Budowa studni głębinowej to inwestycja przynosząca szereg korzyści, w tym niezależność od sieci wodociągowej, dostęp do czystej wody i oszczędność kosztów. Do najefektywniejszych metod wiercenia studni należy metoda płuczkowa, znana również jako metoda płukana lub płukania.
Czym jest metoda płuczkowa?
Metoda płuczkowa to coraz częściej stosowany sposób budowy studni głębinowych, który opiera się na jednoczesnym wierceniu i usuwaniu urobku z otworu za pomocą płuczki wiertniczej. Płuczka to woda lub specjalistyczny płyn wtłaczany do otworu pod ciśnieniem. Płuczka wiertnicza, bezpieczna dla środowiska, ma za zadanie wydobywać zwierciny na powierzchnię podczas pracy wiertła, jednocześnie je chłodząc i smarując. Dzięki temu studnia płukana (głębinowa) powstaje w bardzo szybkim tempie, wymaga użycia mniejszej siły i materiałów, a także umożliwia łatwe dostosowanie wielkości otworu do potrzeb.
Metoda płuczkowa w zamyśle jest podobna do metody udarowo-obrotowej, jednak główną różnicą jest rodzaj wykorzystywanego medium do płukania urobku wiertniczego - w tym przypadku jest to ciecz lub gaz (rzadziej spotykany). Wykonywanie płuczki odbywa się w obiegu zamkniętym, co wyraźnie podnosi bezpieczeństwo, szybkość i komfort pracy. Kiedy świder wierci, do otworu automatycznie wtłacza się medium (zwykle wodę), wykonując płuczkę, której zadaniem jest błyskawiczne wyniesienie urobku na powierzchnię oraz bieżące chłodzenie i smarowanie świdra.
Płuczka wiertnicza
Płuczka wiertnicza pełni kluczową rolę, minimalizując ryzyko zawalenia się ścian odwiertu i ułatwiając usunięcie resztek skalnych z otworu. Może być kompozycją wody, bentonitu i innych substancji chemicznych. Przy użyciu technologii pompowania, płuczka jest wprowadzana do otworu pod wysokim ciśnieniem, co nie tylko chłodzi narzędzia wiertnicze, ale także stabilizuje ściany otworu. Proces ten jest niezwykle skomplikowany i wymaga precyzyjnej wiedzy oraz doświadczenia operatora wiertnicy, aby zagwarantować skuteczność operacji.
Zalety metody płuczkowej
Wykorzystanie metody płuczkowej do budowy studni głębinowej oferuje wiele korzyści:
- Precyzja: Specjalny płyn lub woda usuwają osady z otworu, co pozwala na utrzymanie czystej i stabilnej ścieżki odwiertu.
- Chłodzenie i smarowanie wiertła: Płyn płuczkowy chłodzi i smaruje wiertło, co zwiększa jego trwałość i efektywność działania.
- Bezpieczeństwo: Wykorzystywana ciecz działa jak bariera zapobiegająca osunięciom ziemi i utrzymująca nieruchomość powstającego otworu.
- Szybkość i ekonomia: Wiercenie studni metodą płuczkową należy do szybszych i mniej wymagających sposobów w porównaniu ze sposobem udarowo-obrotowym, co czyni ją wyjątkowo ekonomiczną i mniej pracochłonną.
- Brak przerw technologicznych: Metoda płuczkowa pozwala na wydobywanie zwiercin równocześnie z pogłębianiem otworu studni, co skraca czas pracy.
Ograniczenia metody płuczkowej
Mimo licznych zalet, metoda płuczkowa nie zawsze będzie idealnym wyborem. Najlepiej sprawdza się w miejscach, gdzie podłoże charakteryzuje się łatwością obróbki (np. miękka ziemia). Zastosowanie tego sposobu na twardym gruncie, skalnym lub rumoszu skalnym, nie przyniesie pożądanych efektów. W takich przypadkach zaleca się stosowanie metody udarowo-obrotowej. Ponadto, zastosowanie chemicznych dodatków do płuczki wiertniczej może wprowadzać pewne ryzyka związane z zanieczyszczeniem środowiska. W wymagających warunkach geologicznych ilość i skład płuczki mogą wymagać ciągłej regulacji, co z kolei zwiększa koszty operacyjne.
Zastosowanie metody płuczkowej
Metoda płuczkowa odwiertów studni głębinowych znajduje szerokie zastosowanie w różnych sektorach gospodarki, w szczególności w przemyśle wodnym i naftowym. Jest ona preferowana zarówno do wykonywania odwiertów w celach eksploatacyjnych, jak i badawczych. Przykładowo, wiercenie studni głębinowych metodą płuczkową jest powszechnie stosowane w obszarach pozbawionych dostępu do publicznych sieci wodociągowych, gdzie jedynym źródłem wody pitnej są głębinowe warstwy wodonośne. Ponadto, metoda płuczkowa jest również wykorzystywana w eksploracji surowców mineralnych, takich jak ropa naftowa czy gaz ziemny. Metoda płuczkowa ma również zastosowanie przy odwiertach geotermalnych.
Wybór odpowiedniego osprzętu do wiertnicy płuczkowej
Wybór odpowiedniego osprzętu do wiertnicy płuczkowej to podstawa, dzięki której praca będzie bezpieczna i przyniesie oczekiwane efekty. W asortymencie firm oferujących sprzęt wiertniczy dostępne są rozmaite warianty tłokowe, umożliwiające dokładne manewrowanie przepływem w otworze wiertniczym. Dostępne rozwiązania to maszyny o różnej wydajności (od 200 do nawet 750 l/min) oraz zakresie ciśnienia (63-75 barów).
Wybór urządzenia zależy od indywidualnego projektu, w tym m.in. od średnicy wiercenia (najczęściej 100-250 mm). Im większa średnica urządzenia, tym ciężej jest wiercić ręcznie. Wiertnice ręczne do studni głębinowych powinny być wykonane z materiałów wysokiej jakości, takich jak stal nierdzewna hartowana. Niezbędny osprzęt to również rury wiertnicze, czerpaki i rury wybierakowe do usuwania luźnego materiału, klucze do montażu oraz przedłużki (żerdzie wiertnicze) do zwiększania głębokości wiercenia studni. Wiertnice powinny być wyposażone w pompy płuczkowe, ponieważ ich obecność zapewnia efektywne wiercenie i zmniejsza ryzyko awarii.
Typy ręcznych wiertnic do studni
Wiertnice ręczne to narzędzia umożliwiające wywiercenie otworów o różnych głębokościach bez konieczności korzystania z kosztownych maszyn mechanicznych. Charakteryzują się prostą konstrukcją, są lekkie i mobilne, a ich obsługa nie wymaga specjalistycznej wiedzy. Mechanizm urządzenia wykorzystuje zasadę ślimakowego przewiercania się przez kolejne warstwy gruntu - operator obraca wiertło ruchem obrotowym, wskutek czego urobek zostaje wyniesiony na powierzchnię. Stopniowo dodaje się kolejne segmenty przedłużające, aby osiągnąć niemal dowolną głębokość studni.
Oferta asortymentowa wiertnic ręcznych do studni głębinowych jest dość szeroka i obejmuje różne ich rodzaje:
- Świder ślimakowy: klasyczny model z ostrzem w kształcie spirali, nadaje się do wiercenia w miękkich i średnio twardych gruntach.
- Świder spiralny: podobny do ślimakowego, jednak z wyraźnie większą liczbą zwojów.
- Świder czerpakowy (łyżkowy): działa na zasadzie łyżki, świetnie sprawdza się w sypkich gruntach, np. w piasku.
- Wiertnice ręczne tłokowe (rurowe): mają formę rury ze specjalnym tłokiem, który zasysa urobek z dna odwiertu, stosowane zwykle w tradycyjnej metodzie wiercenia studni.
- Wiertnice ręczne udarowe: wykorzystują metodę uderzeniową, gdzie ciężki tłok rozbija grunt, a urobek jest wybierany na zewnątrz. Wśród nich wyróżnia się wiertnicę klasyczną (idealną do pracy w zwięzłych iłach i glinach) oraz wiertnicę rurową z tłokiem (skuteczną w luźnych gruntach).
Konserwacja wiertnicy
Wiertnica do studni wymaga regularnej konserwacji. Należy ją systematycznie czyścić po każdym użyciu oraz smarować ruchome elementy, co zapobiega przedwczesnemu zużyciu poszczególnych części. Pomimo nieskomplikowanej konstrukcji, wiertnica jest urządzeniem zaawansowanym, a jej wybór wymaga rozważenia wielu elementów. Zapoznanie się z rodzajami i specyfikacją sprzętu pozwoli uniknąć kosztownych błędów.
Metoda udarowo-obrotowa jako alternatywa
Wiercenie płuczkowe to niejedyny sposób wykorzystywany przy budowie studni - dużą popularnością cieszy się również metoda udarowo-obrotowa. W porównaniu do metody płuczkowej, metoda udarowo-obrotowa lepiej sprawdza się przy twardych, zbitych podłożach (np. skalnych). Jest ona droższa, a proces bardziej skomplikowany i czasochłonny (wymaga robienia przerw technologicznych), jednak pozwala wykonać odwiert o wysokiej jakości i żywotności. Takie podejście jest szczególnie istotne w przypadku studni wierconych na obszarach górskich i podgórskich, gdzie podłoże jest twarde, porowate i zawiera dużo materiału skalnego.
Wiercenie obrotowe w płuczce
Prace wiertnicze bazujące na metodzie udarowo-obrotowej odbywają się przy użyciu sprzętu hybrydowego łączącego w sobie młot wgłębny i wiertnicę hydrauliczną. Jednoczesne wykonywanie obrotów i udarów jest niezbędne, aby przebić się przez najtwardsze warstwy podłoża. Urobek wiertniczy jest wydobywany na powierzchnię nieco później niż w przypadku metody płuczkowej. W początkowej fazie instaluje się pierścień osłonowy oraz wykonuje spoinowanie stalowych rur osłonowych, tworząc szew wzdłużny co 3 m. Jednocześnie każda dołączona rura jest stopniowo wwiercana w głąb ziemi i precyzyjnie osłaniana systemowo - stosuje się do tego system Odex 180. Ponadto w przygotowywanym odwiercie zabezpiecza się niestabilne i sypkie frakcje. Następnie rozpoczyna się część zasadnicza procesu, czyli wiercenie wewnątrzosłonowe za pomocą systemu dolnego młota Dhd 350 o średnicy 150 mm, aż do pokładów wodonośnych.
Montaż i uszczelnienie studni udarowo-obrotowej
W momencie dowiercenia się do wody przechodzi się do montażu rury magazynowej skręcanej gwintowanej - dopuszczonej do kontaktu z wodą pitną (atest PZH). Później następuje proces filtrowania przy użyciu żwiru filtracyjnego składającego się z kruszywa krzemowego o uziarnieniu 2-4 mm. Dzięki temu zabiegowi woda zostaje oczyszczona w sposób naturalny. Zwieńczeniem fazy zasadniczej odwiertu pod studnię głębinową jest uszczelnienie odwiertu. Jest to tzw. iniekcja studni, która polega na tym, że rura osłonowa wraz z rurą magazynową zostaje odseparowana od rury stalowej i wód nawierzchniowych przy pomocy rozprężnego izolatu Compactonitowego. Ostatni etap prac to pompowanie oczyszczające pompą roboczą, pozwalające ustalić wydajność wywierconej studni głębinowej oraz ułatwia dobór komponentów niezbędnych do funkcjonowania instalacji.
Ocena opłacalności i badania geologiczne
Istotną częścią procesu inwestycyjnego jest ocena opłacalności wykonania odwiertu studni głębinowej zarówno po stronie inwestora, jak i wykonawcy. Przed rozpoczęciem odwiertu należy wykonać profesjonalne badanie geofizyczne gruntu, czyli tzw. rozpoznanie geologiczne. Pozwoli to poznać rodzaje warstw wodonośnych występujących na danym terenie oraz oszacować, na jakiej głębokości znajduje się tzw. woda wgłębna. Jest to niezwykle ważne, ponieważ pozwala wybrać optymalną metodę wiertniczą, czyli taką, która w zastanych warunkach geologicznych będzie nie tylko ekonomiczna, ale przede wszystkim skuteczna.
Przepisy prawne dotyczące budowy studni głębinowych w Polsce
Z orzecznictwa sądowego i organów administracji wynika, że realizacja studni głębinowej nie wymaga pozwolenia na budowę ani dokonania zgłoszenia (wyrok Naczelnego Sądu Administracyjnego z dnia 10 kwietnia 2014 r. II OSK 2713/12, z dnia 29 kwietnia 2014 r. II OSK 2882/12, wyrok Wojewódzkiego Sądu Administracyjnego we Wrocławiu z dnia 28 czerwca 2011 r. Zwolnienie z obowiązku uzyskania pozwolenia na budowę lub zgłoszenia dotyczy każdej sytuacji, bez względu na to, czy studnia będzie traktowana jako budowla, czy jako urządzenie budowlane.
Powyższe nie oznacza, że realizacja studni nie podlega przepisom prawa budowlanego i aktom wykonawczym do tej ustawy. Do tej inwestycji odnosi się bowiem dział II rozdział VI rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
Wyjątki i pozwolenia wodnoprawne
Od powyższej reguły możliwy jest jeden wyjątek. Zgodnie bowiem z § 31 ust. 2 dopuszcza się sytuowanie studni w odległości mniejszej niż 5 m od granicy działki, a także studni wspólnej na granicy dwóch działek, pod warunkiem zachowania na obydwu działkach odległości, o których mowa w ust. Jak z tego wynika, rozporządzenie nie określa odległości dla studni dostarczających wodę nieprzeznaczoną do spożycia przez ludzi, np. do nawadniania.
W niektórych przypadkach inwestor będzie musiał uzyskać pozwolenie wodnoprawne na budowę studni. Regulacje w tym zakresie umieszczone są w ustawie z dnia 28 lipca 2001 r. Prawo wodne. Zgodnie z art. 36 ust. 1 tej ustawy właścicielowi gruntu przysługuje prawo do zwykłego korzystania z wód stanowiących jego własność oraz z wody podziemnej znajdującej się w jego gruncie. Prawo to nie oznacza jednak uprawnienia do wykonywania urządzeń wodnych bez wymaganego pozwolenia wodnoprawnego. Studnia głębinowa stanowi urządzenie wodne, co wynika z art. 9 ust. 1 pkt. 19d ustawy. Zasadą jest, że na wykonywanie urządzeń wodnych wymagane jest pozwolenie wodnoprawne (art. 122 ust. 1 pkt. Wyjątki od tej zasady określa art. 124 Prawa wodnego.
Jeśli jednak studnia ma być głębsza niż 30 metrów oraz przewidywany pobór wody przekracza 5 m³ na dobę, wykonanie takiej studni głębinowej stanowi robotę geologiczną (ustawa z dnia 9 czerwca 2011 r. Prawo geologiczne i górnicze). Prace geologiczne mogą być wykonywane tylko na podstawie projektu robót geologicznych. Projekt taki zatwierdza organ administracji geologicznej w drodze decyzji. Przedkłada się go do zatwierdzenia w dwóch egzemplarzach. Zatwierdzenie projektu następuje po uzyskaniu opinii wójta, burmistrza lub prezydenta miasta.