Распространённые виды скважин

Абиссинский колодец

Колодец абиссинский для воды.

Трубчатый колодец получил свое название по территории в Африке, где впервые использовалась технология извлечения из недр подземной воды без применения специального оборудования.

Самостоятельное бурение скважин выполняется этим старинным способом. Водозабор осуществляется с глубины 8-13 м.

Последовательность работ:

1. Собирают бурильную колонну из 1-2 м отрезков труб Ø2″, она же будет выполнять функции обсадной. Бур-фильтр изготавливается сплющиванием забойного конца первой трубы или насадкой на штангу конуса для лучшего проникновения в грунт. В стенках бура сверлят отверстия 6-8 мм, чтобы в них поступала вода, оборачивают металлической фильтровальной сеткой.
2. Изготавливают ударную бабку из направляющей трубы Ø100 мм длиной 1 м, утяжеляют ее металлом весом 10 кг, с двух сторон приваривают рукояти.
3. Вколачивают бур-фильтр целиком в грунт, после чего прикрепляют к нему следующую секцию колонны сваркой или резьбовым соединением. Забив трубу вслед за буром, операцию повторяют до проникновения фильтра в водоносный горизонт.
4. Подключается насос ручной или электрический вакуумный.

Прокачка трубчатого колодца производится до появления чистой воды. Качество жидкости проверяется в лаборатории санэпидемстанции.

Преимущества и недостатки

Достоинством абиссинского водозабора является возможность построить его самостоятельно с минимальным вложением средств. Скважина-игла полностью изолирована от притока верховодки. Трубчатый колодец можно забить в грунт из подвала своего дома.

Недостатков немного:

• невозможность применения погружного насоса из-за малого диаметра колонны;
• необходимость прочистки колодца от песка и ила;
• ограничения по свойствам грунта: способ применяется на мягких породах и крупнозернистых песках.

Срок эксплуатации водозабора ≥30 лет. Обязательное условие долговременности — периодическое извлечение ила и песка из обсадной колонны. Делается это с помощью желонки — цилиндрического сосуда с клапанным затвором.

Скважины под известняк

Это еще одно довольно популярное и хорошее решение. Они в полном объеме могут обеспечивать дома и дачные участки водой. Вода в этом случае располагается в пористых пластах известняка. Установка сетчатого фильтра здесь не требуется.

Глубина такого геологического разреза может достигать 240 метров. Но это допустимый максимум.

Для бурения скважины применяется специальное оборудование

Главным недостатком такого типа является:

• Большое количество затрачиваемых материалов;
• Сложность бурильных работ.

За счет этих факторов увеличивается стоимость скважины. Кроме того, машины, имеющие буровые установки, должны иметь достаточное количества места для проведения работ, поэтому минимальный участок должен быть 6 на 4 метра. В добавок ко всему этому должен быть обеспечен соответствующий подъезд.

Классификация по назначению

Поскольку скважина представляет собой выработку пространственной ориентации, то длина ее значительно превышает диаметр.

Основная часть скважины находится под землей, поэтому не занимает много места на участке

Классификация назначения источника:

• Поисковые;
• Опорные;
• Картировочные;
• Эксплуатационные;
• Разведочные;
• Инженерно-технические;
• Структурные.

Бурение может проводится различными способами. Это может быть ударный, вибрационный или вращательный метод. Чаще всего, чтобы пробурить скважину, используют несколько способов или комбинируют их при разных этапах работ.

Так, вибрационный метод подходит для рыхлых почв, а вот для сложных грунтов применим комбинированный. Картировочные создаются, чтобы установить наличие воды, или для определения геологической обстановки. Для таких выработок обязательно применяют трубы, которые позволяют предотвратить обрушение рыхлых грунтов.

Разведочные представляют собой источники, имеющие большой диаметр и предназначенные для гидрологического исследования всех разновидностей водоносных горизонтов. Эксплуатационными водозаборами называют те источники, которые были переданы в эксплуатацию.

Плюсы артезианских скважин в сравнении с песчаными

1. Постоянная производительность. Песчаные могут пересохнуть летом и зимой.
2. Гарантия до 15 лет, срок использования до 60 лет – это большой весомый плюс. Большой дебит 3 м3/ч позволяет в один момент открыть 5-6 кранов. Скважина на песок и колодец не дают такой возможности.
3. Колодцы и песчаные скважины заиливаются, и поэтому не стоит допускать перерыва в эксплуатации, что не скажешь об известковых.
4. Во многих случаях вода из песчаных горизонтов по химическому составу лучше, но требует обеззараживания. А для артезианок обязательно устанавливается система многоступенчатой водоочистки.

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.

Какие бывают скважины?

Основные виды скважин:

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

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

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).

Абиссинские колодцы

Абиссинские колодцы получили своё имя в честь африканской страны – современной Эфиопии. Там в начале девятнадцатого века английские колонизаторы часто строили трубчатые колодцы по конструкции американского изобретателя Нортона. Этот вариант источника является наиболее простым и дешевым. Часто его делают самостоятельно. Он отличается от простого колодца тем, что в него часто попадает грязь сверху, верховодка. Делается такой колодец на глубину до двенадцати метров. При этом вода в таком источнике мягкая, довольно чистая и слабо минерализирована. Такая вода хороша для хозяйственных нужд, и при дополнительной очистке может быть пригодной для питья.

Нефтяная скважина, конструкция нефтяной скважины:

Добыча нефти – одна из важнейших отраслей промышленности. Нефть и продукты, получаемые из этого природного ископаемого, лежат в основе современной жизни каждого человека на планете, независимо от того, проводится разработка непосредственного в его родном государстве или импортируется. Добыча этого ресурса осуществляется посредством бурения нефтяных скважин – специальных горных выработок в форме цилиндра, узких в диаметре и весьма глубоких.

Нефтяная скважина – это один из видов горных выработок, имеющий круглое сечение. Диаметр скважин колеблется в пределах от 75 до 400 мм. Особенность выработки в том, что в нее не может проникнуть человек, но, кроме непосредственно скважины, она также имеет колодец и шахту, куда есть доступ рабочим. Подобные скважины предназначены, прежде всего, для добычи нефти, но также с их помощью получают попутный нефтяной газ, образовывающийся в местах залежей «черного золота».

Большая часть скважин имеет вертикальное строение, в редких случаях бурение может проводиться под заданным углом.

Конструкция нефтяной скважины имеет три части:

– верхнюю – устье;

– нижнюю – забой;

– среднюю – ствол, образованный уходящими вниз стенками.

Нефтяная скважина – сложное капитальное сооружение, чье построение ведется в несколько этапов:

1. Последовательное бурение горных пород.
2. Удаление природного материала, образовавшегося при бурении.
3. Дополнительные работы по укреплению стенок (проводятся при необходимости).

Непосредственно добыча нефти из нефтяных скважин также проводится двумя способами:

– фонтанированием – если нефтяные пласты обладают избыточным давлением, углеводороды в виде фонтана поднимаются на поверхность;

– нагнетательным – в скважины подается вода, газ, смеси на основе воздуха и прочие вещества и материалы для искусственного создания избыточного давления.

Разработка нефтяной скважины – длительный организационный процесс, требующий не только серьезных финансовых вложений, но и знаний, умений и опыта.

Типы скважин на воду:

1. Артезианская скважина на известняк
2. Меловая скважина на глубокий песок
3. Фильтровая скважина на мелкий песок

Таблица сравнения типов водяных скважин

Где скапливаются подземные воды?

Еще до того как начать поиски подходящего место для создания скважины или колодца, желательно получить больше информации о грунтовых водах. Своеобразными подземными хранилищами влаги являются водоносные слои, в которых она скапливается в результате фильтрации атмосферных осадков. Подобные водоупорные слои грунта, основой которых являются камень или глина, надежно запирают между собой жидкость, тем самым формируя водоемы различных размеров.

Отнюдь не всегда эти хранилища имеют строгое горизонтальное расположение. Их форма может быть достаточно изогнутой, в результате чего они приобретают вид линз, наполненных водой. Также они могут отличаться и объемом содержащейся в них воды, который может исчисляться как несколькими кубометрами, так и десятками кубических километров.

Наименее удаленным от поверхности водоносным слоем является верховодка, которая располагается на глубине 2-5 метров. Они представляют собой водоемы небольших размеров, источником которых выступают осадки талой воды. Чаще всего в период засухи вода в них испаряется, в результате в такие моменты они уже не в силах обеспечить владельца водой. Вдобавок к этому содержащая в них вода больше подходит для технических целей.

Чтобы добраться до питьевой воды, необходимо искать глубинные водоносные слои, которые имеют значительные запасы прекрасно отфильтрованной воды. Чаще всего подобные водохранилища находятся на глубине 8-10 метров и ниже. Водоносные слои, располагающиеся на глубине 30-50м, содержат самую ценную воду, в составе которой присутствуют минералы и соли. Однако, чтобы найти подобные источники, придется приложить немало усилий.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ФИЛЬТРОВОЙ СКВАЖИНЫ

Прежде чем осуществлять бурение фильтровой скважины, необходимо учесть ее преимущества и недостатки.

Преимущества:

1. Первым и одним из важнейших преимуществ фильтровой скважины является скорость бурения и обустройства. Весь процесс реально осуществить за несколько часов.
2. Стоимость обустройства скважины данного типа невысока, за счет чего ею может обзавестись любой желающий. Доступная цена обусловлена невысоким уровнем ее глубины.
3. Используемая для бурения и обустройства техника не занимает много места, поэтому фильтровую скважину без труда можно пробурить на территории жилого дома, а не рядом с ним.

Недостатки:

1. Срок годности фильтровой скважины гораздо ниже, чем у скважин другого типа.
2. Скважина обеспечивает меньшим объемом воды, чем другие скважины.
3. Чистота и долговечность скважины напрямую зависит от частоты ее использования. Чем чаще она используется, тем дольше она прослужит.
4. Грунтовые условия влияют на качество скважины. Лучше всего, если в воде будет присутствовать гравий в крупных фракциях — он обеспечит меньшую скорость загрязнения фильтров.

Большинство минусов можно решить при соблюдении необходимых правил. Поэтому фильтровая скважина является отличным решением для людей, которым подойдет вода любого качества.

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:

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

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.

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 м3/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.

Другой способ бурения

Этот тип бурения осуществляется при помощи тяжелого снаряда (стакана), что падает с высоты бурильной вышки. Забивной снаряд своим весом разрушает грунт и затем поднимает наверх. Чтобы обустроить буровую установку, может быть использована металлическая труба, на конце которой устанавливается приспособление для резки. Режущий элемент напоминает часть шнека. На расстоянии 0,5 м от кромки трубы делается отверстие, необходимое для извлечения добытого грунта и освобождения стакана. Верхняя часть стакана оснащается тросом, на котором он опускается в скважину и поднимает грунт наверх. Стакан должен очищаться от земли по мере опускания, но не реже, чем через каждые 0,5 м.

Если грунт слишком твердый, необходимо сделать стакан более тяжелым. Для этого можно воспользоваться тяжелой стальной трубой, оснащенной крепежными насадками. Устанавливается она между стаканом и тросом.

Вместо стакана можно использовать желонку. Это труба с забойной частью, которая частично закрыта приспособлением для нарезания грунта. Благодаря этому высыпание грунта исключено.

Высота треноги для этого типа бурения выбирается в соответствии с размерами забойного инструмента. Лучший вариант, когда ее высота больше длины забойного снаряда на 1,5 м.

Бурение с промывкой скважины

Промывка скважины применяется для двух целей: охлаждения бурового оборудования и вымывания частиц разрушенного грунта. В качестве жидкости может выступать, как техническая вода, так и специальные буровые растворы.

В основном растворы используют при большой глубине выработки, когда по ходу движения могут встречаться различные природные пласты: водные, газовые, нефтяные. Эти пласты должны остаться нетронутыми, поскольку в случае их смешивания, есть риск загрязнения верхних водоносных слоев. Поэтому, когда идет бурение, вся скважина заполнена буровым раствором определенной плотности, который не дает пластам проникнуть внутрь разработки.

При роторном бурении скважины применяют прямую и обратную подачу промывочной жидкости.

Во время прямой подачи жидкость из резервуара подается насосом в буровую колонну на долото с отверстиями. Жидкость попадает на дно забоя и вместе с разрушенной почвой поднимается по кольцевому каналу – промежутку между колонной и стенками скважины – и оттуда в очистительный комплекс.

Во время обратной подачи вода самотеком поступает в скважину, а выбрасывается наверх по бурильной трубе под действием сильного обратного давления, создаваемого насосом или эрлифтом.

Второй способ считается более эффективным по нескольким причинам:

1. Высокая скорость бурения. Насос в этом случае отсасывает жидкость из забоя, а не вдавливает её;
2. скважина лучше очищается, ведь насос откачивает с жидкостью весь шлам;
3. в качестве жидкости можно использовать обычную воду, поскольку не нужно никаких добавок для размыва частиц грунта.

К минусам обратной очистки можно отнести высокую стоимость оборудования.

Самая распространённая классификация скважин

Если учитывать направление, назначение и глубину бурения, а также виды проходимых пород, можно выделить следующие типы скважин на воду:

• Абиссинский колодец
• Скважина на песок;
• Артезианская скважина (на известняк):
• Промышленная скважина.

Рассмотрим их более подробно.

Песчаная

Схема устройства песчаной скважины

Это самый популярный источник питьевой воды. Бурение её производится шнековым методом, в результате чего открывается верхний водоносный пласт, который обычно залегает на глубине 20-30 метров.

Какой должна быть песчаная скважина? Это труба, зачастую с диаметром в 10 см. На её конце (в крупнозернистом песке) монтируется фильтр в виде перфорационной трубки с латунной либо стальной обмоткой. Подобное обустройство способствует добыванию за час до 1 м3 – оптимальные объёмы водоснабжения для дачи.

Песчаные «колодцы» обладают следующей конструкцией:

• Специальный гусак возле устья;
• Кессон;
• Грунт насосный;
• Глина (посредине слоя располагается зеркало воды);
• Песок (между песком и глиной устанавливают фильтр):
• Ещё один слой глины (водоупорное дно).

Глубина песчаных источников, зачастую, находится в пределах 10-50 метров. Они обладают следующими положительными качествами:

• Минимальные сроки бурения. Как правило, уже после двух дней можно приступать к обустройству водопровода.
• Простота эксплуатации и достойное качество воды.
• Небольшой уровень затрат на организацию (к примеру, если сравнить с артезианской скважиной).
• Отсутствие необходимости получения каких-либо особых разрешений.

Тем не менее, песчаная скважина имеет и некоторые недостатки:

• Средние сроки эксплуатации – 5-7 лет, срок службы с непрерывным использованием редко превышает 15-летний рубеж.
• Угроза загрязнений в случае близкого расположения канализации.
• Эксплуатация зависит от погодных условий, поскольку не исключено возможное загрязнение осадочными и грунтовыми водами.
• Частое заиливание. Требует применения мощных фильтров и частой чистки системы.

Абиссинский колодец

Пример устройства абиссинского колодца

Речь идёт о сооружении, которое защищает источник от верхних вод и загрязнений в виде пыли, грязи и различного мусора. Абиссинский колодец позволяет добывать мягкую воду, не обогащённую повышенным количеством солей и минералов. Данный колодец создают из скважины на песок, углубляя её на 15-30 м, путём применения шнекового способа. Срок службы при постоянной эксплуатации – около 15 лет.

Артезианская

Схема устройства ствола артезианской скважины

Характерная черта артезианской скважины – её большая глубина. Определить данный показатель поможет слой известняка, в который и должна проникнуть обсадная колонна. Известняк с пористой структурой – фильтр природного происхождения, который ликвидирует многие химические элементы и болезнетворные бактерии. Чем выше глубина залегания породы, тем больше в воде будет минеральных солей.

Глубинные источники имеют максимальное количество положительных отзывов благодаря своим положительным характеристикам:

• Длительная эксплуатация (как правило, от 30 до 50 лет).
• Высокая производительность. Водоотдача может достигать 4 м3/час.
• Отличное функционирование не зависимо от погодных условий.
• Более того, артезианские источники не заиливаются.

Артезианскую скважину можно легко определить по её специфическому строению:

На половине первого участка расположено «зеркало» — статический уровень воды

• Характерное колебание ширины по всей длине скважины. По достижении известнякового слоя диаметр равняется 13,3 см, следующий участок имеет показатель – 11,4 см, а самый последний сегмент (уровень фильтрового отстойника) – 9,3 см.
• По первому участку устанавливают металлическую обсадную колонну. Она защищает стены от осыпания, исключает попадание в источник грунтовых вод и мусора.
• На половине первого участка расположено «зеркало» — статический уровень воды.
• Известняк находится после слоев песка и глины. Там же начинается второй сегмент. Он защищён перфорированным волокном.
• В известняке расположен водоносный слой, который и поставляет питьевую воду.
• На последней части (фильтровом отстойнике) полностью отсутствует защита.

Промышленная

Скважины промышленного типа имеют высокую отдачу (не менее 100 м3/час). Используют их для водоснабжения больших предприятий и различных комплексов. В структуре присутствует несколько обсадных колонн, диаметром не менее 21,9 см. Глубина источника – 300-1000 метров, но её значение может быть и выше. Длительность бурения – до 15 дней.