiausias – iki 1000 tiesinių metrų per mėnesį!

Trečia, kolektyvinius užsakovus vilioja gręžimo gylis. Tik rotaciniu būdu galima išgręžti šachtą, įgilintą į pagrindines metamorfines ir magmines uolienas, iš kurių plyšių galima siurbti vandenį, kurio sudėtis labiausiai tinka geriamojo vandens tikslams.

Dažniausiai iš vandens paėmimo šachtų, kurių gylis mažesnis nei 30 m, išgaunamas tik techninis vanduo. Jo sudėtį įtakoja šalia esantys vandens telkiniai, šiukšlėmis užterštos upės, atmosferos krituliai, taip pat tiesiog ant žemės išlieti techniniai skysčiai. Sraigtas ir koloninė trasa padės gauti tik tokį vandens paėmimą.

Visas gręžimo įrangos komplektas lengvai sumontuojamas ant vienos vidutinės keliamosios galios automobilinės platformos. Tai daro rotacinio gręžimo procesą daug technologiškesnį, taigi ir pigesnį.

Be to, rotacinis gręžimas leidžia praeiti šachtą iki viso gylio nepereinant prie kito gręžimo būdo. Gręžiant šachtą sraigtu, pavyzdžiui, jei reikia išgręžti riedulį, pereinama prie smūginės virvinės metodikos.

Tam iš šachtos ištraukiamas sraigtinis sviedinys ir metamas grąžtas į dugnį, kol riedulys bus sudaužytas. Tada dugnį išvalyti su griebtuvu. Jis taip pat naudojamas, jei reikia iškelti į paviršių vandens prisotintą smėlį, kuris koloninėje trasoje paprastai nelaikosi.

Praktika rodo, kad rotaciniu būdu išgręžtos šachtos turi ilgesnį eksploatacijos laiką. Technologiškai tai paaiškinama tuo, kad sumontavus apvalkalo koloną, formuojančią šachtos sieneles, už vamzdžio esanti erdvė papildomai sutvirtinama.

Įranga gręžiniui įrengti

Iš pradžių ant paviršiaus virš šachtos įrengiama vertikali konsolė tolesniam vertikalių darbo kolonos grandžių tvirtinimui. Pirmoji šio gręžimo veleno grandis yra aprūpinta darbiniu elementu – grąžtu, kuris gali turėti įvairų formatą, priklausomai nuo uolienos kategorijos pagal gręžiamumą.

Žinoma, vandeningų šachtų gręžimui naudojama kompaktiškesnė įranga, o nurodyto bokšto formavimas paprastai nereikalingas.

Gręžimo įrankių rinkinys

Kai pirmoji grandis (žvakė) yra pagilinama, ant jos užmaunama kita, vadinama strypu, ir taip toliau. Kiekvieno tokio vamzdžių bloko ilgis gali svyruoti nuo 20 iki 50 m. Siekiant supaprastinti darbo kolonos formavimą, kiekvienas strypas yra aprūpintas kūginiu sriegiu su spyna.

Galutinai suformuojamas gręžimo įrenginys, kurį sudaro:

• darbinis antgalis;
• varantysis strypas;
• eilinių strypų kolona, sujungta movomis.

Darbo kolonos laikymas atliekamas naudojant suktuvą, kurio sukimą užtikrina rotorius. Atsižvelgiant į tai, kaip giliai planuojama gręžti, taip pat į fizikines-mechanines grunto savybes, varančiajai grandžiai formuoti naudojami standartiniai arba sunkinti strypai.

Varantysis strypas paprastai yra sunkintas vamzdis, nes jam tenka svarbi technologinė užduotis. Per jį į gręžinio dugną iki grąžto patenka plovimo tirpalas, kurio užduotis yra išplauti susmulkintą uolieną. O tai savo ruožtu kelia reikalavimus movinėms jungtims, kurių užduotis yra sandarinti jungtis tarp grandžių.

Nereikia pamiršti, kad skysčio slėgis tiesiogiai priklauso nuo formuojamo stulpo aukščio (ir nepriklauso nuo vamzdžio skerspjūvio). Be to, net jei plovimo tirpalui naudojamas vanduo, kas 10 metrų slėgis padidės 1 atmosfera.

Palyginimui verta pateikti pavyzdį. Darbinis slėgis namo buitiniame vamzdyno tinkle yra 10 atmosferų, o stipriausi vamzdžiai yra skirti 20 atmosferų slėgiui.

Tik jei buitinės sistemos yra stacionarios ir nejuda, tai varančiajam strypui tenka slėgis, lygus gręžimo kolonos svoriui. O jis dar turi perduoti sukamąjį impulsą ir jėgą grąžtui.

Movos yra atsakingiausi strypo elementai, nes būtent joms tenka visos gretimo strypo apatinės dalies svoris, taip pat dinaminės vibracijos ir variklio perduoto sukamojo judesio apkrova.

Movoms kaip gręžimo kolonos konstrukciniams elementams keliami šie reikalavimai, jos:

• turi užtikrinti strypų jungčių sandarumą ir atlaikyti skysčio slėgį iki 100 atmosferų (siekiant išvalyti gręžinio dugną slėgio srove);
• turi būti atsparios dilimui, kad nesugestų trinties į šulinio sieneles metu;
• turi turėti galimybę perduoti sukimo momentą nuo viršutinės darbo kolonos dalies į apatinę ir galiausiai į grąžtą.

Itin svarbu, kad movos būtų tinkamos kokybės. Jei nors viena jų neatlaikys apkrovos ir darbo kolona nutrūks, ištraukti jos apatinę dalį kartu su grąžtu bus labai sunku. Kapitalinėmis sąnaudomis kartais paprasčiau išgręžti naują šulinį šalia, nei ištraukti atsiskyrusį varantįjį strypą.

Vandens naudojimas gręžimo metu

Skystis, kuris tiekiamas į gręžinio dugną, dažniausiai yra paprastas vanduo. Kartais, siekiant stabilizuoti kamieną, einantį per purias nerišlias uolienas (smėlį, žvyrą, gargždo-akmenukų nuogulas), į šulinį tiekiamas tirpalas su gręžimo priedais. Taip reikia, nes pirmuose gręžimo etapuose neįrengiama apkaba.

Vanduo patenka į šulinį arba esant slėgiui varančiosios štangos viduje (ir tada išsiurbimas vyksta per vamzdžių tarpą), arba gravitaciniu būdu žemyn per vamzdžių tarpą, o pašalinimas vyksta per darbinę koloną siurbliu.

Tai 2 skirtingos rotacinio gręžimo technologijos, kurių ypatybės bus aptartos toliau.

Rotacinis gręžimas pasižymi didžiausiu vandens šulinio įrengimo greičiu. Kartu su gręžimu atliekamas kamieno plovimas ir šulinio paruošimas būsimam eksploatavimui.

Tačiau kad ir koks būdas būtų naudojamas, visur gręžime naudojamas skystis reikalauja išvalymo (tolesniam naudojimui).

Tam naudojamas šis įrangos kompleksas:

• Ambaras gręžimo tirpalui saugoti. (Jei planuojama gręžti negilų šulinį – per kelias dešimtis, galima įrengti tiesiai žemėje, o kaip plovimo skystis naudojamas paprastas vanduo). Ambaras atlieka akumuliatoriaus vaidmenį plovimo skysčiui.
• Vibrosietas. Plovimo tirpalas, pakeliamas iš šulinio, neša su savimi susmulkintos uolienos daleles, kurias reikia pašalinti. Efektyviausias būdas – tai mechaninis, naudojant vibrosietą.
• Nusodintuvas. Pašalinus stambias uolienų daleles, skystis patenka į nusodintuvą, kad atsikratytų skendinčių dalelių, nusėdančių į nuosėdas. Naudojant vandenį kaip plovimo skystį, nusodintuvas taip pat kartais įrengiamas tiesiai žemėje. Be to, skystoms medžiagoms atskirti ir nuosėdoms atskirti naudojamas hidrociklonas.
• Gręžimo siurblys. Būtent jis užtikrina plovimo tirpalo cirkuliaciją.
• Latakų sistema. Jie reikalingi vandens judėjimui nuo šulinio formavimo taško iki jo valymo vietos.

Iš viso rotacine technologija šuliniui įrengti reikalingi šie mechanizmai ir įranga:

1. Bokštas arba konsolė gręžimo kolonai iš štangų surinkti ir išardyti baigus gręžimą, taip pat talinė sistema.
2. Variklis, užtikrinantis rotoriaus sukimąsi.
3. Įranga skysčiui. Mechanizmai ir įrenginiai plovimo skysčio cirkuliacijai ir valymui užtikrinti (siurblys; vibrosietas; nusodintuvai ir (arba) hidrociklonas; ambaras plovimo skysčiui laikyti; vamzdžių ir latakų sistema).

Rotaciniu būdu gręžiant negilius gręžinius, visas išvardytas įrangos komplektas yra labai kompaktiškas (pavyzdžiui, konsolės strėlė yra sulankstoma). Tai užtikrina paprastą gręžimo įrangos išdėstymą bet kurioje vietoje, patogioje gręžimo darbams atlikti ir vėlesniam eksploatavimui.

Du rotacinio gręžimo variantai

Priklausomai nuo plovimo skysčio tiekimo į dugną būdo, skiriami 2 rotacinio gręžimo technologijų tipai:

1. su tiesioginiu tiekimu;
2. su atvirkštiniu tiekimu.

Reikia pažymėti, kad į dugną tiekiamas skystis skirtas ne tik plauti ir išnešti trupinamą uolieną. Jis taip pat aušina grąžtą, kuris stipriai įkaista dėl trinties. Tiesioginio skysčio tiekimo atveju siurblys sukuria jo perteklinį slėgį.

Vanduo patenka į dugną per grąžte esančias technologines angas, „paima“ susmulkintą uolieną ir toliau savitaka per gręžinį (tai yra per užvamzdinę erdvę, palyginti su varomąja šlybe) patenka į paviršių, kur patenka į valymo kompleksą (vibrosietą, hidrocikloną).

Plovimas gali būti tiesioginis arba atvirkštinis, nuo to priklausys naudojamos įrangos kokybinės charakteristikos, tačiau principinė schema galioja abiem technologijos atmainoms.

Atvirkštinio tiekimo technologija reiškia, kad plovimo skystis į dugną patenka savitaka, leisdamasis per gręžinį, o atgal į paviršių tirpalas su susmulkinta medžiaga patenka per varomosios šlybos vamzdį. Gręžimo siurblys šiuo atveju sukuria neigiamą slėgį būtent jame.

Nepaisant akivaizdaus abiejų technologijų paprastumo, niuansų čia yra kur kas daugiau, nei gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Todėl tikslinga išsamiau sustoti prie kiekvienos iš nurodytų gręžimo technologijų.

Gręžimas su tiesioginiu plovimo skysčio tiekimu

Tokia technologija kartais dar vadinama „tiesioginiu vandens srautu“. Ją tikslinga naudoti smėlio, žvyro, skaldyto akmens gruntuose. Taip pat ji taikoma, jei vandeningojo sluoksnio gylis neviršija 30 m. Būtent čia į skystį dedami priedai, kurie padidina jo tankį ir kamieno stabilumą.

Rotacinis gręžimas pasižymi laipsnišku gręžiamo gręžinio skersmens mažėjimu. Kitaip tariant, pirmiausia išgręžiamas didžiausio skersmens gręžinys, po to jis apvamzdinamas vamzdžiu, o žiedinis tarpas tarp išorinio vamzdžio paviršiaus ir gręžinio sienelės per technologines angas užpildomas cemento skiediniu.

Toliau gręžiama jau mažesnio skersmens grąžtu. Tada vėl įrengiami apvalkalai, o nauja atkarpa turi dar mažesnį skersmenį ir t.t. Kuo rečiau reikia „atsitraukti“ nuo šulinio cementavimo, tuo didesnis gręžimo našumas, o tai galiausiai atsispindi bendroje proceso ir viso šulinio kainoje.

Be to, per dažnas apvalkalų įrengimas galiausiai lemia tai, kad efektyvus šulinio skersmuo (tas skersmuo, kuris atveria vandeningąjį sluoksnį) labai sumažėja. Taigi, „tiesioginis vandens srautas“ pasižymi tuo, kad tokio formavimo būdo šulinio galima neįrengti apvalkalu iki 100 metrų.

Pagrindinis plovimo skysčio slėgis sukuriamas siurbliu pavadinimo strypo viduje, o užvamzdinę erdvę skystis su susmulkintos uolienos dalelėmis užpildo gravitacijos būdu, nesunaikindamas per dideliu slėgiu šulinio sienelių.

Gręžimo su tiesioginiu plovimo skysčio tiekimu schema. Skystis į gręžinio dugną tiekiamas per pavadinimo strypo vamzdį, o į paviršių jis kyla gravitacijos būdu.

Tačiau šis gręžimo būdas turi ir trūkumų. Visų pirma, per ilga neapvalkalota atkarpa lemia, kad į vandeninguosius horizontus patenka smulkios molio dalelės, kurios gali žymiai sumažinti ir sulėtinti vandens pritekėjimą į išgavimą iš vandeningo sluoksnio.

Šios dalelės čia atlieka savotiškų porų ir mikrokanalų uolienoje kamščių vaidmenį, pro kuriuos prasisunkia vanduo. Todėl gręžimo proceso metu atliekama apvalkalų įrengimo procedūra yra būtina norint išsaugoti tolesnį bendrą šulinio našumą.

Gręžimas su atvirkštiniu plovimo skysčio tiekimu

Taikant šį skysčio tiekimo valdymo metodą, kamienas ir dugnas išvalomi geriausiai. Siurblys čia neįstumia skysčio į dugną, o priešingai – siurbia jį atgal, o tai lemia, kad šulinio formavimo grąžtu greitis padidėja eilės tvarka ir dar kelis kartus, palyginti su tiesioginiu plovimu.

Pats šulinys neteršiamas molio intarpais su tiekiamo plovimo skysčio srove. Juk siurblys į viršų išsiurbia viską, kas jame gali būti. Beje, čia jau nėra jokios praktinės prasmės papildomuose prieduose, todėl kaip tas plovimo skystis naudojamas švarus vanduo.

Atvirkštinio plovimo schema rotaciniame gręžime. Tiekimas vyksta gravitacijos būdu per užvamzdinę erdvę, o atgal dumblas ištraukiamas siurbliu per pavadinimo strypo vamzdį.

Taigi, apibendrinkime gręžimo su atvirkštiniu vandens srautu privalumus:

• gręžimo greitis padidėja (palyginti su tiesioginiu vandens srautu) iki 15 kartų;
• vandeningasis horizontas neužteršiamas molio dalelėmis ir dulkėtomis smėlio kruopelėmis iš apatinių, dar neįtvirtintų šulinio lygių;
• dėl kokybiško vandeningojo horizonto atidengimo šulinio nereikia papildomai ruošti eksploatacijai – galima iš karto sumontuoti vidinę apsauginę koloną su filtru ir pradėti siurbti siurbliu;
• paprastas (taigi ir pigus) vanduo naudojamas kaip darbinis skystis.

nepaisant to, šis metodas turi ir esminį trūkumą. Jis reikalauja brangios įrangos pritraukimo, o tai galiausiai žymiai pabrangina visą gręžimo procesą.

todėl gręžimas „atvirkštiniu vandens srautu“ atliekamas tik tais atvejais, kai šulinys skirtas eksploatuoti keliems namų ūkiams iš karto. Tačiau jei šulinys skirtas individualiam naudojimui, daug tikslingiau naudoti rotacinio gręžimo su tiesioginiu vandens srautu technologiją.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

vaizdo įrašas #1. Aiški rotacinio gręžimo proceso demonstracija žingsnis po žingsnio:

vaizdo įrašas #2. Rotacinės technologijos ir šulinio įrengimo principų analizė:

vaizdo įrašas #3. Vandens cirkuliacija atliekant rotacinį gręžimą:

situacija dėl vandeningųjų horizontų buvimo ir gylio gali labai skirtis priklausomai nuo vietos (o kai kur jų visai nėra, kaip Madeiros saloje).

projektuojant šulinį ir parenkant optimalų rotacinio gręžimo būdą, reikėtų naudoti turimus ištirtų vandeningųjų horizontų žemėlapius. Tai padės Jums sutaupyti nemažai lėšų ir laiko.

papasakokite apie savo patirtį kuriant šulinį rotacine technologija. Pasidalinkite technologiniais niuansais, kurie pravers svetainės lankytojams. Prašome palikti komentarus žemiau esančioje bloko formoje, talpinkite nuotraukas ir užduokite klausimus straipsnio tema.