Устройство скважины на воду

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.

Устройство скважины для воды в частном доме

Одним из условий проживания человека, независимо от места, является обеспечение чистой питьевой водой. Однако на сегодняшний день необходимая для организма жидкость во многих регионах оставляет желать лучшего. Не являются исключением и места за городом. В таких ситуациях иногда единственных решением становится устройство скважины для воды в частном доме. Если правильно выполнить работы, можно обеспечить семью чистой и свежей жидкостью.

Принятие решение

Проживая за городом, причем неважно — постоянно или в летний период, основной проблемой практически всегда является источник чистой питьевой воды. Конечно, в некоторых населенных пунктах имеется возможность подключиться к централизованному водопроводу и забыть о проблеме. Но для многих это невозможно из-за отсутствия последнего, да и не всегда поступающая вода отвечает предъявляемым требованием.

В таком случае можно обустроить колодец, а еще лучше — скважину для дома. Для выполнения работ потребуется проведение определенных мероприятий:

предварительные расчеты, схема либо проект планируемого водопровода;
выбор места на участке, для чего лучше обратиться в специализированную компанию;
непосредственное бурение;
анализ воды;
выбор и покупка нужного оборудования;
сам монтаж системы водоснабжения.

Схема и расчеты

Прежде чем начать монтажные работы и осуществить задуманное, стоит учитывать, что предварительно нужно начертить схему и произвести некоторые расчеты, а только потом приступать к обустройству скважины.

Многие считают, что такие мероприятия можно проигнорировать. Это неправильно, поскольку тогда не получится узнать и принимать в расчет количество потребляемой жидкости, сечение труб, да и правильно выбрать оборудование не представляется возможным.

Сама схема особых сложностей не представляет. На чертеже просто указываются основные узлы системы водоснабжения, размеры и материал труб. Также наносятся места, где планируется установить и подключить то либо иное оборудование.

В ситуациях, если водопровод требует включения нескольких насосов, различных накопительных резервуаров и регуляторов давления, необходимо уже составлять проектную документацию, где следует учесть все условия и требования. А часто нужно развести систему на 2−3 здания, находящихся на участке. То есть учитывать дебет, автономную подачу воды либо вообще создавать несколько источников не каждому под силу. Здесь лучше довериться профессионалам, поскольку допущенные ошибки на начальных этапах скажутся на работоспособности всей системы в целом либо приведут к ее полной непригодности.

Выбор типа

Устройство автономного водоснабжения требует и правильного выбора типа самой скважины. Например, для частного дома идеально подходит абиссинский колодец. Но это только в том случае, если не планируется пить воду, поскольку часто, учитывая забор жидкости с поверхностных слоев, ее качество оставляет желать лучшего.

Но если качество не главное, то такой тип будет оптимальным. Это достаточный объем жидкости, простота монтажа, нет необходимости применять дорогостоящее оборудование. То есть абиссинская скважина не только снизит финансовые затраты, но и позволит довольно быстро получить источник воды без привлечения посторонней помощи. Через абиссинские колодцы жидкость подается при помощи поверхностных насосов. Что касается срока эксплуатации, то он достигает 25−30 лет, а иногда и выше при своевременном обслуживании.

Однако если необходимо получить действительно качественный источник воды, предыдущий вариант не подойдет. Специалисты рекомендуют бурить артезианскую скважину для питьевой воды в частном доме. Жидкость подается с глубоких слоев (часто от 80 м и выше), поэтому она чистая и пригодна для употребления. Но нужно учитывать, что самостоятельно сделать подобную систему невозможно, поскольку потребуется бурильная установка.

Необходимое оборудование

Определившись с типом системы, составив схему и проведя расчеты, приступают к выбору оборудования. Конечно, если работы производит специализированная организация, в проектной документации указан тип, производительность и марка оборудования.

Однако зачастую владелец участка приобретает комплектующие у разных производителей, ориентируясь на отзывы и качество. Несмотря на это, особо важным является именно насос — от него зависит работоспособность всей системы и обеспечение водой.

В этом случае действительно стоит обращать внимание на известность производителя, качество продукции которого проверено временем. В противном случае, решив сэкономить, риск поломки увеличивается.

Основной насос монтируется в самой скважине. Его задача — поддержание стабильного давления по всей магистрали. Также в систему могут дополнительно монтироваться 1−2 насоса с меньшей производительностью, цель которых — обеспечивать работу определенного оборудования.

Что касается показателей производительности, то насос приобретают с учетом 10−15% ниже того объема жидкости, который дает скважина за единицу времени. Это позволит избежать сухого хода, а также быстрого ремонта. Остальные элементы системы можно подбирать, ориентируясь на соотношение цена-качество.

Монтажные работы

Обустройство водопроводной системы начинается с выполнения земляных работ. То есть размечается, согласно схеме, планируемая магистраль от скважины к жилищу и производится выемка грунта вплоть до входа трубы в подвальное помещение либо цокольный этаж. Чтобы избежать замерзания в зимнее время, необходимо копать с тем расчетом, чтобы водопровод находился на положенной глубине. Эти значения есть на специальных картах, разработанных еще в Советском Союзе. Однако стандартно копают на глубину порядка 1,8 м.

Некоторые считают, что трубы можно проложить буквально на поверхности, если обеспечить соответствующий подогрев. Не стоит прислушиваться и экономить на земляных работах

Вода не замерзнет, но до того момента, пока неожиданно не отключат электроэнергию, что случается довольно часто, особенно в плохую погоду с сильным ветром. А если еще и хозяев не будет дома, чтобы успеть отключить либо слить жидкость, вся система придет в негодность буквально за пару часов. Даже если трубопровод и не прорвет, наладить подачу воды будет довольно проблематично.

Также важным моментом является обустройство кессона, который защищает скважину от проникновения различного мусора, талых вод и замерзания. Представляет собой своеобразную камеру в форме цилиндра либо прямоугольника, находящуюся непосредственно в земле. В кессоне также происходит соединение труб, размещается запорная арматура. А в случае необходимости производится плановый осмотр и ремонт. Поэтому и места там должно хватать хотя бы для относительно свободного передвижения одного человека с инструментами. Что касается материала, то кессон делаются из:

Что касается укладки труб в траншеи, то изделия могут быть из полипропилена, полиэтилена либо легированной стали. Если применять пластиковые трубы, то заранее нужно позаботиться о кирпичном либо же бетонном желобе, размещенном на песчаной подушке. Это позволит избежать воздействия морозного пучения, а также лишит возможности повредить конструкцию различным грызунам. Если применяются металлические элементы, то они должны быть с антикоррозионной обработкой.

Иногда предусматривается клапанная развязка. Например, она необходима в случаях, если к скважине идет подключение еще одного водопровода (для другого дома, хозпостроек). На вводе в жилище трубопровод требует обязательного утепления. Также его нужно обустроить специальной гильзой в месте, где он проходит через фундамент либо стену.

Правильно сделать скважину в частном доме вполне можно и самостоятельно. То есть выкопать траншеи, сделать кессон и уложить трубы сможет практически любой, кто хотя бы обладает минимальными познаниями. Это позволит значительно сэкономить бюджет.

В завершение проводится проверка: нужно испытать магистраль под давлением, которое в 2 раза превышает рабочий показатель. Это позволит выявить возможные нарушения и дефекты и своевременно обратить на них внимание.

После приступают непосредственно к установке технологического оборудования. В зависимости от системы, могут предусматриваться 1−2 накопительных резервуара, станции повышения показателей давления, фильтры, редуктор. Сюда же входит запорная арматура и другие элементы, необходимые для качественного функционирования водопровода.

Конструкция, принцип работы и схема скважины на воду

Решив обзавестись личной скважиной, владельцы частных домов, дач и земельных участков стоят перед выбором способа её бурения. Чтобы принять верное решение, необходимо знать устройство трубного колодца и картину залегания водоносных пластов. Принцип работы и схема скважины на воду достаточно просты, и для их понимания не требуется специального геологического образования.

Устроение скважины для воды

Скважина — это общее наименование горных выработок круглого сечения, у которых диаметр намного меньше глубины. Под «скважиной на воду» обычно подразумевают искусственное вертикальное отверстие в земле для добывания этого ресурса. Ещё их называют трубными колодцами по аналогии с традиционными шахтными колодезями.

Водяные скважины бывают:

Абиссинские, глубиной до 30 м. Их тонкая обсадная (она же и питающая) труба с фильтром забивается в землю на нужную глубину. Их предназначение такое же, как и у пробурённых вручную песчаных колодцев.
На песок ручного бурения, глубиной до 40 м. Бурятся вручную ударно-канатным методом. Устанавливаются как в напорные, так и в безнапорные водоносные слои для получения технической и питьевой воды.
Машинного бурения, глубиной до 80 м. Проходятся буровыми установками до песчаных или иных водоносных слоёв, доступных в данной местности. Как правило, этот метод используют, когда хотят получить чистую питьевую воду.
Артезианские, большой глубины — свыше 100 м. Сооружаются специальными буровыми установками для получения в больших количествах исключительно чистой питьевой или минеральной воды.

Традиционные шахтные колодцы тоже можно в некотором приближении считать разновидностью скважин. Их бурят с помощью специальной установки или копают вручную.

Колодцы сооружают там, где есть родники — в местах выхода на поверхность чистых подземных вод. Либо роют до песчаного водоносного слоя. Глубина колодца обычно 4–12 м.

Особенности конструкции

Все скважины устроены одинаково, некоторые отличия будут иметь только те из них, которые пробурены в скальных породах. Устройство скважины на воду, схема которой приведена на рисунке 2, похоже на конструкцию того же классического колодца. Имеет такое устроение:

Пробурённое в грунте отверстие обсаживается трубой для укрепления его стенок и отсечения вышележащих грунтов и вод.
Забой трубы (нижний конец) должен находиться в водоносном пласте, из которого вода поступает в резервуар обсадной колонны и образует в нём столб определённой высоты. Толщина используемого водоносного пласта должна быть не меньше, чем длина фильтра.
В нижней части обсадки устанавливают фильтр, соответствующий фракции наполнителя слоя-водоноса. Для скважины на песок фильтрующий элемент — это мелкая сетка. В глубоких артезианских колодцах фильтр не нужен вовсе.
Фильтр может быть как внешним, сделанным снаружи обсадной трубы непосредственно возле её забойной части, так и внутренним (погружным). В последнем случае он выходит из нижнего края трубы и располагается в водоносном слое.
Верхняя часть готового колодца (устье) оснащается соответствующим его назначению образом. Это может быть: оборудование кессона, колонки, подземный вывод трубы от погружного насоса в дом и установка наружного электрического или ручного насоса. Вода снизу подаётся с помощью питающей трубы, опущенной внутрь обсадной колонны.
На поверхности между трубой обсадки скважины и землёй ставится глиняный замок. Это не позволяет загрязнителям с поверхности проникать в глубину скважины с наружной части трубы. На устье ставится защитный оголовок (рис. 1, 2).

Иногда в каменистых грунтах бурят колодцы без обсадки. Оборудуются и работают они так же, как и обсаженные. Общая схема проходимых при бурении грунтов показана на рисунках 1 и 3.

Основные компоненты

Самыми важными компонентами трубного колодца являются обсадная труба и фильтр. Пробурённую и обсаженную скважину с фильтром после прокачки и определения дебита можно считать практически готовой.

Обсадные трубы бывают пластиковые или стальные и состоят из сегментов, которые могут иметь резьбовое или сварное соединение. В любом случае оно должно быть прочным и водонепроницаемым. Недопустимо использование резьбовых муфт или толстых сварных швов — их выступающие наружу части будут препятствовать погружению трубы в грунт.

И стальные, и пластиковые трубы имеют свои преимущества и недостатки. Поэтому иногда для обсадки используют обе трубы – стальную снаружи и пластиковую внутри.

Внешний фильтр (рис.1) изготавливается на околозабойной части обсадной трубы. Для этого в ней сверлятся или прорезаются отверстия, поверх которых на трубу наматывается нержавеющая проволока, а на неё — мелкая сетка из не окисляющегося в воде материала.

Погружной фильтр — отдельное изделие, каркасное или изготовленное из части трубы меньшего сечения, чем внутренний диаметр обсадки. Изготавливается так же, как и наружный. В верхней его части монтируются уплотнительные кольца (сальники) для предупреждения попадания песка снизу во внутренний резервуар колонны. Верхняя часть фильтра остаётся в трубе при его установке, а фильтрующий элемент выходит из обсадной колонны и пребывает в песке (рис. 2, 3).

Предпочтительнее применять внутренний погружной фильтр. В отличие от наружного, его можно вытащить при проведении капитального ремонта. К тому же он не засоряется в процессе заглубления обсадки при бурении.

Для работы наружного ручного или электрического водяного насоса применяется питающая труба с обратным клапаном в нижнем окончании. Её сечение меньше, чем у обсадки, и должно соответствовать характеристикам насоса.

При оборудовании колодца погружным насосом в качестве питающей может применяться труба или шланг с обратным клапаном или без него.

На обустройстве скважины не стоит экономить. От качества обсадки с фильтром зависит её срок службы и эффективность. Так, пластиковая обсадная труба обойдётся дешевле стальной, но из-за меньшей прочности её нельзя использовать там, где есть риск смещения грунта или плывуны.

Функционирование трубного колодца

Принцип работы скважины на воду прост, как и у всех колодезей. Вода из-под земли поступает через фильтр в нижнюю часть трубы, играющую роль резервуара-колодца. Под давлением снизу она поднимется в нём выше водоупорного покрова слоя-водоноса (артезианский эффект) и устанавливается на уровне грунтовых вод (для скважин «на песок»). Из обсадной колонны, как из колодца, добываемый ресурс выкачивается на поверхность. Погружной насос или заборный конец питающей трубы наружного насоса должны быть опущены ниже динамического уровня воды (рис. 2), который обусловлен дебитом трубного колодца.

Скорость притока воды в скважину называют её дебитом. Он выражается в объёме за единицу времени. Если, например, нужно из скважины ежечасно выкачивать 3 куб. м воды, а поступает в неё только 1 куб. м в час, то дебит колодца называют низким.

Как работает скважина на воду изображено на рисунках 1—3. Для нормального функционирования она должна быть опущена в напорный водоносный слой, который будет обеспечивать регулярный приток в неё воды. В этих пластах воду содержат такие твёрдые породы разных фракций:

крупный песок;
песчаники;
гравий;
галька;
известняк;
скальные трещины.

Как правило, чем глубже расположен водоносный слой, тем крупнее фракция его наполнителя. Так, неглубокие скважины на воду опускаются в песчаные водоносные слои, а сверхглубокие черпают воду из трещин в скальных и известняковых породах.

Верный выбор водоносного слоя и качественно изготовленный фильтр обеспечат несколько десятилетий исправного водоснабжения дома или участка.

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.

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.

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.

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:

Разведочные.
Фильтровые стволы (на песок).
Артезианская (на известняк).
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.

0 0 голоса

Рейтинг статьи