CZ16302U1 - Pažený zemní vrt a zařízení k vytváření pažení pro tento vrt - Google Patents

Description

Pažený zemní vrt a zařízení k vytváření pažení pro tento vrt

Oblast techniky

Technické řešení se týká vrtů, především pro čerpání vody z větších hloubek. Jedná se o vrty, kde ve vrtu je vytvořeno pažení, utěsněné proti průniku vod jak v axiálním směru, tedy přes vrtem provrtané nepropustné vrstvy, tak i v radiálním směru, tedy z pažení do horniny nebo obráceně, pouze s výjimkou záměrného prostupu do pažení v místě, resp. v rozsahu hloubek, odpovídajících požadovanému odběru vody, resp. odčerpávání této vody.

Dosavadní stav techniky

V současnosti jsou známy vrty, též pro odběr vody, a to jak pitné vody, tak i vody kontamino10 vaně, kde se odčerpává taková voda z důvodu sanace kontaminovaných geologických vrstev. Takové vrty jsou vytvářeny následujícím způsobem. Vyvrtá se studna o potřebné hloubce, přičemž z důvodu ochrany čerpadla, pro možnost čerpání a pro možnost utěsnění se do vrtu spouští potrubí. Takové potrubí, v současnosti používané, se vyrábí z nerezových slitin, kde je zaručena dlouhodobá odolnost proti vodě, včetně agresivních vod, případně i kontaminovaných kyselili námi, apod. S tím jsou ovšem spojeny určité nevýhody. Především nerezové potrubí je poměrně drahé, což je závažnou vadou zejména v situaci, kdy je třeba hloubit vrty poměrně hluboké a současně ve velkém počtu. Dále vychází, za obvyklých požadavků na pevnost takového potrubí, u potrubí spouštěného do vrtu poměrně vysoká hmotnost. Proto v takovém případě je nutno používat jak k dopravě, tak i k manipulaci na místě montáže, především však ke spouštění postupně spojovaných kusů potrubí do vrtu, těžkou dopravní a manipulační techniku, což je velmi nákladné. Dále pak jsou tu problémy se spojováním nerezových trubek, neboť jejich svařování je náročné a jejich spojování Sroubením je spojeno také s různými problémy, jako je nevhodný povrch obrobené plochy na závitu nerezových trubek, nebo i problém s únosností a s těsností závitových spojů na nerezových trubkách. Naproti tomu je sice známo použití plastových trubek pro vedení vody, ovšem většina plastů nemá potřebnou odolnost a životnost v agresivním prostředí, jiné plasty zase nelze spolehlivě spojovat lepením, což je důvodem, proč dosud pro uvedené speciální účely nebylo plastů použito.

Podstata technického řešení

Uvedené nevýhody se v podstatné míře řeší a vytvoření technologicky i cenově výhodných paže30 ných vrtů, především do větších hloubek, se dosahuje u vrtu s pažením, podle předkládaného technického řešení, kde podstata spočívá v tom, že pažení pro uvedené vrty sestává z polyetylénové, na tupo svařované trubky, opatřené dole pevným dolním uzávěrem a vykazujícím perforovanou filtrační zónu, nad kterou je provedena dočasná technologická zátka, přičemž na horním konci je trubka opatřena prozatímním horním uzávěrem. Pevný dolní uzávěr, vytvořený dole na nejnižší trubce, je s výhodou proveden jako polyetylénová eliptická deska, přivařená na šikmo seříznutý dolní konec trubky. Filtrační zóna je s výhodou tvořena otvory o ploše 25 až 75 % plochy příslušné části trubky, vytvořenými v této trubce a překrytými filtračním pláštěm se štěrbinami, které se rozšiřují směrem do dutiny v trubce, a to pod vrcholovým úhlem od 15 do 90 úhlových stupňů. Výhodou je ještě, jestliže filtrační plášť je vytvořen z polyetylénové desky o tloušťce od 4 do 8 mm, přičemž rozšiřující se štěrbiny jsou v této polyetylénové desce vyrobeny frézováním tvarovou frézou. Výhodou je dále, jestliže štěrbiny mají podlouhlý tvar, přičemž šířka štěrbiny na vnější, vstupní ploše je od 1,4 do 2,5 mm a současně plocha štěrbin na této vnější, vstupní ploše tvoří od 5 do 20 % vnější plochy trubky ve filtrační zóně. Výhodné je také, jestliže trubka je opatřena, alespoň v oblasti filtrační zóny, distančními výstupky. S výhodou jsou distanční výstupky vytvořeny na této trubce odspodu po alespoň 90 % délky té části trubky, která se spouští do zemního vrtu v té spodní oblasti, kde tento zemní vrt vykazuje nerozšířený průměr. Distanční výstupky jsou s výhodou provedeny jako na tupo v radiálním směru navařená křídla, mající lichoběžníkový tvar, kde k trubce doléhá delší strana lichoběžníku. Distanční výstupky

-1 CZ 16302 Ul jsou výhodně umístěny na trubce vždy po obvodě, v pravidelných bočních odstupech, a to v počtu 3 až 4 distanční výstupky v jedné výškové úrovni, přičemž odstup, ve směru osy trubky, mezi jednotlivými místy s distančními výstupky je 4 až 10 metrů. Takový pažený vrt se výhodně vytváří zařízením, sestávajícím alespoň z vrtací soupravy s těžkou vrtnou věží, z lehké vrtné věže s lanovým spouštěcím ústrojím a s opěrným ústrojím, se svářecím ústrojím, provedeným jako orovnávací a svařovací souprava na spojování plastových potrubí na tupo, a z lehké mísící a manipulační techniky na štěrk, vodu a cement.

Tím se dosáhne vytvoření paženého vrtu, použitelného pro čerpání pitné i kontaminované a dokonce i agresivní vody, příkladně s obsahem kyselin, přičemž způsob vytváření takového pažení je relativně rychlý a levný a současně životnost i spolehlivost funkce takového paženého vrtu je velmi vysoká. Současně se tak dosahuje i funkce s dlouhodobě stabilní filtrací, která se na jedné straně minimálně zanáší a přitom velmi účinně chrání čerpadlo ve vrtu před opotřebením od průchodu nezfiltrovaných abrazivních částic.

Přehled obrázků na výkresech

Předkládané technické řešení je dále podrobněji popsáno a vysvětleno na příkladném provedení, též s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je situace vrtného místa, s vrtací soupravou, a to v půdorysu, na obr. 2 je, opět v půdorysu, situace vrtného místa před spouštěním trubek pro pažení vrtu, obr. 3, také v půdorysu, ukazuje situaci vrtného místa před cementováním mezikruží mezi trubkami pažení vrtu a stěnou vrtu, dále na obr. 4 je pak, v příčném svislém řezu, patrný vrt s pažením, ve shodě s předkládaným technickým řešením, načež na obr. 5 je v detailu, v nárysu, část trubky s filtračními otvory a konečně na obr. 6 je tatáž část trubky s filtračními otvory, a to v příčném vodorovném řezu, přičemž je připojen ještě obr. 7, ukazující detail opláštění trubky ve filtrační zóně, a to ve svislém řezu přes místo se štěrbinami.

Příklad provedení technického řešení

Celé zařízení, podle předkládaného technického řešení, je patrné na obr. 1, 2 a 3, kde na obr. 1 je pro vrtání připravená vrtná souprava i, na obr. 2 je pak v pracovní poloze lehká vrtná věž 2, sloužící zde jako zvedací a spouštěcí zařízení pro spouštění trubek 60 do vrtu 6. Bylo by pochopitelně možné použít i jiné spouštěcí zařízení s obdobnou věží, ale v praxi bývá obvyklá lehká vrtná věž dostupná a není tak třeba vytvářet jednoúčelové zvedací zařízení, které by bylo náklad30 nejsi. Termín lehká vrtná věž je zde vedle termínu těžká vrtná věž použit pro poukaz na skutečnost, že pro spouštění polyetylénových trubek stačí blokovat jen lehčí věž, i když by zde původně instalovaná těžká věž, užitá k vrtání, také vyhovovala, ale její organizační blokování po následující dobu spouštění by bylo logicky výrazně dražší, než u lehké věže. Dále je zde patrné uložení spojovacího a svářecího ústrojí 3 na trubky 60 z polyetylénu a také deponie 4 štěrku a úložiště 5 trubek 60. Na obr. 3 je potom patrná situace vrtného místa před cementováním. K tomuto účelu je zde připravena cementační souprava, tvořená zde příkladně mobilním zásobníkem 7 cementu a mobilním čerpadlem 8. Na obr. 4 je pak znázorněn samotný vrt 6, opatřený již pažením v podobě polyetylénové trubky 60, kde pažení sestává z odkalovací zóny 61, z filtrační zóny 62 a z plné zóny 63. Dno pažení je provedeno jako zaslepení polyetylénové trubky 60 dolním pevným uzá40 věrem 611, provedeným jako deska eliptického tvaru, přivařená na tavném principu na šikmo seříznutý dolní konec polyetylénové trubky 60. Mimořádně důležitá a výhodná je existence dočasné technologické zátky 631, vevařené do trubky 60 v průběhu jejího navařování a spouštění, a to na spodním konci plné zóny 63, Tato dočasná technologická zátka 631 slouží k uzavření trubky 60 pro natlakování během cementace mezikruží a následně je odvrtána. Ke kontrole tlaku a k uzavření trubky 60 pro zmíněné natlakování je ještě na horním konci nejvyšší trubky 60 navařen dočasný horní uzávěr 632, který obsahuje tlakoměr a uzavírací ventil, přičemž posledně jmenované součástky jsou obvyklé konstrukce a nejsou na výkrese pro jednoduchost znázorněny. Tento dočasný horní uzávěr 632 se také po skončené cementaci mezikruží odřezává. Na obr. 5 a 6 je pak ještě patrný detail trubky 60 ve filtrační zóně 62, kde trubka 60 má po svém obvodu

-2CZ 16302 Ul vytvořeny otvory 621. zde obdélníkových tvarů, překryté po celém obvodu filtračním pláštěm

622 z polyetylénové tenké desky, ve které jsou vyfrézovány štěrbiny 623. Plášť 622 je tvořen polyetylénovou deskou tloušťky 6 mm, ve které jsou vyfrézovány štěrbiny 623, se šířkou 2 mm na vstupu. V tomto příkladném provedení je vytvořen zemní vrt o průměru 500 mm, v horních 20 metrech navíc rozšířený na průměr 1000 mm. Horní zvětšený průměr je předběžně pažen ocelovým pláštěm 9 a jinak trubky 60, které tvoří pažení vrtu 6 po celé jeho délce, mají zde vnější průměr 250 mm a tloušťku stěny 23 mm, čímž vnitřní průměr vychází s rezervou na svary, apod., na 200 mm. Na obr. 5 je ještě patrný příčný profil těchto štěrbin 623, kde v tomto příkladném provedení štěrbiny 623 mají šířku na vstupu o velikosti 2 mm, jak již výše uvedeno, rozšiřují se ío směrem do dutiny v trubce 60, a to zde pod vrcholovým úhlem 30 úhlových stupňů. Celá trubka 60 je opatřena distančními výstupky 601, v podobě lichoběžníkových v radiálním směru na vnější povrch trubky 60 na tupo navařených křídel, a to podélně v odstupech 6 m, přičemž v každé takovéto výškové úrovni jsou vytvořeny, obvodově vždy po 90 úhlových stupních, 4 takovéto distanční výstupky 601, které jsou provedeny z polyetylénu, z desky o tloušťce 6 mm, při15 čemž jejich lichoběžníkový tvar vytváří zkosení pro usnadnění spouštění o náběžném úhlu 45 úhlových stupňů.

Funkce zařízení, v příkladném provedení, při vytváření paženého vrtu, ve shodě s předkládaným technickým řešením, je následující. Nejprve se vyvrtá běžnou vrtací soupravou I zemní vrt 6, dále se z úložiště 5 na vrtném pracovišti ručně, nebo s lehkou mechanizací, odebírají trubky 60, vyrobené z polyetylénu, pomocí svěrky se navěšují na zdvihací lano lehké vrtné věže 2, načež se zdvihají do výše a do svislé polohy, spouštějí se ke spojovacímu a svářecímu ústrojí 3, zde neznázorněnému v pracovní, ale jen v odložené poloze, obecně ale umísťovanému v dolní části lehké vrtné věže 2, zde se, s výjimkou první trubky 60, svářejí vždy s předchozí trubkou 60, načež se spouštějí do vrtu 6, přičemž jako první se spouštějí trubky 60 s odkalovacím, dole zasle25 pěným prostorem, dále pak trubky 60 s filtračními štěrbinami 623 na stěnách, tvořícími současně filtrační zónu 62, a konečně trubky 60 s plnými stěnami, přičemž první z trubek 60 s plnými stěnami je dole opatřena dočasnou technologickou zátkou 631, provedenou jako zaslepení uvedené trubky 60 vevařenou kruhovou deskou, a poslední z plných trubek 60 je nahoře opatřena prozatímním horním uzávěrem 632, kde po spuštění celého potrubí se toto potrubí do výše, přesahující výši filtračních otvorů, obsypává štěrkem z deponie 4, načež po natlakování na přetlak, o velikostí zde konkrétně 0,5 Mpa, se provádí zalití prostoru okolo potrubí směsí 10 vody a cementu, načež nakonec, po ztvrdnutí této směsi 10, se uvolní natlakování, odřezává se prozatímní horní uzávěr 632, běžnou vrtnou technikou se prořezává dočasná technologická zátka 631, tedy kruhová vevařená deska, potrubí se promývá vodou a nakonec se do potrubí spouští čerpací armatura, zde neznázoměná. Před pažením vrtu 6 plastovými trubkami 60 se provádí v homí části vrtu 6 pažení ocelovými vložkami, které tak vytvoří ocelový plášť 9, a to v rozsahu vrtu 6, provedeném předtím o větším průměru. Zalití směsí J_0 cementu s vodou se provádí postupně, a to v krocích o výšce 50 metrů. Před spouštěním se všechny trubky 60 opatří distančními vnějšími výstupky 601. Natlakování potrubí před cementací mezikruží, tedy prostoru mezi polyetylénovým svařeným a do vrtu 6 spuštěným potrubím, se zde provádí při zaplnění potrubí vodou, a to pochopitelně od dočasné technologické zátky 631 vzhůru.

Hospodářská využitelnost

Pažené zemní vrty a zařízení k jejich vytváření, podle předkládaného technického řešení jsou použitelné především pro vytváření více hlubších vrtů, příkladně o hloubce několika set metrů, a to pro odčerpávání kontaminovaných vod z podzemí. Použití je ovšem možné i pro vrty, použité jako studny na pitnou vodu.

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Pažený zemní vrt, vyznačený tím, že sestává z polyetylénové, na tupo svařované trubky (60), opatřené dole pevným dolním uzávěrem (611) a vykazující perforovanou filtrační zónu (62), nad kterou je provedena dočasná technologická zátka (631), přičemž na horním konci

   5 je trubka (60) opatřena prozatímním horním uzávěrem (632).
2. 2. Pažený zemní vrt, podle nároku 1, vyznačený tím, že pevný dolní uzávěr (611), vytvořený dole na nejnižší trubce (60), je proveden jako polyetylénová eliptická deska, přivařená na šikmo seříznutý dolní konec nejnižší trubky (60).
3. 3. Pažený zemní vrt, podle nároků 1 a 2, vyznačený tím , že filtrační zóna (62) je ío tvořena otvory (621) o ploše 25 až 75 % plochy příslušné části trubky (60), vytvořenými v trubce (60) a překrytými filtračním pláštěm (622) se štěrbinami (623), které se rozšiřují směrem do dutiny v trubce (60), a to pod vrcholovým úhlem od 15 do 90 úhlových stupňů.
4. 4. Pažený zemní vrt, podle nároku 3, vyznačený tím, že filtrační plášť (622) je vytvořen z polyetylénové desky o tloušťce 4 až 8 mm, přičemž rozšiřující se štěrbiny (623) jsou v

   15 této polyetylénové desce vyrobeny frézováním tvarovou frézou.
5. 5. Pažený zemní vrt, podle nároků 1 až 4, vyznačený tím, že štěrbiny (623) mají podlouhlý tvar, přičemž šířka štěrbiny (623) na vnější, vstupní ploše je od 1,4 do 2,5 mm a současně plocha štěrbin (623) na této vnější, vstupní ploše tvoří od 5 do 20 % vnější plochy trubky (60) ve filtrační zóně (62).

   20
6. 6. Pažený zemní vrt, podle nároků 1 až 5, vyznačený tím, že trubka (60) je opatřena, alespoň v oblasti filtrační zóny (62), distančními výstupky (601).
7. 7. Pažený zemní vrt, podle nároků 1 až 6, vyznačený tím, že distanční výstupky (601) jsou vytvořeny na trubce (60) odspodu, po alespoň 90 % délky té části trubky (60), která se spouští do zemního vrtu (6) v té spodní oblasti, kde tento zemní vrt (6) vykazuje nerozšířený

   25 průměr.
8. 8. Pažený zemní vrt, podle nároků 1 až 7, vyznačený tím, že distanční výstupky (601) jsou provedeny jako na tupo v radiálním směru navařená křídla, mající lichoběžníkový tvar, kde k trubce (60) doléhá delší strana lichoběžníku.
9. 9. Pažený zemní vrt, podle nároků 1 až 8, vyznačený tím, že distanční výstupky

   30 (601) jsou umístěny na trubce (60) vždy po obvodě, v pravidelných bočních odstupech, a to v počtu 3 až 4 distanční výstupky (601) v jedné výškové úrovni, přičemž odstup, ve směru osy trubky (60), mezi jednotlivými místy s distančními výstupky (601) je 4 až 10 metrů.
10. 10. Zařízení k vytváření pažení pro tento vrt, podle nároků 1 až 9, vyznačené tím, že sestává alespoň z vrtací soupravy (1) s těžkou vrtnou věží, z lehké vrtné věže (2) s lanovým

    35 spouštěcím ústrojím a s opěrným ústrojím, se spojovacím a svářecím ústrojím (3), provedeným jako orovnávací a svařovací souprava na spojování plastových potrubí na tupo, a z lehké mísicí a manipulační techniky na štěrk, vodu a cement.