[1.1 Spoelboortechnieken
1.2 Hamerboren
1.3 Pulsboringen
1.4 Schudkader en grijper
Hierna worden deze verder omschreven.
In de tabel wordt een summier overzicht gegeven van enkele veel gebruikte boortechnieken in functie van grondwaterwinning.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Alle formaties;
Meestal los (zand, klei);
Ook in harde afzetting bruikbaar (rots, krijt).
|
|
|
|
|
Grote kans op verstopping van de boorgatwand; Slechte kwaliteit monstername.
|
Omgekeerde spoeling (zuigboren)
|
|
Grote diameters (tot 1000mm)
|
Water;
Staalnames;
Meestal tot diepte waarop luchthevelen mogelijk wordt.
|
Diepte van losse formaties
|
Redelijke kwaliteit van grondmonsters; Redelijk hoge boorproductie; Kan in hardere formaties worden toegepast.
|
Kan de ondergrond verstoren;
Kans op verstopping op de boorgatwand.
|
|
|
|
|
Stabiele open boorgaten (is vorm van omgekeerde spoeling)
|
Zolang voldoende watertoevoer verzekerd is
|
Redelijke kwaliteit van grondmonsters;
Redelijk hoge boorproductie;
Redelijk schone boorgatwand;
Goedkope techniek;
Kan in hardere formaties worden toegepast.
|
Kan de ondergrond verstoren;
Slechts toepasbaar vanaf ± 20m onder maaiveld;
Volledige stangenwissel nodig tijdens boren.
|
|
|
|
Afhankelijk van compressorvermogen en luchtverliezen (meestal < 600mm)
|
Waterboringen;
Destructieve boringen.
|
Rendabel tot enkele honderden meters, dieper terug spoelboren
|
Redelijk tot goede kwaliteit grond-monstername;
Redelijk hoge boorproductie;
Redelijk schone boorgatwand.
|
Relatief lage boorproductie;
Niet voor losse formaties;
Mogelijk gebruik van schuim nodig; Vereiste compressorvermogen kan zeer groot zijn.
|
|
|
|
Afhankelijk van mogelijkheid tot verbuizen en stabiliteit open boorgaten
|
Staalnames;
Waterboringen met continue verbuizing.
|
|
Goede kwaliteit monsterstaalname;
Geen verstoring van de ondergrond;
Geen verstopping van de boorgatwand door boorspoeling, mogelijk wel door versmering.
|
Lage boorproductie; Arbeidsintensief en daardoor duur.
|
|
|
Meestal los;
Grote keien; Grof grind;
Silexblokken.
|
Grote diameter tot > 1000mm
|
Waterboringen in grind, grove keien en blokken;
Zeer grote debieten
|
|
Kwaliteit staalname;
Geen verstopping van de boorgatwand door boorspoeling, mogelijk wel door versmering;
Geen verstoring van de ondergrond;
Geenspoelwater nodig.
|
Aangepaste installatie nodig, schudkader bij grote diameter;
Arbeidsintensief en daardoor duur.
|
1.1 Spoelboortechnieken
Hieronder verstaat men boormethodes waarbij het losgeboorde materiaal door middel van een vloeistof (mud) naar de oppervlakte wordt getransporteerd (gespoeld). Er zijn verschillende spoelsystemen mogelijk, afhankelijk van de doelstelling van de boring (waterwinning, verkenningsboring, grondstaalnames,...), de diameter en de diepte.
1.1.1 Directe spoeling (direct flushing)
Dit is de meest gebruikte en goedkoopste techniek voor boringen in functie van waterwinning in losse formaties (zand en klei). Hierbij wordt een vloeistof (mud) rondgepompt, bestaande uit water vermengd met een deel van de boorcuttings. In uitzonderlijke gevallen kan de toevoeging van additieven noodzakelijk zijn om de draagkracht van de spoeling te verhogen, de wand van het boorgat tijdelijk te stabiliseren en waterverlies tijdens het boren tegen te gaan.
De mud wordt aangezogen door de spoelpomp vanuit de spoelput (of spoelbak) en geïnjecteerd in de draaiende boorstangen. Ter hoogte van de boorbeitel (mesbeitel, rollerbit) komt de mud in de annulaire ruimte tussen de wand van het boorgat en de stangen, waar ze onder druk in de richting van het maaiveld wordt gedreven. Onderaan in het boorgat vermengt het, door de draaiende boorbeitel losgeboorde materiaal, zich met de mud, waardoor het naar boven wordt gespoeld. Daar komen de cuttings in een decantatiegoot terecht en de mud vervolgens in de spoelput. Na (gedeeltelijke) scheiding van de cuttings en het spoelwater, wordt dit laatste terug in de stangen geïnjecteerd.
Dit proces verloopt continu, tot een boorstang over zijn ganse lengte in de grond is geboord en er een volgende boorstang moet geplaatst worden. Tijdens deze stangenwissel wordt de circulatie stopgezet. Ook bij het uitbouwen van de stangen, wanneer de boring van diepte is, of wanneer de boorbeitel vervangen wordt, is er geen circulatie. Op deze ogenblikken is het belangrijk dat het veelal onbeschermde boorgat in losse formaties wordt open gehouden door de hydrostatische druk van de boorvloeistof.
Principeschets directe spoeling
Bij een aantal boormachines is de decantatie en de spoelput vervangen door een andere installatie om de cuttings van het spoelwater te scheiden. Bij directe spoelboring is het belangrijk de juiste stijgsnelheid in de annulaire ruimte onder controle te kunnen houden. Bij te hoge snelheden wordt het boorgat beschadigd, bij te lage snelheden is de transportcapaciteit te laag met obstructies als gevolg.
De rendementen kunnen in losse formaties ettelijke tientallen meters per uur bedragen.
1.1.2 Omgekeerde spoeling
Principeschets omgekeerde spoeling
Zoals de benaming aangeeft is hier de richting van het transport omgekeerd. Hieraan zijn een aantal
voordelen verbonden:
- –
- De stijgsnelheid is beter onder controle te houden is, vooral bij grotere diameters. Grote diameters vragen bij directe spoeling ook grote boorstangen (wat een hogere kostprijs tot gevolg heeft) om de annulaire ruimte te beperken en zodoende de snelheid voldoende hoog te houden.
- –
- De grondstaalnames zijn beter. Het is gemakkelijker de diepte te bepalen vanwaar de cuttings afkomstig zijn.
- –
- Door de lage snelheid in de annulaire ruimte is er ook minder kans op beschadiging van het boorgat.
- –
- Het boorgat wordt minder “versmeerd” aangezien langs de wand van het boorgat alleen gedecanteerd spoelwater stroomt. Dit komt de productiviteit van de boring ten goede.
Een nadeel van het systeem is de lagere snelheid. Bovendien dient bij elke stangwisseling de laatst opgezette stang luchtledig gepompt worden. Om die reden worden ook kortere stangen gebruikt, wat meer manipulaties vraagt.
1.1.3 Luchthevelboren of air-lift boren
In feite is dit een andere vorm van omgekeerde spoeling. In plaats van met een pomp de mud en cuttings doorheen de stangen aan te zuigen, wordt er via een compressor lucht gepompt doorheen de concentrische annulaire ruimte van dubbelwandige boorstangen. Op een positie voldoende diep onder het (dynamische) waterpeil is er een verbinding gemaakt met de binnenste boorstang. De geïnjecteerde lucht, die gecomprimeerd is door de hydrostatische tegendruk, stijgt in de boorstang, ontspant en vergroot in volume naarmate de hydrostatische druk afneemt, en voert zodoende de kolom mud en cuttings mee die zich bevindt boven de zich ontspannende en in volume toenemende luchtmassa.
Opdat het systeem kan werken is een initiële waterkolom in het boorgat van een aantal meters noodzakelijk. Anders zou de te weinig gecomprimeerde lucht gewoon doorheen het spoelwater naar boven borrelen en geen transport van cuttings veroorzaken.
Het systeem heeft als voordeel dat het sneller werkt dan de klassieke omgekeerde spoeling, en dat langere stangen kunnen gebruikt worden. In de praktijk wordt een boring waarbij omgekeerde spoeling is voorgeschreven meestal uitgevoerd via een combinatie van de twee technieken. Enkele tientallen meters worden dan met de klassieke omgekeerde spoeling geboord, waarna verder wordt gewerkt met het luchthevel- of air-liftboren.
Er dient op gelet te worden dat de olieafscheider van de compressor efficiënt werkt om te vermijden dat de aangeboorde gesteenten vervuild zouden worden met smeerolie afkomstig van de perslucht.
Principeschets luchthevel of air-liftboren
1.2 Hamerboren (down the hole hammer)
Het hamerboren wordt tegenwoordig bijna universeel toegepast voor het destructief doorboren van vaste formaties, althans de eerste honderden meters. Bij nog grotere dieptes worden de nodige compressorvermogens te groot en de transportcapaciteit van de perslucht te laag om de cuttings tot aan de oppervlakte te krijgen. Op grote dieptes (> 500 m) wordt dan ook terug overgegaan naar het klassieke rotary boren met directe spoeling.
In feite kan het hamerboren beschouwd worden als een vorm van directe spoeling. De mud wordt echter vervangen door gecomprimeerde lucht die door de boorstangen wordt geblazen en onderaan in het boorgat een pneumatische hamer aandrijft. De hamer wordt aan laag toerental via de boorstangen geroteerd in het boorgat, terwijl de beitel door percussie het gesteente verbrijzelt in kleine chips. Deze worden door de ontsnappende luchtstroom via de annulaire ruimte tussen stangen en boorgatwand naar het maaiveld gevoerd.
Principeschets hamerboren
Aangezien er geen boormud aanwezig is die het boorgat door de hydrostatische druk openhoudt, dient de boring over de diepte waar [de formaties] niet stabiel zijn (overburden), verbuisd te worden alvorens er met hameren kan begonnen worden.
Zolang de aangeboorde formaties niet watervoerend zijn, komen de cuttings droog naar boven. Zodra het waterpeil bereikt is, wordt het grondwater mee naar boven geblazen. Deze mengeling van grondwater en perslucht verzekert een goede reiniging van het boorgat, indien er voldoende grondwater aanwezig is.
Om het risico van het blokkeren van de hamer en/of stangen te vermijden, is het aan te raden om continu of telescopisch te verbuizen. Dit is vooral het geval in niet stabiele rotsformaties.
Voor boringen met geringere diameter (bvb tot 310 mm) en afhankelijk van de dikte van de boorstangen, volstaat het met één klassieke compressor van 20m3/min en 20 bar druk te werken om de noodzakelijke luchtsnelheden te halen. Deze compressoren vragen reeds een vermogen van 300 à 350 PK, alleen om de toevoer van perslucht te verzekeren. Tijdens zulke boringen wordt dan ook veel energie verbruikt.
Het rendement hangt van vele factoren af, maar kan in de meest gunstige omstandigheden ook verschillende tientallen meters per uur bedragen.
1.3 Pulsboringen
Voor grondwaterwinningsputten is dit een methode die in België nog weinig gebruikt wordt. Het systeem komt erop neer dat een casing (verbuizing) in de grond wordt gedreven en binnenin wordt leeg gemaakt bij middel van een opvangapparaat dat aan een kabel hangt die op zijn beurt met een slagapparaat verbonden is.
De methode is nu meer van toepassing in functie van grondmonsters.
1.4 Schudkader en grijper
Dit is een methode die meestal wordt aangewend voor het aanleggen van waterwinningen met zeer grote diameter en in zeer grof materiaal, zoals dit het geval is in bv. de maasgrinden.
Hierbij wordt een grote casing door middel van een oscillatiebeweging (schudkader) in de grond gedreven die vervolgens, zoals bij het pulsen, aan de binnenkant wordt leeggemaakt d.m.v. een grijper aan een kabelkraan. Als de casing tot in de watervoerende laag gedreven is en leeggemaakt, wordt in het midden ervan de putuitrusting geplaatst, die met het nodige grindpakket wordt omgeven, terwijl stelselmatig de casing wordt teruggetrokken.]
Ingevoegd bij art. 222 B. Vl. Reg. 19 september 2008 (B.S., 27 januari 2009 (eerste uitg.)), met ingang van 1 maart 2009 (art. 227).
Opschrift vervangen bij art. 37 B.Vl.Reg. 24 april 2009 (BS 15 juli 2009 (ed. 1)).
Ingevoegd bij art. 222 B. Vl. Reg. 19 september 2008 (B.S., 27 januari 2009 (eerste uitg.)), met ingang van 1 maart 2009 (art. 227).
Gewijzigd bij art. 38 B.Vl.Reg. 24 april 2009 (BS 15 juli 2009 (ed. 1)).
