Конструкция водозаборной скважины - Floresnsk.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Конструкция водозаборной скважины

Устройство, схема и принцип работы скважины

Устройство скважины

Устройство всех скважин для воды в частном доме примерно одинаковое — это глубокая яма до залегания воды и обсадная труба, которая позволяет направлять и управлять потоком воды снизу вверх. Отличия заключаются в дополнительных устройствах, повышающих надёжность и производительность скважины.

Как правило, скважины оборудуют устройством принудительного подъёма и распределения воды.

Любая скважина обладает характеристиками, которые позволяют выбрать оптимальное устройства для забора воды. Важной характеристикой таких устройств является дебит скважины.

Дебит скважины

Дебит скважины — это максимальный объем воды, полученный за единицу времени.

Измерять дебит можно в литрах в минуту, м 3 /сутки или м 3 /час. Это основной показатель производительности скважины.

Кессон

Кессон — это резервуар для размещения и гидроизоляции приборов. Кессон для скважины бывает металлический и пластиковый. Для контрастного климата лучше подходят металлические, но они дороже и подвержены коррозии, но зато их можно ремонтировать. Пластиковые кессоны не ржавеют и стоят гораздо дешевле. Однако пластик может порваться, к тому же он не ремонтно пригоден.

В зависимости от размера, цена на пластиковый кессон находится в диапазоне от 17 000 до 40 000 рублей.

Для металлического кессона цена отличается только в верхнем пределе и составляет разницу от 17 000 до 60 000 рублей. Дело в том, что кессон из металла можно собрать по частям, каждая из которых продаётся отдельно.

Оголовок

Оголовок для скважины — устройство, которое крепится на верхнюю часть обсадной трубы. Оголовок герметичен и служит для крепления вывода водонапорной трубы и кабеля для насоса. Оголовок обеспечивает приток воды, увеличивает дебит скважины за счёт создания низкого давления воздуха внутри труб. Производятся из пластика или чугуна.

Стоимость оголовков, рассчитанных на трубы диаметром 125-133 мм, колеблется от 2000 до 4000 рублей.

Адаптер

Адаптер для скважины — устройство, позволяющее герметично соединять скважину с наземным водопроводом. Обычно адаптер используют в технических помещениях с оборудованием для водоснабжения. Одна часть адаптера крепится к обсадной колонне, другая — к шлангу с насосом. Использовать адаптер необходимо там, где концентрируется оборудование, которые нужно в защитить от воды.

Адаптер экономит место. Его цена от 600 до 4000 рублей.

Пакер

Пакеры для скважин, он же уплотнитель — это устройство, позволяющее перекрывать и герметизировать отдельные части скважины или внутренней стенки трубы. Кроме того, с помощью пакера можно разделять внутреннюю полость скважины от внешней, затрубной. С его помощью также можно отделить одну часть трубы от другой.

Пакер используется для проведения технологических операций на локальном участке скважины.

Обсадная труба

Обсадная труба — основной элемент скважины, предназначенный для подачи воды от источника в водопровод. Своё название эти трубы получили из-за функции — предотвращать обсыпание пробуренного отверстия в земле. Обсадные трубы опускают в грунт после того как скважина окончательно будет пробурена. Пространство между стеной скважины и трубой заливают бетоном. После этого приступают к установке остального оборудования.

Обводные трубы отличаются по размеру и материалу. Обычно их производят из металла (чугуна или стали), дерева, асбеста, пластмассы.

Самой популярной считается металлическая и обсадная труба пнд для скважин с резьбой.

Цена на обсадные трубы для скважин измеряется в погонных метрах и зависит от материала и диаметра. Если взять за основу самый распространённый диаметр труб 133 мм, то цена будет от 200 до 500 рублей за метр для пластиковых труб и от 400 до 800 рублей за метр для металлических.

Схема и принцип работы

Я уже писал о преимуществах и недостатках скважин и даже составил таблицу для сравнительного анализа. Предлагаю рассмотреть схемы и принцип работы самых популярных из них.

Скважина на песок

Скважина «на песок» самый простой вариант добычи воды после колодца и открытого водоёма. Она представляет собой тонкую трубу (d −100 мм), погруженную в грунт на глубину 15-30 м. На конце трубы находится сетка из нержавеющей стали, выполняющая роль фильтра.

Свое название скважина получила от основного требования — водоносный слой должен находиться в песке или в песчаных смесях. Это условие не столько технологии, сколько возможностей. Сквозь рыхлый субстрат воды будет проходить легко, поэтому можно обойтись простым насосом.

Скважина игла

Этот вариант скважины получил ещё название абиссинского колодца. Скважина игла проще, чем скважина на песок, но во многом с ней похожа. Кроме простоты и дешевизны абиссинский колодец выгодно отличается тем, что с его помощью можно качать очень чистую воду. Игла берёт воду, пропущенную через песок, в то время как скважина «на песок» качает воду из горизонта суглинка.

Колодцем эта скважина называется потому, что глубина забора воды у неё как и у обычного колодца. Получается, что это колодец шириной в одну трубу.

Скважину называют иглой потому, что это фактически вбитая в землю труба. Как будто в грунт ввели иглу. Несомненным достоинством такой иглы является дешевизна, быстрая установка и долгий срок службы — до 30 лет. На поверхности земли она занимает мало места, поэтому можно разместиться в подвальном помещении дома. Достают воду в такой скважине с помощью помпы или насоса.

Недостатки

  • малая производительность;
  • вероятность снижения запасов воды зимой или в засушливый период;
  • возможность установки только на рыхлых грунтах;
  • невозможность использования нескольких точек забора воды без ущерба для напора;
  • вероятность заиливания при перерывах в использовании;
  • отсутствие возможности подключить несколько водоразборных точек без снижения напора.

Существуют два метода устройства иглы: забивной и бурением. Забивание — просто и дёшево, но есть вероятность проскочить водоносные пласты или попасть в камень, после чего придётся начинать всё сначала. По мере продавливания трубы вниз, в неё всё время подливается вода. Когда вода начнёт уходить в грунт, можно начинать установку насоса.

Дебит воды в абиссинском колодце примерно такой же, как и в обычном (от 0,5 до 3 м 3 /час).

Нужно учесть

  • Использовать следует металлические или пластиковые трубы на 1 или 1,5 дюйма, которые режутся на 1-2 метровые отрезки. После погружения одного отрезка производится наращивание трубы с помощью резьбовых соединений с другим отрезком.
  • В качестве уплотнителя лучше используется силикон, краска, муфты.
  • Диаметр наконечника трубы должен превышать диаметр самой трубы. В конце трубы должен находиться специальный фильтр. При этом наконечник и труба должны быть сделаны из одного материала.

Артезианская скважина

Артезианская скважина — это самый трудоёмкий, дорогой и в тоже время надёжный способ поднятия воды на поверхность. При этом вода достаётся из слоёв, где залегает известняк. На такую глубину обычно загрязняющие вещества не проникают. Такая скважина часто имеет несколько обсадных труб и распределяюще-запирающие устройства типа оголовка, кессона и адаптера.

Недостатки

Недостатком артезианской скважины скважины является не только цена бурения на большую глубину и необходимость оформлять разрешение, но и непредсказуемость минерального состава воды. Чаще всего вода имеет низкий уровень минерализации.

Но всегда есть вероятность добуриться до залежей с «минералкой», обладающей кислой или щелочной реакцией.

Сложность скважины зависит от того, на какую глубину бурить. На глубине 50-100 метров необходимо установить обсадную трубу диаметром 133 мм. Внизу, от известкового слоя вверх, должна располагаться вторая труба с меньшим диаметром (125 мм), в которой находится насосное оборудование. На глубину от 100 метров необходимо уже устанавливать телескопические колонны. Они составляются из труб с постоянно уменьшающимся диаметром в интервале от 133 до 125 мм.

В артезианской скважине вода поднимается под собственным напором до середины или 2/3 конструкции, поэтому на данной глубине и нужно устанавливать насосы.

Скважины делятся на однотрубные и имеющие дополнительные трубы. В последнем случае внутри металлической трубы, забитой до известкового слоя, помещается более тонкая труба пластиковая. Именно эта труба и входит в грунтовые воды. При неустойчивом грунте скважину нужно оснастить кондуктором. Это дополнительная труба, которая существенно шире обсадной трубы. Она устанавливается сверху в целях защиты обсадной трубы от чрезмерного давления. Когда артезианская скважина будет полностью готова к работе, необходимо установить кессон и оголовок.

Водоснабжение из скважины – обустройство и принцип действия

Водоснабжение из скважины – обустройство и принцип действия

В загородных домах и дачах основными, и часто единственными, источниками воды являются колодцы и скважины. А потребление жидкости только на первый взгляд кажется незначительным, она нужна для полива грядок и деревьев, для санитарно – гигиенических нужд проживающих людей, для приготовления пищи и для питья. «Потому, что без воды – и не туды и не сюды» как сказал классик. Подсчитано, что для семьи из 3-х человек средний расход составляет порядка 0,3-х кубометров в час. Так где же брать воду?

Водоносные слои

Она у нас под ногами и размещается в слоях различной глубины залегания.

Рис.1. Принцип расположения водоносных слоев

Ближайший к поверхности источник жидкости называют «верховодкой». Она располагается на глубине 5 – 9 метров, часто ближе. Количество воды в таких слоях зависит от погодных условий, в засушливое время она может уйти совсем. Поскольку фильтрующий грунта слой незначителен, в такой жидкости может присутствовать много загрязнений и растворенных веществ от удобрений или близлежащих ферм. Использовать такую воду рекомендуется только для технических нужд, при необходимости личного потребления ее обязательно нужно кипятить.

На горизонтах 9 – 15 метров часто метров часто можно найти грунтовую воду, лучшего качества с достаточными потребительскими свойствами.

Для забора жидкости с этих слоев применяются колодцы (на верховодке) или неглубокие скважины песчаного горизонта.

Самым глубоким источником живительной влаги является артезианский горизонт с глубиной залегания от 30 до 200 метров. Он может поставлять воду высокого качества с отличными потребительскими свойствами, по вкусу не уступающую родниковой. Для забора жидкости с таких глубин бурят артезианские скважины, имеющие свои конструктивные особенности.

Поиски воды на участке

Для этого имеются несколько способов:

По горшку

Нужен глиняный горшок, один или несколько и тщательно высушенный силикагель. Насыпать его в горшок в количестве около литра и тщательно высушить. Взвесить на точных весах. Горшок укутать в ткань и зарыть на глубину примерно полуметра, через сутки выкопать и снова взвесить. По изменению веса легко определить, сколько силикагель впитал воды. Повторив опыт несколько раз (или зарыв несколько горшков) можно узнать, где вода ближе всего к поверхности.

Читайте также:  Ремонт в ванной: с чего начать

Рис.2. Разведочное бурение на воду

Наблюдение

Безветренным вечером жаркого дня или ранним утром нужно присмотреться к своему участку. В местах близкой воды можно будет наблюдать туман, а если он стоит столбом или клубится – вода близко.

Также верным признаком является хорошо различимые столбы мошек, в местах их образования вода есть точно.

Устройство водозаборных сооружений

Такие объекты называются скважина, представляющая собой круглое отверстие на глубину нахождения влагоносного слоя. Понятно, что в чистом виде такое отверстие существовать не может – стенки осыплются и завалят проем. Поэтому они защищены обсадной трубой, устанавливаемой в процесс бурения скважины. Работы производятся в следующем порядке:

  • На месте, определенном как перспективное для добычи воды, нужно вырыть приямок размером 1,5 х 1,5 х 1,5 – 2,0 метра. В дальнейшем, когда скважина даст воду в достаточном количестве и качестве, в приямке бетонируют стенки или обшивают их деревянной обшивкой, чтобы при наступлении морозов стенки не обвалились.
  • По центру устанавливают бурильное оборудование и начинается процесс пробивки скважины. Способов пробивки (бурения) много, приведем один из них – простейший, доступный для выполнения самостоятельно. Для этого достаточно иметь:
  • Треногу высотой 4 – 5 метров с блоком;
  • Специальное приспособление – желонку – для пробивки отверстия и выемки грунта из него;
  • Прочный шнур, веревку для работы с желонкой.
  • Трубу обсадную, размеры по наружному диаметру: 146 мм, 159 мм, 168 мм, 194 мм, 203 мм, 219 мм.

Пробивка скважины

Процесс происходит следующим образом:

1. Желонка крепится к веревке, протянутой через блок треноги.

2. По перпендикуляру от блока устанавливается первая секция обсадной трубы. Ее положение должно быть строго перпендикулярно, достаточно контроля на первых 50 – 70 см погружения.

Рис.3. Схема и принцип работы установки для пробивки скважины

3. Один или двое рабочих вводят желонку в отверстие трубы и начинают поднимать ее и опускать ее в свободное падение, при этом грунт внутри трубы разрушается и набивается в желонку, удерживаемая специальным клапаном.

4. Через каждые 50 – 70 см погружения желонки ее извлекают из трубы и выгружают грунт через верхнее отверстие, после чего повторяют операцию.

Рис 4. Устройство и принцип работы желонки

Раскачиваясь в процессе работы, желонка разрушает грунт по контуру внутреннего диаметра обсадной трубы, которая собственным весом разрушает оставшуюся грунтовую опору и проседает под собственным весом.

5. Когда на поверхности останется 20 – 30 см первой секции обсадной трубы, к ней присоединяют вторую. На нарезных трубах это производится с применением муфты, но, в принципе схема соединения может быть и сварной, с контролем прямолинейности трубы.

6. Процесс продолжается до появления воды, что видно по вынимаемому из желонки грунту. Если поставлена цель добраться до артезианской воды, процесс продолжается и дальше. Верхние водоносные горизонты – это не чистая вода, а воднопесчаный слой.

Работы нужно выполнять бригадой в составе не менее 3-х человек. На практике для проходки к артезианскому слою, находящемуся на глубине 37 метров понадобилось 2 полных рабочих дня по глинисто-песчаному грунту.

В специализированных организациях бурение производится вращающимися колоннами буровыми или шнековым устройствами, оснащенными инструментом в зависимости от характеристик грунта в месте бурения.

Рис 5. Бурение скважины

Торцевой гравийный фильтр

Чтобы исключить массовое попадание к водозабору песка или мелкого известняка, в обсадную трубу нужно высыпать около 2-х ведер гравия в смеси мелкой с средней фракций, после чего несколько раз приподнять и опустить ее, давая возможность гравию распространиться за габариты трубы.

Гидрозатвор

Его назначение – предотвращение попадания в скважину талой и дождевой воды. Выполняется из глины, можно использовать вынутую из скважины. Желательно использовать армирующую добавку в виде фибровой стружки, продающейся в магазинах стройматериалов специально для этих целей. Объем добавки в пределах 5%. Глину размещать до консистенции густой сметаны. Вокруг обсадной трубы сделать коническое углублении 80 – 100 см и диаметром в верхней части таких же размеров. Углубление заполнить глинистым раствором. Дать сохнуть в течение 7 дней, накрыв сверху пленкой.

Нижний фильтр

На первой секции обсадной трубы перед ее погружением нужно устроить фильтр. Принцип исполнения выглядит следующим образом:

  • на протяжении порядка 2 метров от нижнего конца трубы просверлить ряд отверстий диаметром 3 – 4 мм. Расстояние между отверстиями 10 – 12 мм;
  • обернуть участок трубы с отверстиями фильтрующей сеткой, стыки желательно закрепить пайкой
  • второй вариант – на участок с отверстиями намотать плотно – виток к витку – проволоку из нержавеющей стали диаметром 1,0 – 1,2 мм, концы витков закрепить сваркой или пайкой.

Жизненный цикл фильтра из сетки – не менее 10 лет, проволочного – порядка 50.

Выбор насоса

Для правильного выбора насоса необходимо:

  • предварительно определиться с величиной дебета скважины, то есть – при какой производительности насоса она будет в состоянии удерживать стабильный (динамический) уровень воды. В противном случае насос время от времени будет «хватать» воздух, за этим последует быстрый выход его из строя;
  • замерить верхний уровень воды, т.е. расстояние от воды оголовка скважины (динамический уровень), таким образом можно определить высоту подъема – одна из технических характеристик насоса, указанная в паспорте;
  • для погружных насосов – диаметр – он должен быть меньше
  • внутреннего диаметра обсадной трубы не менее, чем на 4 мм;
  • Тип насоса – вибрационный или центробежный. При этом нужно учитывать, что вибрационные насосы более долговечны и надежны в работе. Но создаваемая ими вибрация постепенно выводит из строя скважину, сначала вода становится мутной, снижается дебет и в конце концов она прекращает давать воду.

Насосы для скважин бывают погружные и наружные. Первые устанавливаются непосредственно в скважине, примерно в 2-х метрах ниже верхнего уровня жидкости. Вместе с ним опускают электрический кабель и шланг подачи воды. Такой насос необязательно извлекать на зиму, если это дачная скважина.

Принцип работы наружного насоса центробежный, он устанавливается на верхнем конце заборной трубы, присутствие воды в нем обязательно, чему способствует исправно работающий обратный клапан. Соединение с заборной трубой через муфту или фланцевое.

Дополнительное оборудование

Для обеспечения долгосрочной эксплуатации насоса в системе нужно предусмотреть защиту от «безводной» работы. Как правило, это поплавковая система, отключающая подачу электроэнергии при снижении уровня жидкости до критического минимального. При восстановлении уровня датчик вновь включает подачу тока. Для этой цели применяются также датчики протока. Принцип его работы состоит в том, что при наличии давления в насосе подвижный лепесток отжимается, срабатывает герконовое реле и насос в рабочем состоянии, при отсутствии давления лепесток опускается, размыкая реле.

Чтобы сохранить водяной столб в заборной трубе на нижнем его конце устанавливают обратный клапан, предотвращающий сток воды при отключении насоса.

Виды водозаборных устройств

Различают несколько видов скважин:

  1. Разведочные.
  2. Фильтровые стволы (на песок).
  3. Артезианская (на известняк).
  4. Промышленная.

Разведочное бурение осуществляется при неясной гидрогеологической обстановке. Работы по проходке ствола осуществляюися способом вращения с использованием инструмента малого диаметра, поэтому стоимость их невысока. Основное назначение – прояснение ситуации с расположением водоносных горизонтов.

Фильтровые стволы (на песок) — самый распространенный и дешевый вид скважин на воду, популярный в дачном варианте. Не рассчитаны на долгую эксплуатацию (до 5 лет) и не обладают высоким дебетом (0,5 – 1,0 м 3 /час). Забор воды осуществляется из водоносных песков с глубины до 30 метров. Жизнестойкость ствола зависит о регулярности использования – при длительных простоях фильтр заиливается. При оснащении такого ствола ручным насосом его называют абиссинским колодцем.

Рис 6. Схема скважины на воду с погружным насосом

Артезианская скважина (на известняк) – характерна большой глубиной, зависящей от глубины залегания водоносных известняков. Сама по себе эта среда активно очищает воду от болезнетворных бактерий, улучшая вкусовые ее качества. Если под водоносным слоем имеется скальное основание, применение нижних фильтров необязательно. При дебете 3 – 4 м 3 /час обеспечивает водоснабжение небольшого поселка. При наличии в слое суглинков применяется система со второй обсадной трубой.

Выводы

На земле немного мест, где воды нет вообще. Умет найти ее – сплав искусства и науки. Устроить водозаборное устройства также несложно, если это ствол из близкого к поверхности горизонта. Но лучше всего все-таки доверить эти работы специалистам.

Что такое водозаборное сооружение и для чего оно предназначено

Водозаборные сооружения из подземных источников сооружают в загородных домах, фермерских угодьях для налаживания автономной сети водоснабжения. Водозаборные скважины не относятся к группе гидротехнических сооружений первого подъема. Эта конструкция оснащается специальными насосными станциями или водяным насосом для подъема подземных вод на поверхность.

Назначение и устройство водозаборной скважины

Водозаборная скважина – это специальное гидротехническое сооружение, предназначенное для забора подземных вод из толщи водоносного слоя грунта. Представляет собой трубу с насосом, последний необходим для поддержания давления водяного столба.

Водозабор включает в себя такие части:

  • Колонна или обсадная труба – опускается в недра земли, ей может быть свойственен разный диаметр, длина и материал изготовления. Наиболее востребованные трубы – полиэтиленовые, бетонные и стальные.
  • Фильтр предназначен для очищения жидкости от примесей из грунта.
  • Водяной насос. Существует несколько видов оборудования и разные модификации. В зависимости от глубины скважины, ее диметра выбирают погружной или поверхностный насос, оснащенный электродвигателем. Необходим для транспортировки водяного столба из колодца к водопроводному крану в доме.
  • Ствол находится внутри обсадной трубы, по нему поднимается вода на поверхность.

Подземные воды могут находиться на разной глубине, как правило, этот параметр колеблется в пределах от 5-10 метров до 80 и более.

В зависимости от этого показателя водозаборные скважины делятся на несколько видов.

Типы водозаборных сооружений

С учетом гидрогеологических особенностей местности и технических характеристик скважины классифицируются следующим образом:

  • Абиссинская скважина имеет глубину, колеблющуюся в пределах 10-12 метров. Это самые маленькие показатели среди всех разновидностей источников. Для обустройства не используется ствол и обсадная труба, достаточно «иглы» – трубы, диаметром 70 мм. Если слои почвы мягкие, нет необходимости в проведении бурильных работ, достаточно ее просто забить в землю. Процесс нельзя назвать трудоемким, он не отнимает много времени, сил и финансов. Ощутимый недостаток такого источника – сомнительное качество воды. Порой она вовсе непригодна для питья. Дебет составляет 0,5 кубометра/час, этого достаточно для дачного и садового дома с непостоянным проживанием. Срок службы достигает 10 лет, но чаще исчерпывается ресурс через 3-5 лет.
  • Скважина на песок. Глубина залегания подземных вод может достигать 30 метров. Состоит из колонны или обсадной трубы диаметром до 130 мм. Для бурения такого источника требуется специальное оборудование и инструменты. Бурение может отнять не один день, вложения также требуются немалые. Производительность или дебет источника достигает 1,5 кубометра/час. Приблизительная продолжительность эксплуатационного срока – 15 лет.
  • Артезианская скважина характеризуется большой глубиной, которая достигает 100 и более метров. Вода из такого источника считается самой качественной и чистой, поскольку в нее уже не проникают грунтовые воды. Диаметр обсадной колонны или трубы достигает 160 мм. Начальные показатели производительности – 3 кубометра/час, поэтому разводка воды одновременно может происходить на несколько кранов. Срок службы более 50 лет, но строительство и обустройство артезианской скважины требует больших финансовых вложений.
Читайте также:  Как открыть межкомнатную дверь без ключа

Каждый тип водозаборной скважины имеет свои особенности, ознакомившись с ними, подбирают подходящий вариант для приусадебного участка.

Нормативно-технические документы и этапы проектирования

Если глубина водозаборного гидротехнического сооружения более 50 метров, требуется получение лицензии. Этими процессами занимаются специальные комиссии, которым нужно подать полный пакет документов. Как правило, это трудоемкий и длительный процесс. Получение сертификата может отнять от полугода до года.

Для оформления лицензии нужно действовать следующим образом:

  • На начальном этапе оформляют разрешение на проведение работ с целью обеспечения автономной системы водоснабжения. Важно четко следовать предписаниям, указанным в документе.
  • Обязательной регистрации подлежат проводимые работы по бурению и обустройству скважины.
  • После ознакомления с фондовым материалом домовладелец получает техническое задание на проведение работ.
  • На следующем этапе составляется проектная работа по поискам и исследованию содержимого недр.
  • Предварительно проект проходит геологическую экспертизу.
  • С соответствующими органами согласовывается проектная документация.
  • Приступают к выполнению работ, описанных в проекте.
  • Мастерами проводятся опытно-фильтрационные изыскания.
  • Проводят анализ запасов воды и ее качества. Дополнительно проводятся исследования на радиоактивность.
  • Проводится сбор информации о скважине: глубина и ее диаметр, динамический и статический уровень воды, дебет сооружения. Составляется отчет об оценке запасов водоносного горизонта.
  • Готовится проект санитарно-защитных зон.
  • Оформление санитарно-эпидемиологического заключения.

После оформления всей вышеперечисленной документации и проведения работ можно получить лицензию и зарегистрировать источник.

Зона санитарной охраны источника водоснабжения

Каждое водозаборное сооружение обладает тремя поясами санитарно-охранных зон. Благодаря им удается предупредить попадание в воду разного рода загрязнений и болезнетворных организмов. Особенности и характеристики каждого из поясов:

  • Первая охранная зона имеет радиус в пределах 15-60 метров. Эта окружность должна быть ограждена забором. Здесь запрещено строительство объектов, за исключением тех, которые нужны для эксплуатации водозаборной скважины.
  • Основная задача второй охранной зоны – защитить колодезную воду от бактериологического загрязнения. Здесь запрещается возводить объекты, которые могут нести потенциальную угрозу. Речь идет обо всех локальных очистных сооружениях, например, септики, навозные и выгребные ямы. Радиус кольца рассчитывается по специальной формуле и зависит от нескольких факторов – глубины залегания подземных воды и особенностей местности.
  • Третья охранная зона предназначена для защиты источника от химического загрязнения. В радиусе этого кольца категорически запрещено строить хранилища для удобрений, склады ядохимикатов и горюче-смазочных веществ. Радиус также высчитывается по специальной формуле.

На этапе проектирования, строительства и обустройства скважины лучше отдавать предпочтение строительным компаниям с опытом работ в данной сфере.

Какой должна быть правильная конструкция скважины на воду

Общеизвестно, что основное назначение скважин – добыча полезных ископаемых, которыми являются нефть газ и вода, из недр земли, но мало кто знает, что существуют и другие их виды. Скважины используют для выполнения вспомогательных, нагнетательных, специальных и геологоразведочных работ. Хотя конструкция скважины для каждого добываемого ресурса или выполняемых работ существенно отличается от аналогов, между ними есть много общего.

Скважиной называют выработку круглого сечения в земной коре, диаметр которой существенно меньше ее длины, полученную буровым методом с поверхности или в земле под любым угловым направлением к горизонту без прямого доступа человека к каналу. При рассмотрении конструкции всех видов скважин используют терминологию, принятую для их описания в добывающей отрасли.

Рис. 1 Забор воды из скважины электронасосом

Понятие конструкции и основные элементы скважины

Конструкция для скважины – это набор элементов почвенной выработки с диаметром в поперечнике, значительно меньшим их длины, обеспечивающим долговечное и надежное создание канала между поверхностью земли и вскрытым глубинным пластовым флюидом. Основное назначение скважинного канала – геологоразведка и оценка подземных ресурсов, исследование структуры разреза, поддержание давления рабочего пласта, контроль эксплуатации месторождений, добыча природных ресурсов.

Скважины делят на следующие составные части:

  • Ствол скважины – почвенная выработка, в которой расположены обсадные и фильтрующие трубы.
  • Устье – начало скважинного ствола из отрезка трубы, закрепленного на поверхности земли.
  • Забой – нижняя часть скважинного канала, дно.
  • Цементирующее кольцо – цементно-песчаная смесь, накачанная в пространство между стенками ствола и обсадной трубы, выполняет функции герметизации и упрочнения скважинного канала.

Рис. 2 Схема скважины

  • Фильтр – нижний участок скважинных обсадных труб, погруженный в пласт с добываемым ресурсом. В качестве фильтра используют часть ствола без обсадных труб, на дно которого помещает мелкозернистый гравий или специальное фильтрующее устройство.
  • Обсадная колонна – соединенные вместе и погруженные в ствол обсадные трубы, нужна для изоляции скважинного канала от земляной породы ствола. Обеспечивает эффективную и надежную эксплуатацию скважины, предотвращая попадание в канал почвы и защищая его от внешнего давления.

В нефтегазодобывающей промышленности используют промежуточные обсадные колонны, служащие для разделения несовместимых геологических зон, требующих различных режимов бурения скважинного канала. В буровой отрасли применяют следующие промежуточные скважинные колонны:

  • Сплошные. Полностью перекрывают весь ствол независимо от расположения основного интервала.
  • Хвостовики. Колонны, предназначенные для крепления только необсаженного интервала скважины с частичным перекрытием основного.
  • Летучки. Специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для закрытия дефектных промежутков основной колонны без учета следующих обсадных колонн.

Рис. 3 Разрез скважины

Принцип работы скважины на воду

Скважину монтируют для забора воды из подземных водных источников, при этом проводят следующие операции:

  • Производят бурение почвы, используя различное оборудование и инструменты в зависимости от глубины, вида водозаборного источника и особенностей строительства скважин в данном районе.
  • В полученный канал до водоносного горизонта опускают обсадные трубы с фильтром на конце, соединенные между собой в монолитную колонну посредством резьбового соединения.
  • Производят подъем воды с использованием ручных или электрических насосов для скважины поверхностного и погружного типа, подключенных к водопроводной линии при помощи труб.
  • Поступающую в дом воду накапливают в водозаборной емкости большого объема, расположенной на верхних этажах или организуют автоматическую систему подачи воды при помощи приборов.

Конструкция скважины на воду – основные элементы

При бурении скважин принимают меры для защиты канала от осыпания, для этого в устройство добывающих воду скважин включают несколько основных элементов.

Рис. 4 Внешний вид обсадных труб

Обсадные трубы

Обсадные трубы используют для укрепления и герметизации скважинного ствола, основными материалами их изготовления является металл, пластик и асбестоцемент. Металлические трубы выпускают из обычной или нержавеющей стали, также бывают оцинкованные и эмалированные виды.

Помимо резьбы, трубы соединяют между собой посредством сварки или при помощи муфт.

В последнее время особой популярностью пользуются трубы из полиэтилена низкого давления ПНД, широко применяемые в распространенных скважинах на песок. Пластиковая эксплуатационная колонна может составляться из труб, имеющих длину 3 или 6 метров, а их наружный диаметр, рассчитанный на установку глубинных погружных электронасосов, обычно равен 90, 113, или 125 мм.

Донный фильтр

В устройство добывающих воду скважин на песке обязательно входит фильтр, который располагается в забое обсадной колонны и погружен в водоносный горизонт. Существует несколько разновидностей скважинных фильтров, отличающихся конструкцией и принципом работы.

Гравийный

Самый простой вид, создается путем подсыпки в забой скважины гравия с мелким зерном. Гравийная подушка препятствует забору грязевого раствора в скважине из песка и ила со дна, снижая таким образом нагрузку на фильтрующие поверхности обсадных труб и электронасоса.

Рис. 5 Скважинные фильтры – особенности конструкций

Щелевой

Простое устройство со стенкой обсадной трубы, имеющей поперечную или продольную перфорацию в виде тонких надрезов. Через узкие щели хорошо проходит вода, а мелкие частицы песка отсеиваются. Такая конструкция в основном используется в трубах из ПНД.

Сетчатый

Представляет собой мелкую сетку из коррозионно-устойчивых материалов (пищевая нержавейка или стеклоткань), обладающую высокой стойкостью к истиранию. Основной недостаток конструкции заключается в ее повышенном сопротивлении водному потоку (на 20 – 40 %), в некоторых случаях при малом дебите это может привести к недостатку воды в источнике.

Дырчатый

Конструкция используется в условиях, где требуется высокая прочность, представляет собой трубу с большим количеством просветленных круглых отверстий. Перфорированный фильтр применяют в источниках с малым объемом подачи и низким напором.

Проволочный

Выполнен из нержавеющей проволоки треугольного сечения, намотанной плотными рядами на перфорированную обсадную трубу. Отличается высокой прочностью и долговечностью, напрямую связанными с сечением используемой в нем проволоки.

Основные методы и оборудование для обустройства скважин

Для забора воды из скважин используют погружные и наружные электронасосы, насосные станции, поверхностное насосное оборудование может располагаться рядом со скважинным устьем или на некотором расстоянии от него. Для подключения электронасосов к скважинному источнику используются различные методы и оборудование, рассчитанные на разные типы электронасосов.

Оголовок

Если необходимо решить вопрос крепления погружного электронасоса и защиты скважинного канала от проникновения грязи и осадков, применяют оголовок, который устанавливают поверх обсадной трубы. Устройство рассчитано на стандартный диаметр, может быть выполнено из пластика, стали или чугуна, способно выдержать вес подвешиваемого насосного оборудования до 250 кг. в пластиковом исполнении и до 500 кг. при использовании металла. В типовой конструкции предусмотрено размещение карабина для подвешивания электронасоса и выходное отверстие, через которое пропускает напорную трубу при подключении к линии.

Читайте также:  Флюгеры на крышу + эскизы

Конструктивно оголовок выполнен из двух частей, которые соединяют после погружения электронасоса в скважину. Для этого на обсадную трубу надевают фланец, прижимая его к поверхности земли, устанавливают резиновое кольцо и сверху ставят второй фланец с подвешенным электронасосом, неподвижно фиксируя его с помощью болтов.

Адаптер

Адаптер позволяет подключать поверхностный центробежный электронасос или насосную станцию к скважине через трубопровод, если они расположены на некотором удалении. Трубы при этом располагаются под землей, что исключает их промерзание в зимнее время, второе преимущество данного подключения – увеличение глубины погружения напорного трубопровода в скважину за счет опускания ниже уровня земли, которая в поверхностных насосах не превышает 9 метров.

Адаптер выполняется в виде двух частей, одна из которых с подключенным напорным трубопроводом располагается в скважинном канале, а вторая с подсоединенной к ней водопроводной магистралью находится снаружи. Обе части соединяются через стенки обсадной трубы с помощью резьбы и изолирующей резиновой прокладки.

Рис. 8 Адаптер – конструктивное устройство

Кессонная яма

Кессонную яму используют в тех случаях, когда электронасос и насосное оборудование для автоматизации его работы расположены рядом со скважинным устьем. Обычно яма выполняется в виде бетонного кольца, углубленного в землю, иногда используется пластик или сварные металлические конструкции, покрытые битумной гидроизоляцией. Во избежание проникновения в забой грунтовых вод вдоль скважинного ствола, дно ямы покрывают цементно-песчаной стяжкой.

Обычно в кессонных колодцах размещают насосную станцию или автоматику управления глубинным электронасосом: гидроаккумулятор, реле давления и холостого хода, манометр. Помимо изоляции от грунтовых вод, кессон обеспечивает защиту от промерзания не только устья скважины, но и всей водопроводной магистрали, которая при его использовании располагается под землей.

Рис. 10 Кессонный колодец

Скважинные насосные агрегаты и автоматика

Для забора воды из скважин в основном используются поверхностные и погружные электронасосы центробежного принципа действия. Преимуществом данной конструкции является возможность создания высокого напора в линии, благодаря применению агрегатов с большим количеством рабочих колес, позволяющих повышать давление в каждой последующей ступени.

Бытовые погружные электронасосы могут поднимать воду с очень больших глубин (около 200 метров), в то время как поверхностные виды используют в источниках с зеркалом воды на глубине до 9 метров от поверхности земли. Для увеличения глубины забора поверхностных моделей иногда используют встроенные или погружные эжекторы, правда при этом их КПД значительно падает.

Рис. 11 Центробежный электронасос

Гидроаккумулятор, реле и манометр

Для автоматизации работы водозаборного насосного оборудования используется автоматика для скважины или насосная станция, состоящая из следующих приборов:

  • Гидроаккумулятор. Представляет собой объемный металлический бак с резиновой грушей внутри, которая при включенном электронасосе заполняется водой. Устройство позволяет избежать гидроударов в системе и оптимизирует работу электронасоса, уменьшая количество его циклов включения и выключения.
  • Реле. Основным элементом автоматической системы управления является реле давления, которое подключается к линии при помощи штуцера. При появлении давления в системе выше его настроек, встроенная мембрана внутри корпуса реле через механическую систему прерывает подачу питающего напряжения на электронасос, и он отключается. После потребления воды, когда давление в системе падает, реле замыкает контакты и включает электронасос.
  • Манометр. Прибор является одним из основных элементов в любой водопроводной системе, позволяет контролировать давление и настраивать оборудование.

Рис. 12 Автоматика в системе управления электронасосами

Конструктивное устройство водных скважин не отличается большой сложностью, основными внутренними элементами, которые устанавливаются при бурении, являются обсадные трубы и фильтр в области забоя. Для забора воды после монтажа скважины используют дополнительное оборудование и инженерные системы (кессон, оголовок, адаптер), позволяющие эффективно подключить электронасос к источнику, учитывая его расположение и вид.

Конструкция водозаборной скважины

Конструкция скважины состоит из множества различных деталей крепи. Благодаря таким элементам обеспечивается строительство устойчивого канала на всем протяжении. Их использование оказывается экономически выгодным. Конструкцию таких построек стоит рассмотреть подробнее.

Правильный выбор

Существует множество конструктивных особенностей водозаборных скважин. При правильном выборе конструкции можно определять их характеристики:

  • цену скважины;
  • ремонтопригодность;
  • качество проводимых работ;
  • дебит;
  • качество воды, которая добывается из скважины.

Конструкция скважины зависит от особенностей участка местности, где будет осуществляться бурение. Также выбор зависит от необходимого дебита.

Стоит рассмотреть подробнее, как такие факторы влияют на качество воды и каким образом их следует учитывать.

Основные элементы

Среди главных составляющих скважины стоит выделить забой, обсадную колонну и др. Каждую из этих деталей стоит рассмотреть более внимательно:

  • Устье – представляет собой начало скважины. Оно образуется вертикальной трубой, которая надежно зацементирована.
  • Забой – является дном ствола скважины.
  • Ствол. Внутри него располагаются обсадные колонны.
  • Цементное кольцо – представляет собой затвердевший бетон, который была закачан в кольцо между обсадной колонной и стволом. Он выполняется для повышения герметизации конструкции.
  • Фильтр – является необсаженным участком скважины.

Бетонные кольца и обсадная колонна вместе образуют крепь. Достаточно интересной является конструкция артезианской скважины.

Обсадные колонны

Обсадная колонна представляет собой систему специальных труб. Такие элементы могут быть первыми и последними. Их отличают функциональные возможности. Обсадные колонны предназначаются для одной цели – изолировать стенки скважины при бурении от различных внешних воздействий. Прежде всего, учитывается давление на скважину. Чтобы кольцевое пространство было надежно изолировано, следует залить жидким бетонным раствором промежуток, который находится между обсадными колоннами.

Существует особое деление обсадных колонн по назначению. Каждый вид таких изделий стоит рассмотреть подробнее. Они обладают определенными преимуществами и недостатками, которые стоит учитывать.

Кондуктор

Кондуктором называется колонна обсадных труб, которые предназначаются в целях защиты пресной воды от загрязнения. Также их используют при подготовке к установке следующих обсадных колонн.

Кондуктор обычно монтируют в землю на глубину до 100 м. Максимальным показателем погружения является глубина 600 м. Такие изделия обладают диаметром от 177 до 508 м. Кондуктор подвергается опрессовке.

Промежуточная обсадная колонна

Такие изделия используются для разделения различных зон, имеющих разные условия бурения. Промежуточные колонны разделяют на несколько видов:

  • хвостовики – такие изделия обычно используются для фиксации только необсаженных участков скважины;
  • сплошные – ими перекрываются участки конструкции от устья до забоя;
  • летучки – представляют собой специальные колонны, которые используются только в целях перекрытия определенного интервала.

Спуск обсадных колонн, а также крепление скважин при помощи хвостовиков оказывается более выгодным решением, чем спуск более массивных обсадных колонн. Кроме того, таким образом можно существенно упростить конструкцию, а также снизить стоимость работ по бурению.

Направление

Направление представляет собой одну трубу или определенный интервал труб, которые предназначаются для крепления приустьевой части колонны. Благодаря такому элементу конструкция водозаборной скважины защищается от разрушения и размыва. Кроме того, эта деталь используется в целях циркуляции воды.

Существуют определенные различия между удлиненным и шахтовым направлением. Последнее устанавливают всегда. Деталь имеет длину от 3 до 10 м. можно установить одно направление или несколько.

Направление опускают в глиняный слой. Трубы, которые используются для направления, не опрессовывают.

Также можно выделить эксплуатационную колонну, которая служит для разъединения нужных горизонтов от других пород.

Диаметр обсадных колонн начинают проектировать с эксплуатационной колонны. Работы ведутся изнутри. Опираясь на нужный дебет скважины, необходимо выбрать диаметр колонны. Благодаря этому определяется диаметр бурения. Если увеличить этот показатель, можно будет использовать оборудование большей производительности. Также следует учесть, что такое решение позволит облегчить проведение ремонтных работ. Конструкция эксплуатационной скважины отличается простотой, что позволяет соорудить ее за короткий промежуток времени.

Сооружение скважины

Прежде всего, необходимо определить, где будет расположена водозаборная скважина. Сначала следует найти водоносный пласт. После этого следует решить, как оградить конструкцию от различных источников загрязнения. Также стоит решить, каким образом будет обеспечиваться доступ к скважине для различных машин.

Близость свалок и канализаций, а также различных загонов для скота и цистерн с топливом может стать потенциальной угрозой для чистоты скважины. Ее следует расположить на расстоянии не менее полутора метров от возможных строительных зон. Также она должна находиться в месте, где будет обеспечена возможность быстрого ремонта.

Существует определенное количество способов, при помощи которых можно соорудить водозаборную скважину. К примеру, одним из них является копка. Также можно выделить бурение и продавливание. Какой способ будет выбран, зависит от назначения скважины. Также выбор конструкции скважины во многом определяется особенностями местности.

Скважина, которая выкопана при помощи экскаватора, носит название колодца. В него можно погружают обсадку, а сверху закрывают крышкой. Такой способ является самым простым и дешевым. Благодаря сооружению колодца можно обеспечить себя большим количеством воды на многие десятилетия.

Забивная скважина представляет собой острый наконечник из стали, который прикрепляется к перфорированной трубе. Также его можно прикрепить к ряду труб или фильтру. Сначала следует выкопать шурф, имеющий большой диаметр. Впоследствии будет уложен уплотнитель. После этого сборная конструкция должна быть установлена на дне шурфа. Ее забивают в грунт до момента достижения перфорированной трубы водоносного пласта.

Однако чаще всего водозаборные скважины сооружают путем бурения. Существуют разные типы буровых установок:

  • ударно-канатная ;
  • установка вращательного действия .

При ударно-канатном бурении в пробуренное отверстие погружают трос или проволочный канат. На его конце находится буровое долото, которое используется для дробления твердой породы. Также в установке имеется буровой патрон, при помощи которого осуществляется забор мягкой породы.

Отработанная порода выбирается из забоя при помощи керноотборника. Если работать в сухой геологической формации, чтобы образовывался шлам, можно добавлять воду. Его гораздо легче доставать из скважины. Керноотборник необходимо время от времени опускать в забой, а затем доставать накопившуюся породу.

Если используется вращательное бурение, для работ необходимо иметь вращательный бур и циркуляционную систему сжатого воздуха. Ее используют для извлечения шлама.

После этого выполняется уплотнение, разработка скважины, а затем ее проверка и дезинфекция. Такие процедуры необходимы для ее нормальной эксплуатации.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector