Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водозаборы подземных вод. Учебное пособие
.pdf
В конструкции скважины необходимо предусматривать возможность проведения замеров дебита, уровня и отбора проб воды, а
также производство ремонтно-восстановительных работ.
В конструкции скважины выделяются следующие элементы
(рисунок 3): 1 – устье скважины; 2 – ствол; 3 – водоприемная часть
(фильтр); 4 – отстойник; 5 – выход колонны; 6 – башмак; 7 – коль-
цевой зазор; 8 – кондуктор (первая колонна); 9 – промежуточная
колонна; 10 – рабочая часть; 11 – забой.
8
6
9
10
7
5
6
3
11
Рисунок 3
4
1
2
Ствол
скважины крепится несколькими колоннами обсадных труб. Первая колонна называется кондуктором (направляющей) (10–12 м),
последняя – рабочей (или эксплуатационной),
остальные – промежуточные.
Нижний конец каждой колонны заканчивается башмаком 6. Часть колонны обсадных труб,
имеющая непосредственный контакт с породой,
называется выходом колонны 5.
Часть скважины, вошедшая в эксплуатируемую водонасосную породу и служащая для
получения воды, называется водоприемной частью 3.
Конструкция скважины зависит от характера геологических пород, агрессивности пород, глубины
залегания водоносного пласта, геологической характеристики пород водоносного пласта.
При залегании водоносных пластов на большой глубине достигнуть их одной обсадной трубой не удается ввиду возрастания сопротивления грунта погружению обсадных труб. В этих
условиях используют несколько обсадных труб постоянно уменьшающегося диаметра
и конструкция скважины приобретает телескопический вид.
Допускается извлечение или вырезка промежуточных колонн,
если это не повлечет за собой нарушения разъединения смежных водоносных слоев или притока посторонней воды в эксплуатируемый
слой, или же поглощения воды эксплуатируемого слоя вышележащими слоями.
Вырезка
промежуточной колонны допускается на расстоянии
не менее 3 м до башмака (при глубине скважины до 50 м) или 5 м
до башмака (при глубине скважины свыше 50 м) (рисунок 4).
11
Неустойчивые породы водоносного пласта закрепляются
фильтрами различной конструкции.
Дебит скважины зависит от свойств
водоносного пласта, диаметра рабочей
колонны и конструкции фильтра.
Имеются скважины с дебитом от 2–3
3
до 1280 м
/ч. Глубина скважины зави-
сит от глубины залегания эксплуати-
3 м – до 50
руемого водоносного слоя.
5 м – более 50 м
Трубчатые колодцы-скважины
могут использоваться для приема как
безнапорных, так и напорных подзем-
Рисунок 4
ных вод, бывают «совершенные» (доходящие до водоупора) или «несовер-
шенные» (не доходящие до водоупора) в зависимости от расположения рабочей части в водоносном пласте.
Обычно для централизованных систем водоснабжения проекти-
руются несколько скважин, объединенных в водозабор подземных вод.
5 Способы бурения трубчатых колодцев
Бурение скважин состоит из раздробления пород, извлечения
их из скважины и закрепления стенок скважины обсадными трубами
во избежание обрушения пород, а также для перекрытия водоносных
слоев, не подлежащих эксплуатации.
Разрушение породы осуществляется ударами по забою долотьями, приводимыми в колебательное движение, или истиранием породы в забое при помощи специальных наконечников
, приводимых
во вращательное движение. По способу разрушения породы бурения
скважины разделяют на ударное и вращательное.
Разрушенную породу из скважины извлекают вычерпыванием,
вымывают водой или глинистым раствором.
При бурении вручную неглубоких скважин в песчаных и глинистых грунтах породу разрушают и удаляют из забоя ложками,
змеевиками и другими приспособлениями. Этот способ
называется
ударно-вращательным. Его применяют для бурения неглубоких,
главным образом разведочных скважин при инженерногидрологических изысканиях, и для получения небольшого количества грунтовых вод.
12
При ударно-канатном способе бурение производится буровым
станком, приводимым в действие двигателем. Рабочий снаряд состоит из тяжелой штанги, на конце которой прикреплено долото. Долото в забое разрушает породу.
По мере накопления разрушенной породы ее извлекают из забоя желонкой, подвешенной к канату, а скважину закрепляют обсадными трубами.
бурении ударным способом одновременно с углублением
При
бурового инструмента в породу производят посадку обсадных труб.
«Кондуктор» обычно опускается на глубину 8–12 м и служит
направляющей для обеспечения правильного вертикального положения скважины.
Вращательный способ бурения выполняется с разработкой
сплошного забоя (роторное бурение) или колонковое бурение, в котором разрабатывают кольцевое пространство между
породой и бу-
ровым снарядом.
При бурении в твердых породах в колонковой трубе остается кернколонка породы: при бурении в рыхлых породах керн разрушается.
При вращательном способе бурения промывают забой глинистым раствором или водой. Глинистый раствор, применяемый для
очистки забоя, имеет удельный вес от 1,1 до 1,4 (иногда больше).
Чем мельче
частицы разбуренной породы, тем меньше должны быть
вязкость и удельный вес глинистого раствора. Глинистый раствор
выносит разбуренную породу с небольшой скоростью от забоя к
устью. Это очищает забой от разбуренной породы, способствует выносу ее из скважины, охлаждению рабочих кромок бурового наконечника и предохранению от обрушения стенок скважины.
Крепление стенок
скважины обсадными трубами производят
или непрерывно вслед за углублением, или прерывисто, т.е. в пробуренную на некоторую глубину скважину опускают колонну обсадных труб.
Непрерывную посадку колонны обсадных труб применяют при
ударном бурении в неустойчивых породах. Прерывистую – при вращательном способе бурения с промывкой забоя глинистым раствором.
13
По окончании бурения ударным способом все кольцевые зазоры
,
между обсадными колоннами
а
б
должны быть зацементирова-
ны до устья (рисунок 5а). Для
этого разность диаметров об-
межтрубная
цементация
затрубная
цементация
садных колонн должна быть не
менее 100 мм.
При роторном способе
бурения разделение перекры-
ваемых водоносных слоев как
между собой, так и от экс-
плуатируемого слоя достига-
Рисунок 5
затрубной цементацией
ется
под давлением. В этом случае
уровень цементного раствора должен быть доведен до устья скважи-
ны (рисунок 5б).
Конструкция скважины при ударно-канатном и роторном спо-
собах бурения приведены на рисунках 6 и 7.
426
25
325
60
273
100
I
а
426
325
273
II
478
7,5
377
40
325
75
273
120
245
150
Рисунок 6 – Конструкции скважин
при ударно-канатном бурении:
I – глубиной 100 м; II – глубиной 150 м;
а – рабочая конструкция; б – эксплуатационная конструкция
14
бб а аб
377
6,0
273
150
168
250
Рисунок 7 – Конструкции скважин
при бурении роторным способом:
а – глубиной 150 м; б – глубиной 350 м;
в – глубиной 800 м; 1 – направление;
2 – кондуктор; 3 – эксплуатационная
колонна
426
7
325
75
219
300
195
350
0
в
1
426
7,0
2
325
75
3
219
750
195
800
Существует большое количество различных вариантов как ударного, так и роторного бурения, которые отличаются способом удаления грунта из забоя и другими технологическими особенностями.
Характеристика основных способов бурения водяных скважин
приводится в таблице 1.
Таблица 1
Способы бурения
Характеристики
Способ
разрушения пород
Характер
забоя
Способ
крепления
обсадными трубами
Энергия
Наибольшая глубина, м
Наибольший начальный
диаметр,
мм
Для крепления скважин применяются стальные обсадные тру-
Штанговое
ручное
непрерывный, иногда с опереже-
мускуль-
ная
30 150 500 750 3000 30 1000–3000
150 1200 1200 300 500 150 1200
механиче-
ское
ударный вращательный ударный и вращательный
сплошной
нием
Канатно-
механиче-
ское
механическая мускульная механическая
Вращательное
колонко-
вое
кольце-
вой
прерывистое
ротор-
ное
Ударно-
враща-
тельное
ручное
сплошной
непрерыв-
ное
Комбиниро-
ванное ударно-
механическое
и вращатель-
ное
сплошной или
кольцевой
непрерывное
и прерыви-
стое
бы. Колонны обсадных труб, служащих для временного закрепления
стенок скважин в процессе ее проходки, как правило, подлежат полному извлечению. В колоннах обсадных труб, устанавливаемых для
постоянной эксплуатации, должно производиться извлечение свободного конца труб с соблюдением следующих требований:
1) верхний обрез обсадной трубы
, оставшейся в скважине,
должен находиться выше башмака предыдущей колонны не менее
чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее 5 м при
бóльшей глубине (см. рисунок 4);
15
2) кольцевой зазор между оставшейся частью колонны и пре-
дыдущей колонной обсадных труб должен быть зацементирован либо заделан путем установки сальника.
Изоляция скважин от проникновения поверхностных загрязнений и от неиспользованных водоносных пластов должна предусматриваться в зависимости от конкретных условий, при этом могут
применяться следующие способы изоляции:
1) забивка
или задавливание колонны труб в слой естественной
глины или в искусственно созданную глиняную пробку;
2) подбашмачная цементация (затрубная цементация);
3) затрубная цементация колонн труб с доведением цементного
раствора до отметок, предусмотренных проектом (при роторном бурении);
4) закрепление верхней части скважины двумя колоннами труб
или одной колонной труб с затрубной
цементацией для изоляции
скважин от попадания в нее поверхностных вод.
После окончания цементации скважины и установки в ней
фильтра производится опробывание скважины откачками из нее воды.
Прокачка скважин производится с целью очистки ее от шлама и гли-
нистого раствора (при роторном способе бурения). Пробные откачки
производят для определения ориентировочного дебита и
соответст-
вующего ему понижения уровня, химико-бактериологического состава
и температуры воды. В результате опытных откачек производят:
• установление зависимости дебита и удельного дебита от по-
нижения [Q = f (S) и q = f (S)];
• установление зависимости понижения или дебита и удельного
дебита от времени [Q = f (t), Q = f
• определение коэффициента фильтрации К;
• изучение состава воды;
• определение взаимодействия скважины.
(t) и q = f2 (t)];
1
Существующие скважины, дальнейшее использование которых
невозможно по разным причинам, подлежат ликвидации путем тампонажа, кроме того, обязательно должны тампонироваться разведочные скважины.
16
6 Водоподъемное оборудование трубчатых колодцев
Водозаборная скважина является насосной станцией первого
подъема.
Для подъема воды из скважин используются различные типы
водоподъемных устройств: насосы типа ЭЦВ с погружными электродвигателями, с трансмиссионным валом – УЦТВ, АТН и А, а
также горизонтальные центробежные насосы, эрлифты и гидроэлеваторы (водоструйные насосы).
Насосные установки типа ЭЦВ могут применяться для оборудования
стика имеет широкие пределы от 6 до 550 м
скважин глубиной от 10 до 700 м, их расходная характери-
3
/ч. Насосные установки
ЭЦВ могут работать в искривленных скважинах, для них требуются
минимальные габариты здания (павильонов), в которых размещаются необходимое оборудование напорных трубопроводов и станции
управления (рисунок 8).
Насосные установки с трансмиссионным валом УЦТВ, АТН и
А находят применение при глубинах скважин до 120 м, производи-
3
тельность их до 1500 м
/ч (насосы типа А).
Насосные установки УЦТВ, АТН и А применяются в основном
в наземных павильонах (рисунок 9).
При расчетном динамическом уровне подземных вод не более
5–6 м от поверхности земли скважины могут быть оборудованы горизонтальными центробежными насосами различных типов.
Для подъема воды из скважин могут применяться эрлифты, которые целесообразно
использовать для искривленных скважин, а
также при наличии в воде значительного количества минеральных
примесей.
Над устьем водозаборных скважин устраивают павильоны для
размещения оголовка скважины, электродвигателя (насосы УЦТВ,
АТН, А) и горизонтальных центробежных насосов, приборов отопления, пусковой, контрольно-измерительной аппаратуры и приборов автоматики, а также части напорного трубопровода, на
котором
устанавливаются задвижки, обратный клапан, вантузы, пробноспускной кран для отбора проб и трубопровод промывной воды с задвижкой.
17
манометр
вантуз
кран для
отбора проб
промывочный
трубопровод
электродвигатель
станина
трубопровод
подачи воды
потребителю
кондуктор
статический
S
кондуктор
350 250
Рисунок 8
пол павильона
подающая
водомер
динамический
насос, фильтр
1000
Рисунок 9
По расположению относительно поверхности земли павильоны
насосных станций могут быть наземными, заглубленными и подземными – с перекрытием на уровне или ниже поверхности земли.
Для контроля работы каждой артскважины оборудуются расхо-
домеры.
Минимальная глубина водяной скважины при оборудовании ее
глубоководными центробежными насосами, штанговыми и другими
должна быть не менее чем
на 10 м глубже расчетного динамического уровня, а при оборудовании скважины эрлифтной установкой – не
менее чем в 2,2 раза больше глубины динамического уровня.
7 Фильтры скважин, их элементы и назначение
Фильтр предназначен для свободного пропуска в скважину
чистой воды без механических примесей и предохранения водоносного горизонта от обрушения.
Применяются три основных типа фильтра:
1) трубы с круглыми и щелевидными отверстиями (каркасы) и кар-
касно-стержневые фильтры;
2) такие же каркасы, но покрытые сетками, проволочной обмоткой
или штампованными листами из нержавеющей
3) гравийные фильтры, сооружаемые в скважине или спускаемые в
нее в готовом виде.
18
стали;
Фильтр устанавливают в скважине в зоне эксплуатируемого горизонта представленными неустойчивыми рыхлыми породами (пески, гравий, трещиноватые, рыхлые известняки и т.д.).
Фильтр (рисунок 10) состоит из водоприемной (рабочей) части
2, надфильтровой трубы 1, замка 4 и отстойника 3. Замок используется при установке и извлечении фильтра из скважины. Длина надфильтровой части зависит от
конструкции скважины.
Верхняя часть надфильтровой трубы должна находиться выше
башмака эксплуатационной колонны труб не менее чем на 3 м при
глубине скважины до 50 м и не менее чем на 5 м при большей глубине скважины. В плавунных и мелкозернистых песках длина надфильтровой части должна приниматься не менее 5 м при любой
глубине
4
скважины.
Между эксплуатационной
колонной и надфильтровой
должен быть установлен саль-
1
ник (рисунок 11). Применяются
сальники из различных материалов: резиновые, пеньковые,
свинцовые, цементные и дру-
2
гие. При установке гравийных
фильтров роль сальника выполняет слой гравия высотой от 3
3
до 5 м, засыпаемого между
эксплуатационной колонной и
фильтром.
Рисунок 10
Рисунок 11
фильтрах, как
Величина отстойников в
правило, должна
приниматься 0,5–1,0 и не более 2 м.
При ударном бурении наружный диаметр фильтра должен
быть меньше конечного диаметра скважины не менее чем на 50
мм, при роторном – на 100 мм.
При мощности водоносного горизонта менее 10 м длина рабочей части фильтра должна приниматься равной мощности водоносного горизонта; более 10 м – длина рабочей части
фильтра определя-
ется расчетом.
19
Важным показателем фильтра является его скважинность. Под
скважинностью фильтра понимается отношение площади отверстий
фильтра к площади поверхности фильтра, умноженной на 100, так
как скважинность выражается в процентах.
В условиях незащищенности подземных вод от загрязнения с
поверхности рабочую часть фильтра следует располагать в средней и
нижней частях водоносного горизонта.
7.1 Требования к конструкции
фильтров
Конструкция фильтров должна отвечать следующим требованиям:
1) обладать механической прочностью и достаточной устойчиво-
стью против химической, электрохимической коррозии и эрозионного воздействия воды.
В условиях агрессивных вод фильтр необходимо изготовлять из
коррозийно-устойчивых материалов или фильтр должен иметь
антикоррозийное покрытие, а для агрессивных вод с большим содержанием углекислоты,
сероводорода и кислорода каркасы
фильтров целесообразно изготовлять из нержавеющей стали.
Для изготовления фильтров для хоз-питьевых водопроводов
следует применять материалы, допущенные к употреблению
Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Министерства здравоохранения РФ;
2) диаметры фильтровых каркасов должны быть рассчитаны на макси-
мальный пропуск воды со скоростью, не превышающей 1,5–2 м/с;
3) скважинность
фильтров и размер проходных отверстий, учитывая
возможность химического кальматажа при эксплуатации, должны
быть максимальными;
4) предупреждение пескования скважины, т.е. пропуска частиц во-
доносного пласта внутрь скважины;
5) по условиям чистки скважин минимальный внутренний диаметр
фильтра должен быть не менее 100 мм.
Типы и конструкции фильтров выбираются в соответствии с
приложением 2
СНиП 2.04.02-84 в зависимости от характера водо-
носной породы (таблица 2).
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]