Конструкция скважин

Конструкция скважин 

Содержание: 

1. Грунт

2. Воды

Виды конструкций  скважин

1. Однотрубные  обсадные колонны

1.1. Стандартная  однотрубная обсадная колонна

1.2. Перфорированная  рабочая колонна

2. Двухтрубная  обсадная колонна

Расходные материалы, использующиеся при строительстве скважин

1. Трубы ПНД  (полиэтилен низкого давления)

1.1. Характеристики  ПНД трубы

1.2. Установка  и эксплуатация ПНД труб 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Существуют  различные виды скважин

Их  свойства и условия  применения. 
 

1. Разрез  грунта

 

Рассмотрим  залегание пород  и водоносные слои.

Слой 1 – осадочные породы (глины, пески, суглинки, галечники);

Слой 2 – породы средней  плотности (рыхлые известняки, туфы, сланцы);

Слой 3 – метаморфические  породы – «коренные»(базальты, кварциты, граниты). 

2. Виды подземных  вод 

Воды, залегающие в этих слоях, различаются: 

1. Верховая вода («верховодка»);

2. Грунтовая вода;

3. Безнапорные и  напорные (артезианские) межпластовые воды. 
 

Итак, «верховодка» залегает на глубине до 10 метров, в первом слое пород – осадочном. Она набирается за счёт осадков, не профильтрована почвой, это вода с полей, канализационные стоки, химикаты и прочие примеси. «Верховодка» – не питьевая вода, мутная, с осадком.

Для водоснабжения «верховодку» не используют, поэтому  при бурении скважин верховодку необходимо тщательно изолировать обсадными трубами, чтобы избежать загрязнения расположенного ниже водоносного слоя. Она может быть использована для полива, мытья автомобилей и прочих бытовых нужд.

Грунтовые воды залегают на глубине от 10 до 30 метров, во втором слое пород - средней плотности.

Уровень грунтовых вод  устанавливается  в скважине на той  глубине, на которой  они были вскрыты.

Водоносные  слои находятся в  рыхлых зернистых  или скальных трещинах породы. Подземные  воды этого типа могут питаться за счет инфильтрации (просачивания) в глубину верховой воды по всей площади распространения водоносного слоя.

Далеко  не всегда они являются питьевыми, так как  могут легко загрязняться стоком из выгребных  ям, животноводческих ферм. В них часто встречаются примеси хлора, железа и прочих нежелательных элементов. Поэтому при использовании таких грунтовых вод для водоснабжения необходимо обеспечить их надежную санитарную охрану и проверку участка водозабора.

Безнапорные и напорные (артезианские) межпластовые воды залегают ниже – на глубине около 30 метров, в третьем слое - «коренные» твёрдые породы.

Безнапорные и напорные (артезианские) межпластовые воды хорошо защищены от загрязнения  с поверхности  верхним водоупорным  слоем. При вскрытии скважиной, уровень артезианской воды всегда устанавливается значительно выше уровня залегания, а иногда артезианская вода сама изливается из скважины (фонтанирует). Эти воды хорошо отфильтрованы почвой, пригодны для питья практически всегда. 

Все данные о глубинах залегания вод приблизительны и усреднены, отличие конкретных участков может быть очень большим.  

При бурении скважин  для водоснабжения  «верховодку» необходимо тщательно изолировать  обсадными трубами, чтобы избежать загрязнения  расположенного ниже водоносного слоя.

Также, если не поставить  обсадную трубу, или  поставить ее на недостаточную  глубину (менее 3 метров в слой «коренных» пород), происходит попадание  слабых (рыхлых) пород, например, глины и  песка в скважину. Из-за этого перечисленные  загрязнения образуют ил, который с течением времени слёживается и уплотняется. Постепенно он накапливается, а затем, поднимаясь все выше, начинает затруднять доступ воды в скважину («заиливание»).

В крайнем случае, мягкие породы могут затянуть скважину, она обрушится - сомкнётся.

Так же на дно скважины из разломов намываются и оседают песчинки. Во избежание перекрывания водоносного разлома, необходимо строительство  «отстойника», т.е. углубление скважины на 3 метра  ниже водоносного  слоя. 

Виды  конструкций скважин 

Наиболее распространены следующие конструкции скважин: 

1. Однотрубные обсадные  колонны 
 
 

1.1. Однотрубная обсадная  колонна

 

Данный  вид обсадной колонны  устанавливается  в районах, где  «коренные» (крепкие) породы расположены  близко к поверхности, например, в районе озера Таватуй.

Обсадная  труба может быть:

a) Стальной - сталь  20, стенка 5мм (оцинковка  не рекомендуется)  диаметрами:

168 мм,

159 мм,

146 мм,

127 мм,

110 мм. 

b) пластиковой нПВХ  стенка 5 и 8 мм (ПНД  нолиэтилен низкого  давления не рекомендуется)  диаметрами:

90 мм,

110 мм,

125 мм. 
 

Преимущества  стальной колонны:

Морозоустойчивость,

Жёсткость 

Технические характеристики стальной трубы сильно варьируются  в зависимости  от её диаметра, длинны и толщины. 

Преимущества  пластиковой колонны:

Долговечность и эффективность в эксплуатации;

Гидравлические  характеристики всегда остаются неизменными;

Легкость  соединений (уменьшается  время монтажа);

Абсолютная  герметичность соединений;

Низкое  трение (снижающее  потери энергии на перекачку);

Температура подаваемой воды 0oС +45oС;

Гигиенический сертификат. 

Технические характеристики пластиковой  трубы: 

Напорные  трубы из нПВХ предназначены  для трубопроводов, транспортирующих питьевую воду. 
 

1.2. Перфорированная  рабочая колонна

 
 

Перфорация - сверление отверстий  в трубе обсадной колонны на уровне разлома. Делается как на стальные, так и на пластиковые трубы.

Перфорированная однотрубная колонна  устанавливается  в районах с  крепкими, но немонолитными  стенками (от скального  грунта могут откалываться частицы породы и  попадать в скважину, что приводит к повреждению насоса и/или заиливанию, в зависимости от высоты скола породы).

Используется  при бурении скважины промышленного назначения с заявленным дебитом. Производится бурение  без установки  обсадной колонны, затем  проводятся каротажные исследования скважины (опускается прибор, наливом или откачкой определяется положение в разрезе скважины водоактивных интервалов), после чего перфорированные участки трубы устанавливаются на глубине водоактивных интервалов. Остальная часть рабочей колонны остаётся «глухой», т.е. без отверстий. Перфорированная рабочая колонна это дорогое удовольствие, ( цена монтажа подобной конструкции может увеличить на 40% стоимость работ).

На  складчатом Урале  на глубине в среднем  в среднем 40м, а  очень часто и  выше залегают крепкие, слабо трещиноватые породы. Нет надобности опускать обсадную трубу ниже, нет риска того, что порода будет крошиться и заиливать скважину (например: если залегает плотный слабо трещиноватый гранит), установка обсадной трубы до конца ведёт лишь к увеличению стоимости, чем пользуются недобросовестные компании. Перфорированная колонна ставится в том случае, если в массиве породы вода встречается только в сильно трещиноватом слое коренных пород, а ниже её попросту нет или недостаточно для хозяйственных нужд. Следовательно, нужно ставить перфорированную часть трубы на уровне водоактивных интервалов, а далее глухую трубу. Но даже в этом случае не обязательно ставить её до конца, только до глубины где начинаются крепкие породы плюс 3 метра. Только если скважина даёт очень мало воды и выступает как накопительная, когда насос опускается до забоя (до самого дна) монтируется рабочая колонна до забоя. 

2. Двухтрубная обсадная  колонна 

 

Ставится  в районах, где  толщина слоя мягких и рыхлых пород  весьма значительна, например, заболоченной местности и в пойме реки.

Двухтрубная обсадная колонна  состоит из двух колонн:

1. Под 4-х и 5-и  дюймовые насосы  промышленные или  «Водолей»

а) Внешняя (стальная) труба  диаметрами:

168 мм,

159 мм,

146 мм. 

б) Внутренняя соответственно либо стальная труба диаметрами:

159 мм,

146 мм,

127 мм. 

либо  пластиковая труба  диаметрами:

125мм,

116 мм. 

2. Под 3-х дюймовые  насосы бытовые  насосы GRUNDFOS

а) Внешняя (стальная) труба  диаметром:

127 мм. 

б) Внутренняя

110мм,

90 мм. 

(подробнее  о выборе насосов  их видов и производительности смотрите в разделе обустройство скважин) 

Стальная  труба устойчива  к механическим повреждениям, но имеет свойство давать ржавчину, пластиковая  труба никак не влияет воду, но менее  прочная.

Двухтрубная обсадная колонна  является оптимальным вариантом для строительства скважин, так как сочетает в себе преимущества обоих видов труб – жёсткость стальной и экологичность пластиковой. Проще говоря, стальная труба устойчива к механическим повреждениям, но имеет свойство давать ржавчину, пластиковая труба менее прочная, но никак не влияет воду.

Кроме того, конструкция  однотрубной колонны  использующаяся в  течение длительного  периода времени(более 20 лет) может разрушиться  вследствие вымораживания  грунта и других разрушающих  факторов. Двойная колонна исключает возможность возникновения такого рода проблем.

Цена  конструкции оправдывается  её надёжностью и  качеством. Долговечность  конструкции обеспечивается её стальной составляющей, а качество воды в  скважине сохраняется  благодаря пластиковой.

Для скважин промышленного назначения конструкция может иметь 3-4 колонны в зависимости от разреза грунта, рабочая колонна (внутренняя) должна обсаживаться до конца и быть перфорирована на глубине водоактивных интервалов. 
 
 
 
 
 

Расходные материалы, использующиеся при строительстве скважин 

1. Трубы ПНД (полиэтилен  низкого давления) 

1.1. Характеристики ПНД  трубы 
 
 

Сокращенное название полиэтиленовых труб, которое говорит  о том, что они  изготовлены из полиэтилена  низкого давления. Данные трубы предназначены  для трубопроводов, транспортирующих воду (в том числе для хозяйственного и питьевого водоснабжения), другие жидкие и газообразные вещества, к которым полиэтилен химически стоек. Трубы ПНД изготавливаются из полиэтилена низкого давления методом непрерывной шнековой экструзии.