Конструкция артскважины

В статье рассмотрены ключевые понятия связанные с конструкцией артезианских скважин для добычи воды. Дана информация по материалам из которых исполняют те или иные элементы конструкций водозаборных сооружений.

 

Элементы конструкций скважин на известняк

 

Из каких элементов состоит конструкция артскважин

 

Водозаборные скважины, добывающие воду из известняковых пластов, используются практически во всех регионах. В отличии от скважин, пробуренных до песчаных водоносных слоёв, вода, получаемая из таких гидротехнических сооружений, отличается хорошим качеством, а сами артезианские скважины могут безаварийно эксплуатироваться в течении нескольких десятков лет.

 

В этой статье приведены ответы на наиболее часто задаваемые вопросы о важнейших элементах конструкции артезианских скважин.

 

Рекомендуем почитать по теме:

 

 

Для каких целей в водозаборных скважинах монтируют обсадную колонну?

 

Во время строительства скважины буровой инструмент разрушает горную породу, оставляя за собой вертикальную шахту. При этом всегда существует риск осыпания или даже обрушения стенок такой шахты, что неизбежно приведёт к аварии. Поэтому стенки скважины укрепляют специальными трубами, которые называются обсадными. По мере проходки обсадные трубы соединяются между собой, формируя обсадную колонну. Диаметр обсадных труб всегда меньше диаметра скважины, что образует кольцевой зазор между внешними стенками обсадных труб и внутренними поверхностями скважины. В этот зазор закачивают цементный раствор, который по мере затвердевания намертво скрепляет между собой обсадку и скважину, создавая надёжную конструкцию.

 

Кроме того, обсадная колонна предназначена для изоляции горных пород между собой, тем самым исключая перетоки и обеспечивая высокое качество добываемой воды.

 

 

Из каких материалов изготавливаются обсадные трубы?

 

До середины прошлого века чаще всего применялись асбоцементные обсадные трубы. По экологическим соображениям такие трубы сейчас практически уже не применяются.

 

В настоящее время обсадные колонны обычно монтируют из стальных труб. Несколько реже применяют пластиковые трубы. Все типы обсадных труб изготавливаются только промышленным способом по ГОСТ и строго регламентированы по типоразмерам. Имеется достаточно большой ряд стальных обсадных труб различного диаметра: от 114 до 508 мм. Заводы выпускают такие трубы с толщиной стенок от 6 до 12 мм. Очевидно, что чем больше толщина труб, тем больший срок они смогут эксплуатироваться. Трубы большой толщины обычно применяют в высокодебитных скважинах, где имеется повышенная опасность коррозии труб, в том числе электрохимической.

 

Кроме того, обсадные трубы отличаются способами соединения в колонну. Существуют стальные трубы с муфтовым и безмуфтовым резьбовыми соединениями, а также выпускаются обсадные трубы для соединения в колонну с помощью сварки.

 

Пластиковые обсадные трубы выпускаются несколько меньших диаметров: от 90 до 225 мм. Пластик тоже может быть изготовлен по разным технологиям, например, ПВХ, нПВХ или ПНД. Пластиковые трубы имеют гораздо более высокую коррозионную устойчивость, они значительно легче и конечно же дешевле.

 

 

Для чего в конструкциях водозаборных скважин устанавливают направление?

 

Перед проведением буровых работ специалисты обязательно исследуют состав и структуру поверхностных слоёв. Если эти породы склонны к осыпанию, например, состоят из плывунов или других подвижных грунтов, то в этих случаях чаще всего бурение начинают с установки специальной трубы-направления длиной от 2 до 5 метров. Для этого выкапывают шурф, соответствующий диаметру этой трубы. Затем для её устойчивости, направление цементируют или в некоторых случаях просто закапывают. Все остальные работы впоследствии производятся через направление. Поэтому её диаметр должен быть достаточно большим, чтобы обеспечивалось выполнение всех остальных операций, включая спуско-подъёмные работы.

 

Чаще всего направление устанавливают при бурении скважин большого диаметра с использованием шарошечных долот и применением глинистых промывочных растворов. Кроме того, монтаж направления обязателен при бурении разведочных скважин ударно-канатным способом.

 

В самом общем случае направление необходимо на начальном этапе строительства скважины для облегчения процесса забуривания и обеспечения вертикальности проходки.

 

 

 

 

Какие материалы используют для изготовления направления?

 

В настоящее время направление обычно монтируют из стальной обсадной трубы большого диаметра. В некоторых случаях, например, при строительстве неглубоких скважин можно использовать обычную водопроводную трубу соответствующего диаметра.

 

Поскольку отсутствует прямой контакт материала направления и добываемой воды, то некоторые собственники артскважин иногда используют асбоцементную трубу. Обычно это делается в целях удешевления строительства водозаборного сооружения. Но специалисты теперь не рекомендуют использовать такие трубы в водозаборных скважинах.

 

 

Что такое кондуктор водозаборной скважины и в каких случаях необходим его монтаж?


Кондуктор или кондукторную колонну часто путают с направлением, так как кондуктор иногда выполняет роль направления. Но в отличии от направления кондуктор монтируют на большую глубину – до 20 метров. Целью установки кондуктора является перекрытие верхних водоносных пластов (верховодки), защита скважины от попадания талых или дождевых вод, а также обеспечение проходки через неустойчивые породы и гарантированное отсутствие поглощения промывочного раствора. Таковыми, например, чаще всего являются насыпные слои, пески и неуплотнённые глинисто-песчаные пласты. Также кондуктор предотвращает так называемое «морозное пучение».

 

Кроме того, кондуктор служит для установки технологического оборудования и уменьшения при этом нагрузки на обсадную и эксплуатационную колонны. При бурении особо сложных участков пород может устанавливаться несколько кондукторов, смонтированных в телескопическую конструкцию. При таком монтаже необходимо тщательно рассчитывать диаметры труб. В конечном итоге размер последнего кондуктора должен быть таким, чтобы в скважину можно было спустить глубинный насос, обеспечивающий требуемый дебит скважины.

 

Рекомендуем почитать по теме:

 

 

Что называется рабочей колонной?

 

Рабочей или эксплуатационной колонной называют трубы, спущенные в скважины, по которым вода из водоносного пласта транспортируется на устье скважины.

 

Эксплуатационная колонна, по сути, соединяет глубинный насос и внешние водопроводные сети, расположенные на поверхности.

 

Для глубоких артезианских скважин применяют стальные эксплуатационные колонны. Такие трубы изготавливаются по специальной технологии и имеют различные типоразмеры. В некоторых артезианских скважинах для большей коррозионной устойчивости применяются стальные трубы с покрытием. Например, оцинкованные или даже эмалированные.

 

Чаще всего используют комбинированные эксплуатационные колонны. В таких случаях до водоносных известняков в скважину спускают стальные трубы, а непосредственно в известняках монтируют пластиковые трубы.

 

В неглубоких артскважинах рабочие колонны монтируются полностью из пластиковых труб.

 

Существуют также известняковые скважины, в которых обсадные колонны одновременно выполняют роль эксплуатационных.

 

 

Какие существуют способы монтажа труб в колонны в артезианских скважинах?

 

Известны 2 основных способа соединения труб в колонны при строительстве водозаборных скважин: резьбовые разъёмные соединения и сварка.

 

Для монтажа труб используют различные виды резьбы. Например, с помощью установки муфт. Чаще используют трубы с уже нарезанными на заводе-изготовителе резьбами. Для этого резьбовые части труб делают с большей толщиной, чтобы не ослаблять тело труб и обеспечить нужную прочность колонны. Резьбы тоже могут быть различных видов: трапецеидального профиля, многозаходные и прочее.

 

Выбор способа соединения, а также подбор самих труб выполняется специалистами, исходя из местных условий бурения, планируемой эксплуатации скважины, а также финансовых возможностей заказчика.

 

 

Что называют водоприёмной частью водозаборной скважины и какова её конструкция?

 

Самый нижний участок скважины, расположенный непосредственно в водоносном слое горной породы, называют водоприёмной конструкцией. Именно этот участок обеспечивает поступление воды в эксплуатационную колонну.

 

При достижении верхнего края водоносного известняка, в нём монтируют трубу со специально изготовленными отверстиями, так называемой перфорацией. В некоторых случаях перфорацию выполнят непосредственно на забое скважины. Для этого применяют специальные технологии. Например, выполняют отверстия посредством спуска в скважину взрывных устройств.

 

Если водоносный слой обладает достаточной устойчивостью, то есть не склонен к обрушению или осыпанию, то такой пласт пробуривают без установки обсадной трубы. Этот метод называется бурением открытым стволом.

 

В неглубоких скважинах для обеспечения соответствующего качества воды в водоприёмной части могут устанавливаться различные глубинные фильтры.

 

Глубинные фильтры можно также изготавливать методом создания естественного фильтра из щебня, глины или гальки мелкой фракции. С этой целью эти материалы просто засыпают в скважину. Существуют также специальные глубинные фильтры особой конструкции. Принцип работы всех этих устройств основан на фильтрации добываемой воды через отверстия фильтра. Чем меньше диаметр отверстий фильтра, тем большее количество примесей он задерживает. Следует иметь в виду, что глубинные фильтры требуют частой чистки или даже замены, что увеличивает эксплуатационные расходы на скважину. Отметим что подавляющее большинство артскважин не требуют установки таких фильтров.

 

Элементы конструкции артскважин

Еще раз повторим ключевые моменты статьи по презентации: