23. Устройство скважин. Крепление скважин обсадными трубами

Наиболее распространенным типом водозаборного сооружения для захвата подземных вод являетсяскважина или трубчатый колодец. Скважины рекомендуется сооружать при залегании водоносного пласта на глубине более 10 м и его мощности более 5-6 м.

Принципиальная конструкция скважины приведена на рис. 23.1. Ствол скважины 1 представляет собой телескопическую систему труб, назначение которой - предотвратить обрушение стенок и препятствовать проникновению в скважину воды из не эксплуатируемых водоносных пластов.

Верхняя часть скважины - устье 2 - оформляется в виде шахтового направления 1а и кондуктора 1б. В нижней части, в районе водоносного пласта, располагается фильтр 3. Устье 1 выходит в подземный колодец или павильон 4. Совокупность павильона или колодца и устья называется оголовком, назначение которого - предохранить подземный водоносный горизонт от загрязнения с поверхности земли. В оголовке также располагается оборудование для эксплуатации скважины. Внутри ствола устанавливается насос 5 для откачки воды из скважины.

Конструкция ствола скважины, количество колонн и т.д., зависит, в основном, от способа бурения скважины. Бурение скважин на воду преимущественно осуществляется двумя основными способами:

1. ударно канатным,

2. вращательным (роторным).

Ствол скважины изготавливают из стальных обсадных труб с толщиной стенок от 6 до 12 мм, которые соединяются между собой муфтами на конической резьбе. Наружный диаметр труб от 114 до 508 мм. Для крепления скважин диаметром более 500 мм применяют стальные электросварные трубы с толщиной стенок 7-12 мм, которые соединяются на сварке. Для крепления скважин глубиной до 250 м при свободной посадке обсадных труб (когда диаметр скважины несколько больше наружного диаметра трубы) допускается применение неметаллических труб с обязательной затрубной цементацией 5, (рис. 23.2) - чаще всего это асбестоцементные трубы марок ВТ-9 и ВТ-12.

Наибольший диаметр у шахтового направления2а, которое имеет длину 4-6 м, служит направляющей для последующих труб, чтобы не было искривления ствола скважины. Кондуктор 2б предназначен для перекрытия неиспользуемых водоносных горизонтов, обеспечения вертикальности скважины и имеет длину до 50 м. При глубине скважины до 150 м кондуктор обычно не устанавливается, его роль в этом случае выполняет шахтовое направление.

Для обеспечения надлежащего санитарного режима скважины кондуктор стремятся забурить в верхний водоупорный слой. Пространство между кондуктором и следующей колонной обсадных труб цементируют (межтрубная цементация). Цементируют также пространство между кондуктором и стенкой скважины (затрубная цементация 5, рис. 23.2). Таким образом, грунтовые воды, собирающиеся на верхнем водоупорном слое, не будут проникать в ствол скважины.

Все остальные элементы ствола называются колоннами обсадных труб. Та колонна, в которой располагается водоподъемное оборудование 5, называется эксплуатационной колонной. Все остальные - конструктивные и технологические. Технические колонны после завершения строительства частично или полностью извлекаются.

Расстояние от низа, или как его еще называют - башмака предыдущей колонны называется выходом колонны, величина которого зависит от способа бурения. При ударно - канатном бурении в сухих, связных и полускальных породах выход колонн 25-30м. В тех же породах,но влажных и водоносных выход 35-45 м. При роторном бурении во всех видах пород выход до 1000 м. Следует стремиться к переходу с одной колонны на другую в водоупорном слое, причем башмак колонны заделывается на 3-5 м в водоупор.

Кольцевой зазор между колоннами цементируется на глубину не менее трех метров (межтрубная цементация 4, рис. 23.2). После этого внутренняя колонна 2 для экономии труб обрезается и извлекается из скважины. Не эксплуатируемые водоносные пласты должны перекрываться двумя колоннами труб с межтрубной цементацией.

Так как обсадные трубы соединяются на муфтах, наружный диаметр которых больше наружного диаметра соответствующих труб, то разница между предыдущей 6 и последующей 2 (рис. 23.2) колоннами обсадных труб должна быть не менее 50 мм. Диаметр эксплуатационной колонны должен быть при использовании насосов с погружным электродвигателями - равным номинальному диаметру насоса, а при использовании насосов с двигателями, расположенными в оголовке скважины - на 50 мм больше номинального диаметра насоса.

Заливка цементным раствором межтрубного пространства (рис. 23.2) производится при помощи трубок 1. Открытый конец внутренней обсадной трубы 2 закрывается пробкой 2. Предварительно прогоняют воду и этим промывают межтрубное пространство, после чего накачивают цементный раствор 4. Для цементации применяют специальный портландцемент или тампонажный цемент.