Abstrakt
:
The authors desribe application of new method for drilling of deep water well.
1. Úvod
Hluboké hydrogeologické vrty, situované v oblasti východočeské křídy a sloužící
jako jímací objekty podzemní vody, se po mnoho desítek let hloubily klasickou technologií nárazového vrtání, případně vrtání
systémem rotary, kombinovaného ve větších hloubkách s technologií jádrového vrtání. Důvodem byly specifické hydrogeologické
poměry, kdy zdejší hydrogeologické rajóny jsou zpravidla vícekolektorovým zvodnělým systémem a konstrukce vrtů tak musí umožnit
jímat pouze jednu vybranou zvodeň a ostatní zvodně je nutno ve vrtech odtěsnit. Při uložení jímaných zvodní v hloubkách
obvykle od 100 do 300 m, většinou s výrazně napjatou hladinou podzemní vody a při specifické vydatnosti vrtů v jednotkách
až desítkách l/s/m, byla dlouhodobá funkčnost vrtů zpravidla funkcí jejich průměru. Nezbytné bylo mít dostatečnou světlost
definitivní výstroje vrtu pro zabudování výkonných čerpadel a současně dostatečně velké mezikruží mezi výstrojí vrtu a stěnou
vrtu pro instalaci funkčního zaplášťového těsnění.Značnou nevýhodou tohoto způsobu vrtání byl kromě vysoké ceny zejména
pomalý postup, kdy realizační doba vrtů činila mnoho měsíců, někdy i let.
V roce
1999, po mnohaleté pauze, se opět objevil záměr vybudovat hluboký hydrogeologický vrt v jednom z nejvýznamnějších rajónů
východních Čech, v rajónu 427 Vysokomýtská synklinála. Tento vrt o projektované hloubce 250 m měl být využit pro zásobování
nové velkokapacitní drůbežárny v obci Dvořisko poblíž Chocně. Vítězem výběrového řízení se stala Orlická
hydrogeologická společnost, spol. s r.o. Ústí nad Orlicí ve společenství s a.s. Vodní zdroje Praha, a to z jednoduchého
důvodu: nabídka byla cenově nejvýhodnější a současně časově několikanásobně kratší než konkurenční nabídky. Proč? Poprvé
ve východních Čechách byl takto hluboký vrt prováděn technologií příklepového vrtání se vzduchovým výplachem. Podívejme se
proto podrobněji na dosažené výsledky.
2. Pozice vrtu v geologické
a hydrogeologické struktuře
Geologické poměry zájmového
území jsou dány umístěním v centrální části strukturní jednotky vysokomýtská synklinála, náležející jihovýchodnímu
okraji české křídové pánve. Místo realizovaného průzkumu se nachází jihozápadně od významné tektonické linie choceňská
flexura, podél které došlo k relativnímu poklesu jihozápadní kry o více než 100 m. V této zakleslé kře, která je směrem
dále k západu patrně omezena další tektonickou linií, predisponující kopec Babka, jsou v prostoru zájmové lokality do
hloubky cca 70 m zachovány svrchnoturonské slínovce březenských vrstev, níže až do hloubky necelých 230 m jsou dokumentovány
jemnozrnné pískovce, prachovce a slínovce jizerských vrstev střednoturonského stáří. Potom následuje cca 90 m mocný komplex
jemnozrnných pískovců a spongilitických prachovců bělohorských vrstev spodnoturonského stáří s bazální několikametrovou
polohou glaukonitických pískovců korycanských vrstev cenomanského stáří.
Z hydrogeologického
hlediska je zájmové území řazeno k severní části hydrogeolog. rajónu č. 427 Vysokomýtská synklinála. Rajon je vícekolektorovým
zvodnělým systémem s přírodními zdroji podzem. vod ve výši přes 3 000 l/s. Bazální, plošně nespojitá zvodeň se nachází
v pískovcích cenomanského stáří (kolektor A), výše se nachází plošně nejrozsáhlejší zvodeň spodnoturonská ( vázaná
na kolektor B ), nad ní pak leží dvě zvodně střednoturonské, vázané na kolektory Ca a Cb a nejvyšší zvodeň
je vázána na rigidní polohy svrchnoturonských sedimentů, případně na zónu připovrchového rozpojení puklin ( kolektor D).
Vrt
DH-1 byl zaměřen na jímání spodnoturonské zvodně, vázané na puklinově propustné spongilitické prachovce a pískovce bělohorského
souvrství ( kolektor B ) s tím, že veškeré nadložní zvodně, vesměs málo vydatné, byly ve vrtu zaplášťově odtěsněny. Bělohorské
souvrství bylo zastiženo v hloubce 229 m, přítok vody byl zaznamenán v hloubce 249 m, tj. pouze 1 m nad projektovanou
hloubkou vrtu. Z důvodu potřeby zastižení větší mocnosti zvodnělé vrstvy byla proto hloubka vrtu zvětšena na 257 m. Hladina
vody byla napjatá, s pozitivní výtlačnou úrovní cca 14 m nad úroveň terénu, tj. na kótu přibližně 305 m n.m., přetok v úrovni
terénu činil cca 4 l/s. Průtočnost kolektoru v místě vrtu byla odvozena pouze nepřímo ze specifické vydatnosti a pohybuje se
kolem hodnoty 4.10-4 m2/s. Infiltrační povodí jímané zvodně se nachází v oblasti povrchových výchozů
spodnoturonských sedimentů při jižním a jihozápadním okraji rajonu, tj. zejména v širším okolí měst Polička a Nové
Hrady, část podzemní vody se však do spodnoturonského kolektoru pravděpodobně přelévá v křídlech vysokomýtské synklinály
v širším okolí města Litomyšl i z nadložních zvodní střednoturonských. Hladina podzemní vody se generelně z oblasti
jižního okraje synklinály sklání k jejímu severnímu okraji, kde v prostoru severně od Vysokého Mýta dochází k přirozené
drenáži podzemní vody do koryta Loučné, případně do Tiché Orlice v oblasti Chocně.
3. Dokumentace prací
na vrtu DH-1
Práce byly prováděny osádkou vrtmistra Rydvala z firmy Vodní zdroje, a.s. Praha v termínu
1.9. – 14.10.1999.
Hloubka vrtu : 257,00 m Nadmořská výška : 291,03 m n.m (terén)
Průměry vrtání
:
0,0 - 5,2 m průměr 430 mm
5,2 - 61,0 m průměr 381 mm
61,0 - 179, 5 m průměr 254 mm
179,5 - 257,0 m průměr 156 mm
Geologický profil :
0,00 - 0,25 m světle
hnědá prachovitá humózní hlína
0,25 - 1,70 m žlutošedý prachovitý jíl, tvrdý
1,70 - 2,80 m hnědošedý
slínovec, silně navětralý
2,80 - 7,30 m hnědošedý
slínovec navětralý
7,30 - 22,00 m šedý
až tmavošedý slínovec pevný
22,00 - 33,80 m tmavošedý slínovec,kusovitě
rozpadavý,na puklinách s limonitickými povlaky
33,80 - 56,00 m tmavošedý slínovec,
pevný
56,00 - 72,00 m sytě šedý až
tmavošedý slínovec, měkký
svrchní turon – MESOZOIKUM
72,00 - 92,00 m světlešedý vápnitý
pískovec, jemnozrnný
92,00 - 127,00 m světlešedý
vápnitý prachovec až prachovitý slínovec
127,00 - 142,00 m tmavošedý jemně písčitý slínovce, měkčí, rozpadavý
142,00 - 177,00 m šedý vápnitý prachovec, pevný
177,00 - 181,00 m šedý vápnitý prachovec, pevný, s kalcitovými žilkami
181,00 - 196,00 m tmavošedý prachovitý slínovec, vápnitý, pevný
196,00 - 229,00 m tmavošedý slínovec, vápnitý, pevný
střední turon - MESOZOIKUM
229,00 - 257,00 m bělošedý vápnitý pískovec až písčitý karbonát,
velmi pevný
spodní turon – MESOZOIKUM
Hladina podzemní vody :
naražená (přítoky) - 120 - 140 m od terénu (cca 0,7 l/s), 249 m (cca 4 – 5 l/s)
ustálená - přetok (na konci vrtných prací)
Výstroj vrtu :
0,0 - 4,5 m ocel
průměr 426 mm, plná
+0,3 - 61,0 m ocel
průměr 273 mm, plná
53,92 - 178,4 m ocel
průměr 168 mm, plná
174,8 - 207,8 m ocel průměr 108 mm, plná
207,8 - 257,0 m ocel průměr 108 mm, perforovaná
Úprava vnějšího pláště výstroje :
0,0 - 61,0 m zaplášťová cementace
57,0 - 179,0 m zaplášťová cementace
Uzávěr vrtu :
Vrt je uzavřen ocelovým tlakovým zhlavím průměr 273 mm se šoupětem Js 50 mm.
Testování
vrtu DH-1 prováděla osádka mistra Jiráska z Orlické hydrogeologické společnosti ve dnech 19.10. – 10.11. 1999. Hladina před
čerpáním byla v úrovni +14,0 m nad horním okrajem výstroje vrtu (143 kPa), tj. cca 14,4 m nad terénem. Přítok vody do vrtu byl
ověřován při třech různých sníženích hladiny. První snížení bylo prováděno ve dnech 20. – 26. 10.1999. Pomocí přepadového
a na něj navazujícího 200 m dlouhého odpadního potrubí byla z vrtu odpouštěna voda při zachování zbytkového tlaku, odpovídajícího
úrovni hladiny + 5 m nad horním okraj výstroje vrtu. Vydatnost z počátečních 4,36 l/s poklesla na 3,57 l/s, v závěru snížení
mírně vystoupila na 3,70 l/s. Druhé snížení (zpětné) bylo prováděno ve dnech 26.10 – 1.11.1999. Zbytkový tlak na zhlaví byl zvýšen
tak, aby hladina odpovídala úrovni +10 m nad horní okraj výstroje vrtu, Vydatnost po celou dobu snížení byla ustálená a činila
2,22 l/s. Třetí snížení proběhlo ve dnech 1. 11. – 9.11.1999. Do vrtu bylo instalováno ponorné čerpadlo CVBU se sacím košem v hloubce
4,95 m od horního okraje výstroje vrtu. Hladina vody byla snížena na koš čerpadla a vydatnost poklesla z úvodních 7,69 l/s během
5 hodin na 5,55 l/s a poté na 5,26 l/s, kde se ustálila až do konce třetího snížení. Nástup hladiny byl po vypnutí čerpadla
prakticky okamžitý (přetok byl obnoven za necelou minutu), po vytěžení čerpadla a uzavření vrtu, tj. cca po dvou hodinách, byla
hladina ve výšce cca 13 m nad horním okrajem výstroje (127 kPa). Po 24 hodinách byl zaznamenán tlak 136 kPa, tzn. výšku cca +13,34 m
nad horním okrajem výstroje.
Z hlediska
jakosti je voda jímaná vrtem DH-1 Ca – HCO3 typu, středně tvrdá, alkalické reakce, s mineralizací kolem 350 mg/l.
Obsah dusitanů, dusičnanů a všech specifických organ. látek, včetně nepolárních extrahovatelných látek, je pod mezí detekce
analytických metod, vyhovující jsou i koncentrace všech stopových kovů. Příznivá je i jakost vody z hlediska biologických a
mikrobiologických ukazatelů a z hlediska ukazatelů radiologických. Jedinou složkou která nevyhovuje ČSN 75 7111 Pitná voda je
obsah celkového železa (kolem 1 mg/l).
4. Technický a
technologický postup prací
Vrt
byl realizován vrtnou soupravou AQUADRILL 800 výrobce Atlas Copco, rotačně příklepovou technologiií. Souprava je vybavena pro vrtání
ponornými kladivy se vzduchovým výplachem s možností použití vrtné pěny. Nasazen byl vysokotlaký kompresor Atlas Copco typu
XRVS 455 Md, parametrů max. tlak 27 barů, množství vháněného vzduchu max. 455 l/s. Vrtání probíhalo ponornými kladivy Atlas Copco
COP 12, COP 8 a Sandvik SD 6. Do hloubky 61 m byly použity vrtní tyče 4,5“ a do konečné hloubky bylo vrtány tyčemi 3,5“. Tlaková
cementace byla provedena pojízdným cementačním agregátem.
Postup
vrtných prací: 0,0 - 5,2 m vrtáno jádrově profilem 430 mm a zapaženo ocelovou manipulační pažnicí profil 426 mm, která byla následně
odpažena. Do hloubky 61 m bylo vrtáno profilem 381 mm za použití vrtné pěny Modifoam holandského výrobce, která má atesty na použití
pro pitnou vodu. Vrt byl vystrojen do hloubky 61 m plnou ocelovou trubkou profilu 273/6,3 mm, která byla uchycena do cementového můstku a
tlakově zaplášťově zacementována v celé etáži. Dále bylo pokračováno ve vrtání profilem 254 mm do hloubky 179,5 m. Tato
etáž byla vystrojena ocelovou trubkou profilu 168/4,5 mm, v hloubce cca 54 m byl proveden spojník s levým závitem a výstroj
byla pracovně vytažena až nad terén, aby bylo zmenšeno mezikruží a tím bylo usnadněno vynášení vrtné drtě při vrtání další
etáže. Následně byla provedena tlaková cementace etáže 57,0 - 179,0 m. Ve vrtání bylo pokračováno profilem 156 mm do konečné
hloubky vrtu 257,0 m. Vrt byl vystrojen ocel. trubkou profil 108/4,5 mm. Výstroj byla ukončena v hloubce174,8 m. Perforovaná část
výstroje je v úseku 207,8 - 257,0 m. Následně bylo provedeno odpojení manipulační ocelové výstroje profil 168 mm v hloubce
54 m. Tím byly vrtné práce ukončeny.
5. Poznatky
hydrogeologické
Velkoprůměrové
vrtání bez použití výplachu, ať už „vodního“ nebo „hustého“, má v oblasti východočeské křídy dlouholetou tradici
a přes řadu oponentů jej pokládáme za bezkonkurenčně nejvýhodnější způsob budování hlubokých vrtaných studen. Lze uvést desítky
případů, kdy hluboké vrty prováděné technologií nárazového vrtání mají o řád i více vyšší vydatnost než vrty prováděné
technologií jádrového vrtání, a to zejména tehdy, jsou-li umístěny v hydrogeologickém masivu mimo hlavní komunikační cesty
podzemní vody tak jako tomu je na lokalitě Dvořisko. O dokonalejším odtěsnění nadložní zvodní při aplikaci velkoprůměrové
technologie patrně není nutno odbornou veřejnost přesvědčovat.
V dnešní
době však najít funkční nárazovou soupravu, zkušeného vrtmistra a zejména investora, který by bez mrknutí oka sledoval hlomozící,
na všech možných částech ukapávající soupravu typu UKS, PR-15, apod., s vrtným postupem 1 m denně, je věru těžké. Proto
pokus použít i pro vrt hluboký přes 250 m moderní technologii příklepového vrtání se vzduchovým výplachem byl lákavý a výsledky
byly i z hlediska hydrogeologického více než příznivé. Předně, geolog díky velmi rychlému postupu se i při dnešních minimálních
cenách za geologické výkony v oblasti komunální hydrogeologie může osobně zúčastnit všech rozhodujících fází vrtání.
Za druhé, pokud má geolog dostatečné zkušenosti, bezpečně, s přesností na 1 – 2 m, pozná přítoková místa, i když se,
tak jako tomu bylo v případě vrtu DH-1, vůbec nekryjí s litostratigrafickými rozhraními. Za třetí, a to je patrně nejvýznamnější
poznatek, kolmatace stěn vrtu v přítokové etáži je minimální, takže specifické vydatnosti vrtů nejsou snižovány vstupními
odpory, jako tomu v oblasti východních Čech bývá v případech použití technologie jádrového vrtání.
6. Závěr
Realizovaný
vrt v lokalitě Dvořisko splnil parametry požadované odběratelem a uvažované zodpovědným zpracovatelem. Doba realizace, při
nasazení jednosměnného provozu a při dodržení všech nutných technologických přestávek (cementační klid a pod..) byla prakticky
jen 7 týdnů, což je výrazně méně než při použití klasických technologiií. Tím i cena prací byla více než o 1/3 nižší
oproti tomu, kdyby se vrt realizoval klasicky.
Podmínkou
pro realizaci zakázky tohoto typu je, aby firma provádějící vrtné práce disponovala odpovídajícím technickým vybavením a týmem
zkušených pracovníků. Velice důležitá je i spolupráce a koordinace mezi zodpovědným zpracovatelem - geologem a týmem provádějícím
vrtné práce. Závěrem lze konstatovat, že zdárné provedení tohoto díla je určitým průlomem v oblasti technologie realizace
hlubokých hydrogeologických vrtů tohoto typu.
Zpět
na odborné články