Horizontálne vrty
Princíp
Technológia horizontálnych vrtov (alternatívne šikmých vrtov) bola začlenená do sanačných systémov koncom 80. rokov minulého storočia. Uskutočňujú sa najmä na miestach, kde je obťažný alebo až nemožný prístup k znečisteniu napríklad formou klasických vertikálnych vrtov alebo kde je takýto prístup k znečisteniu jednoducho efektívnejší (cieľom je napr. zväčšenie aktívnej plochy na kontakte s kontaminovanou vodou/zeminou s cieľom aplikovať rozličné materiály/činidlá v procese sanácie atď.). V praxi je využitie horizontálnych vrtov v procese sanácie spojené s inými technológiami a postupmi in situ a/alebo ex situ, akými sú napr. čerpanie podzemnej vody, biosanácia, bioventing, extrakcia pôdneho vzduchu, striping, aerácia, metódy rozvoľňovania horninového prostredia, metódy tepelnej podpory atď. (Marks et al., 1994; Anonym, 1998; US ACE, 1996; US EPA, 1994a; Miller, 1996e).
Použiteľnosť
Podľa informácií získaných z praxe je technológiu horizontálnych vrtov vhodné aplikovať najmä na lokalitách s kontamináciou podzemných vôd a zemín situovanou plytko pod povrchom. Cieľom využitia horizontálnych vrtov môže byť aj zvýšenie účinnosti sanačného systému v horninovom prostredí s nízkou hydraulickou vodivosťou (Miller, 1996e). Technológia horizontálnych vrtov bola v praxi aplikovaná najmä pri sanáciách znečistení spôsobených ropnými produktmi (LNAPL), chlórovanými rozpúšťadlami (DNAPL) a poloprchavými organickými zlúčeninami (v kombinácii s technológiou zachytávajúcou prchavé zložky). Vzhľadom na možnosti využitia vrtov v kombinácii s mnohými ďalšími sanačnými postupmi a technológiami nie je vylúčená ani možnosť ich aplikácie aj pri sanácii znečistenia celého radu ďalších kontaminujúcich látok.
Základná charakteristika
Pred samotnou realizáciou horizontálnych vrtov je potrebné zohľadniť mnohé faktory, ktoré budú určujúce pri zisťovaní možnosti realizácie horizontálnych vrtov, ako aj návrhu parametrov vŕtania a zabudovania vrtu. Za určujúci faktor ovplyvňujúci realizáciu projektu sa vo všeobecnosti považuje smer a spôsob prúdenia podzemnej vody v oblasti vrtu. Okrem toho, pri návrhu systému je veľmi dôležité získať poznatky o geologickej stavbe a hydrogeologických charakteristikách oblasti a distribúcii kontaminantu/kontaminantov (US EPA, 1994a).
Hĺbenie horizontálnych vrtov sa začína na povrchu vŕtaním vo vertikálnom alebo šikmom smere a potom v závislosti od požadovaných parametrov inštalácie pokračuje vodorovne alebo v požadovanom úklone. Počas vrtných prác je potrebný dôsledný monitoring smeru a postupu vŕtania. Materiál použitý pri budovaní horizontálnych/šikmých vrtov je rovnaký ako pri budovaní štandardných vertikálnych vrtov. Horizontálne vrty boli v praxi inštalované do hĺbky približne 80 m, ale väčšina inštalácií sa pohybuje v hĺbke do 15 – 20 m pod povrchom (Miller, 1996e).
Horizontálne/šikmé vrty sa uskutočňujú najmä na miestach, kde je obťažný alebo až nemožný prístup k znečisteniu napríklad formou klasických vertikálnych vrtov alebo kde je takýto prístup k znečisteniu efektívnejší. Príklady využitia horizontálnych vrtov sú uvedené na obr. 4.2.27 a príklad kombinovania technológie horizontálnych vrtov s technológiou striping na obr. 4.2.28.
Informácie o konštruovaní horizontálnych vrtov, o prírodných, technických a ekonomických faktoroch ovplyvňujúcich realizáciu technológie na kontaminovaných lokalitách a niektoré príklady aplikovania horizontálnych vrtov v praxi sú podrobne uvedené napr. v práci US EPA (1994a).
Obr. 4.2.28. Príklad kombinácie horizontálnych vrtov a využitia metódy striping (FRTR, 2008).
Vysvetlivky: 1 – hladina podzemnej vody, 2 – povrch terénu, 3 – znečistená zóna, 4 – pásmo nasýtenia, 5 – pásmo prevzdušnenia – drážkované paženie, 6 – extrakcia vzduchu obsahujúceho prchavé organické látky, 7 – miesto injektáže vzduchu.
Výhody a limitácie
Výhody horizontálnych vrtov sú takéto (HAZWRAP, 1995; US Department of Energy, 1994a; US Department of Energy, 1994b; Wilson, 1994):
• horizontálny vrt je v lepšom kontakte s kontaminovaným médiom v podmienkach vertikálne obmedzeného kontaminačného mraku (lepší prístup ku kontaminácii, väčšia aktívna plocha), čo umožňuje rýchlejšie a efektívnejšie odstraňovanie kontaminácie z prostredia;
• hoci náklady na budovanie horizontálnych vrtov sú vyššie ako pri vertikálnych vrtoch, menší počet potrebných vrtov môže šetriť celkové náklady na sanáciu;
• minimalizácia tzv. mŕtvych (neaktívnych) zón, ktoré môžu vznikať medzi vertikálnymi vrtmi;
• inštalácia systému sa zvyčajne realizuje s minimálnymi obmedzeniami činnosťami prebiehajúcimi na povrchu (nad zdrojom znečistenia);
• horizontálne vrty môže byť výhodné inštalovať pod budovami, resp. inými prekážkami na povrchu (rybníky, zamokrenia, lagúny, skládky odpadu atď.);
• možnosť monitorovania priamo pod zdrojmi kontaminácie;
• technológia sa môže prispôsobiť mnohým sanačným technikám in situ;
• pretože horizontálna priepustnosť zvodneného prostredia je zväčša vyššia ako vo vertikálnom smere, horizontálne vrty umožňujú rýchlejší a účinnejší prenos plynov/kvapalín v prostredí.
Faktory limitujúce využitie a efektívnosť horizontálnych vrtov možno zhrnúť takto (Lubrecht, 1995; Wilson, 1994):
• možné obmedzenie aplikovania pod budovami pre možnú hrozbu podvŕtania a následnej nestability budov;
• možné obmedzenie inštalačnej dĺžky vrtov v dôsledku prítomnosti podzemných inžinierskych sietí (presné usmerňovanie vrtných prác v okolí takýchto prekážok je prakticky nemožné);
• nevhodnosť aplikácie pri odstraňovaní LNAPL v oblastiach s výraznými zmenami hladiny podzemnej vody;
• hĺbka aplikovateľnosti (vo väčšine prípadov sa pohybuje do 15 – 20 m);
• vertikálna záchytná zóna je obmedzená vertikálnou hydraulickou konduktivitou, ktorá je zvyčajne menšia ako horizontálna;
• vysoké náklady na inštaláciu.
Trvanie čistenia a účinnosť
Trvanie realizácie sanačného systému s využitím horizontálnych vrtov závisí najmä od rozsahu a hĺbky kontaminácie a zvolených sanačných metód a postupov. Parametre vŕtania a zabudovania horizontálnych vrtov a ich celková dĺžka ovplyvňujú čas na realizáciu vrtných prác. Čas potrebný na samotnú prevádzku sanačného systému závisí od použitia sanačných metód a postupov v sanačnom systéme (čas potrebný na sanáciu znečistenia je bližšie uvedený pri jednotlivých metódach a postupoch v príslušných kapitolách).
Účinnosť technológie horizontálnych vrtov sa odvíja od viacerých faktorov – najmä prírodných daností kontaminovanej lokality a charakteru kontaminácie (US EPA, 1994a). Horizontálne vrty boli úspešne inštalované na stovkách kontaminovaných lokalít po celých Spojených štátoch aj v iných krajinách sveta. Mnohé z týchto projektov preukázali, že horizontálne vrty môžu šetriť celkové sanačné náklady a sanácia v porovnaní s vertikálnymi vrtmi môže byť účinnejšia. Napríklad na lokalite DOE Pinellas Plant (US Department of Energy, 1998) horizontálne vrty úspešne odstránili znečistenie vinylchloridu v podzemnej vode už v priebehu jedného roka aktívnej sanácie (počiatočná koncentrácia vinylchloridu sa pohybovala približne na úrovni 40 μg . l–1). Na lokalite SRS – Savannah River Site (US Department of Energy, 1998) – sa preukázala až 5-krát vyššia účinnosť technológie horizontálnych vrtov pri odstraňovaní prchavých organických zlúčenín v porovnaní s vertikálnymi vrtmi (potvrdili sa modelové štúdie – tie predpokladali trvanie aktívnej sanácie 5 rokov v porovnaní s 20 rokmi pri vertikálnych vrtoch).
Celkové náklady predstavujú jeden z kľúčových faktorov pri posudzovaní vhodnosti využitia technológie horizontálnych vrtov pri sanáciách. Na základe praktických skúseností sa ukázalo, že na celkové náklady vplývajú najmä tieto faktory (Wilson, 1994):
• vŕtacia metóda a veľkosť výstroja vrtu,
• hĺbka pod povrchom a celková dĺžka horizontálnych vrtov,
• geologická charakteristika lokality,
• materiál výstroja vrtu,
• typ výplachu.
Cenu môžu ovplyvňovať aj ďalšie položky, napríklad faktor rizika spojený s možnosťou straty zariadení vo vrte, požadovaná presnosť vŕtania, návrh a riadenie vrtných prác atď.
Hoci náklady na budovanie horizontálnych vrtov v porovnaní s vertikálnymi vrtmi sú vyššie, celkové náklady na sanáciu sú zvyčajne nižšie vďaka zlepšeniu účinnosti sanácie, resp. menšiemu počtu vrtov potrebných na sanáciu.
© Atlas sanačných metód environmentálnych záťaží
Autori: Jana Frankovská, Jozef Kordík, Igor Slaninka, Ľubomír Jurkovič, Vladimír Greif,
Peter Šottník, Ivan Dananaj, Slavomír Mikita, Katarína Dercová a Vlasta Jánová
Štátny geologický ústav Dionýza Štúra, Bratislava 2010, 360 s,
ISBN 978-80-89343-39-3