Jsou lepší hlubší studny?

Vrtání ─ jedna z nejdůležitějších technologií moderního průmyslu ─ se využívá při průzkumu a rozvoji nerostných surovin, ve stavebnictví, vědeckém výzkumu (např. vrtání ledovců Antarktidy) a v řadě dalších průmyslových odvětví. Vrtání studní hraje důležitou roli. Známý již od starověku, stal se předchůdcem široké škály technologií vrtání.

Objem vrtů, které jsou jedním z tahounů moderní ekonomiky, je obrovský. Jen v Rusku bylo jen v ropném a plynárenském průmyslu vyvrtáno asi jeden a půl milionu průzkumných a těžebních vrtů. Významná část vrtných prací se provádí v hlubokých a ultrahlubokých vrtech ─ až deset kilometrů na délku. Jsou vrtány pro různé účely: výzkum, hledání ropy, plynu, zlata, rud jiných kovů.

Kde začínají? hluboké studny. Jsou hluboké a artéské vždy synonyma?

V ropném a plynárenském průmyslu jsou vrty s hloubkou do 500-1000 m považovány za mělké (přesnější čísla závisí na přijaté klasifikaci) a hluboké jsou ty, jejichž hloubka přesahuje 1000-1500 metrů. Vodní studny se samozřejmě nemohou pochlubit tak působivým výkonem. U vrtných studní prochází hranice mezi hlubokými a mělkými studnami podél zcela odlišných „hranic“ ─ v hloubkách 30-50 m (nebo, vezmeme-li průměrnou hodnotu tohoto rozsahu, ─ 40 metrů). A tato hodnota nebyla vzata náhodně „z ničeho“, ale byla diktována řadou objektivních okolností.

Hlubinné studny začínají v hloubkách, ve kterých obvykle končí pískové studny. Písečné studny jsou zřídka „kopány“ hlouběji než 30-50 m. Hluboká vodní studna (tj. hlubší než 40 metrů) je téměř 100% pravděpodobně artézská. To vůbec neznamená, že by se mezi artéské a hluboké studny mělo umístit tučné rovnítko. Artézská studna není nutně hluboká studna. Na některých místech lze artézské (nebo alespoň mezivrstvové volně proudící) vody dosáhnout v hloubkách 10 metrů nebo i méně. Například v okrese Lomonosov Leningradské oblasti do spodního kambria (Lomonosov) zvodnělé vrstvy. Na úzkém pruhu táhnoucím se podél jižního pobřeží Finského zálivu jej sotva pokrývá tenký pokryv kvartérních sedimentů o tloušťce 1,5–14 metrů. Ale obecně je vzorec zřejmý – ve velké většině případů jsou artéské studny (vrty „pro vápenec“) hlubší než studny „pro písek“.

Hluboké studny – doména profesionálů

Podél cca 40metrové hranice je rozvodí mezi oblastmi použití různých segmentů vrtné techniky. Právě na tuto hodnotu bude možné vyvrtat studnu pomocí malé instalace. Pouze plnohodnotné vrtné soupravy plné velikosti jsou schopny proniknout do útrob země při hledání vody pomocí hlubokých vrtů.

Stavba (a nejen vrtání) hlubinné studny je složitý úkol. Jeho výkon a životnost jsou do značné míry určeny jeho designem. A pouze společnosti vybavené kvalifikovanými odborníky vyzbrojenými moderní technologií, zkušenostmi a znalostmi mají schopnost „vybudovat“ takové vrty. Malé společnosti, které jsou ochotny vrtat malé vrty, se proto nebudou hlubinnými vrty zabývat.

Výhody hluboké studny

Většina zákazníků, i ti, kteří nemají žádné hluboké znalosti z hydrogeologie a z ekonomických důvodů preferují mělké vrty, i když na intuitivní úrovni, chápe: hluboká studna je lepší než mělká. A jejich intuice je v tomto případě nezklame. Hlubinné vrty (a to jsou zpravidla artézské vrty) v naprosté většině případů poskytují čistou vodu v dostatečném množství.

Zjevnou výhodou většiny hlubokých vrtů je vysoký průtok. Často jedna taková studna stačí k uspořádání autonomního zásobování vodou pro několik domů nebo dokonce celou chatovou komunitu. Režim artézských vod je mnohem stabilnější než podzemních vod a je méně náchylný na sezónní výkyvy a změny klimatu, například sucha nebo srážky.

О hluboké studny a čistá voda

Čistá voda znamená bez antropogenního znečištění ve formě dusičnanů, síranů, solí těžkých kovů, ropných produktů a dalších nevyhnutelných satelitů civilizace. Tloušťka země tvořená horninami, kterými si hluboké studny „razí cestu“ do podzemní vody, je účinným přírodním filtrem. Část této tloušťky se skládá z vodotěsných vrstev ─ spolehlivých izolátorů, které neumožňují kontaminantům z povrchu migrovat hluboko do země. Čím hlouběji je podzemní voda, tím méně je hydraulicky propojena se snadno zranitelnou povrchovou vodou. Obecně je většina podzemních vod v Leningradské oblasti spolehlivě pokryta krytem nepropustných horizontů. Zvodnělé vrstvy na části území okresů Boksitogorsk a Volosovsky a také v severozápadní části regionu Gatchina jsou před povrchovým znečištěním chráněny poněkud méně.

Abychom to shrnuli, lze konstatovat: artézské vody těžené pomocí hlubokých vrtů se zpravidla vyznačují extrémně vysokými hygienickými ukazateli. V Leningradské oblasti, bohaté na podzemní vody, je i dnes přes 90 % jejich objemů absolutně čistých a pouze méně než 10 % je v té či oné míře náchylných ke znečištění. Nepříznivý vliv civilizace na podzemní vody je však neúměrný tlaku, kterému je povrchová voda vystavena.

Tato „mince“ má ale i druhou stranu. Zvýšení hloubky podzemní vody a oslabení výměny vody spojené s tímto a některými rysy geologické struktury zemské kůry v konkrétních oblastech vede k mineralizaci vody, která někdy výrazně překračuje standardy stanovené pro pitnou vodu. Používání takové vody je spojeno s nutností provádět opatření na úpravu vody.

V horních vrstvách v hloubkách od 100 do 1000 m jsou podzemní vody obvykle ještě čerstvé, slabě mineralizované, hydrokarbonátového typu. Mohou ale také obsahovat některé prvky v přebytku. Například zvýšený obsah železa v podzemních vodách horních akviferů je zřetelně pozorován v oblastech Luga a Tosnensky. A pouze v hlubokých částech artéských pánví nebo jiných geologických struktur jsou pozorovány vysoce mineralizované solanky, včetně těch, které souvisí s vodami starověkých mořských pánví.

Hluboké studny v kontextu geologie a geografie

K vrtání hlubokých vrtů na vodu nás nutí dvě okolnosti: touha získat dostatečné množství kvalitní vody (v tomto případě je hlubinná studna alternativou ke studni na písek), nebo hlubinná studna je jediný způsob, jak získat pití vody.

Leningradská oblast je bohatá na zdroje sladké podzemní vody, které představují dvě velké skupiny: voda obsažená v mladých (kvartérních) sedimentech a voda obsažená ve starých horninách. V části kraje je jich ale nedostatek. Jedná se o sever okresů Volchov, Vyborg, Kingisepp, Kirov, Lomonosov a Priozersk a jižní polovinu Vsevolozhsku. Vážný nedostatek sladké podzemní vody je zaznamenán v regionu Kirishi na pozemcích přilehlých k řece Volchov, včetně blízkosti města Kirishi. Na řadě míst – okres Lodeynopolsky, Podporozhsky a Tikhvinsky – těžbu podzemních vod ztěžuje převaha jílovitých hornin.

Území Leningradské oblasti je omezeno na tři hydrogeologické struktury. Jeho severozápad patří do baltského hydrogeologického masivu a zbytek území, kromě jihovýchodu „hydrologicky“ zahrnutého do Moskevské artézské pánve, patří do Leningradské artézské pánve.

V souladu s geologickou stavbou a hydrodynamickými poměry regionu bylo identifikováno 23 zvodnělých vrstev a komplexů. Změnou hloubky studní můžete dosáhnout každé z nich.

Hloubka střechy od povrchu země dolní moskevské vodonosné vrstvy, reprezentované vápenci, dolomity, opukami a jílovými vrstvami, je 0,5-15 m. Tloušťka samotného horizontu dosahuje 30 metrů.

V některých místech se střecha viseansko-serpuchovské zvodně, složená z vápenců, dolomitů, písků a jílů, o tloušťce dvou až sta metrů, přibližuje pouhé tři metry od povrchu a někde klesá o sto metrů. Používá se pro zásobování vodou v jižních oblastech Leningradské oblasti na hranici s Novgorodskou oblastí.

Hornoviseská zvodeň, složená z přibližně stejných hornin, má mocnost 10-30 m, její střecha se nachází ve vzdálenosti 30-90 m od povrchu.

K dosažení vod francouzsko-famenské zvodně (tloušťka – od jednoho do sta metrů), skládající se z mezivrstevných vápenců, opuků a jílů, bude nutné vrtat studny o hloubce 35 až 250 metrů.

Střecha středohorní frasenské zvodně (tloušťka – 10-80 m) je poměrně blízko k povrchu (20-120 metrů).

Tloušťka zvodnělé vrstvy Srednefranskoye se pohybuje od tří do sta metrů a hloubka střechy od povrchu země dosahuje 420 metrů. Stejné číslo pro horní Eifelian-Dolní Frasnian zvodněnou vrstvu je 500 metrů.

Navzdory skutečnosti, že horizont Horního Eifelu (Nar) je relativně odolný vůči vodě, je voda z něj čerpaná využívána v řadě osad v Tosněnském kraji. Tloušťka tohoto horizontu je 5-60 metrů a hloubka střechy od povrchu země dosahuje 550 metrů.

Dolnoeifelská zvodeň složená z pískovců a písků má mělčí výskyt (hloubka střechy od povrchu je 8–70 metrů).

Voda z ordovické zvodně teče do domů obyvatel Gatchina, Krasnoe Selo a Lomonosov. Jeho střecha se rozprostírá od zemského povrchu na širokou škálu vzdáleností – od 0,4 -75 do 550 metrů. Mimořádně vysokými konzumními kvalitami se vyznačují vody lomonosovského horizontu ordovického komplexu, kde se vyskytují pod devonskými ložisky.

Kambro-ordovická vodonosná vrstva o tloušťce 3-40 m, v některých místech dosahující 870 metrů od zemského povrchu, je využívána pro zásobování vodou Tosno, Krasnoe Selo a Mga. Pod kvartérními sedimenty leží v hloubce až 10 m, na jih a jihovýchod od kraje se noří do více než 200 metrů.

Spodní kambrická vodonosná vrstva slouží jako zdroj zásobování vodou v oblasti Kingisepp. Hloubka jeho střechy se zvyšuje na jihozápad a dosahuje 225 m u města Slantsy. Tloušťka se zvyšuje z několika metrů na pobřeží Finského zálivu na 50–65 m v oblasti Kingisepp.

V oblasti Kingisepp využívají vody Verkhnevendského (Kotlin) relativně vodonosného horizontu – regionální vodonosné vrstvy tvořené jílem se vzácnými pískovcovými mezivrstvami (tloušťka – 5−70 m). Hloubka střechy od povrchu dosahuje 1000 metrů.

Komplex vendské zvodně zahrnuje hornovendskou (Redkinsky) zvodněnou vrstvu a zvodněnou vrstvu Redkinsky široce používanou pro zásobování vodou na Karelské šíji. Obecně platí, že na Karelské šíji v zóně sladké vody je hlavním zásobováním vodou Vendský komplex.

V některých osadách Karelské šíje se používá voda z archeansko-proterozoické relativně vodě odolné zóny, jejíž hloubka se pohybuje od 100 do téměř 1800 metrů.

Hluboké studny – to není především cíl, ale prostředek. Spolehlivý způsob, jak získat vodu správné kvality v dostatečném množství. Často je to optimální a často je to jediné. Moderní technologie nejen rozšiřují technické možnosti hloubkového vrtání, ale také jej činí cenově výhodnějším a dostupnějším. Což znamená, že je dostupnější zdroje podzemní vody se stávají nezbytnými pro organizování autonomního a centralizovaného zásobování vodou.

Výběr pažnicové trubky pro studny zohledňuje řadu parametrů, včetně hloubky zvodnělé vrstvy, typů půdy, průchodu tvrdé horniny, podmínek, ceny materiálu a instalačních prací.

Dnes se nabízí základní výběr kovových a plastových trubek, které mají své výhody i nevýhody.

Proto před konečným výběrem, která studna je lepší, vyrobená z plastu nebo kovu, jsou identifikovány nuance, specifika materiálů a kontrola souladu s potřebami zdroje zásobování vodou.

Co je to plášťová trubka?
Základní parametry výběru;
Vlastnosti plášťových trubek;
Možnosti montáže struny pláště;
- Kovové trubky pro opláštění: klady a zápory;
- Plastové pouzdro.
Co je to plášťová trubka?

Pažnicové trubky jsou důležitým prvkem konstrukce studny, instalované během procesu vrtání autonomního vodního zdroje. Instalace se provádí do celé hloubky od vodonosné vrstvy až po zemský povrch. Část pláště je ponechána nad zemí, aby vytvořila ústí vrtu.

Základním účelem sloupu je zabránit sesuvu zeminy a zpevnit stěny vrtu. Bez pohybu pažnice a zeminy dojde k rychlému zborcení stěn šachty, což znemožní využití vrtaného vodního zdroje.

Jak dlouho bude studna fungovat, závisí na síle vnějších konstrukcí.

Dalším úkolem řešeným instalací pažnicového potrubí ve zdroji autonomního zásobování vodou je udržování čistoty přiváděné vody. Bez obalu pronikne zemina a další nečistoty dovnitř a čistá hlubinná voda se smísí s vysokou vodou. To má vliv na zhoršení jeho kvality.

Plášť zajišťuje izolaci kufru od taveniny a dešťové vody.

Instalace pláště vytvoří kanál, kterým kapalina stoupá ven. Jeho hladké stěny snižují odpor proti proudění a utěsněný okruh udržuje určitý tlak.

Rovněž částice písku, zeminy a dalších velkých nečistot, které ohrožují čerpací zařízení, nepronikají do šachty chráněné potrubím.

Základní možnosti výběru

Neexistuje žádné standardní vrtání, které by bylo vždy správné. Metodika organizace studní, jaké základní materiály se používají a do jaké hloubky se vrtá, se určuje individuálně. V úvahu se berou různé ukazatele:
- skalní struktura;
- hloubka vodonosné vrstvy;
- výška vody v zemi;
- technické parametry čerpadla;
- kvalita přiváděné kapaliny;
- hloubka, průměr vrtání zdroje.
Po prozkoumání místa vrtaři nabízejí vlastní verzi práce a doporučují optimální (podle jejich názoru) typ potrubí.

Konečné informované rozhodnutí o tom, zda se pro domovní studnu použijí kovové nebo plastové trubky, však činí majitel. Aby bylo toto rozhodnutí správné, je lepší si předem prostudovat nuance porovnáním argumentů.

V průběhu reflexe se berou v úvahu vlastnosti potrubí pro zvedání vody:
1. Materiál – ovlivňuje konečný rozpočet instalace, parametry únosnosti, životnost zdroje vody, možnost a dostupnost oprav.
2. Způsob spojování konstrukčních dílů – závisí na průměru, hloubce pláště a materiálu trubky. Nezáleží na tom, co se používá – kov nebo plast, spoje musí být vždy těsné a spolehlivé.
V opačném případě se kvalita kapaliny sníží, čerpadlo bude mít časté poruchy a studna se stane nepoužitelnou.
1. Průměr potrubí – výpočet se provádí na základě parametru maximální denní spotřeby tekutin. Větší průměr přívodu zajišťuje dobrý výkon vlastní studny.
Vlastnosti plášťových trubek

Při vrtání zdroje je důležitý výběr vhodných materiálů v závislosti na mnoha důvodech (provedení, technika vrtání, hloubka zvodnělé vrstvy, složení vrstev zeminy, průměr studny). Navíc každý materiál má své výhody a nevýhody.

Když se rozhodujete, co je nejlepší vybrat, musíte:
1. Provést postup geologického průzkumu a vypočítat optimální parametry budoucího vrtu.
2. Proveďte litologický řez půdy podél hloubky, abyste určili horniny, které mají být vrtány, a existenci negativních faktorů (rychlé písky atd.).
3. Proveďte laboratorní rozbor složení vody pro výběr typu filtračního zařízení.
Možnosti montáže pláště

Instalace pláště se provádí během vývoje studny. Použité designy jsou rozděleny do tří skupin:
1. Čistý kov: ocelové nebo nerezové trubky.
2. kombinovaný: kombinace plastu a kovu.
3. Plastové: HDPE, PVC, uPVC.
Jiné možnosti, například azbestocement, jsou považovány za zastaralé a dokonce škodlivé pro studny používané jako zdroj pitné vody.

Kovové trubky pro opláštění: klady a zápory

Kov jako materiál pro přívodní potrubí ve studni je běžným návrhem takových konstrukcí. Pro pouzdro se používají následující:
- uhlíková ocel;
- nerezová ocel;
- hliník
- litina.
Zároveň je uhlíková ocel běžnější díky své vysoké pevnosti, spolehlivosti a odolnosti proti korozi. Nerezová ocel má vyšší odolnost proti korozi a pracuje při vysokých teplotách.

Potrubí z hliníku a litiny se dnes již prakticky nepoužívá, zejména v oblasti autonomního zásobování vodou.

Kovové pouzdro má seznam výhod, včetně:
1. Vysoká síla.
2. Odolnost proti opotřebení.
3. Odolnost proti mechanickému poškození (otřesy, tlak).
4. Schopnost odolat vysokému zatížení (optimální pro použití ve velkých hloubkách).
5. Odolnost vůči vysokým teplotám a chemicky aktivním látkám.
6. Trvanlivost.
Při správné instalaci a pečlivé údržbě vydrží kovové potrubí desítky let bez nutnosti výměny. Také takové trubky mohou být po použití zlikvidovány, což zajišťuje bezpečnost životního prostředí. Ale bez ohledu na to, jak atraktivní je kovový kryt, má také nevýhody:
1. Náchylnost na korozi – i přes stabilitu uhlíkové oceli při kontaktu s vodou, která obsahuje chemicky aktivní látky, materiál stále postupně reziví. To povede ke snížení kvality kapaliny, poruchám v potrubí a ucpání zdroje.
2. Velká hmotnost – váha kovových potrubních součástí komplikuje dopravu a instalaci, což zvyšuje náklady na služby.
3. Cena – ve srovnání s plastovými výrobky podobného průměru/velikosti je cena ocelových trubek výrazně vyšší.
Proto, když potřebujete studnu, rozhodnutí, zda je pro opláštění lepší plast nebo kov, závisí také na financích majitele.

Plastové pouzdro

Použití plastu jako materiálu pláště ve studních začalo relativně nedávno. Proto je stále obtížné hovořit o úplnosti obrazu dlouhodobého chování takových obalů za různých podmínek.

Nicméně již bylo jasně prokázáno, že plastové potrubí je odolné vůči korozi, plísním a houbovým infekcím. Navíc se do vody neuvolňují žádné škodlivé látky.

Předpokládá se, že existují dva typy pouzdra: plastové nebo kovové. Existují však různé typy plastů, které lze ve sloupcích použít, a abyste si mohli vybrat, musíte porozumět jejich rozdílům.
1. HDPE (nízkotlaký polyethylen). Výroba HDPE výrobků probíhá na bázi polyetylenu technikou šnekové extruze. Při výrobě může být použit recyklovaný plast, ale nelze plně zaručit, že recyklované materiály neobsahují škodlivé látky.
Přes všechny výhody recyklace není vhodný pro výrobu potrubních prvků určených pro studny pitné vody.

Mezi výhody HDPE patří:
- nízké náklady;
- dlouhodobý provoz;
- jednoduché instalační schéma.
Hlavní nevýhodou výrobků je jejich vysoká elasticita, kdy se v horizontálním potrubí mohou ohýbat bez dalších spojů. Vysoká flexibilita neumožňuje použití HDPE jako jediného materiálu v pažnicových kolonách, protože se deformuje pod tlakem okolní zeminy.

To dalo vzniknout mýtu, že plast je křehký, ale není to jediná možnost pro plastové komponenty.
1. nPVC. Komponenty uPVC neobsahují plastifikační přísady, které snižují pevnost. Sloupy vyrobené z takového plastu jsou tuhé a nevyžadují dodatečné vyztužení, což snižuje náklady na konstrukci a zvyšuje šetrnost konstrukce k životnímu prostředí.
Výhody plastového pláště:
- dlouhá životnost – více než 50 let;
- nepřítomnost škodlivých látek v materiálu;
- žádný vliv na chemické složení kapaliny;
- odolnost vůči každoročním změnám teploty půdy;
- odolnost proti vodním rázům a tlakovým rázům;
- hladkost stěn neumožňuje hromadění usazenin bahna a nepodporuje množení bakterií a mikroorganismů;
- všestrannost materiálu umožňuje jeho použití v jakýchkoli půdních podmínkách;
- vhodné pro hluboké studny (až 200 metrů);
- pohodlí a rychlost montáže.
Při výběru plastových trubek pro studny a rozhodování, které z nich jsou lepší, je zřejmé, že použití výrobků z PVC je racionálnější a vyváženější rozhodnutí. Navzdory vysokým nákladům (ve srovnání s analogy HDPE) mají optimální výkon.