Конструкция скважин
Содержание:
Термины
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
2.
Труба оцинкованная
2.1.
Характеристики оцинкованной трубы
2.2.
Установка и эксплуатация оцинкованных труб
3.
Труба нПВХ (непластифицированный поливинилхлорид)
3.1.
Характеристики нПВХ трубы
3.2.
Установка и эксплуатация нПВХ труб
Существуют различные виды скважин
Их свойства и условия применения, мы попробуем объяснить доступно
1. Разрез грунта на складчатом Урале
Необходимо ознакомить Вас с особенностями геологии Свердловской области. (Все сведения упрощены, глубины усреднены, рисунки схематичны, для краткости и лучшего восприятия)
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.
подробнее о геологических изысканиях вы можете узнать на
нашем сайте
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
Выбор конструкции зависит от места расположения скважины, и осуществляется заказчиком по рекомендации специалиста.
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:
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.
Установка такой конструкции обязательна только для промышленных, высокодебитных скважин и является лишь частью большого спектра работ выполняющихся при заложении промышленной скважины на воду.
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:
б) Внутренняя соответственно либо стальная труба диаметрами:
либо пластиковая труба диаметрами:
2. Под 3-х дюймовые насосы бытовые насосы GRUNDFOS
а) Внешняя (стальная) труба диаметром:
б) Внутренняя
(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.
Плюсы:
- Долговечность. Срок эксплуатации стальных труб составляет около 25 лет, тогда как гарантированный срок эксплуатации труб ПНД составляет 50 лет.
- Коррозийная стойкость труб из полиэтилена низкого давления. Воздействие агрессивных веществ, находящихся в почве и транспортируемой среде для трубы ПНД не опасна, для труб также нужна специальная защита (катодная или анодная).
- Увеличение пропускной способности - в трубах ПНД не происходит "зарастание" внутреннего прохода трубы продуктами окисления, как в стальных.
- Трубы из ПНД не повреждаются от замерзшей внутри воды.
- Просадка дома, к которому подведен трубопровод, вызовет разрушение металлической трубы, в то время как труба ПНД способна растягиваться без потери своих качеств до 7 %.
- Труба ПНД токсикологически безопасна.
Минусы
- При воздействии прямых солнечных лучей появляется неприятный запах.
- Не имеет раструба.
- Труба по своей массе и соответственно плотности меньше воды.
- Мягкость и способность растягиваться приводит к невозможности установки глубже 15 м.
- Наличие многих видов маркировки (Наличие синей полоски не означает, что труба предназначена для питьевого водоснабжения, а лишь, что для холодного).
1.2. Установка и эксплуатация ПНД труб
Трубы ПНД существуют различных диаметров, но чаще всего используется труба диаметром 160 мм, это связано с большой мягкостью полиэтилена низкого давления, больший диаметр - толще стенка. Труба не имеет раструба, соответственно полной герметичности от «верховодки» нет.
Монтаж ПНД трубы производится довольно просто: проходится порода диаметром 168 мм до скалы, затем вставляется труба 160 мм в диаметре.
В среднем, после года работы скважины, могут возникать следующие проблемы:
1. Труба легче воды сама по себе, а в воде её вес уменьшается ещё больше (по закону Архимеда). Труба всплывает под действием воды и стоит уже не в скальном грунте а в рыхлых породах. В рабочий ствол попадают рыхлые породы и верховодка (вода рыжеет, приобретает запах, появляются примеси), и, как итог, скважина окончательно заиливается (теряет в глубине, и падает до нуля приток воды в скважину).
2. Если труба хорошо закреплена в грунте и держится крепко, возможно смятие и разрыв трубы под действием выталкивающей силы воды и весеннего движения верхних слоёв почвы (особенно в сильно заболоченной местности).
3. ПНД трубу нельзя притереть к скале как стальную, нельзя сыграть на разнице диаметров бурения за счёт раструба как на нПВХ трубе, отсюда большая вероятность получить из питьевой воды техническую воду. Из-за мягкости ПНД трубу нельзя монтировать глубже 15 м (коренные породы на Урале могут находиться и на 70-ти метрах). Трубы ПНД некоторых производителей при воздействии прямых солнечных лучей приобретают неприятный запах, а значит, пахнуть будет и сама вода.
4. Единственным и неоспоримым достоинством трубы ПНД относительно других пластиковых труб является её низкая цена.
2. Труба оцинкованная
2.1 Характеристики оцинкованной трубы
На вопрос "Какие трубы нужно выбрать для обсадки скважины на воду" специалисты разных компаний ответят по разному. В одном лишь сойдется их мнение - оцинкованные трубы
! НЕЛЬЗЯ ! использовать при обсадке скважины на воду.
Интернет полон заявлений о том, что она вредна, но никто не может доступно объяснить - почему.
Основная привлекательность оцинкованных труб – сравнительно небольшая цена. Однако использовать их можно только для технических целей, потому что, растворяясь, цинк медленно переходит в воду в виде вредных для здоровья соединений.
Что представляет собой оцинкованная труба?
Оцинкованная обсадная труба делается из общестроительной стали марок: ст.2, ст.3 (Сталь низкоуглеродистая сильно подвержена коррозии)
1. Имеет раструбное соединение с резиновым кольцом, реже резьбовое («папа-папа», соединяется муфтой).
2. Толщина стенки 2-3 мм.
3. Имеет цинковое напыление 2 микрона.
4. Стоимость очень низкая – порядка 150-200 рублей за погонный метр
2.2 Установка и эксплуатация оцинкованных труб.
Монтируется в зависимости от типа соединения.
 |
Раструбное соединение
Вставляется одна в другую, держится за счёт уплотнительного резинового кольца. |
 |
Резьбовое соединение
Ставится труба, навинчивается муфта, в муфту ввинчивается следующая труба. |
При эксплуатации возникают следующие проблемы:
1. На границе воздух-вода под действием блуждающих токов происходит электрохимическая реакция (работает гальваническая пара Zn-Fe) с выносом цинка.
* блуждающие токи всегда имеются в почве, особенно сильны под ЛЭП и в техногенных зонах (города являются техногенными зонами).
2. Цинк растворим в воде (спустя 9 месяцев визуально можно наблюдать хлопья).
3. Если соединение резьбовое, то ставится муфта (обычно производятся из чёрного металла, что вообще недопустимо – приходит очень быстро в негодность).
4. Стенки тонкие, поэтому резьба делается толщиной 1,5-2 мм (очень мало - при попытке демонтажа рвётся резьба).
5. Демонтаж для раструбного соединения ещё труднее и проблематичнее – вытаскивается только верхняя труба - 3м, остальные трубы остаются в скважине.
6. После эксплуатации в течение 10 -18 месяцев в обсадной трубе образуются дыры, через которые затягивается «верховодка» и рыхлые почвы.
* Существует несколько видов оцинкованных труб от разных производителей, они используют сталь разных марок, с разными присадками, разной толщины. Ни один из этих видов не предназначен для обсадки разведочно-эксплуатационных и эксплуатационных скважин хозяйственно-питьевого назначения. Нет ни ГОСТов, ни СНИПов на обсадные работы с оцинкованными трубами, они для этого не предназначены.
3. Труба нПВХ
3.1 Характеристики нПВХ трубы
Труба нПВХ для скважин, из материала ПВХ (пищевых марок смол С7058, С7059). Сырьевой материал изделий выбран благодаря наилучшим свойствам и самым высоким физико-механическим показателям нПВХ по отношению к другим полимерам: среди них он является одним из наиболее изученных и единственным, для которого процессы старения исследованы в реальных условиях, на практике. Результаты наблюдений показывают, что характеристики материала не изменяются на протяжении 50 лет.
Изделия для обустройства скважин из нПВХ разработаны специально для потребностей строительства скважин, так как к ним предъявляют высокие требования по качеству.
Трубы из нПВХ имеют идеальные предпосылки для применения их в строительстве, благодаря следующим преимуществам:
Плюсы:
- Дешевле импортных аналогов и стальных труб.
- Удобство, легкость монтажа.
- Могут подвергаться обработке всеми химическими средствами для регенерации и дезинфекции.
- Удельный вес материала больше 1,4 ед., изделие тонет в воде.
- Прочность по отношению к внешнему давлению.
- Устойчивость против коррозии.
- Прочность на растяжение.
- Увеличение срока службы скважины (более 50 лет).
- Хорошие гидравлические свойства.
- Способность воспринимать ударные нагрузки.
- ГОСТ Р51613-2000.
- Гигиенический сертификат № 50.РА.01.229.П.000906.03.04 ОТ 19.03.2004 г.
- Сертификат соответствия № РОСС RU. АЮ85.НО2000 С 06.04.2004 г.
- Благодаря раструбному соединению создаётся дополнительная изоляция.
- Может быть монтирована на глубину более 100 м.
- Трубы из нПВХ не повреждаются от замерзшей внутри воды.
- Результаты наблюдений показывают, что характеристики материала не изменяются на протяжении 50 лет (заводская гарантия 50 лет).
Минусы - Сравнительно высокая цена относительно других пластиковых труб
3.2 Установка и эксплуатация нПВХ труб
Монтаж нПВХ трубы производится на разнице диаметров бурения.
Первым этапом осуществляется проходка ø140мм, минимум на 2м в крепкие, коренные породы.
Вторым этапом осуществляется проходка ø130мм, до вскрытия водоносных разломов.
Третьим этапом монтируется обсадная труба. Обсадная труба имеет внешний ø125, в раструбе ø135. Раструб образует «пробку» на разнице диаметров.
* В следствие того, что труба нПВХ тяжелее воды, «пробка» не всплывает, а оставшийся зазор 2,5мм затрубного пространства зашламовывается отходом породы(выработанной породой), что в свою очередь является дополнительной гарантией от попадания «верховодки» и рыхлых пород в рабочий ствол и дальнейшего заиливания скважины.
От затекания «верховодки» по резьбе соединение труб дополнительно усиливается резиновыми уплотнителями, чего нет ни у одного из других видов обсадных труб с резьбовым соединением.
Многие компании не работают с нПВХ трубой, мотивируя тем, что она слишком хрупкая. На самом деле, сломать её можно, только если скважина, в которую заталкивают или задавливают трубу, имеет кривизну либо пробурена под углом, либо у неё "плавает" диаметр. Монтаж при таких условиях невозможен и приводит к поломке трубы. Когда вы вставляете окна, вы же не ставите полиэтиленовую плёнку в место стекла, мотивируя тем, что она дешевле и не такая хрупкая при монтаже.
Скважина должна быть пробурена с использованием дополнительных устройств, не допускающих кривизны, а нПВХ труба монтируется спец. инструментом.
