Виды и характеристика скважин на воду. Что такое бурение на воду и какие бывают скважины

Многие собственники загородных владений и дач в процессе сезонного или постоянного проживания на территории своего владения приходят к выводу о необходимости обустройства автономной системы водоснабжения включающей скважину на воду, которая смогла бы удовлетворить потребности. Для того, чтобы принять осознанное решение в пользу одного из гидротехнических сооружений нужно знать какие бывают скважины в принципе.

Понятие и типология скважин

Термин протяженности употреблен не случайно, так как ствол скважины может быть пробурен не только отвесно вниз, но и с отклонением, как от вертикальной оси, так и в перпендикулярной ей плоскости. Возможность изменения направления движения бурового инструмента позволяет получить криволинейный профиль скважины, что актуально при большой глубине и необходимости наклонного бурения, например, когда устье шурфа находится на берегу моря, а забой удален на сотню метров и находится под поверхностью воды.

Основные виды скважин на воду

Типы скважин по профилю

В зависимости от количества плоскостей в которых искривлён, профиль скважины может быть:

плоско-искривленным;
пространственно-искривленным.

Различное устройство скважины с плоско-искривленным профилем, если этого требует геологический разрез, позволяет выделить разновидности таких выработок:

Тангенциальные шурфы, заканчивающиеся наклонным участком.
S-образные, имеющие на конце участок, угол между которым и вертикалью постепенно уменьшается.
J-образные, заканчивающиеся участком, постепенно отклоняющимся от вертикального направления в пользу увеличения угла.

Пространственно-искривленные проходки имеют значительно более сложную для описания геометрию и применяются в проходках на нефть и газ. Водозаборная скважина преимущественно выполняется прямолинейной, а отклонения допускаются только для обхода твердых каменистых включений, которые могут быть спрогнозированы на основании геологического разреза разведочной проходки.

Типы скважин по глубине

Наиболее распространенной является типология шурфов по глубине проходки, которая позволяет достичь определенного водоносного горизонта.

Первый водоносный горизонт или «верховодка», представляет собой отфильтрованные атмосферные осадки и грунтовые воды, скопившиеся перед верхним водонепроницаемым суглинистым слоем, расположенным на глубине до 25 метров в зависимости от региона. Глубина такого шурфа недостаточна для получения чистой питьевой воды, ввиду возможности попадания с поверхности удобрений, фекалий, продуктов гниения и прочих загрязнений. Как следствие, для получения питьевой воды используется забивная скважина, представляющая собой трубную колонну, собранную из толстостенных газовых труб и опущенную ударным способом до глубины в 8 – 10 метров, за счет конического наконечника.

Глубина скважины, достигающей второго водоносного горизонта, может достигать от 40 до 90 метров от плодородного слоя, в зависимости от расположения песчаной прослойки между первым и вторым суглинистыми слоями земной коры. Слой почвы, в котором располагается скважина на песок, являющаяся наиболее популярным гидротехническим сооружением для дачных хозяйств и загородных владений, обуславливает ее тривиальное название. Песчаная скважина обеспечивает расход воды в размере 0,8 – 1,2 куб. метра в час, позволяя наполнить стакан за 5 секунд. Производительность скважины на песок тем выше, чем больше ее глубина приближена ко второму водоупорному слою, аккумулирующему воду на своей поверхности. Когда призабойная зона песчаной проходки находится в водонепроницаемом слое, это гарантирует поступление воды исключительно через фильтрующий элемент, даже если дно эксплуатационной колонны не заглушено.

Выполнив геологический разрез земной коры до отметки в 200 метров, можно наблюдать, последовательно следующие за вторым водоупорным суглинистым слоем, глину и известняк, который при пористой структуре является высокопроизводительным источником питьевой воды. Скважина на известняк, пройденная до соответствующей отметки, называемая также артезианской, характеризуется повышенным давлением в призабойной зоне, обеспечивающим самопроизвольный подъем воды, вплоть до её фонтанирования на поверхности. Артезианская водозаборная скважина отличается свободой от взвешенных примесей и высокой чистотой воды, за исключением растворенных минеральных солей, и способна обеспечить расход от 3 до 10 куб. метров в час, чего может быть довольно для двух – трех дачных домов.

Существующие категории скважин

Классификация скважин по назначению позволяет выполнить отнесение к одной из общепринятых категорий:

Параметрические – проходки, выполняемые, чтобы определить геологический разрез и перспективу вертикального бурения.
Поисковые – шурфы малого диаметра выполняемые с целью определения перспективности полноценного бурения, исходя из наличия изыскиваемого ресурса.
Разведывательные – шурфы, которые бурятся в пределах месторождения с целью определения потенциала залежей и составления плана мероприятий по их добыче.
Эксплуатационные – проходки в земной коре, предназначенные для извлечения искомого ресурса из недр на поверхность.

Проходка на питьевую воду очевидно относится к эксплуатационным, среди которых выделяются дополнительные категории скважин:

добывающие или нагнетательные;
специальные, в том числе шурфы на техническую и питьевую воду, а также поглощающие;
контрольные, предназначенные для наблюдений или мониторинга пластового давления;
выработки – дублеры;
оценочно – эксплуатационные.

Конструктивные виды скважин

Различная конструкция скважины позволяет выделить следующие виды:

одноколонная;
двухколонная.

Одноколонное устройство скважины подразумевает единственную колонну из труб, опускаемую в шурф и выполняющую одну или несколько функций. Песчаная скважина со стенками, осыпающимися при операциях спуска/подъема бурильной штанги с закрепленным на конце инструментом, требует укрепления, в качестве которого выступает обсадная труба, совмещающая функцию эксплуатационной колонны. Когда ствол скважины достаточно прочен или выполняется бурильной установкой с промывкой буровым раствором, не требующей многократных спусков и подъемов инструмента для его освобождения от породы, укрепление не требуется, и эксплуатационная колонная устанавливается с зазором от стенок, который заполняется гравием, выступающим в качестве предварительного фильтра. Устройство скважины-иглы также подразумевает одну трубную сборку, поэтому её следует отнести к одноколонным.

Конструкция скважины, состоящая из обсадной и эксплуатационной труб, являясь гораздо более дорогой гарантирует длительный срок эксплуатации, возможность устройства предварительного гравийного фильтра и ремонтопригодность внутренней обечайки, которая без ущерба для прочности конструкции может быть выполнена из труб ПВХ, вне зависимости от глубины укладки. То есть, даже скважина на известняк может иметь полимерную внутреннюю трубу, гарантирующую отсутствие растворенного железа в воде и неограниченный период использования.

Конструктивные виды скважин очевидно должны быть дополнены разновидностями исходя из наличия и формы гравийного фильтра в разрезе. Строение предварительной очистки воды в шурфе может быть в виде следующих гравийных засыпок:

между грунтом и эксплуатационной колонной при заглушенном дне;
между обсадной и эксплуатационной колоннами при заглушенном дне;
призабойной зоны при возможности притока через низ эксплуатационной трубы.

Из рассмотренных конструктивных видов, обустройства предварительного фильтра требует скважина на песок и абиссинский колодец при выборе двухколонной схемы.

Специфические виды скважин на воду

Принятая классификация скважин не включает в себя особые случаи, о которых следует упомянуть:

Проходка, обустраиваемая на плавуне, отличается от стандартного бурения постоянным притоком песчано-глинистой суспензии, вымывающей породу и разрушающей стенки шурфа. Глубина скважины, пройденная до встречи с плавуном, может составлять от 1 до 40 метров и оптимальным способом борьбы с подвижкой грунта является, параллельная бурению, установка обсадных труб. Подобные водяные источники подразумевают принцип работы, позволяющий получить существенно больший расход и напор, чем это свойственно для аналогичных шурфов без проходки плавуна.

Водоснабжение через геотермальную и обычную скважину.

Геотермальные водяные шурфы бурятся с целью попадания в горячий подземный источник, используемый для оборудования системы автономного отопления с помощью теплового насоса и позволяющий получить значительную экономию за счет отказа от котельного оборудования и использования топлива. Конструкция геотермальной водозаборной проходки подразумевает надежное соединение сегментов, а призабойная зона должна быть залита специальным цементным раствором и глиной, для предотвращения утечек. Принцип работы геотермального шурфа состоит в самопроизвольном подъеме горячего потока к поверхностному тепловому насосу, который производит дополнительный нагрев и распределение теплоносителя между отопительными приборами. Принцип работы водяной геотермальной проходки подразумевает, что устье скважины одновременно является водоводом, подключаемым к тепловому насосу, а охлажденный поток возвращается обратно в слой земной коры для нагрева.

Кроме того есть еще и самая древняя технология добычи воды – это колодец. Опишем эти способы.

Колодец

Когда-то, при Царе-Горохе не было бетонных колец диаметром 1 – 1,5 метра, а колодцы надо было делать. Поэтому их делали из камней, из стволов мореных деревьев, сооружая сруб. Если первый способ был очень трудоемким, то второй – недолговечным. Сочетание земля — влага-дерево — воздух дает почти 100% гниение дерева в течение нескольких лет. Вот если бы это сочетание было бы таким: дерево – вода, то есть без доступа кислорода, то древесина через 60 лет стала бы морёной.

Однако в последнее время (более 100 лет назад) изобретен бетон и железобетон, и колодцы стали делать из бетонных колец диаметром 1 – 1,5 метра. Процесс копки следующий – ставится на землю кольцо, внутри из него начинается выкапываться земля, кольцо постепенно опускается вглубь земли. Потом на него ставится второе кольцо, снова вынимается грунт – и так далее. По мере заглубления в водоносный горизонт на несколько метров углублять колодец перестают. Чтобы землекопы не утонули, воду из строящегося колодца выкачивают насосом. Скажем прямо — копка колоца — это каторжный труд.

Какие же плюсы и минусы в этом способе?

Плюсы — во первых колодец можно сделать практически везде. В этой статье мы рассматриваем регион центральной России.

Вода будет находиться в избытке – ведь колодец это накопитель, в котором в любой момент будет находиться 1-2 кубометра воды.

Вода, как правило, мягкая.

Относительно небольшая стоимость колодца. 1 кольцо диаметром 1 метр стоит 2500р, закопать одно кольцо стоит примерно столько же. Простая арифметика подсказывает, что колодец в 8-10 колец будет стоить соответственно 40-50 тысяч рублей в ценах 2010 года. Хотя вариант с абиссинским колодцем будет еще дешевле — процентов на 40.

Недостатки – в колодец запросто может попасть верховодка, особенно в болотистой местности. Кроме того может попасть сверху пыль, грязь и другие нежелательные компоненты.

Колодец может пересохнуть, это может быть, например, в случае, когда колодец выкопали весной, а летом он пересох.

Колодец необходимо периодически чистить, чтобы он не заилился. Если колодец заилится, то вода поступать, опять таки, не будет.

Бактериологическая опасность. Вполне можно выпить сырой воды из колодца, а через 2 недели (инкубационный период инфекционных заболеваний), в энтерологическом отделении врач вам скажет, что было в колодце.

Скважина на песок

Этот вид скважины глубиной 15-30 метров, технология бурения такова – эта скважина на ближайший водоносный горизонт, как правило, шнековым способом. Скважина представляет из себя трубу диаметром больше 100 мм, на конце трубы находится фильтр – труба с перфорацией, обмотанная сеткой галунного плетения из нержавейки или латуни. Фильтр устанавливается в крупнофракционных песках с примесью гальки. Дебет скважины на песок составляет 0,6 – 1,2 кубометра в час. Если одновременно открыть 2 крана, то из каждого крана будет идти струя воды 80 – 160 грамм в секунду. То есть стакан будет заполняться за 2-3 секунды. Это конечно немного, однако для небольшого водоразбора на даче сгодится.
Срок службы скважины на песок относительно небольшой – от 5 до 15 лет, при условии регулярного использования. Если же скважиной пользоваться раз в месяц, то она почти гарантировано выйдет из строя через 2-3 года. Что же делать с заилившейся скважиной? Ее можно прочистить большим напором воды, но при этом есть вероятность что порвется фильтр. Бывает также, что промывка под давление не помогает, а это означает, что придется бурить новую скважину. Поэтому наш вам совет – лучше один раз потратиться на артезианскую скважину – и иметь гарантированную воду в течение 50-70 лет, чем каждые 7 лет переделывать песчаную скважину.

Артезианская скважина

Название эта скважина получила от французской провинции «Артуа», где впервые была пробурена такая скважина, при этом наблюдался самоизлив из этой скважины воды. В нашей практике далеко не все артезианские скважины обладают способностью к фонтанированию. При бурении артезианской скважины не нужно ставить сетчатый фильтр на скважину. Артезианские воды находятся в пластах известняка. Причем не в каждом известняке будут такие воды. Известняк должен быть пористый. В сплошных известняках не будет воды. Артезианскую скважину отличает большое количество воды – дебит составляет 3-10 кубометров в час. Вода никогда не кончается, скважина очень долговечна – срок службы по самым скромным подсчетам составляет 60 лет. Вода гарантировано не будет содержать органических загрязнителей – болезнетворных микробов, аммиака, мочевины и др. Буровая машина для бурения на известняк чаще всего используется УРБ-2А. Недостатком этой скважины может быть то, что не на всякий участок может заехать эта буровая машина. Для бурения этого вида скважины на воду требуется площадка размером минимум 4х6 метров.
Высокая стоимость этой скважины оправдывается обилием воды и долговечностью. Если вы еще не значитесь в списках «Форбс», а вода все таки нужна, то попробуйте скооперироваться с соседями и сделать одну скважину на несколько домов. Даже если от одной скважины будет питаться три дома, то при одновременном включении воды во всех трех домах будет из крана будет набираться 1 литр воды в 3 секунды.

Абиссинский колодец

Абиссиния – это страна в Африке, современная Эфиопия, в которой в XIX веке английские войска благополучно использовали изобретение американца Нортона – трубчатый колодец. Это наиболее дешевый вариант водоснабжения. Часто используется для самостоятельного бурения скважин на воду . В отличие от обычного колодца в абиссинский не попадет верховодка, пыль, грязь, споры. Этот колодец берет воду из глубины 8-12 метров. Вода в большинстве случаев питьевая и чистая, без излишнего содержания минералов и солей жесткости. У автора этого сайта в деревенском доме стоит именно абиссинский колодец.

Владимир Хомутко

Время на чтение: 5 минут

А А

Что представляет собой нефтяная скважина?

Без нефтепродуктов сложно себе представить современную жизнь. Делаются они из нефти, которую добывают с помощью особых горных выработок. Многие из нас слышали термин «нефтяная скважина», но вряд ли все знают, что это на самом деле такое. Давайте попробуем разобраться, что собой представляет это сооружение, и какими они бывают.

Скважиной называется горная выработка цилиндрической формы, чей диаметр во много раз меньше общей длины её ствола (глубины).

Помимо скважины, есть еще такие горные выработки, как колодец и шахта. В чем их отличие от рассматриваемого нами определения? На само деле, все довольно просто. В шахту или колодец человек может попасть, а в скважину – нет. Таким образом, дополнительное определение этого сооружения таково – горная выработка, схема и форма которой исключает доступ в неё человека.

Верхнюю часть такой выработки называют устьем, а нижнюю часть – забоем. Уходящие вниз стенки образуют так называемый ствол.

Всем известно, что скважины делают при помощи бурения. Однако сказать, что их просто бурят было бы неверно. Эти капитальные сооружения, сложные в своем строении, под землей скорее строят, в связи с чем они относятся к основным средствам организации, а затраты на их бурение и обустройство являются капитальными вложениями.

Строительство нефтяных и газовых скважин

Конструкция скважины выбирается на этапе проектирования и должна отвечать следующим требованиям:

конструкция должна предоставлять возможность свободного доступа к забою геофизических приборов и глубинного оборудования;
конструкция должна не допускать обрушения стенок ствола;
также она должна обеспечивать надежное разделение друг от друга всех проходимых пластов и не допускать перетекания флюидов из пласта в пласт;
в случае необходимости, конструкция этой выработки должна давать возможность герметизировать её устье в случае возникновения такой необходимости.

Строительство и монтаж нефтяных и газовых скважин проводится следующим образом:

Первым делом бурится начальный ствол большого диаметра. Его глубина составляет около 30-ти метров. Затем в пробуренное отверстие опускается металлическая труба, которую называют направлением, а окружающее её пространство уставляется специальными обсадными трубами и цементируется. Задача направления – предотвратить размывание верхнего почвенного слоя в процессе дальнейшего бурения.
Далее до глубины от 500 до 800 метров бурится ствол меньшего диаметра, в который опускается колонна из труб, называемая кондуктором. Пространство между стенками трубы и горной породой также заливается цементным раствором на всю глубину.
Только после обустройства направления и кондуктора скважину пробуривают на заданную проектом глубину, и опускают в неё колонну труб еще меньшего диаметра. Эта колонная называется эксплуатационной. Если глубина залегания пласта – большая, то возможно использование так называемых промежуточных трубных колонн. Все пространство между стволом скважины и окружающей её горной породой заливается цементом.

В чем основное назначение кондуктора? Дело в том, что на глубинах до 500 метров располагается активная зона пресных вод, а ниже этой глубины (в зависимости от региона разработки) начинается зона с затрудненным водообменном, в которой много соленых вод и прочих подвижных флюидов (в том числе – газов и нефти). Так вот, основная задача кондуктора – это дополнительная защита, которая предотвращает засолонение поверхностных пресных вод и не позволяет проникать в них вредным веществам, которые сконцентрированы в нижних пластах.

Какие бывают скважины?

В зависимости от того, в каких геологических условиях расположены нефтяные месторождения, бурятся разные типы таких выработок.

Основные виды скважин:

вертикальные;
наклонно-направленные;
горизонтальные;
многоствольные или многозабойные.

Вертикальной называют скважину, угол отклонения ствола которой от вертикали – не более пяти градусов.

Если этот угол больше пяти градусов, то это уже – наклонно-направленный тип.

Горизонтальной называют скважину, если угол отклонения от вертикали её ствола приблизительно равен 90 градусов. Однако есть некоторые нюансы этого определения. Поскольку в живой природе редко встречаются «прямые линии», а разрабатываемые пласты чаще всего залегают с некоторым уклоном, то с практической точки зрения бурить строго горизонтальные скважины смысла, как правило, нет.

Проще и эффективнее направить ствол вдоль оптимальной траектории залегания. Исходя из этого, можно дать определение горизонтальному типу таких выработок как скважина, которая имеет протяженный ствол, пробуренный максимально близко к направлению целевого продуктивного пласта с соблюдением оптимального азимута.

Скважины, у которых два и более ствола, называются многоствольные или многозабойные. Их отличие друг от друга – в расположении точки разветвления, в которой от основного стола отходят дополнительные. Если эта точка располагается выше уровня продуктивного горизонта, то этот тип выработки называется многоствольным. Если эта точка располагается в пределах продуктивного горизонта, то это – многозабойный тип скважины.

Проще говоря, если основной ствол пробуривают до разрабатываемого пласта, а уже внутри него бурятся дополнительные отростки, то это – многозабойный тип (продуктивный пласт пробивается в одной точке). Все остальные выработки с несколькими стволами относятся к многоствольным (несколько точек пробития пласта). Также такой тип скважин характерен в случаях, когда пласты расположены на разных горизонтах.

Кроме того, бывают еще кустовые скважины. В этом случае несколько стволов расходятся под разными углами и на разную глубину, а их устья находятся близко друг к другу (как посаженный вверх ногами куст).

Эта классификация предусматривает следующие категории таких горных выработок:

Разведочное бурение производится на площадях, нефте- или газоносность которых уже установлена, с целью уточнения объемов обнаруженных залежей углеводородного сырья и для уточнения исходных параметров месторождения, которые необходимы при проектировании способа разработки промысла, поэтому разведке уделяется особое внимание.

Эксплуатационное бурение создает выработки следующих типов:

основные (добывающие и нагнетательные);
резервные;
контрольные;
оценочные;
дублирующие;
скважины специального назначения (поглощающие, водозаборные и так далее).

Сама добыча сырья производится через добывающие выработки, которые бывают насосными, газлифтными и фонтанными.

Назначение нагнетательных скважин – воздействие на разрабатываемый пласт с помощью нагнетания в него пара, газа или воды, а также прочих рабочих сред. Они бывают внутриконтурными, приконтурными и законтурными.

Резервные необходимы для разработки отдельных и застойных зон, а также зон выклинивания, которые не входят в контур основных скважин.

Контрольные нужны для наблюдения за текущим положением зон контакта добываемого ресурса и воды и прочими изменениями пласта, находящегося в разработке. Кроме того, с их помощью контролируют давление в продуктивных пластах.

Оценочные нужны для предварительной оценки подготавливаемых к разработке месторождений. Они помогают определить границы и размеры запасов, а также прочие необходимые предварительные параметры.

Дублирующие используются во время замены ликвидируемых вследствие физического износа или аварий скважин основного фонда.

Через специальные добывают техническую воду, сбрасывают промысловые воды, с их помощью ликвидируют открытые фонтаны и так далее

Процесс бурения нефтяной скважины по характеру своего воздействия на горные породы бывает:

механическим;
термическим;
физико-химическим;
электрическим и так далее.

Конструкция нефтяной скважины

Промышленное освоение месторождений подразумевает использование только механических способов, в которых используются разные режимы бурения. Все другие способы разбуривания находятся в экспериментальной разработке.

Механические методы бурения делятся на вращательные и ударные.

Ударный способ – это механическое разрушение горной породы, которые выполняется подвешенным на канате специальным инструментом – долотом. В состав такого бурового комплекса также входят канатный замок и ударная штанга. Это устройство подвешивается на канате, который перекинут блок, установленный на буровой мачте. Возвратно-поступательное движение долота обеспечивается специальным буровым станком. Цилиндрическую форму ствол приобретает вследствие поворота долота во время работы.

Очистку забоя от разрушенной породы выполняют при помощи желонки, которая напоминает длинное ведро с клапаном на днище. Инструмент вынимают из ствола, опускают желонку, открывают в забое её клапан. Ведро наполняется жидкостью с кусочками породы, клапан закрывается, и полная желонка поднимает на поверхность. Все, можно продолжать бурение.

В России на данный момент ударное бурение практически не применяется.

Вращательный метод основан на погружении долота в толщу пород с помощью одновременного воздействия на инструмент и вертикальной нагрузки, и крутящего момента. Вертикальная нагрузка позволяет погрузить долото в породу, а затем, с помощью крутящего момента, долото скалывает, истирает и дробит горную породу.

По способу расположения силового агрегата вращательное бурение делится на роторное и забойное. В первом случае двигатель стоит на поверхности, а крутящий момент долу передает колонны буровых труб. Во втором случае двигатель ставиться сразу за долотом, и вращения буровой колонны не происходит (вращается только долото).

Самой глубокой в мире скважиной является Кольская сверхглубокая (СГ-3). Её глубина – 12 262 метра. Её пробурили в Мурманской области для изучения глубинного строения Земли.

Потребность в скважинах для добычи воды существует ровно столько, сколько существует цивилизация. Различные геологические условия, глубина расположения водоносных горизонтов и потенциальный ресурс водозабора – факторы, которые влияют на выбор способов бурения скважин. Современные методы механизации позволяют бурить глубинные скважины, которые отличаются высоким качеством воды и дебитом на протяжении нескольких десятилетий.

Виды скважин на воду и базовые принципы их бурения

Колодец – один из «раритетных» способов добычи воды. D скважин на колодцы обычно составляет 800-1500 мм. Повсеместное использование аргументировано возможностью минимальной механизации в процессе бурения и то, что воду из колодца можно получить фактически везде. Относительно небольшую глубину скважины от 4-5 м до 10-12 м можно выкопать вручную, хотя это поистине каторжный и не всегда благодарный труд ввиду рисков попадания на плывуны или массовые твердые включения. Способ бурения колодца заключается в поочередной установке железобетонных колец и выкопке грунта по внутренней окружности кольца.

– относительно неглубокая скважина до водоносного горизонта, который, как правило, располагается на глубине от 15 до 40м. D скважин 76 мм - 215 мм. На крупнофракционных песках устанавливают фильтр – перфорированную трубу с обмоткой сеткой галунного плетения. Спрогнозировать срок службы скважины на песок очень сложно. Срок эффективной службы песчаных скважин сильно колеблется от уровня грунтовых вод и может составлять от нескольких лет до нескольких десятилетий. Есть разные способы бурения скважин на воду: шнековый или роторный.

Роторный метод бурения (канатно-вращательное бурение) заключается в разрушении породы буром при постоянной подаче воды. Бур вращается за счет ротора, установленного на палубных двигателях буровых установок либо через коробку отбора мощности от двигателей автотранспорта, которые служат площадкой для буровых установок. Для укрепления стенок скважин применяются обсадные трубы, а бурение после их установки продолжают шарошечным долотом меньшего размера, чем вначале бурения. Роторный способ бурения применяется для тех видов скважин, глубина которых не более 55 м с возможностью прохождения через известняковые слои.

Шнековое бурение «всухую» (вращательное бурение) применяют для бурения неглубоких скважин (до 50 м, реже – до 80 м) в мягких суглинистых породах. Шнек представляет собой сварную конструкцию из стальной трубы и ленты спиралевидной формы. Шнек разрушает породу, которая поставляется на поверхность к устью скважины шнековым транспортером. На шнеке устанавливаются простые резцы с жесткой фиксацией, что не позволяет бурить шнековым методом особо твердые или сыпучие породы. В качестве породоразрушающих элементов применяют буры – керноприемники или долото с 2-мя и 3-мя резцами.

– скважина с относительно небольшим заглублением до 30 м. Организовывать абиссинские колодцы, а вернее скважины можно только тогда, когда пьезометрический уровень устанавливается на уровне не более 8 м, на котором устанавливается насос. При глубоком расположении водяного зеркала необходимо заглублять насос. Ввиду небольшого диаметра в абиссинские колодцы не устанавливаются погружные насосы.

Назвать организацию абиссинского колодца стандартным способом бурения скважин сложно. Прохождение слоев грунта производится с помощью забивания труб не очень большого диаметра (1/4 – 2 дюйма). Газовые трубы с помощью резьбовых соединений соединяются в колонны, которые называются иглой. На первой трубе устанавливается конусообразный наконечник чуть большего диаметра, чем сама «игла», чтобы трение труб о стенки скважины не затрудняло прохождение. В абиссинские колодцы оптимальна установка трубы D 1 дюйм отрезками по 1-3 м, т.к. дебит скважины данного типа не зависит от диаметра бетонных колец или труб.

Вид бурения абиссинской скважины – комбинированный : начальный этап бурения проводят в сухом грунте до обводненного горизонта (плывуна). Начальный D скважины – 50-80 мм . Далее бур меняют на наконечник с фильтром и забивают все сегменты труб, герметично соединенные муфтами. Раньше соединения герметизировались строительным льном (пенькой), на сегодняшний день – с помощью силиконовых герметиков.

Обязательным элементом является фильтр – перфорированная дюймовая труба, которая располагается на следующем сегменте после наконечника. Фильтр обматывается сеткой галунного плетения, чтобы не пропускать песок. Нормальный уровень подачи воды зависит от регулярной очистки колодца под давлением. При заиливании фильтра спустя 8-10 лет эксплуатации , что наблюдается приблизительно в 3 % случаев, необходимо произвести замену фильтра.

Артезианские скважины бурятся на глубину 50 – 80 м и более – до 400 м . Артезианские скважины в основном характеризуются способностью к самоизливанию воды, но не все могут фонтанировать. Артезианские - вид скважин на воду, в которых отсутствие необходимости в мощных насосных установках обусловлено тем, что расположение водозаборного слоя производится выше уровня земли.

Артезианские скважины всегда располагаются в известняковых водоносных слоях и решение о бурении именно артезианской скважины аргументировано тем, что в известняковых слоях наличие воды гарантировано в любой местности и ее уровень не зависит от климатических и погодных условий.

Водозабор из артезианских скважин проводится на более высоком уровне, чем глубина самой скважины (обычно на уровне залегания песков). Выкачивать воду из артезианских скважин можно со скоростью 5 м*3/час, что значительно превышает показатели водоотдачи скважин на песок. Вода в артезианских скважинах отличается чистотой, но может обладать повышенной минерализацией, поэтому всегда целесообразно проводить химический анализ вод.

Артезианские скважины можно бурить с помощью ударно-канатного способа бурения скважин на воду. Этот метод бурения подходит для бурения скважин глубиной до 300 м. Принцип ударно-канатного бурения заключается в ударе снаряда с определенной высоты. Канатно-ударным методом бурят песчаные грунты с помощью желонки и суглинистые – с помощью забивного стакана. Для прохождения через слои с каменистыми включениями используют буровые патроны. Артезианские скважины можно бурить также с помощью канатно-вращательного вида бурения скважин при условии использования телескопической структуры бурильной установки. Бурение проводится полой штангой с забурником на рабочем конце. Бурение проводится раствором с бентонитовой глиной, что позволяет сразу же укреплять стенки скважины. В готовую скважину опускают пластиковые трубы и фильтр.

Между внешними стенками труб и самой скважины необходимо проводить гравийную отсыпку щебенкой фракции 5-20 мм.

Выбор типа и вида организации водозабора должно определяться только после тщательного геологического исследования места организации скважины.

Построив загородный дом на значительном удалении от коммуникаций, каждый собственник вынужден решать проблему с водоснабжением самостоятельно или сообща с соседями. Для получения стабильного доступа к подземным источникам используют различные виды скважин на воду. Из гидротехнических конструкций популярны шахтные колодцы, скважины на песок, на песчаник или известняк. В чем отличия таких сооружений? Каковы характеристики? В чем преимущества и недостатки основных видов?

Колодец один из самых популярных видов неглубоких скважин встречающийся повсеместно на частных подворьях. В былые времена стены колодца делали в виде деревянного сруба, что сказывалось на непродолжительных сроках его эксплуатации. Древесина большинства пород под воздействием влаги подвергается процессам гниения и разрушения. Единственным приемлемым вариантом, способным увеличить эксплуатационные сроки деревянных срубов колодезных шахт это использование древесины лиственницы или дуба. Данные материалы выдерживают десятилетия непрерывного воздействия водой. В наше время популярны колодцы из ЖБИ-колец метрового и полутораметрового диаметра.

Конструкция колодца дает возможность водозабора верховодки. Неглубокие источники в отличие от скважин могут использоваться только для технических целей, полива грядок на огороде. Для питья в сыром виде такая вода не годится. При заглублении шахты не менее, чем на 15 метров, высока вероятность выйти на воду более высокого качества.

Технология строительства шахтного колодца заключается в последовательной установке бетонных колец друг на друга.

1-е кольцо устанавливается на почву, после чего внутри выбирается грунт. По мере выемки кольцо под собственным весом будет опускаться.
2-е кольцо устанавливается после полного погружения 1-го. Дальнейшая выемка грунта позволяет равномерно опуститься следующему фрагменту стены колодца.
Последующие кольца устанавливаются аналогичным способом, пока шахта не углубится до водоносного слоя.
Поверх шахты устанавливается оголовок, состоящий из одного заглубленного кольца и одного верхнего.
Вокруг оголовка на расстоянии 0,6 м выбирается грунт на глубину до 1 метра от уровня почвы. Полость заполнятся глиной и уплотняется.
Поверх глины, из песка отсыпается отмостка.
Устанавливается крышка, препятствующая попаданию пыли и мусора.

Основное преимущество колодцев не только в их доступности и простоте, а так же в хорошем коэффициенте пополнения извлеченного объема воды в благоприятные периоды года.

Недостатки

Не лишены колодцы и недостатков. К таковым можно отнести:

Временные и трудовые затраты.
Нестабильный объем в периоды засухи.
Объем воды в колодцах обычно нестабилен и носит посезонный характер. В весеннее время вода становится малопригодной для питья.
Колодец требует регулярной очистки. Для этого его опорожняют с помощью насоса от воды и грязи.
Существует прямая зависимость качества воды от сезонов и количества осадков.
Воду из колодца требует обязательного кипячения.

На местах, где бывают подтопления и паводки, заболоченности, колодцы для водозабора питьевой воды ставить не допустимо.

Абиссинский колодец

Скважина игла или Абиссинский колодец еще один простой и доступный с точки зрения финансовых затрат вид гидротехнических сооружений. Состоит из узкой 1…1,5” трубы, на окончании которой находятся фильтр и иглообразный наконечник. Снарядом прошивают грунт на глубину от 10…25 метров до водоносного слоя, тем самым минуя нестабильную верховодку.

Для создания скважины иглы берутся двухметровые трубы и последовательно забиваются в грунт. По мере заглубления отрезки трубы соединяют между собой посредством резьбовых соединений. На саму трубу ставят либо ручной, либо электрический насос, работающий по вакуумному принципу.

После организации водозабора, скважину прокачивают для получения чистой воды. Для питьевых целей она будет пригодна через сутки. Рекомендуется сделать химический анализ ее состава в СЭС или гидрогеологической лаборатории. Как показывает практика, после всех подготовительных и профилактических манипуляций с абиссинской скважиной вода будет соответствовать санитарным нормам.

Преимущества

Простая и эффективная конструкция, позволяющая удовлетворить потребности в небольшом количестве воды хорошего качества, обладает следующими преимуществами:

Срок службы колодца не менее трех десятилетий.
Малогабаритные размеры позволяют пробурить скважину в подвале частного дома.
Исключена вероятность загрязнения из почвенных горизонтов.
Не требуется разрешений.

Недостатки

Из негативных сторон присущих данному типу источника можно отнести следующие недостатки:

Поскольку абиссинский колодец делается из полуторадюймовой трубы и предполагает забор воды с только помощью насоса. Поверхностные насосы не эффективны после десятиметровой глубины.
Конструкция требует регулярной чистки трубы от заиливания и песка.
Возможность поставить абиссинскую скважину доступна лишь в условиях мягкого грунта.
Абиссинская конструкция привередлива к качеству водоноса и не будет работать на плывунах, бесперебойная эффективность возможна только на слое из крупнозернистого песка.

При засорении абиссинского колодца используют желонку – цилиндрический сосуд для извлечения грязи, ила, песка.

Песчаные скважины

Такой источник прост по своей конструкции и не требует длительного времени на монтаж. Скважины ориентированы на добычу воды в рыхлых межпластовых водоносных слоях. Как правило, это песок, галечник, гравий. Вскрытое месторождение используют для автономного водоснабжения загородного дома.

В зависимости от глубины нахождения горизонта песчаные скважины делят на два вида:

На мелкий песок – до 40 метров.
На глубокий песок (песчаник) – от 40 до 90 метров.

Выбирая вид источника, учитывайте, что по водоотдаче мелкие скважины уступают глубоким (1 м 3 против 2 м 3).

По своей конструкции скважины, обустраиваемые на песчаных горизонтах, представляют собой ствол, в котором находится стальная или пластиковая обсадная труба диаметром более 10 см. Нижняя труба имеет перфорацию для просачивания влаги, а дно оснащают фильтрующей сеткой. Проходка породы выполняется шнековой бурильной установкой. Подъем воды осуществляется посредством погружного насоса.

Из-за наличия частиц песка центробежные насосы для поднятия воды не годятся. Очень быстро забивается фильтрующий элемент, что приводит к выходу устройства из строя.

Преимущества

Достаточна глубина для получения чистой воды, по сравнению с перечисленными выше источниками.
У скважин на глубокий песок стабильный объем.
Химический состав воды в песчаниках вписывается в санитарные нормы.
Высокая производительность от 1 до 2 м 3 /ч.
Для вскрытия водоносного пласта не требуется разрешений.
Время проходки с установкой обсадной трубы занимает не более 2-х дней.
Срок эксплуатации таких водяных скважин до 30 лет.

Недостатки

Объем воды у скважин на мелкий песок более зависим от уровня осадков.
Химический состав воды из неглубоких источников не постоянен и чувствителен к антропогенным и техногенным факторам.
Наличие мелкозернистого песка способствует заиливанию скважины.

Артезианская скважина

Один из сложных видов скважин по своей конструкции и проходке. При бурении вскрывается артезианский водоносный слой, расположенный на известняках. При вскрытии водоносного горизонта уровень воды в стволе устанавливается на порядок выше водоупорного слоя. Подпитывается источник удаленно, проходя многометровые слои пород, фильтрующие свойства которых обеспечивают очистку высокого уровня.

Глубина артезианских скважин зависит от расположения водоносного слоя в конкретной местности. Она может составлять 90 и более метров.

Качество воды – постоянное, не подвержено сезонным колебаниям. Однако без установки специального фильтрующего оборудования не обойтись. Проходя сквозь толщу различных пород, вода насыщается различными минералами, предельно допустимая концентрация которых может превышать установленные нормы. Поэтому очень важно после прокачки скважины сдать пробы воды на химический анализ.

Объем воды – стабилен. Его будет достаточно для обеспечения нескольких загородных домов с постоянным проживанием семей.

При вскрытии артезианского горизонта используют специальную буровую технику. В ствол шахты опускается обсадная труба. Для увеличения срока службы водозабора в обсадную трубу помещают трубу из непластифицированного поливинилхлорида (нПВХ). По завершении бурения устанавливают кессон, выполняющий роль тепло- и гидроизолятора.

Подъем воды осуществляют с помощью глубинных насосов . Для увеличения срока службы насосного оборудования используют гидроаккумулятор.

Преимущества

Высокое качество воды.
Высокий потенциал отдачи артезианских вод свыше 3 м 3 /ч.
Бесперебойное водоснабжение.
Длительный срок эксплуатации — до 50 лет и более.

Недостатки

Применение тяжелой буровой техники.
Необходимо составление проекта.
Требуется получение специального разрешения (лицензии) на пользование недрами.
Обязательная постановка на учет с присвоением Государственного водного кадастра.
Высокая стоимость работ и материалов.
Продолжительные сроки проходки и обустройства.

Основные характеристики

В зависимости от назначения скважины потребуется анализ по ряду параметров, которые описывают уровень изобильности водоносного слоя, скорость восстановления водного ресурса после водозабора. Эти данные необходимы для выяснения того, сможет ли она полноценно решить задачу обеспечения водой в конкретном случае. В целом все виды водозаборов характеризуют по следующим параметрам:

Пьезометрический уровень. Измеряется глубина от поверхности грунта до вскрытого водоносного горизонта.
Уровень водопроводимости скважины измеряется кубометрами, которые способна выдать точка водозабора в течение 24 часов.
Динамический уровень вычисляется во время активного использования скважины, проверяют и фиксируют уровень, на который поднимается вода по длине трубы.
Установление показателя по статистическому уровню скважины происходит через час после прекращения водозабора. В этот период забойное давление приходит в баланс с давлением пласта, расположенного над водоносным участком, уровень воды фиксируется, она перестает подниматься.
Исходя из статической и динамической характеристик скважины, вычисляют дебет точки водозабора . Рассчитывается как соотношение извлеченной воды и ее притока. Выясняют основную характеристику, показывающую, сколько воды способна давать скважина в конкретный временной период.

Скважины с высоким уровнем водоотдачи имеют разницу в динамическом и статистическом уровнях, не превышающую метра. Артезианские скважины характеризуются равноценными статическими и динамическими уровнями.

Как видите, виды водозаборных конструкций имеют свои плюсы и минусы. То, что подходит для большого селения, может быть неэффективным для частных лиц и наоборот. При выборе типа скважины необходимо учесть не только экономические особенности, но и геологические параметры, гидрогеологические условия.