Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Skryté a úmyslné vady ve výstroji vrtů

Snaha zjednodušit si práci je stará jako lidstvo samo. Cílem tohoto článku je upozornit na některé často tolerované nedostatky při vystrojování vrtů, včetně některých problémů v chování standardně používaných materiálů výstroje ve vrtech.


© Fotolia.com

1. Úvod

Už od sedmdesátých let minulého století jsou pracovníci řady vrtných firem v České republice (i renomovaných) přesvědčováni, že jejich hlavním úkolem je co nejrychleji vyhloubit do země díru. Jsou přece „placeni od metru“, a tak práce navíc, a to hlavně při vystrojování vrtu, je jim často na obtíž. Od listopadu 1989 se Česká geologie zabývá především akademickým výzkumem, státními zakázkami včetně grantů, modelováním nebo právničinou. Pokud je mi známo, tak i technika vrtných prací se jako studijní obor přestala vyučovat. To, co se učí dnes, jsou jen fragmenty dřívějšího studia. Proto je v současnosti pro vrtnou posádku a vedení vrtných firem velmi jednoduché tzv. oblbnout odpovědného geologa a vrtné práce šidit. Například kolega geolog nechápal, proč při státním úkolu Rebilance zásob podzemních vod (ČGS) jedna posádka má výnos jádra 80 až 90 procent a druhá posádka při stejných geologických podmínkách vytáhne z vrtu jen pár kousků pískovce. Nic netušil o tom, že zvýšeným přítlakem lze v jádrovce pískovec drtit a jádrová technologie se tak vlastně stává bezjádrovou. Podvody při vrtání se ostatně děly i v minulém století, kdy se geologický dozor nad vrtnými pracemi vykonával daleko zodpovědněji. Znám historku, kdy vrtaři chtěli ukončit vrtné práce v pánevních sedimentech Východočeské křídové pánve, a tak si došli do blízkého lomu na kámen (krystalinikum) pro drcené kamenivo do vzorkovnice. A to se stalo v šedesátých letech minulého století…

Mnohé vrtné posádky nechápou, že vyhloubení díry do země je jen polovinou jejich práce. Ostatně ani mnozí geologové nechápou, že nepřítomností na vrtu v době hloubení ztrácí polovinu informací o vrtaném horninovém masivu. Nedostatky ve výstroji vrtů (a to neuvažuji už primárně chybně navrženou výstroj) mají velmi významný vliv na jeho další využití ať už jako zdroje vody, nebo jako monitorovacího objektu. Ostatně vždycky se to dá svést na špatnou geologii. Pod zem přece nikdo nevidí (mimo velmi neoblíbenou karotáž). Jednotlivé v textu popisované nedostatky ve výstroji vrtů nejsou příliš vážné, ale za specifických podmínek mohou mít fatální následky. V období, kdy je úředníky státní správy za vrt považována díra v zemi se zapuštěnou tenkostěnnou PVC rourou primárně určenou pro odpadní potrubí („hajzltrubka“) perforovanou na místě flexou a obsyp vrtu se bere jako luxus, nepovažuji další odstavce o častých chybách při výstroji a zaplášťových úpravách za nadbytečné. Podle postupu ve vystrojování vrtu se budu dále v textu zabývat skrytými vadami pažnic, obsypem a těsněním mezikruží vrtu.

2. Pažnice (zárubnice)

V kapitole o skrytých a běžně tolerovaných nedostatcích pažnic se nebudu zabývat téměř protizákonným používáním tenkostěnných trubek určeným pro odpadní potrubí. Pokud mi někdo volá a říká: „pane doktore, nemůžu z vrtu vyndat čerpadlo“, automaticky se ptám: „jakou tloušťku má použitá pažnice“. Při odpovědi 2 mm odpovídám, že „…v asi dvaceti metrech máte deformovanou pažnici…“. Nikdy jsem se nezmýlil (foto 1). V současné době jsou nejvíce používané zárubnice z plastů (PE ap., PVC) nebo z nerezové (antikoro) oceli. Problémy s antikoro ocelí, kdy vlivem zemních potenciálů dochází v jejím okolí ke zvýšené kolmataci, jsou prezentovány v patentové přihlášce PV 2014–204. V dřívějších dobách hojně používaná ocelová výstroj měla také řadu nedostatků. V první řadě rezne – a to hlavně v oblasti vodní hladiny. V současnosti je celá řada vrtů vyhloubených v šedesátých a sedmdesátých letech minulého století již za svojí životností a vlivem koroze ocelové pažnice a horninových tlaků se v oblasti vodní hladiny bortí. Při nekvalitně provedeném těsnění vrtu (nedokonalá cementace nebo jílové těsnění) dochází k závalu vrtu a propojení zastižených kolektorů. Je otázkou, zda jednou z příčin hojně prezentovaného hydrogeologického sucha nejsou mimo jiné i stárnoucí vrty s ocelovou výstrojí.

Foto 1: Sevření tenkostěnné trubky v hloubce 16 m na šířku silového kabelu (10 mm)
Foto 1: Sevření tenkostěnné trubky v hloubce 16 m na šířku silového kabelu (10 mm)
Foto 2: Netěsnost svaru ocelové pažnice
Foto 2: Netěsnost svaru ocelové pažnice

Méně známým problémem ocelových pažnic jsou nedokonalosti svárů. Nikdy jsem se nesetkal s tím, aby vrtař překontroloval kvalitu svaru. Často se stává, že svářeč po výměně elektrody (sváření elektrickým proudem) naváže na předchozí svar, aniž by ho očistil od okují (zdržuje to). Tavidla používaná na elektrody (pro akademiky – taková ta drobivá hmota na ocelovém drátu elektrody) je nejčastěji na bázi boraxu. Testy těsnosti pažnicové kolony borax ještě přežije, ale pod vodou se pomalu rozpouští, a tak spoj, který byl původně vodotěsný, se za nějaký ten měsíc až rok stane pro vodu propustným (foto 2). To opět spolu s nekvalitním těsněním mezikruží vrtu způsobuje mezikolektorovou komunikaci vrtem. V současné době, kdy se ocelová pažnice používá pouze jako úvodní, tak sledovat podrobně kvalitu svarů není ani potřeba. V dřívějších letech nekvalitně provedené svary ocelových pažnic však způsobují problémy doposud. Při likvidaci vrtů v Kyškovicích a Chodounech jsem vliv nedokonalých svarů pozoroval jak přímo (viz foto 2), tak nepřímo při čerpací zkoušce na vrtech se zacementovanou aktivní částí výstroje. Po cementaci perforovaného úseku pažnicové kolony pozorovacího vrtu cenomanského kolektoru byl vrt neustále aktivní, přestože prohlídka výstroje kamerou neprokazovala významnou korozi použité ocelové pažnice. Je potřeba si uvědomit, že na řadě podobně postižených vrtů jsou realizované odběry vzorků vod a dlouhodobá měření hladin sloužící jako základní podklady pro bilanční nebo hydraulické modely bohatě financované ze státních peněz. Neměří se chod hladin podzemní vody ve sledovaném kolektoru, ani vliv kolmatačních jevů na hladinu ve vrtu. To nikoho nezajímá.

V posledních letech se setkávám s „moderní metodou“ sanace přelivových vrtů zavrtáním ocelové pažnice na spodním okraji opatřené vrtnou korunkou (foto 3 a 4).

Foto 3: Vrtná korunka v 11,5 m
Foto 3: Vrtná korunka v 11,5 m
Foto 4: Spodní okraj korunky v 11,5 m
Foto 4: Spodní okraj korunky v 11,5 m

Přestože hmotnost ocelové pažnice tvoří dostatečnou protiváhu k tlaku vody, tak tento způsob sanace přelivu nelze považovat za dostatečný. Zavrtaná pažnice v horninovém masivu netěsní a podzemní voda proniká mimo vrtný stvol. To má za následek ztrátu vody (a tlaku) v takto navrtaném kolektoru a zvýšení hladiny vody v okolí vrtu. Je otázkou, co je horší, zda pokles tlaku v napjaté hydrogeologické struktuře, nebo podmáčení pozemků v okolí takto postiženého vrtu. Používání plastových pažnic (PVC, PE, PP a podobných materiálů) s sebou přináší také mnohá skrytá úskalí. Jako „perličku“ mohu prezentovat pokus jedné firmy svařovat PE pažnice v místě vrtu metodou tzv. „natupo“. Roury 4 m dlouhé drželi při svařování pracovníci vrtné firmy jen tak v rukou. Prakticky, kdyby roury jen tak naházeli do vrtu, tak by si mohli se stejným výsledným efektem ušetřit práci se svařováním (foto 5). Navíc roury po perforaci nevyčistili od špon, a tak zničili investorovi několik čerpadel, než mu došlo, kde je problém… (foto 6).

Foto 5: Nespojené PE zárubnice v hloubce 21 m
Foto 5: Nespojené PE zárubnice v hloubce 21 m
Foto 6: Špony v hloubce 33 m
Foto 6: Špony v hloubce 33 m

Ale i s profesionální velmi odolnou PVC pažnicí mohou být problémy. Spoje pažnic (zárubnic) bývají nejčastěji hrdlové bez závitu, hrdlové se závitem a pouze závitové bez hrdel (obr. 1). Za nejdokonalejší považuji zárubnice bez hrdel spojované závitovým spojem.

Obr. 1: Typy spojů zárubnic (mimo hrdlové bez závitu)
Obr. 1: Typy spojů zárubnic (mimo hrdlové bez závitu)
 

Hrdlové pažnice mají na spoji nerovnost, která může způsobit fatální selhání výstroje vrtu. V některých případech se za ostrý spodní okraj pažnice může zachytit ostrá hrana čerpadla nebo výtlačného potrubí v průběhu manipulace s čerpadlem ve vrtu (foto 7 a 8). Málokterý jeřábník je natolik pohotový, že vzniklé pnutí na těžené koloně okamžitě povolí. Spíše se řídí heslem, „když to nejde silou, jde to silou větší“. PVC pažnice instalované v zemi lze jeřábem těžko vytrhnout, a tak se stává vrt s pevně zabudovaným čerpadlem a výtlačným potrubím dále nepoužitelným. Samostatnou kapitolou je instalace výtlačného potrubí spojovaného přírubami o podobném průměru, jako je průměr vrtu (např. 148mm vnitřní průměr pažnice a 135mm a nedej bože 140mm příruba). Stačí, aby do vrtu s instalovaným čerpadlem na přírubovém výtlačném potrubí spadl jeden spojovací šroub (klíč, šroubovák, kladivo), a může se k radosti vrtných firem hloubit vrt nový (foto 9). Obrana proti uvíznutí čerpadla na výtlačném potrubí ve vrtu vystrojeném hrdlovými pažnicemi je poměrně jednoduchá. Nepoužívat v hrdlových pažnicích výtlačné potrubí spojované přírubami. Jako výtlačné potrubí je nutné použít celistvý kus PE roury s příslušnou délkou, a to bez spojů. Ostré hrany na čerpadlech je navíc nutné zaoblit nebo je chránit převlečnou chráničkou.

Foto 7: Uvíznutí čerpadla v hloubce 53 m vlivem deformace pažnice, spodní pohled
Foto 7: Uvíznutí čerpadla v hloubce 53 m vlivem deformace pažnice, spodní pohled
Foto 8: Deformace pažnice v hloubce 53 m způsobené čerpadlem, boční pohled
Foto 8: Deformace pažnice v hloubce 53 m způsobené čerpadlem, boční pohled

Foto 9: Obdobný problém, matice (uprostřed a vlevo nahoře) zapadlé mezi čerpadlem (vlevo dole) a pažnicí (vpravo)
Foto 9: Obdobný problém, matice (uprostřed a vlevo nahoře) zapadlé mezi čerpadlem (vlevo dole) a pažnicí (vpravo)
Foto 10: Netěsnost závitového spoje a pronikání cementu do vrtu (výrazné vpravo uprostřed)
Foto 10: Netěsnost závitového spoje a pronikání cementu do vrtu (výrazné vpravo uprostřed)

V posledním odstavci kapitoly o pažnicích bych se rád zmínil o těsnosti pažnicových závitových spojů. Pažnicové závitové spoje by se měly podle dispozic výrobců těsnit gumovým těsněním. Až na světlé výjimky jsem se nikdy nesetkal, že by se tak dělo. Pokud se šroubový spoj plastových pažnic řádně dotáhne, pak těsní sám o sobě poměrně dobře. Problém nastává, pokud se šroubový spoj vlivem manipulace s výstrojí ve vrtu povolí, nebo se dokonce závity deformují (tzv. se „ožvejkají“). Povolený a deformovaný závitový spoj s projektovanou vůlí odolávající zanesením pískem a ostatními nečistotami (tzv. zemědělská tolerance) se tak stává propustným nejenom pro vodu, ale i pro cement a jíl používaný jako těsnění mezikruží vrtu. Před vlastním těsněním vrtu se nad obsypem vytváří pískový polštář. Písek se tak dostává na hrdla spojů a závitové spoje druhotně „dotěsňuje“ proti pronikání cementu a jílu. Někdy i toto selže a spoj se vlivem nekvalitního těsnění stane pro vodu i cement propustným (foto 10). Takovým spojem dokáže protékat až 0,5 l/s vody (foto 11 a 12).

Foto 11: Pronikání vody netěsným spojem
Foto 11: Pronikání vody netěsným spojem
Foto 12: Přítok vody do vrtu netěsným spojem
Foto 12: Přítok vody do vrtu netěsným spojem

3. Obsyp

Pomineme-li, že mnohý vrtař se diví, co to vlastně vůbec chci a termíny jako obsyp a centrátory prý nikdy neslyšel a ani geologové to údajně nechtějí, tak kvalita obsypu vrtu úzce závisí na rychlosti obsypávání. To, že se obsyp do vrtu kdysi zaplavoval, si už pamatuje málokdo. Pomalé obsypávání a tendence vrtných posádek mít vystrojovací práce rychle hotové jde proti sobě. Nekvalitní obsyp se projevuje na karotážních křivkách, a to hlavně na hustotních metodách. Nekvalitní obsyp a cementace se pak projevuje na změnách hustoty v mezikruží vrtu a vzniku mezikolektorového proudění (obr. 2).

Obr. 2: Karotážní záznam vrtu s neúplným obsypem a cementací
Obr. 2: Karotážní záznam vrtu s neúplným obsypem a cementací

Vrt lze obsypávat mnoha způsoby. Obsypový materiál lze z nedaleké deponie k vrtu nosit v kýblech (takhle jsme s kolegou „nakýblovali“ do vrtu 20 t obsypu frakce 4/8 a taky nás to nezabilo – foto 13) nebo použít pytlovaný obsyp (nejčastěji frakce 1,4/4 ap.).

Foto 13: Deponie obsypu vrtu
Foto 13: Deponie obsypu vrtu
Foto 14: Big bag
Foto 14: Big bag

Obsypávání pomocí kýblů nebo z pytlů lze považovat za obsypávání pomalé, kdy nelze zahltit mezikruží vrtu padajícím obsypem. Horší je to u používání tzv. big bagů (foto 14). Povolováním nebo utahováním rukávu big bagu lze regulovat rychlost sypání obsypu. Pokud je rychlost příliš vysoká, dojde k zahlcení mezikruží vrtu a vzniku kaveren. Ty se časem zbortí a obsyp si takzvaně sedne. Sednutí takto vytvořeného obsypu bývá velmi významné a často činí i první desítky metrů (obr. 3).

Obr. 3: Karotážní záznam vrtu s dokumentovaným sednutím obsypu v intervalu hloubek 33 až 46 m (křivka XXG, křivka XXGr je situace po opravě vrtu)
Obr. 3: Karotážní záznam vrtu s dokumentovaným sednutím obsypu v intervalu hloubek 33 až 46 m (křivka XXG, křivka XXGr je situace po opravě vrtu)
 

Pokud si obsyp sedne při cementaci, pak cement může proniknout perforací do vrtu se všemi negativními důsledky. Dojde tak často ke kolmataci kolektoru a k mezikolektorové komunikaci, kterou měla cementace zamezit (viz obr. 2). Další problém při překotném obsypávání vznikne v případě zahlcení prostoru mezi úvodní pažnicí a výstrojí vrtu. Vrtné posádky řeší problém různým cukáním a taháním jak za úvodní pažnici, tak za výstroj vrtu. To, že ničí pažnicové spoje, je příliš nezajímá (foto 15). O důsledcích poškozených pažnicových spojů jsem psal v předchozí kapitole.

Foto 15: Průnik cementu poškozeným spojem
Foto 15: Průnik cementu poškozeným spojem
Foto 16: Přetržená pažnice vlivem pokusu o odstranění můstku z obsypu mezi úvodní pažnicí a výstrojí vrtu
Foto 16: Přetržená pažnice vlivem pokusu o odstranění můstku z obsypu mezi úvodní pažnicí a výstrojí vrtu

S tím, že vrtné posádky pospíchali s obsypáváním vrtů i v sedmdesátých letech minulého století, mám osobní zkušenost. Jako kluk jsem viděl obsypávat vrty rovnou z náklaďáku se sklopnou plošinou, kdy řidič vysypal obsyp rovnou na vrt. Druhým příkladem je nedávno ukončená sanace vrtu K3A (rok hloubení 1974), kdy přerušení pažnicové kolony bylo způsobeno snahou odstranit můstek obsypu mezi pažnicí a výstrojí (foto 16).

I když je vrt řádně a pomalu obsypán, může dojít k sednutí obsypu řádově v prvních metrech. Pokud není vrtný stvol kvalitně vyčištěn od vrtané horniny (podstatné v oblasti jílovců a prachovců) pak obsyp vlastní vahou začne pomalu vytlačovat vrtáním vzniklý jíl do vrtu. V oblasti kalníku pak jíl proniká do pórů v hrubozrnném materiálu obsypu. Jev byl pozorován na vrtech MC-5 (foto 17) a CJ-1 v pískovně Černuc. Zamezit tomuto jevu lze důsledným vyžadováním kvalitního vyčištění vrtu od vrtné drtě před jeho vystrojováním.

4. Těsnění vrtu

Vrty se většinou těsní jílováním (granulovaný bentonit) nebo cementací. Cement nebo bentonit je materiál, který se sype nebo lije do vrtu naposledy. Proto musí být vidět, a zdálo by se, že těsnění nelze ošidit. Opak je ale pravdou. Opět pominu situaci, kdy pracovníci vrtné firmy opomenou nad obsypem vytvořit pískový polštář a cement se protlačí obsypem a perforací do vrtu (foto 18). Že by za nezvykle nízký koeficient filtrace štěrkopísků mohla geologická stavba? Mezi vrtaři je také znám tzv. polyuretanový obturátor. Velmi jednoduchá technologie umožňuje vrtným firmám velmi výrazně šetřit náklady na záplašťovou úpravu vrtu. Pěnový polyuretan se aplikuje na hladinu vody v mezikruží vrtu. Po jeho zatvrdnutí se vrt docementuje ke zhlaví. Popsaná velmi jednoduchá účinná technologie je velmi pravděpodobně používána při hloubení vrtů na tepelná čerpadla. Opět si neodpustím připomínku, zda tolik zmiňované hydrogeologické sucho není spíš také projevem hromadně budovaných, nedokonale utěsněných (tedy neutěsněných) vrtů na tepelná čerpadla. Uznávám, téma sucho je teď „in“ a na sucho lze čerpat bohaté dotace ze státního rozpočtu.

Foto 17: Žlutý jemnozrnný písek z pískového polštáře v perforaci, pokles obsypu 6 m
Foto 17: Žlutý jemnozrnný písek z pískového polštáře v perforaci, pokles obsypu 6 m
Foto 18: Průnik cementu obsypem
Foto 18: Průnik cementu obsypem

Polyuretan se ale nemusí aplikovat až na hladinu podzemní vody v mezikruží vrtu. Pokud je mezikruží dostatečně úzké, tak polyuretan v něm drží sám o sobě. Příkladem může být převystrojení vrtu K3A, kdy pracovníci vrtné firmy výstroj neobsypali, pod zhlaví nainstalovali polyuretanový obturátor (cca 10 cm) a zbytek mezikruží zasypali obsypem (foto 19). Při nabídce na odstranění výstroje tato vrtná firma nabídla, že se pokusí výstroj vytrhnout. Vytrhnout obsypanou a zacementovanou výstroj není technicky možné. Pracovníci této firmy ale dobře věděli, že výstroj obsypaná není, i když ve zprávě za převystrojení vrtu prezentovali fotku (foto 20), jak se do vrtu sype obsyp a sypání obsypu do vrtu sledoval i geologický dozor (výstroj vrtu pracovníci pouze podsypali). Tvrzení, že obsyp ve vrtu někam zmizel, se také ukázalo při jeho úplném převystrojení jako nepodložené.

Foto 19: Virtuální obsyp vrtu, vlevo obsyp přecházející do polyuretanu (žlutý), uprostřed otvor až na hladinu vody
Foto 19: Virtuální obsyp vrtu, vlevo obsyp přecházející do polyuretanu (žlutý), uprostřed otvor až na hladinu vody
Foto 20: Dokumentace obsypávání vrtu
Foto 20: Dokumentace obsypávání vrtu

Vyplňování mezikruží vrtu polyuretanem není technologie nová, ale pouze inovovaná technologie používaná minimálně od šedesátých let minulého století. Osobně jsem jako kluk mezi vrtaři slýchával průpovídku: „nacpem tam hadry (vaťák, montérky) a vrt docementujeme“. To jen dokládá, že různé podvody a podvůdky při vrtných pracích mají v České republice dlouholetou tradici. A zřejmě budou trvat i nadále.

5. Literatura

  1. Projekt Rebilance zásob podzemních vod (viz http://nts1.cgu.cz?PAredirect=true&PAoid=7648&PAhome=7648)
  2. NAKLÁDAL, P. KYTLICE – MLÝNY, Rekonstrukce vrtu K3A, Praha, 2019
  3. NAKLÁDAL, P. Monitoring vod, Závěrečné zprávy z let 2000 až 2017

Foto autor

 
Komentář recenzenta RNDr. Josef Vojtěch Datel, Ph.D., Výzkumný ústav vodohospodářský Praha

Po prostudování článku mohu předložené téma vřele uvítat, popisované nedostatky ve vystrojování, obsypávání a těsnění vrtů jsou v praxi opravdu velmi častým nešvarem. Informace o nesprávných postupech vrtných firem by se měly dostat nejenom ke geologům, ale také úředníkům a objednatelům prací. Úroveň kontroly vrtných prací se nutně odvíjejí od potřebných znalostí. Článek se opírá o zkušenosti a poznatky získané v bohaté praxi autora, který je významným odborníkem na technický stav a poruchy vrtů. Příspěvek je vhodně doplněn grafickým doprovodem. Článek považuji za velmi prospěšný pro praxi, doporučuji jej k vydání.

English Synopsis
Hidden and intended flaws in well casing

The effort to make labour easier is as old as mankind itself. This paper wants to point out some generally tolerated deficiencies in well equipment (casing) including some problems in the behaviour of commonly used materials in well casing.