Boorgat

'n Boorgat is hoofsaaklik 'n vertikale skag van beperkte deursnee om grondwater te bereik en te onttrek, aardgas te ontgin, minerale bloot te lê en selfs grondmonsters te neem met die oog op bemestingsaanbevelings. Boorwerk kan ook onderneem word om te bepaal of persele vir geboue, paaie, brûe en ander strukture geskik is en horisontale boorwerk kan aangepak word om tonnels deur rotsformasies moontlik te maak.

Verteenwoordigende monsters (byvoorbeeld van grond en rotse) word gewoonlik eers geneem om dit visueel te bestudeer en daarna aan laboratoriumtoetse te onderwerp om kwaliteit en kwantiteit te bepaal en daarvolgens besluite te neem. Gelokaliseerde boorgattoetse vir ingenieursdoeleindes sluit ook toetse in soos druktoetse, waterdraer-inligting en selfs seismiese toetse.

Geskiedenis van boorgate 
Die vroegste geskiedenis van boorgate is toe die Chinese sowat 2 200 jaar gelede geboor het om minerale uit die aarde te haal. Hoewel die boorwerk deur ’n kragkombinasie van mans en osse gedoen is, was dit heel doeltreffend en is dieptes van 100-600 meter gehaal. In die 11de eeu n.C. het die Chinese reeds ’n diepte van tot 3 000 meter gehaal. Dit het tot 10 jaar geneem om een enkele boorgat te voltooi.

Die Weste het eers in die negentiende eeu daarin geslaag om boorwerk suksesvol te onderneem en die eerste gepatenteerde rotsboor is deur J.J. Couch van Philadelphia in Amerika ontwerp. Die boorstaaf het deur ’n silinder gedraai en is vorentoe gewerp deur ’n suier-aksie. Teen sowat 1890 is boorwerk makliker gemaak toe ’n boormasjien met ’n hamer-aksie deur C.H. Shaw van Denver ontwerp is. Pneumaties gedrewe, het dit die voorloper van moderne toerusting geword.

Die probleem om die dele wat uitgeboor is na die oppervlakte te bring, is later opgelos deur ’n hol boor te ontwerp wat met ’n lugkanaal werk. Die saamgeperste lug wat aan die onderkant van die boorgat geblaas word, verseker dat die stukkies na bo beweeg. ’n Mengsel van bentoniet (wat hoofsaaklik uit kleiagtige minerale bestaan) en water – ook boormodder genoem – word gebruik om boorsels tot bo te bring en ook die boor te smeer en te verkoel.

Die Mont Blanc-tonnel tussen Frankryk en Italië was die eerste tonnel waar die totale deursnee gelyktydig deur horisontale boorwerk en skietwerk in ’n enkele proses afgehandel is.

Verskeie pogings is oor die jare gemaak om in die aarde se mantel, wat ’n deel van 40% van die aarde se radius van sowat 6 500 kilometer uitmaak, te boor. Die mantel is direk onder die aardkors geleë, wat sowat 4,8 kilometer tot 40 kilometer dik kan wees. Wetenskaplikes het die mantel vir die eerste keer in 1958 aangedurf met boorwerk in die bodem van die Stille Oseaan naby Guadalupe, Meksiko, maar die Amerikaanse Kongres het die befondsing in 1966 gestaak.

Die Russe het egter in 1970 met hul Kola-projek begin toe Russiese geoloë in die omgewing van Skandinawië begin boor het. Die deursnee van die boorgat was slegs sowat 23 cm en dit het twee dekades geneem om uiteindelik ’n diepte van meer as 12 kilometer te bereik. Dit is in 1992 gestaak toe die boorwerk met baie hoë temperature te make gekry het (hitte van tot 300°C op ’n diepte van 8 km is moontlik) en die hitte die toerusting beskadig het. Dit word steeds as die diepste boorwerk tot nog toe geag.

Die Duitsers het ook in 1990 met hul diepboorprojek by Beiere begin maar ook in die omgewing van 9-10 kilometer diep met baie hoë temperatuur van sowat 280°C te make gekry en nie meer geld gehad om die projek verder te neem nie.

Wat boorwerk in die oseaan vir wetenskaplike doeleindes betref, het die Japanse spesialisskip Chikyu reeds tot byna 4 kilometer onder die oseaanbodem gekom en in die olie-en-gas-bedryf hou BP se Deepwater Horizon die oseaanrekord van sowat 8 km. Die boor is in 2010 in ’n ontploffing vernietig.

Ingenieursgeologie 
Ingenieursgeologie het as onderwerp oor verskeie jare ontwikkel en die Switserse geoloog Albert Heim (1849–1937) word as die baanbreker op dié gebied beskou. Sy navorsing oor klip en grondformasies is die grondslag van dié geologie, wat vandag ’n onderafdeling van geotegniese ingenieurswese uitmaak.

Die wetenskap is belangrik vir onder meer siviele ingenieurswese, wat ook die bou van tonnels, brûe en damme insluit en gereelde boorwerk behels om onder meer klipmonsters te neem.

Werkwyse en toerusting 
Om boorwerk moontlik te maak, hetsy om grondwater te benut, vir eksplorasie, om minerale te onttrek, ventilasieskagte te installeer en om ’n perseel se ondergrondse hoedanighede te bepaal, vereis gerigte boorwerk. Hiervoor is toerusting nodig wat gate van ’n paar millimeter kan boor en ander wat ’n veel groter deursnee moontlik maak, soos mynskagte.

Boortoerusting gebruik gewoonlik hidrouliese, pneumatiese en elektriese energie en kan volgens vyf kategorieë ingedeel word:

 Boorwerk deur ’n rotasiemasjien, indringing deur ’n slytasie-aksie en draaibeweging;

 Kernboorwerk deur kringbeweging;

 Boorwerk deur ’n stamp-aksie;

 Draai/perkussie-boorwerk;

 Afskilfering of smelting deur hitte toe te pas.

Baie bore is aangepas om ’n kombinasie van boormetodes moontlik te maak.

Boortorings en -eilande 

Boortorings word opgerig om diep gate met ’n beperkte deursnee van enkele millimeter tot sowat ’n halwe meter moontlik te maak. Dit word gewoonlik opgerig om te bepaal of daar olie of aardgas is en selfs vir water te boor. ’n Boorinstallasie kan tot 40 meter hoog wees, met ’n boorkraan, draaiende staalpype en ’n boorbeitel aan die onderkant. Harde staal en ook ru-diamante word vir die boorpunte gebruik.

Verkoelingsvloeistof word gebruik om die boorbeitel nie te laat oorverhit nie en sommige beitels is ontwerp om monsters van die grond en klip te versamel – veral noodsaaklik vir geologiese ondersoeke.

Wat booreilande betref, is dit doelgemaak ontwerp om vir olie en aardgas onder die seebodem te boor. Dit rus op ’n platvorm op ’n drywende stelsel van pontonvlotte en uitskuifbare bene. Die eiland word uiteindelik opgelig sodat dit nie deur die golwe versteur word nie.

Boorpompe 
Wat boorgate vir water betref, is dit belangrik dat die geskikte waterpompe deur kundige mense geïnstalleer word. Volgens die American Hydrolic Institute en ook Europump kan die kapitale uitleg vir ’n boorgat maar sowat 10% van die totale koste oor sy lewensduur behels. Daarom is dit belangrik dat dit pasgemaak is – nie te klein en ook nie te groot nie omdat dit energiekoste onnodig kan opjaag. Die pompafstand, vloeikoers en druk hang ook daarvan af.

Hou altyd in gedagte dat pompe grense het en dat die keuse van die regte boorgatpomp goeie dividende kan verseker

Dataversameling, -aantekening en -ontleding 
Boorgate vir verskillende doeleindes vereis nie alleen tegniese vernuf nie, maar dit is belangrik dat die versameling, aanteken en uiteindelik ontleding van boorwerkdata kundig gedoen word. Dit geld boorwerk vir water, minerale, olie, gas of geotegniese (benede-oppervlak-) ingenieurswese.

Rekordhouding sluit in data oor inkrementele diepte, ontleding van die monsters wat deur middel van die boorgat verkry is en selfs die bestudering van die wande van die boorgat deur middel vanvisuele of geofisika-metodes. Kernboorwerk voorsien gewoonlik die beste monsters.

Dit word moontlik gemaak deur verskeie metodes te gebruik:

 Inligting oor monsters wat geneem is in die vorm van snysels of klipgruis;

 Kerndata, wat deur die litologiese metode of geotegniese metode verkry is. Die litologiese inskrywing kan volgens kliptipe, kleur, samestelling en ander spesiale hoedanighede wees.  Die geotegniese metode konsentreer op die meganiese hoedanighede van die klip;

 Data oor die boorgatwand en dit kan ’n groot deursnee van tot 75 cm behels;

 Video-opnames deur ’n kamera wat met ’n kabel in die boorgat laat sak word;

 Dataverkryging deur elektriese, meganiese, hitte- en klank-opnames en selfs gamma-bestraling.

Akkurate besluitneming is dus op betroubare inligting gegrond.

Boorgatwater 

Toeganklike grondwater kan deur middel van goed geplaaste boorgate bereik word. Dit behels makliker boorwerk deur poreuse sandsteen of moeilike boorwerk deur byvoorbeeld graniet, wat die vloei van water meestal deur krake en nate moontlik maak. Gemiddeld syfer sowat 20% van reën deur in die grond en kliplae (regoliet genoem) en grondwater, wat sowat 8 miljoen kubieke kilometer varswater op aarde en verreweg die grootste deel van die slegs 3% toeganklike varswater uitmaak, word al hoe meer verbruik.

Boorgate word gewoonlik tot ’n diepte van heelwat onder die tafel gesink, sodat die aanvulling van die beskikbare waterdraer (Engels: aquifer) geredelik kan geskied. Die optimale wateronttrekking is wanneer die onttrekkingstempo (liter per minuut) dieselfde as die aanvullingstempo is.

Dit is bekend dat die gehalte van grondwater baie kan wissel en dat die agteruitgang van grondwater wêreldwyd kommer wek. In Amerika is byvoorbeeld meer as 50% van mense van grondwater afhanklik en navorsing bevestig dat verskeie stede, soos New Jersey, Miami, Florida en Atlantic City, toenemend grondwatertoetse moet uitvoer om te bepaal hoeveel chemikalieë dié water besoedel.

Volgens beskikbare statistieke is dit moontlik dat tot sowat 75% van die minstens 175 000 afvalverwerkingsaanlegte in die land al jare lank vir die absorbering van besoedelingstowwe in die land se grondwater verantwoordelik kan wees. Navorsing van die watergehalte in Illinois deur vier instellings wat in Januarie 2019 in Groundwater gepubliseer is, het ook ’n donker prentjie geskilder oor die hoeveelheid mikroplastiek wat in twee waterdraers gevind is en uiteindelik in voedsel kan voorkom. Soortgelyke statistieke van baie lande bevestig die omvang van die probleem.

Die Boorgatvereniging van Suider-Afrika (BWA) wys daarop dat heelwat van die soute, metale en organiese chemikalieë in grondwater goed is vir mense se gesondheid, maar wanneer dié stowwe in hoë konsentrasies voorkom – soos dit al hoe meer die geval is – kan die water nie alleen sleg smaak en selfs ruik nie maar ook skadelik vir verbruik deur mense kan wees op kort- en langtermyn.

Organismes soos bakterieë, protosoë en virusse is onder meer vir die oordrag van aansteeklike wateroordraagbare siektes soos cholera en gastro-enteritis. Hoë konsentrasies van nitrate in die water kan die hoeveelheid suurstof in die bloed verlaag en veral verwagtende vroue, hul ontwikkelende babas, babas jonger as ses maande en ouer mense ernstig raak. Gevolglik is die neem van watermonsters al hoe meer van belang en die ontleding daarvan deur Sanas- (Suid-Afrikaanse Nasionale Akkreditasiestelsel) geakkrediteerde laboratoriums noodsaaklik.

Stoor van grondwater 
Dit is interessant dat, sedert grondwatertegnologie 150 jaar gelede deur die Franse ingenieur Henry Darcy ontwikkel is, die bestuurde stoor van grondwater al hoe meer veld gewen het. Dit word daarna verwys as “bestuurde waterdraerhervulling”, wat die beheerde vul van dié ondergrondse reservoirs is vir latere gebruik, soos in droogtetydperke. In werklikheid is grondwater al reeds sowat 100 n.C. in die Midde-Ooste in die Qanat-stelsels opgegaar (deur ondergrondse tonnels “gebank”). Dit bied ook die voordeel dat die minimum waterverlies weens verdamping verloor word.

In Amerika was daar in 2005 meer as 70 sulke projekte en in Suid-Afrika is die Atlantis-ontwikkeling, wat waterkomme van meer as 50 hektaar opvul, goed bekend. Dit sorg vir sowat 4 miljoen kubieke meter water per jaar en voorsien Atlantis ook van sy meeste water. Dit is uiteraard nie eenvoudig nie en vereis noukeurige beplanning en uitvoering, wat ook goeie ingenieursvernuf en behoorlike omgewings- en wetlike regulasies insluit.

Is ’n boorgat ’n goeie belegging? 
Hardnekkige droogtes te wyte aan te min reën bring mee dat van Suid-Afrika se provinsies gereeld as rampgebiede verklaar word. Die koste van water styg ook deurlopend.

In Gauteng het Johannesburg Water byvoorbeeld ’n vennootskap met die BWA gesluit om inwoners aan te moedig om eerder boorgatwater te benut en die druk op oppervlakwater te verlaag. Volgens BWA-statistieke kan huishoudings tot soveel as 46% van hul maandelikse watergebruik gebruik om hul tuine aan die gang te hou. Dit verhoog nie alleen hul waterrekening aansienlik nie maar kosbare water word in die proses gemors.

Navorsingsbevindinge wat deur die BWA in sy joernaal gepubliseer is, bevestig dat die aanvanklike koste om te bepaal waar water is, boorwerk te laat doen, alle pomptoerusting te laat installeer, watergehalte te laat ontleed, die boorgat by die Departement van Water en Sanitasie te registreer en ander uitgawes soos elektrisiteitskoste in te reken, gou verhaal kan word. In ’n gevallestudie waar sterk boorgatwater deur ’n maatskappy gebruik word, is gevind dat die aanvanklike koste binne sowat twee jaar verhaal is en dat in die volgende jare tienduisende rande per jaar bespaar is. Dieselfde geld die veel verminder gebruik deur huishoudings.

Dit beteken dat ’n boorgat wat professioneel gesink is en goed onderhou word, ná die verhaling van die aanvanklike koste, ’n kostedoeltreffende alternatief vir veel duurder munisipale water kan wees.

Nog wetenswaardhede oor boorgate 

 Die gemiddelde diepte van ’n boorgat om grondwater te benut, is sowat 60-80 meter. Boorwerk moet soms heelwat dieper gedoen word om water te bereik maar water kan aan die ander kant veel vlakker gevind word. Indien die watertafel dieper as die watertafel sak, kan ’n boorgat egter gou droog raak.

 ’n Boorgat is ’n bate wat 50-80 jaar kan hou, met billike instandhoudingskoste in veral die eerste 15 jaar en in later jare meer instandhouding weens onder meer slytasie.

 Boorgatwater kan wel gedrink word, maar dit is belangrik om dit eers te ontleed en daarna gereeld te laat ontleed deur ’n SANS-241-toets om te bevestig dat dit geskik is en bly as drinkwater.

 ’n Vermoede dat boorgatwater besoedel is, kan bevestig word deur een of meer van die volgende tekens: Maagongesteldhede, ’n petrol-, paraffien- of chemiese reuk, skuim om sprinkelaars, suurwater (’n lae pH), ’n opsigtelike verandering in die kleur van die water en plante wat verlep of besig is om dood te gaan. Grondwater kan geleidelik besoedel word deur ongewensthede, insluitend kunsmis, brandstof, insekdoders, mynwater of chemikalieë wat deur die grond tot in die betrokke waterdraer syfer.

 In natter gebiede is die gehalte van grondwater gewoonlik beter as in droë gebiede, waar die water ’n groter verhouding van opgeloste soute het. In sommige gebiede is vars grondwater beskikbaar bo digter soutwater (sowat 1,0 gram per kubieke cm, vergeleke met soutwater se digtheid van 1,025 gram per kubieke cm), soos die geval is in die Okavango Delta in Botswana. Boorgate moet egter nie te diep geboor word nie.

 Die tekort aan suurstof in sommige grondwater dood aerobiese mikro-organismes, maar kan terselfdertyd ’n gelukkige tuiste vir anaerobiese soorte (wat in suurstoftekorte floreer) bied. Die vermoë van sekere grond- en klipsoorte om vastestowwe (insluitend besoedelende stowwe) te filtreer, is ook bekend.

 Diep boorwerk, soos vir wetenskaplike en petroleumdoeleindes, kan ook die besoedeling van varswater veroorsaak. Dit was veral in die beginjare die geval, toe nog nie soveel kennis beskikbaar was van die diepte waarin varswater in grond en klip voorkom nie.

 Die diepste boorgat waar mense in groot getalle die bodem kon bereik, is die Western Deep Levels-myn in Suid-Afrika. Dit is 3,78 km diep.

Bronne 
 Keller, Edward A. Environment Geology. Macmillan Publishing Company. 1992. ISBN 0-02-363270-4
 McCarthy, Terence. How on Earth?  Struik Nature. 2009. ISBN 978-1-77077-485-9
 Redaksiepaneel. The New Encyclopedia Volume 4. Encyclopedia Brittanica Inc. 2010. ISBN 978-1-59339-837-8
 Redaksiepaneel. McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology Volume 3. McGraw-Hill. 1992. ISBN 0-07-909206-3
 Redaksiepaneel. Wêreldfokus Volume 2. Ensiklopedie Afrikana. 1981. ISBN 0 908409 14 1
 Smith, Peter J. (redakteur). Hutchinson Encyclopedia of the Earth. Hutchinson. 1985. ISBN 0-09-165860-8
 Web-artikels: https://bwa.co.za/the-borehole-water-journal/2016/8/13/what-to-look-for-when-drilling-a-borehole; https://bwa.co.za/the-borehole-water-journal/2017/5/15/selecting-the-right-borehole-pump; https://bwa.co.za/the-borehole-water-journal/2019/1/27/how-we-can-bank-water-underground-for-use-later-on; https://bwa.co.za/the-borehole-water-journal/2017/7/24/is-all-groundwater-safe-enough-to-drink; https://bwa.co.za/the-borehole-water-journal/2016/08/16/are-boreholes-a-good-investment; http://www.digitaljournal.com/tech-and-science/science/microplastic-contamination-found-in-groundwater-in-usa/article/541860; https://www.domesticboreholes.co.za/Faqs/;  https://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/ask-smithsonian-whats-deepest-hole-ever-dug-180954349/; https://www.theguardian.com/notesandqueries/query/0,5753,-5753,00.html. Al die artikels op 12 Maart 2019 besigtig.

Water
Mynbou