Лабораторная работа №8.

Определение оптимальных глубин бурения и конструкции режимно-наблюдательных скважин

Глубина наблюдательных скважин определяется залеганием уровенной поверхности водоносного горизонта. Она выбирается такой, чтобы скважина вскрывала подземные воды в период с наиболее низким положением их уровня (то есть в межень). При этом уровень воды в скважине должен быть на уровне рабочей части фильтра, то есть на 4 м выше забоя, считая длину отстойника и рабочей части по 1,0 м и амплитуду сезонных колебаний, равную 1,5 м.

Конструкция скважин предполагает наличие 5 м фильтровой колонны плюс замок скважины. Поэтому минимальная глубина наблюдательных скважин должна составлять 6 м.

Конструкция наблюдательной скважины должна обеспечить с одной стороны, надежную изоляцию скважины от атмосферных осадков, которые могут проникнуть по затрубному пространству (и исказить параметры водоносного горизонта), с другой стороны, хорошую связь с изучаемым горизонтом.

В конструкции наблюдательной скважины выделяются следующие элементы:

- фильтр, обеспечивающий доступ в скважину воды изучаемого водоносного горизонта;

- труба, на которую крепится различными способами фильтр (надфильтровая труба);

- надземная часть надфильтовой трубы, выступающей над поверхностью земли (оголовок);

- оголовок снабжается запираемым устройством (крышкой), предохраняющей скважину от случайного или преднамеренного засорения и от непосредственного попадания в нее атмосферных осадков.

В качестве труб фильтровой колонны (фильтра, надфильтровых труб и оголовка) используются традиционные металлические трубы с толщиной стенки 5 - 6 мм. В последнее время нередко используют пластмассовые трубы.

Наблюдательные скважины, как правило, имеют небольшой диаметр, так как, во-первых, проходка скважины малого диаметра дешевле, во-вторых, чем меньше диаметр скважины, тем быстрее уровень воды в ней реагирует на изменение уровня вод в водоносном горизонте. Однако диаметр скважины должен быть таким, чтобы ее можно было оборудовать фильтром надлежащей конструкции, чтобы в нее проходил измерительный инструмент для замера уровня воды и пробоотборник (для отбора проб воды), а также, чтобы можно было периодически очищать отстойник от накапливающихся в нем частиц грунта (ила).

Учитывая все это, скважины оборудуются фильтровой колонной (и фильтром) с внутренним диаметром не менее трех дюймов (то есть 89 мм), а внешний диаметр труб соответственно равен 108 мм (следующий стандартный диаметр при толщине стенок 6 мм).

В наблюдательной скважине фильтр служит для того, чтобы обеспечить доступ воды изучаемого водоносного горизонта в скважину и предохранять ствол скважины от заиливания и обвалов породы.

В фильтре выделяются следующие части:

- рабочая часть (перфорированная труба с сеткой или без сетки);

- отстойник - глухая труба длиной 1 м, расположенная ниже фильтра, в которой оседают частицы породы, попавшие через фильтр в скважину. Отстойник снизу закрывается пробкой (чаще всего деревянной).

Конструкция фильтра зависит от механического состава пород и химического состава вод водоносного горизонта:

- для неустойчивых полускальных и рыхлообломочных пород применяются дырчатые фильтры;

- для суглинков предусматриваются сетчатые фильтры с песчаной обсыпкой или дырчатые - с обсыпкой мелким гравием.

Дырчатый фильтр представляет собой перфорированную стальную трубу. Рабочая часть представлена трубой с просверленными отверстиями, расположенными по длине трубы в шахматном порядке по вершине равностороннего треугольника, сторона которого называется шагом перфорации.

Отношение общей площади отверстий ко всей поверхности фильтрующей части трубы (скважность) должно составлять не менее 15%. Оптимальная скважность принимается обычно в пределах 20-25%.

Может быть рекомендован и щелевой фильтр. Ширина фильтра устанавливается в соответствии с механическим составом водоносной породы (в данном случае суглинка). Размер частиц обсыпки рекомендуется принимать 1520 мм (как оптимальный для данного типа грунта). В таком случае ширина щелей должна быть равна 10 мм. Расстояние между осями щелей принимается в 8 раз больше ширины щелей (т.е. 80 мм). Расстояние между рядами щелей (при длине щелей 150 мм) принимается равным 100 мм. При таких параметрах скважность фильтра составляет 16-17 %. Щелевой фильтр обладает некоторыми преимуществами по сравнению с дырчатыми. Если в дырчатом фильтре зерна обсыпки (щебня или гравия), накладываясь на отверстия, могут полностью его закупорить, то при применении щелевого фильтра это исключается.

На конструкцию фильтра, кроме характера водовмещающих пород, существенное влияние оказывает большое содержание в воде закисного железа, карбонатов кальция и агрессивность воды, вызывающие быструю коррозию стальных частей и кольматацию фильтрующей поверхности.

Для борьбы с агрессивным воздействием воды стенки фильтров покрывают антикоррозионными покрытиями. Для предотвращения кольматации применяется обсыпка фильтра, обеспечивающая большие размеры пор на стенках фильтра, и, следовательно, медленное зарастание фильтра. Тем не менее, для обеспечения нормальной работы скважин, необходимо периодически (не менее одного раза в год) прокачивать или промывать фильтровую часть скважин. Это выполняется с помощью насоса (или компрессора), смонтированного на самоходной буровой установке.

Затрубное пространство (т.е. зазор между фильтровой колонной и стенками скважин) засыпается мелким гравием или щебнем (размер частиц 15-20 мм) на высоту 5 м от забоя скважин (т.е. на 2 м выше верхней части рабочей части фильтра - перфорированной трубы).

Для того чтобы в скважину не попадали атмосферные осадки и талые воды, просачиваясь по затрубному пространству, в устье ее устраивается так называемый замок. В данном случае для изоляции затрубного пространства предусматривается устройство цементного замка. Вокруг оголовка делается углубление диаметром 500 мм глубиной 250 мм.

Пространство между оголовком (возвышающимся над поверхностью земли на 0,5-0,6 м) и внутренней поверхностью углубления заливается бетоном М 100 класса В 7,5 до ее краев.

Чтобы бетон не проникал ниже, кольцевой зазор между стенками скважинами и фильтровой колонной, заделывают сальником (пеньковым).

Задание:

С использованием данных предыдущих лабораторных работ определить глубину каждой из предлагаемых наблюдательных скважин и их конструкцию.

Исходные данные: Ситуационный план, схема размещения наблюдательных скважин, замеры уровня залегания подземных вод, карта гидроизогипс. Данные о геологическом строении участка.

Методические указания:

1. Построить литолого-геологический разрез по одному из створов наблюдательных скважин.

2. Определить предполагаемую глубину залегания грунтовых вод в намеченных скважинах, используя карту гидроизигипс и построенный разрез.

3. Исходя из требований к конструкции скважин, сезонных колебаний УГВ, глубины залегания подземных вод, определить оптимальную глубину бурения скважин.

14