К основному контенту

Водозаборные скважины: способы бурения

Централизованные системы для питьевого, хозяйственного и промышленного водоснабжения создаются десятками, даже сотнями глубоководных скважин. Вода из подземного водоносного слоя доставляется на поверхность по трубе, с помощью насосного оборудования, или потоком сжатого воздуха (эрлифтные установки). Бурение скважин в гравийно-песчаных, глинистых и каменистых слоях породы выполняют машины ударного или вращательного типа.


Глубоководные водозаборы — конструктивные элементы скважин


Грунтовые воды — это чистые водные источники в насыщенных зонах под землей. Водные потоки медленно перемещаются в водоносном горизонте, заполняют поры и трещины в грунтовых пластах — песчаных, гравийных, скальных нишах. Чистая вода может оставаться в подземном резервуаре сотни и тысячи лет. До 97 % мировых запасов пресной воды находится в водоносных горизонтах.

Водозаборные скважины, пробуренные под землей, постоянные и надежные источники воды даже в засуху. Глубоководные водозаборы достигают 1000 метровой глубины. Диаметр водоприемной части скважин — 100–1200 мм.

Подземная скважина состоит из трубы с выходным отверстием, уплотнительной системы, подъемного насосного механизма, облицованных защитной обсадной колонной. Нижняя часть ствола под колонной является заборным отверстием, через него вода поступает в скважину. Обсадная труба и заглушка должны возвышаться над землей (не менее, чем на 30 см).

Продвижение обсадной колонны через породы продолжается в условиях высокой нагрузки, до достижения водоносного горизонта, или до тех пор. пока колонна прочно не закрепится в скальном грунте, который стабилизирует скважину. Тип обсадки определяется геологическими формациями и качеством грунтовых вод. Шахты скважин оборудуют дополнительной защитой — кондукторной колонной. Ее диаметр чуть больше диаметра обсадной трубы. Кондуктор устанавливают на водоприемную часть шахты для перекрытия неустойчивых водоносных и поглощающих пластов.

Водоприемную часть скважины, при вскрытии рыхлых пород, оборудуют защитными фильтром. В скальных породах устанавливают перфорированные трубы. Если надо увеличить диаметр скважины, например, в интервале установки рабочей части фильтра, используют специальные расширительные системы. Водозаборы подземных вод включают режимную сеть наблюдательных скважин (водомерных постов) для слежения за уровнями и качеством воды.

Методы бурения, условия применения, буровое оборудование


Качество воды, долговечность скважины, сроки и стоимость гидротехнического сооружения — вот показатели, определяющие технико-экономическую целесообразность применения того или иного способа бурения.

Популярные методы бурения скважин для забора воды:
  • Ударно-канатный.
  • Вращательного (роторного) бурения с прямой и обратной промывкой.
  • Колонковый.
  • Реактивно-турбинный.

Способы бурения подземных скважин выбирают, исходя из технико-экономической целесообразности, геологии и гидрогеологических условий местности — положения водоносных горизонтов в земной коре (глубина залегания, тектонические движения), литологии пород, диаметра водозаборной трубы.

Необходимо исключить риски попадания грунтовых и поверхностных вод в водоносный горизонт, обрушения стенок подземной скважины при бурении, обеспечить постоянное превышение гидростатического давления столба воды в стволе шахты над пластовым.

Если водоносный горизонт залегает на малой глубине (до трех метров от поверхности земли), для сооружения подземной скважины используют буровую установку с подъемным ротором. Кондуктор шахты выводят выше уровня земли.

Ударно-канатный буровой метод применяют для сооружения скважин диаметром от 300 мм, глубиной 100–300 метров. Ствол водозаборный шахты прибивается за счет энергии свободного падения, ударами долота, подвешенного на канате. Скважина очищается от шлама за счет перепада давления в шахте и статической камере гидростатической желонки. При проходке водоносных песков диаметр желонки на 100 мм меньше внутреннего диаметра обсадной трубы, в устойчивых грунтах — на 100 мм больше, в неустойчивых — на 6 мм меньше.

Для бурения используют буровые станки (УКС-22, УГБ-1ВС, УГБ-50), вскрываемые породы пробивают долотами (крестовые, двутавровые). При проходке скальных пород, для увеличения динамического воздействия на забой, применяют виброударные буровые снаряды. Пока долото разбивает породу, по забою, посредством подпружиненного ударника, наносится череда мощнейших дополнительных ударов. Кинетическая энергия снаряда, пробивающего твердую породу, используется более эффективно, скорость проходки возрастает вдвое. Ударно-канатный метод комбинируют с вращательным бурением.

Вращательные способы бурения (разделены на виды, которые разработаны для определенных грунтов) применяются для сооружения водозаборных скважин глубиной свыше ста метров, отличаются высокой скоростью проходки. Буровые инструменты применяют с учетом крепости буримых пород.

При роторном бурении скважин вскрываемые породы разрушают (разбивают, режут) вращающиеся лопастное и шарашечные (для нефтяных и газовых скважин) долота или коронки. Скорость проникновения в грунт и достижения водоносного горизонта определяются геологическими условиями. Бурение будет продолжено ниже уровня грунтовых вод, чтобы гарантировать достаточный гидро-запас и длительный срок службы скважины.

При прохождении уплотненной породы, низкая скорость вскрытия требует низких скоростей вращения ротора и малых объемов промывочной среды. Роторные техники включают обязательную промывку вскрываемых грунтов. Промывочные жидкости подбирают, исходя из свойств проходимых пород. При роторном бурении на водные горизонты с большими напорами предписана промывка глинистым или водогипановым растворами (требует непрерывного водоснабжения). При роторном вскрытии скальных пород в безнапорных пластах в качестве промывочной жидкости используют чистую воду.

Роторный способ с прямой промывкой используется при сооружении скважин (диаметром до 500 мм) в рыхлых и скальных грунтах, глубиной до 700 м. Роторное бурение с обратной промывкой применяется в песчано-глинистых и каменистых породах, метод разработан для скважин большого диаметра (60–120 см), глубиной до 200 м. Буровая система должна быть обеспечена чистой водой для промывки на весь рабочий период. Промывочные жидкости проходят лабораторную проверку на соответствие санитарным требованиям.

Шнековое вращательное бурение не требует промывки, поскольку при вскрытии и прохождении породы разрушенный отработанный грунт поднимается из скважины на поверхность бурильной трубой со стальной ребордой (шнеком).

Колонковый буровой метод разработан для сооружения скважин, диаметром 150–200 мм и глубиной до 600 метров, эффективен на глинисто-песчаных и глинистых грунтах. Используются буровые установки УГБ. Породу пробивает толстостенная труба с кольцеобразной коронкой. Для бурения скальной породы используют алмазное долото. Колонковый метод бурения применяют для оборудования разведочных скважин.

Реактивно-турбинный метод бурения разработан для оборудования скважин большого диаметра (свыше 500 мм), глубиной 500–2400 метров Породы вскрываются мощными двухтурбинными бурами диаметром до 1020 мм, используют буровые установки БУ-75.

Для устройства водозаборных скважин необходимо отведение земли. Минимальные размеры участков для каждого способа бурения определены законодательно.

Комментарии

Популярные сообщения из этого блога

Зимняя скважина без кессона – это реально? А удобно?

«Как обустроить скважину после бурения?» - этот вопрос встает перед владельцами загородных домов, после создания самой скважины. При этом люди часто ориентируются на зимние варианты обустройства. В этой статье рассмотрим возможные подходы к решению задачи.

Утепление водозаборной скважины без кессона при добыче воды для частных нужд

Добыча подземных вод в зимний период требует решения ряда задач связанных с утеплением водозаборных скважин. В этой статье рассмотрим возможные и распространенные варианты утепления скважины без кессона, которые применяют частники. Решения по утеплению скважин для централизованного водоснабжения рассмотрим в отдельной публикации.

Подготовка скважины к зиме: варианты решения задачи

О том, как подготовить скважину на даче или в загородом доме к зиме осенью начинают задумываться многие собственники. При этом единого алгоритма подготовки скважинного водозабора к зимовке нет. Ведь порядок действий зависит от:

Как пользоваться скважиной зимой при постоянном проживании

Не смотря на то, что многим водозаборные скважины кажутся просто «дыркой» или отверстием в земле, на самом деле с ними все не так просто. Взять хотя бы вопрос о зимней эксплуатации водозаборного сооружения. Людей, которые ожидают простоты (а главное дешевизны), ждет много сюрпризов в первый год (а некоторые сюрпризы могут проявиться и позже). В рамках этой статьи разберемся с рядом моментов связанных и использованием скважины на воду в зимний период при постоянном проживании.

Сколько времени можно не пользоваться скважиной

Дачники и владельцы загородных домов все чаще решают пользоваться автономным водоснабжением на базе водозаборных скважин. При этом скважина на воду достаточно специфическое сооружение, которое требует особых решений по эксплуатации. Поэтому у новичков в области добычи подземных вод с помощью скважин возникает много вопросов и сомнений в отношении этих сооружений. Одно из ключевых сомнений для дачников – срок простоя водозаборной скважины. Разберем в этой статье вопрос: «Сколько времени можно не пользоваться скважиной на воду?»