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.
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.
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:
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.
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
Отправить комментарий