Скважины для добычи воды
Способы бурения скважин на воду
Буровые скважины являются наиболее экономичными и эффективными сооружениями для добычи подземных вод. В отдельных случаях при отсутствии централизованного водоснабжения скважины могут быть единственно возможным способом обеспечения потребности в водоснабжении.
Также при необходимости производства строительного водопонижения, понижения уровня грунтовых вод для защиты от подтопления заглубленных сооружений производственных предприятий, разработке полезных ископаемых и мелиорации сооружаются водопонизительные (дренажные) скважины.
В практике бурения скважин на воду наиболее широкое применение получили следующие способы бурения:
- вращательный с прямой промывкой;
- вращательный с продувкой воздухом;
- вращательный с обратной промывкой;
- ударно-канатный.
Каждый из способов бурения скважины на воду обладает как своими преимуществами, так и недостатками, описанными в специальной литературе. К основным достоинствам вращательного бурения относятся высокие механические скорости проходки. К основным недостаткам - необходимость снабжения скважины водой, бурение с глинистым раствором, что требует работ по разглинизации скважин. Для получения более высоких дебитов при наличии определенных условий рекомендуется применение вращательного способа бурения скважины с обратной промывкой, без использования глинистого раствора.
Ударно-канатный способ бурения скважин применяется при бурении в малоизученных гидрогеологических разрезах. Этот способ также позволяет качественно вскрыть водоносный горизонт, так как не требует применения глинистого раствора. Фильтр может быть установлен как «впотай», так и на колонне обсадных труб.
При вращательном (роторном) бурении скважин применяются установки УРБ-2А2, УРБ-3 АМ, УРБ-2,5 и другие аналогичные по способу бурения.
При ударно-канатном бурении скважин используются установки УКС-22М2, УГБ-50,УГБ-1ВС.
Выбор марки буровых установок производится в зависимости от принятой конструкции скважины. Установка должна обеспечить бурение на заданную глубину и с заданными начальным и конечным диаметрами. Кроме того, буровая установка должна обеспечить крепление ствола скважины обсадными трубами, установку фильтровой колонны.
Во многих случаях, особенно при выполнении работ по бурению скважины на воду для частного сектора, при невозможности проезда буровой установки на базе автомобиля к месту бурения, и при наличии водоносного горизонта грунтовых вод до глубины 20- 30 м, за счет которого можно обеспечить заявленную потребность в воде, осуществляется бурение малогабаритной буровой установкой. При этом можно комбинировать способ бурения скважины: применять ударно-канатный и вращательный способы бурения.
Основные требования к конструкции скважин на воду
Выбор конструкции скважины определяется рядом факторов, основными из которых являются: целевое назначение скважины, конечный диаметр, глубина, гидрогеологические условия.
Конкретные параметры конструкции зависят от типа водоподъемного оборудования, способа и технологии бурения, необходимости и интервалов цементирования, способа крепления и материала обсадных труб.
Конструкция скважин на воду должна отвечать следующим требованиям:
- качественное вскрытие водоносного горизонта с целью его эксплуатации при минимальных сопротивлениях прифильтровых зон;
- надежная изоляция водоносных горизонтов друг от друга (за исключение тех случаев, когда последние эксплуатируются совместно);
- минимальная металлоемкость;
- простота сооружения и минимальная стоимость;
- надежность эксплуатации скважины и возможность проведения ремонтных работ.
Приведенные требования к конструкциям скважин весьма специфичны и в ряде случаев находятся в сложной зависимости между собой. Поэтому выбор и обоснование той или иной конструкции скважины должны базироваться на тщательной оценке всех факторов и в первую очередь тех, которые являются основными для конкретных условий производства работ.
Если район в гидрогеологическом отношении слабо изучен, рекомендуется первоначально вскрыть водоносный горизонт разведочной скважиной (допускается применение глинистого раствора) и по результатам геофизических исследований в скважине (каротаж скважины) уточнить конструкцию эксплуатационной скважины, которая выполняется по стволу разведочной с расширением до требуемых диаметров.
Требования, предъявляемые к фильтрам скважин
Фильтры буровых скважин должны отвечать следующим требованиям:
- При минимальных размерах обеспечивать отбор необходимого количества воды.
- Иметь минимальные гидравлические сопротивления, максимально возможную скважность и площадь фильтрации.
- Обладать необходимой механической прочностью.
- Пропускать песок и мелкие фракции породы только в начальный период работы.
- В скважинах, рассчитанных на длительную эксплуатацию, фильтры должны обладать устойчивостью против коррозии и зарастания.
Выбор типа фильтра для скважины определяется условиями его применения и в первую очередь характером водосодержащих пород.
В настоящее время в Украине промышленное производство фильтров для оборудования скважин под воду не осуществляется. Вследствие этого буровые организации на своей производственной базе вынуждены изготавливать фильтры для скважин, в основном сетчатые на перфорированном трубном каркасе. В значительной степени качество таких фильтров зависит от опыта изготовителей и применяемых материалов.
Для скважин небольшой производительности и глубины заложения применяются и сетчатые фильтры на перфорированном каркасе из полипропиленовых труб диаметром от 125 мм под установку погружных насосы, или на полиэтиленовых трубах до 50 мм при глубинах скважин до 20 мм с применением самовсасывающего насоса с гидроаккумулятором и блоком автоматики.
При освоении водоносных горизонтов, представленных неустойчивыми и слабоустойчивыми породами, во избежание пескования скважин устройство гравийной обсыпки фильтров является обязательным.
Технология проведения гравийной обсыпки фильтров включает подбор оптимальных размера зерен гравийной обсыпки, толщины обсыпки за внешней стенкой фильтра в зависимости от сотава водовмещающих пород.
При бурении скважин на устойчивые скальные и полускальные трещиноватые водовмещающие породы фильтры не устанавливаются.
Способ промывки скважины
После окончания бурения скважины и оборудования фильтровой колонной производится разглинизация скважины с целью восстановления естественной водопоницаемости горизонта. При вращательном способе бурения с прямой и обратной промывкой широко применяется способ прокачки скважины эрлифтом. При ударно-канатном способе прокачка скважины производится с помощью желонки. В отдельных случаях применяется способ свабирования скважины, который более эффективен для напорных водоносных горизонтов.