Виды скважин Ленобласти
На литологической колонке из журнала "Разведка и охрана недр" представлен сводный геологический разрез с указанием основных водоносных комплексов Ленобласти.
Сводный - значит указаны все водоносные комплексы, которые присутствуют на территории области и могут быть использованы для водоснабжения.
При этом для каждого района характерен свой набор водоносов, - от известняков на юге до гранитов на севере области. И этот переход нелинеен, так как территория значительно меняла свой облик в геологической истории, да и ледники очень активно поработали не только над рельефом.
Основным свойством водовмещающих горных пород является их проницаемость, т.е. способность пропускать подземные воды под действием перепада давления.
В зависимости от вида каналов пласта водовмещающие породы могут относиться к коллекторам пористого, пористо-трещинного или трещинно-жильного типа.
Выбор конструкции скважины в основном зависит от свойств водоноса.
Коллекторы пористого типа - это пески различной степени зернистости, которые при вскрытии пласта неустойчивы и требуют крепления стенок скважины.
Пористо-трещинные пласты представлены песчаниками, известняками, сланцами, доломитами и относятся к слабоустойчивым и также требуют крепления стенок.
Трещинно-жильные водоносы сложены плотными песчаниками, карбонатными и изверженными породами разной степени трещиноватости. Такие породы считаются устойчивыми и крепления стенок не требуют.
В Ленобласти встречаются все три типа водоносов, поэтому и количество вариантов обустройства скважин очень велико.
Однако условно конструкции скважин могут быть разделены на скважины с фильтром и бесфильтровые. С легкой руки московских буровиков сейчас их называют "скважина на песок" и "скважина на известняк".
У нас принято бесфильтровые скважины называть артезианскими, что не соответствует действительности. Артезианская скважина - это скважина на водонос, вода в котором в силу геологических причин находится под напором и поднимается по стволу скважины значительно выше того пласта, в котором расположена.
Конструкция скважины должна обеспечивать
1. Устойчивость стенок скважины. Любое обрушение стенок может перекрыть приток воды.
2. Защиту водоприемной части от попадания песка.
3. Изоляцию используемого водоноса от смежных и особенно от попадания грунтовых вод.
Скважина с фильтром или "скважина на песок"
Общепринято считать скважину на песок более простой в исполнении и менее надежной, чем скважина "на известняк".Это не так. Грамотно сделанная песчаная скважина служит десятилетиями, а для того, чтобы правильно пробурить и оборудовать ее нужен большой опыт и профессионализм геолога и буровика.Миф о том, что скважины на песок "заиливаются" связан с тем, что глубина таких скважин в общем случае гораздо меньше, чем у скважин на коренные породы и бурят их либо самостоятельно, либо буровики без опыта и специальных знаний.
Основные особенности и ошибки при бурении и обустройстве песчаных скважин.…
1. Определение глубины залегания водоносного горизонта.
Так как бурение скважин на песчаные водоносы чаще всего производится роторным бурением с промывкой, водонос определяется по набору косвенных признаков, таких как скорость проходки, поглощение бурового раствора, вымываемый грунт. В случае небольшой (до 5 м) мощности пласта ошибка в определении глубины залегания даже в 1-2м может привести к установке фильтра выше или ниже оптимального, что неизбежно приведет к уменьшению дебита и наличию глинистых частиц.
2. Обеспечение устойчивости песчаных стенок водоносного горизонта.
Обводненный песок порода неустойчивая и обрушение ствола достаточно частое осложнение при бурении. Во избежание этого буровики используют раствор бентонита для крепления стенок в процессе бурения. Однако бентонит проникает глубоко в водонос и кольматирует стенки скважины, значительно снижая водоотдачу. Если водонос невозможно вскрыть чистой водой, то обсаживание и промывка скважины должны быть произведены максимально быстро для удаления большей части бентонита из водоноса.
3. Диаметр бурения не должен значительно превышать диаметр обсадных труб.
Бурение диаметром 180 или даже 200мм под обсадную трубу 125мм в последнее время все более распространено. Объясняют это тем, что после бурения требуется обсыпать установленный фильтр гравием для лучшей водоотдачи. Делается это якобы для предотвращения попадания мелких частиц песка в водоприемную часть. При этом над водоносом в водоупоре остается большой зазор между обсадной трубой и стенкой скважины, что приводит к попаданию грунтовых вод в водонос, особенно при высоком статическом уровне. В большинстве случаев такая обсыпка не попадает в зону фильтра, а если и попадает, то мешает выносу мелких частиц на этапе первичной прокачки скважины. Эти частицы застревают между частицами гравия и в результате водоотдача пласта снижается. Если же пласт обсыпан щебнем, а в пласте присутствуют глинистые частицы, водоприток может достаточно быстро и вовсе прекратиться.
4. Конструкция скважины.
Скважины на песок в настоящее время делаются в одну колонну. Для обсадки в основном используют трубу ПНД или НПВХ. Для фильтра - пластиковую или нержавеющую сетку галунного плетения. Споры о том, какая труба и какая сетка лучше ведутся и будут вестись, наверное, бесконечно. На наш взгляд, нет принципиальной разницы, если выбранная конструкция позволит пользоваться скважиной долгие годы. К сожалению для многих районов Ленобласти, особенно тех, где в верхней части геологического разреза присутствуют торфянники, обустройство скважины с помощью одной обсадной колонны приводит к последующему попаданию грунтовых вод в эксплуатируемый водонос.
Кстати, ни в одном учебнике скважина на воду в одну колонну не описана, такая конструкция возникла исключительно из-за снижения цены на бурение.
5. Обсадка скважины. Фильтр и отстойник.
Спуск фильтровой колонны в скважину - самый ответственный момент в обустройстве скважины на песок. Важно не только опустить колонну на оптимальную глубину, но и обеспечить целостность и сохранить проницаемость фильтровой сетки. Скважина должна быть предварительно откалибрована, чтобы колонна опускалась без трения о стенки скважины. Любая попытка задавить фильтровую колонну с помощью буровой установки чревата дальнейшими осложнениями - разрыв сетки или нарушение целостности обсадной трубы. Слишком медленный равно как и слишком быстрый спуск трубы в скважину может привести к заглиниванию (кольматации) фильтра. Длина и размер ячейки фильтра должны определяться геологическим разрезом. Чем длиннее фильтр, тем больше площадь водосбора, однако велика вероятность попадания части фильтра в суглинок или глину, что приведет к невозможности получения воды без глинистых частиц. Чем крупнее отверстия сетки, тем лучше пропускная способность, но тем больше опасность проникновения мелкого песка в водозаборную часть.
Отстойник расположен ниже фильтра и служит для осаждения тяжелых частиц в процессе освоения скважины. Обычно дли отстойника составляет 1-2 метра, однако в последнее время нередко засчет отстойника увеличивается глубина скважины и соответственно стоимость работ по бурению. Страшного для эксплуатации в этом ничего нет, кроме того, что в таких случаях в паспорт скважины вносятся некорректные данные.
6. Промывка и первичная прокачка скважины.
Важным этапом подготовки скважины к работе после бурения и обсадки является промывка скважины чистой водой. Это делается для максимального удаления твердых частиц, бурового раствора и для первичной промывки фильтра с целью смыть налипшие частицы. Наиболее эффективно это можно сделать, опустив в скважину буровые трубы. Часто буровики промывают скважину через оголовок. К сожалению в этом случае активно промывается только верхняя часть фильтра и тяжелые частицы не выносятся на поверхность.
После промывки производится первичная прокачка скважины. Это делается либо мощным компрессором, либо насосом. Но даже после прокачки компрессором буровики должны поставить в скважину свой насос и произвести откачку скважины до визуально чистой воды. В этот период определяются такие важнейшие параметры скважины, как динамический и статический уровень, а также дебит (у скважины именно дебит, дебет в бухгалтерии).
Параметры скважины и правильная установка насоса (P.Ball)
Бесфильтровая скважина или "скважина на известняк"
Бесфильтровые скважины в Ленобласти характерны для районов с присутствием в геологическом разрезе известняков и доломитов (Волосовский, частично Кировский, Гатчинский, Киришский, Бокситогорский, Тихвинский, Тосненский), а также для районов с неглубоким залеганием коренных скальных пород (северная часть Выборгского и Приозерского, восточная часть Подпорожского).
Важно! Бесфильтровая скважина не является безоговорочно артезианской. Доступными артезианскими горизонтами Ленобласти являются Гдовский и Ломоносовский. Однако применение бесфильтровых конструкций для бурения на эти горизонты, участившееся в последнее время, чаще всего приводит к выходу скважин из строя, так как песчаники этого горизонта достаточно рыхлые и, кроме этого, находятся в толще глин.
Наиболее грамотной конструкцией, если у вас скважина на Гдовский горизонт, является установка щелевого фильтра.
Принципиально конструкция бесфильтровой скважины достаточно проста. Обсадной трубой перекрываются верхние неустойчивые горные породы, после чего внутри этой трубы меньшим диаметром вскрывается водоносный горизонт.
Основные принципы и типовые ошибки обустройства бесфильтровых скважин
1. Изоляция водоноса
Самым важным при обустройстве бесфильтровой скважины является надежная изоляция вышележащих водоносов. Обычно для этого используют стальную трубу. Бурением вскрываются плотные породы, после чего в скважину опускается обсадная труба и на 0.5-1.0м вкручивается в известняк или гранит, что обеспечивает невозможность попадания в водоприемную часть грунтовых вод и частиц песка и глины. Очевидно, что вкрутить пластиковую трубу в пласт невозможно. Единственный вариант изоляции при использовании пластиковой трубы - это качественная цементация. К сожалению, в настоящее время практикуется установка пластиковой трубы с последующей заливкой цемента в затрубное пространство, либо вообще только установка некоего резинового пакера внизу трубы. Любой из этих способов никоим образом не гарантирует, что вода из верхних горизонтов не попадет в водоносный пласт, особенно при высоком статическом уровне воды в скважине. К тому же при даже незначительном искривлении ствола скважины при бурении внутри пластиковой трубы она легко может быть разрушена буровым снарядом.
2. Вскрытие водоносного горизонта
После установки обсадной трубы производится бурение внутри трубы меньшим диаметром. Чем больше трещин будет вскрыто при бурении, тем больше воды будет давать скважина. Однако при бурении в известняке с промывкой при вскрытии трещин часто происходит 100% поглощение промывочной жидкости, что легко может привести к завалу бурового инструмента в скважине. Казалось бы, это проблема буровиков, однако некоторые буровые компании в договор включают пункт о том, что Заказчик возмещает убытки при авариях.
На этапе вскрытия водоноса буровики должны определить, требуется ли установка второй обсадной трубы. Если для эксплуатации насос требуется установить ниже уровня внешней трубы, должна быть установлена 2-я обсадная, иначе очень велик риск потери насоса при выпадении камней из стенки скважины.
3. Установка насоса и прокачивание скважины
Естественно, что, как и в случае фильтровых скважин, буровики должны прокачать скважину до визуально чистой воды своим насосом. При этом наличие песка и глины в воде при сдаче скважины должно насторожить Заказчика, так как может свидетельствовать о плохой изоляции обсадной трубы.
Особо следует отметить, что нельзя раскачивать и эксплуатировать бесфильтровую скважину вибрационным насосом, так как вибрация может привести к возникновению зазора между обсадной трубой и стенкой скважины, что потребует достаточно дорогостоящих ремонтных работ.