Rotacijsko bušenje bušotina: pregled tehnologije bušenja i potrebne opreme

Ako se seoska kuća ne može priključiti na centralni vodovod, potrebno je organizirati autonomni sustav. Većina vlasnika radije ga uređuje na temelju bušotine, u čijem se razvoju koriste različite metode. Razmotrit ćemo rotacijsko bušenje bušotina – vrlo perspektivan, ali zasad malo poznat izbor.

U članku koji smo predstavili detaljno su opisane nijanse rotacijske tehnologije i korišteni alati. Razmotrene su prednosti i mane ove metode, predstavljeni su načini njezine praktične provedbe. Naši savjeti bit će korisni opreznim vlasnicima privatnih parcela koji žele nadzirati rad bušaćih radnika.

Definicija rotacijskog bušenja

Za početak, razmotrimo što uopće predstavlja rotacijsko bušenje bušotina i koje su njegove alternative? Jedna od najuobičajenijih metoda izrade vodozahvatnog iskopa još uvijek je spiralno bušenje.

Međutim, spiralna tehnologija ne omogućuje probijanje čvrstih matičnih stijena. Vijčano svrdlo koje se koristi u spiralnom bušenju nije u stanju razbiti vapnenac. A često se događa da treba bušiti upravo u njega, jer gornji slojevi nemaju stabilan i dovoljan protok za eksploataciju.

Kolonska i spiralna tehnologija bušenja ne pružaju mogućnost probijanja čvrstih stijenskih masa. U slučaju izrade bušotine u vapnencu, učinkovitije i ekonomičnije je koristiti rotacijsku metodu bušenja.

Stoga se rotacijska tehnologija, ranije korištena samo u rudarskoj industriji, počela primjenjivati u području izgradnje privatnih vodozahvatnih objekata. Njezin radni element je svrdlo koje se nalazi u dnu bušotine. Pomoću svrdla razaraju se koherentna i nekoherentna tla, drobe se čvrste matične stijene.

Iskop razorene stijenske mase provodi se pomoću tekućine koja se dovodi do dna bušotine kroz radnu kolonu ili pak međucijevni prostor. To su 2 različite metode bušenja, od kojih će svaka biti detaljno razmotrena u nastavku.

Promjer svrdla veći je od promjera radne kolone, što omogućuje:

• smanjiti potrošnju energije za cijeli proces bušenja (snaga se ovdje troši izravno samo na okretanje dlijeta s silom u dnu bušotine, a gubici zbog trenja radne kolone o stijenke bušotine svedeni su na minimum);
• zaštititi većinu elemenata radne kolone od oštećenja, kao i stijenke izbušene bušotine od uništenja;
• stvarati bušotine impresivnog promjera (na primjer, do 70 cm) na iznimno velikim dubinama.

Na taj način moguće je formirati vodonosne bušotine dubine 300 i više metara, odnosno bušiti vodozahvatne kanale za opskrbu vodom vikend naselja i sela.

Dakle, definicija: bušenje prema rotornom principu je način izrade bušotine kod kojeg se sila na dlijeto u dnu prenosi s rotornog okretača preko radne kolone. Ona se sastavlja od šipki – uskih čeličnih cijevi koje se spajaju jedna za drugom kako se produbljuje u zemlju.

A za čišćenje kanala bušotine i dna od mulja koristi se voda dovedena pod pritiskom. Zahvaljujući takvom rješenju nije potrebno stalno rastavljati i sastavljati bušaću kolonu za vađenje jezgre kao kod jezgrenog bušenja.

Tekućina koja se pumpa u kanal odmah rješava dva važna zadatka: oslobađa put bušaćem alatu za daljnji rad i obavlja ispiranje bušotine potrebno za pripremu vodozahvata za eksploataciju.

Prednosti rotacijske tehnologije

U čemu su prednosti upravo rotornog bušenja u odnosu na moguće alternative? Ima ih nekoliko.

Kao prvo, korištenjem rotornog dlijeta moguće je stvarati bušotine velikog promjera koje u potpunosti mogu zadovoljiti potrebe za vodom nekoliko domaćinstava odjednom.

Nije tajna da je bušenje skup proces: zahtijeva specijaliziranu opremu, a kontrolirati i upravljati procesom moraju iskusni bušitelji. U konačnici, djelatnost povezana s bušenjem bušotina je licencirana. Otuda i njegova visoka cijena.

Zahvaljujući svom obliku i konstrukciji, dlijeto pri rotornom bušenju može oblikovati bušotine mnogo većeg promjera nego pužna svrdla i jezgrena cijev.

Udruživanje nekoliko domaćinstava radi financiranja jedne zajedničke bušotine za susjedne parcele – ekonomski je isplativ pothvat. No za to je potreban značajan prinos. U većini slučajeva vodonosni slojevi kvartarnih naslaga (pijeska) ne mogu ga osigurati.

Naravno, za zajedničku eksploataciju vodozahvatni kanal najbolje je postaviti na vapnenac. Podzemne vode izvađene iz njega karakterizira veća vodonosnost i čistoća. Na prinos bušotina na vapnencu ne utječe najmanje količina palih oborina. Što se ne može reći za bušotine na pijesku.

Drugo, uvjeravaju relativno mali energetski troškovi. Radni element pri rotacijskom bušenju je svrdlo. Ali za razliku od pužnog i kolonskog bušenja, bušaći alat ne dolazi u interakciju sa stijenkama izbušene bušotine.

Odnosno, izravno s tlom kontaktira samo svrdlo, čija je visina zanemarivo mala u odnosu na visinu cijele bušaće kolone. Kao posljedica, ova metoda oblikovanja bušotina je najbrža – do 1000 tekućih metara mjesečno!

Treće, kolektivne naručitelje privlači dubina bušenja. Samo rotacijskim načinom može se izbušiti bušotina, ukopana u matične metamorfne i magmatske stijene, iz čijih pukotina se može crpiti voda čiji sastav najviše odgovara za pitke svrhe.

Najčešće se iz vodozahvatnih iskopa dubine manje od 30 m dobiva samo tehnička voda. Na njezin sastav utječu obližnji vodotoci, zagađene rijeke smećem, oborine, kao i jednostavno prolivene tehničke tekućine na tlo. Puž i kolonska cijev pomoći će dobiti samo takav vodozahvat.

Cijeli set bušaće opreme lako se montira na jedinstvenoj automobilskoj platformi srednje nosivosti. To čini proces rotacijskog bušenja mnogo tehnološkijim, a time i jeftinijim.

Osim toga, rotacijsko bušenje omogućuje prolazak iskopa do pune dubine bez prelaska na drugu metodu bušenja. Pri izradi bušotine pužem, na primjer, u slučaju potrebe bušenja gromade, pribjegava se udarno-užadnoj metodi.

U tu svrhu iz debla izvlače pužni projektil i bacaju svrdlo na dno dok ne razbiju gromadu. Zatim dno čiste željonom. Istom se koriste ako je potrebno podići na površinu vodozasićeni pijesak koji se u kolonskoj cijevi jednostavno ne zadržava.

Praksa pokazuje da bušotine izbušene rotacijskim načinom imaju dulji vijek trajanja. Tehnološki se to objašnjava time da se nakon ugradnje zaštitne kolone koja oblikuje stijenke bušotine, međucijevni prostor dodatno učvršćuje.

Oprema za izradu bušotine

Na početku se na površini iznad bušotine postavlja vertikalna konzola za daljnje pričvršćivanje vertikalnih članaka radne kolone. Prvi članak ove bušaće osovine opremljen je radnim elementom – svrdlom, koje može imati različit format, ovisno o kategoriji stijene prema bušivosti.

Naravno, za bušenje vodonosnih bušotina koristi se kompaktnija oprema, a formiranje označenog tornja, u pravilu, nije potrebno.

Set bušaćih alata

Kod produbljivanja prvog članka, svijeće, na njega se postavlja sljedeći, nazvan šipka, i tako dalje. Duljina svakog takvog bloka od cijevi može varirati od 20 do 50 m. Radi pojednostavljenja formiranja radne kolone, svaka se šipka oprema konusnim navojem s bravom.

U konačnici se formira bušaći sklop koji se sastoji od:

• radnog dlijeta;
• vodeće šipke;
• kolone običnih šipki, međusobno spojenih muftama.

Držanje radne kolone ostvaruje se pomoću verigle, čiju rotaciju proizvodi rotor. Ovisno o tome koliko se duboko planira bušiti, kao i kakva su fizikalno-mehanička svojstva tla, za formiranje vodećeg članka koriste se standardne ili otežane šipke.

Vodeća šipka u pravilu je otežana cijev, jer na nju je postavljena važna tehnološka misija. Kroz nju u dno bušotine do dlijeta stiže isplaka, čiji je zadatak ispiranje usitnjene stijene. A to pak postavlja zahtjeve na muftne spojeve, čiji je zadatak brtvljenje spojeva između članaka.

Ne treba zaboraviti da tlak tekućine izravno ovisi o visini formiranog stupca (i ne ovisi o presjeku cijevi). Pritom, čak i ako se kao isplaka koristi voda, na svakih 10 metara tlak će porasti za 1 atmosferu.

Za usporedbu valja navesti primjer. Radni tlak u kućanskim cijevnim mrežama u kući iznosi 10 atmosfera, a najčvršće cijevi projektirane su za tlak od 20 atmosfera.

Međutim, dok su kućanski sustavi stacionarni i nepomični, na vodeću šipku djeluje pritisak jednak težini bušaće kolone. A ona još mora prenositi rotacijski impuls i silu na dlijeto.

Muftte su najodgovorniji elementi šipke, jer upravo na njih otpada težina cijelog donjeg dijela susjedne šipke, kao i opterećenje od dinamičkih oscilacija i rotacijskog gibanja koje prenosi motor.

Za muftte kao konstruktivne elemente bušaće kolone vrijede sljedeći zahtjevi:

• moraju osigurati brtvljenje spoja šipki i izdržati tlak tekućine do 100 atmosfera (za čišćenje dna bušotine mlazom pod tlakom);
• moraju biti otporne na habanje kako ne bi postale neupotrebljive pri trenju o stjenke bušotine;
• moraju imati mogućnost prenijeti okretni moment od gornjeg dijela radne kolone na donji i, konačno, na dlijeto.

Izuzetno je važno da muftte imaju odgovarajuću kvalitetu izrade. Ako barem jedna od njih ne izdrži opterećenje i radna kolona se prekine, bit će iznimno teško izvući njezin donji dio zajedno s dlijetom. Po kapitalnim troškovima ponekad je jednostavnije izbušiti novu bušotinu u blizini nego izvaditi odvojenu vodeću šipku.

Korištenje vode tijekom bušenja

Tekućina koja se dovodi do dna izbušene rupe najčešće je obična voda. Ponekad se, radi stabilizacije kanala koji prolazi kroz rastresite nevezane stijene (pijesci, šljunkoviti, šljunčano-valutični nanosi), u bušotinu upumpava isplaka s bušaćim dodacima. To je potrebno jer se oplata ne postavlja u prvim fazama bušenja.

Voda ulazi u iskopinu bilo pod tlakom unutar pogonske šipke (i tada se ispumpavanje odvija kroz prstenasti prostor), bilo gravitacijom prema dolje kroz prstenasti prostor, a uklanjanje se odvija kroz radnu kolonu pomoću ispumpavajuće pumpe.

To su 2 različite tehnologije rotacijskog bušenja, čije će značajke biti razmotrene u nastavku.

Rotacijsko bušenje odlikuje se najvećom brzinom izrade vodozahvatne bušotine. Istovremeno s bušenjem provodi se ispiranje kanala i priprema iskopine za predstojeći rad.

Međutim, bez obzira koja se metoda primjenjuje, tekućina koja se koristi u bušenju posvuda zahtijeva pročišćavanje (za daljnju upotrebu).

Za to se koristi sljedeći kompleks opreme:

• Spremnik za skladištenje isplake. (Ako se planira bušiti plitka bušotina – unutar nekoliko desetaka metara, može se urediti izravno u zemlji, a kao isplaka se koristi obična voda). Spremnik služi kao spremnik za isplaku.
• Vibracijsko sito. Isplaka koja se podiže iz bušotine nosi čestice zdrobljene stijene koje je potrebno ukloniti. Najučinkovitiji način je mehanički, korištenjem vibracijskog sita.
• Taložnik. Nakon uklanjanja krupnih čestica stijene, tekućina odlazi u taložnik kako bi se oslobodila suspendiranih čestica koje se talože. Pri korištenju vode kao isplake, taložnik se ponekad također izgrađuje izravno u zemlji. Osim toga, za razdvajanje tekućih tvari i odvajanje taloga koristi se hidrociklon.
• Bušaća pumpa. Upravo ona osigurava cirkulaciju isplake.
• Sustav žlijebova. Oni su potrebni za kretanje vode od točke formiranja iskopine do mjesta njezina pročišćavanja.

Sveukupno, za izradu bušotine rotacijskom tehnologijom potrebni su sljedeći mehanizmi i oprema:

1. Toranj ili konzola za sastavljanje bušače kolone iz šipki i rastavljanje po završetku bušenja, te sustav za dizanje (talevni sustav).
2. Motor koji osigurava okretanje rotora.
3. Oprema za tekućinu. Mehanizmi i uređaji za osiguravanje cirkulacije isplake i njezino pročišćavanje (pumpa; vibracijsko sito; taložnici i/ili hidrociklon; spremnik za skladištenje isplake; sustav cijevi i žlijebova).

Za rotacijsko bušenje plitkih bušotina cijeli navedeni set opreme vrlo je kompaktan (na primjer, konzolna grana je sklopiva). To osigurava jednostavnost smještaja opreme za bušenje na bilo kojem mjestu pogodnom za izvođenje bušaćih radova i kasnijeg rada.

Dvije varijante rotacijskog bušenja

Ovisno o načinu dovoda tekućine za ispiranje u dno bušotine razlikuju se 2 tipa tehnologije rotacijskog bušenja:

1. s izravnim dotokom;
2. s povratnim dotokom.

Treba napomenuti da tekućina koja se dovodi u dno bušotine nije namijenjena samo za ispiranje i iznošenje usitnjene stijene. Ona također hladi svrdlo koje se jako zagrijava od trenja. U slučaju izravnog dotoka tekućine pumpa stvara njezin pretlak.

Voda ulazi u dno bušotine kroz tehnološke otvore u svrdlu, "pokupi" usitnjenu stijenu i zatim gravitacijom kroz bušotinu (to jest, kroz međucijevni prostor u odnosu na pogonsku šipku) dospijeva na površinu, gdje ulazi u sustav za pročišćavanje (vibracijsko sito, hidrociklon).

Ispiranje može biti izravno ili povratno, o čemu će ovisiti kvalitativne karakteristike korištene opreme, ali načelna shema vrijedi za obje varijante tehnologije.

Tehnologija povratnog dotoka podrazumijeva da tekućina za ispiranje pritječe do dna bušotine gravitacijom, spuštajući se kroz bušotinu, dok se natrag na površinu otopina s usitnjenim materijalom vraća kroz cijev pogonske šipke. Bušaća pumpa u ovom slučaju stvara negativni tlak upravo u njoj.

Unatoč prividnoj jednostavnosti obje tehnologije, ovdje ima mnogo više nijansi nego što se na prvi pogled čini. Stoga se čini svrhovitim detaljnije se zadržati na svakoj od navedenih tehnologija bušenja.

Bušenje s izravnim dovodom isplake

Takvu tehnologiju ponekad nazivaju "izravnim vodotokom". Svrhovito ju je koristiti u pjeskovitim, šljunčanim, drobljenim tlima. Također se primjenjuje ako dubina vodonosnog sloja ne prelazi 30 m. Upravo se ovdje u tekućinu dodaju aditivi koji povećavaju njezinu gustoću i stabilnost bušotine.

Rotacijsko bušenje karakterizira postupno smanjenje promjera bušotine koja se izrađuje. Drugim riječima, prvo se buši bušotina najvećeg promjera, zatim se oblaže cijevi, a prstenasti prostor između vanjske površine cijevi i stijenke bušotine kroz tehnološke otvore ispunjava se cementnom žbukom.

Dalje se bušenje nastavlja manjim svrdlom. Zatim se ponovno postavljaju zaštitne cijevi, a novi dio ima još manji promjer i tako dalje. Što se rjeđe mora prekidati radi cementiranja bušotine, to je veća produktivnost bušenja, što se u konačnici odražava na ukupne troškove procesa i same bušotine.

Osim toga, prečesto postavljanje zaštitnih cijevi u konačnici dovodi do toga da se efektivni promjer bušotine (promjer koji otvara vodonosni sloj) znatno smanjuje. Dakle, 'izravni protok vode' karakterizira činjenica da se bušotina pri takvom načinu izrade ne mora oblagati sve do 100 metara.

Glavni tlak ispirajuće tekućine stvara se pumpom unutar pogonske šipke, a međucijevni prostor tekućina s elementima drobljene stijene ispunjava samotokom, ne uništavajući pretjeranim tlakom stijenke bušotine.

Shema bušenja s izravnim dovodom ispirajuće tekućine. Njezin dovod u dno bušotine odvija se kroz cijev pogonske šipke, a na površinu se vraća samotokom

Međutim, ovaj način bušenja ima i nedostatke. Konkretno, predugi neobloženi dio dovodi do toga da u vodonosne slojeve dospijevaju sitno dispergirane glinene čestice, što može znatno smanjiti i usporiti dotok vode u bušotinu iz vodonosnog sloja.

Te čestice ovdje djeluju kao svojevrsni čepovi pora i mikrokanala u stijeni kroz koje se voda procjeđuje. Stoga je postupak postavljanja zaštitnih cijevi tijekom bušenja neophodan za očuvanje daljnje produktivnosti bušotine u cjelini.

Bušenje s obrnutim dovodom isplake

Kod takvog načina upravljanja dovodom tekućine, bušotina i njezino dno najbolje se čiste. Pumpa ovdje ne potiskuje tekućinu u dno, već je usisava natrag, što dovodi do toga da se brzina izrade bušotine svrdlom povećava za red veličine i još više u usporedbi s izravnim ispiranjem.

Sama bušotina nije izložena onečišćenju glinenim uključcima s protokom ispirajuće tekućine. Naime, pumpa usisava na površinu sve što se u njoj može nalaziti. Inače, ovdje više nema nikakve praktične svrhe u dodatnim dodacima, pa se kao ispirajuća tekućina koristi čista voda.

Shema obrnutog ispiranja pri rotacijskom bušenju. Dovod se odvija samotokom kroz međucijevni prostor, a natrag se mulj izvlači pumpom kroz cijev pogonske šipke

Dakle, rezimiramo prednosti bušenja s obrnutim protokom vode:

• brzina bušenja povećava se (u usporedbi s izravnim protokom vode) do 15 puta;
• Vodonosni horizont se ne začepljuje glinenim česticama i muljevitim pijescima iz donjih, još neobloženih razina bušotine;
• zahvaljujući kvalitetnom otvaranju vodonosnog horizonta, bušotinu nije potrebno dodatno pripremati za rad, može se odmah ugraditi unutarnja obložna kolona s filterom i pokrenuti ispumpavanje pumpom;
• kao radna tekućina koristi se obična (a time i jeftina) voda.

Ipak, ova metoda ima i značajan nedostatak. Zahtijeva angažiranje skupe opreme, što u konačnici dovodi do znatnog poskupljenja cjelokupnog procesa bušenja.

Stoga se bušenje «obrnutim vodotokom» izvodi samo u onim slučajevima kada je bušotina predviđena za rad od strane više kućanstava odjednom. Ali u slučaju da je bušotina predviđena za individualnu upotrebu, tada je mnogo razumnije koristiti tehnologiju rotacijskog bušenja s izravnim vodotokom.

Zaključci i koristan video na temu

Video #1. Prikaz postupka rotacijskog bušenja korak po korak:

Video #2. Analiza rotacijske tehnologije i načela uređenja bušotine:

Video #3. Cirkulacija vode tijekom rotacijskog bušenja:

Situacija s prisutnošću i dubinom vodonosnih horizonata može se jako razlikovati od mjesta do mjesta (a negdje ih uopće nema, kao na otoku Madeiri).

Pri projektiranju bušotine i odabiru optimalnog načina rotacijskog bušenja treba koristiti postojeće karte istraženih vodonosnih horizonata. To će vam pomoći uštedjeti znatna sredstva i vrijeme.

Podijelite svoje iskustvo u izradi bušotine rotacijskom tehnologijom. Podijelite tehnološke nijanse koje će koristiti posjetiteljima stranice. Ostavite, molimo, komentare u blok-obrascu ispod, postavite fotografije i postavljajte pitanja na temu članka.