Как выбрать и рассчитать номинальный диаметр скважины?

От чего зависит выбор?

Существует ошибочное мнение, что чем больше диаметр, тем большим будет напор воды. Однако, на него существенно влияют параметры водоносного слоя.

Поэтому выбор диаметра зависит от следующих обстоятельств:

1. Глубина пробуриваемой шахты.
2. Количество или объем потребляемой воды в единицу времени, например, в час. Называется данная величина «дебит».
3. От вида насоса, используемого для подъема воды.

Исходя из перечисленных факторов, происходит классификация диаметров скважин.

Виды

Скважины по диаметру делятся на 3 вида:

• малые;
• средние;
• большие.

В зависимости от обстоятельств установки выбирается один из видов.

Малые

Малая или абиссинская скважина диаметром от 50 до 100 мм. Максимальная глубина — 10-15 метров. Вода добывается из верхнего водоносного пласта. В него забивается труба с наконечником в виде конуса. После суток ожидания, скважина начинает выдавать чистую воду.

Дебит может доходить до 1,5 м3/час, зависит от насыщенности пласта. Для откачки используются самовсасывающие помпы, для погружных насосов диаметр абиссинки слишком мал.

Достоинства:

1. Быстрый монтаж. Построить можно за несколько часов, а пользоваться через сутки.
2. Можно пробурить самостоятельно.
3. Небольшие расходы на строительство, в среднем 15-20 тыс.руб.
4. Высокое качество воды.
5. Может служить десятилетия при правильном монтаже.
6. Компактность. Можно установить на небольшом участке.
7. Легко обслуживается и восстанавливается.

Недостатки:

1. Невысокий дебит. Может достигать 1,5 м3/час, но чаще 0,5-0,8 м3/час.
2. Производительность зависит от климата. Если выдался сухой год, то будет мало воды.
3. Установка возможна только на мягкую почву, на песок. Если на участке почва каменистая, известковая, то монтаж невозможен.

Средние

Средние по диаметру источники часто называют фильтровыми или скважинами на песок. Обычно диаметр их составляет 100-140 мм. Глубина колонны 10-50 м. Шахта бурится до нижнего песчаного пласта с водой.

Для защиты скважины от заиливания используется сетчатый фильтр. Дебит небольшой: от 0,5 до 1,5 м3/час. Для прокачки устанавливаются погружные насосы.

Достоинства:

• низкая стоимость бурения;
• так как глубины не очень большие, то возможно использование насосов малой мощности;
• обустроить скважину можно за 2-3 дня.

Недостатки:

1. Малый срок службы. Обычно 5-7 лет, иногда до 15. Из-за того что вода качается из песочного пласта, происходит быстрая забивка фильтра мелкими частицами.
2. Необходимость в регулярном обслуживании ствола, чтобы избежать быстрого заиливания.
3. Риск загрязнения воды. Так как глубина бурения невелика, то в воду попадают сточные воды. В них могут быть химические отходы, остатки удобрений. Поэтому часто воду с такого источника используют в технических целях.
4. Использование фильтров для очистки повышают стоимость обслуживания.
5. Дебит сильно зависит от погодных условий.

Большие

Большие по диаметру источники называют артезианскими или скважиной на известняк. Глубина бурения начинается от 50 метров и может достигать 250-300 м. Диаметр от 140 мм и выше. Бурится за 3-7 дней.

Чем больше диаметр, тем больше возможностей провести добуривание. Если в силу каких-либо причин уровень артезианских вод понизится, то можно дополнительно углубить скважину, а не бурить новую.

Достоинства:

1. Стабильный высокий уровень дебита. От 3 до 50 м3/час.
2. На качество и объем воды не влияют внешние факторы, будь то засуха или выгребная яма.
3. Правильно спроектированная «артезианка» прослужит до 50 лет без капитального ремонта.
4. Вода находится между твердыми породами, например, известняк или глина. Они не пропускают грунтовые воды внутрь, поэтому артезианская вода чистая, без бактерий и микробов.

Недостатки:

1. Высокая стоимость сооружения, от 2-2,5 тысяч рублей за метр.
2. Невозможно самостоятельно пробурить.
3. В воде присутствуют в большом количестве соли металлов. Поэтому необходимы фильтры для очистки.
4. В отличии от двух предыдущих типов скважин, для бурения артезианской необходимо собрать множество разрешительных документов.

Методы определения

Перед бурением необходимо прозондировать почву и определить, где, на какой глубине находятся водоносные слои. Также проведение исследований поможет спрогнозировать работоспособность и долговечность водозабора. От полученной информации зависит глубина шахты и ее диаметр.

Обследование проводят с помощью геофизических исследований скважин или ГИС. Оно включает в себя набор из нескольких методик, которые создают точную картину состояния скважины, а также определяют грунтовые породы вокруг нее в радиусе 1-2 метров.

Методы разделяют на основные и вспомогательные. К последним прибегают, если полученные данные не позволяют однозначно сформировать паспорт скважины. К основным относятся:

1. Электрический каротаж или ЭК. Зонд опускается в шахту без обсадной колонны.

   С помощью непрерывного электрического поля определяется сопротивление слоев почвы, их поляризацию.

   По полученным данным идентифицируются породы, вкрапления. Детально прорисовывается водоносный слой.

2. Видеокаротаж или ВК. Применяется для визуального осмотра состояния старых скважин. С помощью видеонаблюдения фиксируются дефекты в обсадной колонне. Оценивается состояние отверстий, через которые вода поступает в шахту. Также можно найти утерянное оборудование.
3. Радиационный или гамма каротаж или ГК. Регистрируется естественное радиоактивное излучение пород в шахте. По нему можно составить карту распределения пластов. Также только с помощью данного метода сканируется пространство за обсадной трубой.
4. Кавернометрия или КМ. Выявляет пустоты или каверны, трещины. Определяет точный диаметр скважины. С помощью исследования выясняется места бурения отверстий в колонне для подачи воды или интервалы перфорации. Проверяется физическое состояние шахты.

Вспомогательные методы:

1. Термокаротаж или ТК. Используется в условиях экстремально низких температур, в вечной мерзлоте. По изменениям температуры определяются дефекты работающей скважины.
2. Инклинометрия. Выясняется прямолинейность ствола, угол отклонения от нормали.
3. Расходометрия. Определяет дебит отдельных пластов, выявляет перетекание по стволу из одного слоя в другой. С помощью метода можно наладить раздельную добычу воды из пластов.

Расчет

Процедура состоит из нескольких этапов. Вначале определяется объем используемой воды за час по следующему шаблону:

1. Подсчитано, что из крана за час вытекает 0,7 м3. Учитывают, что все точки потребляют воду одновременно.

   Поэтому домик на даче будет расходовать около 3 м3/час.

   Если строение больше, например, двухэтажный коттедж, то потребление возрастает и варьируется от 4 до 8 м3/час.

2. После вычисления объема выбирается насос. Если дебит не превышает 3 м3/час, то можно обойтись насосом с погружной частью размером не более 3” — около 76 мм.
3. Если дебит превышает это значение, то устанавливается четырехдюймовый агрегат — около 102 мм.

Далее нужно учесть характер водоносного пласта. Если он находится под сильным давлением, напорный, например, артезианская скважина, то достаточно расположить в трубе глубинный насос.

Диаметр рассчитывается по формуле D = dn + 4 + 2 x ds, здесь:

• dn — внешний диаметр помпы,
• 4 — минимальный зазор в мм между насосом и стенками колонны,
• ds — толщина стенок трубы.

Пример расчета:

1. Узнать внешний диаметр насоса, указываемый в паспорте. Например, 3”= 76 мм или 4”= 102 мм.
2. Толщина стенок, ds равна 4-5 мм. Тогда 2 x ds = 2 x 4 = 8 мм, или 2 x ds = 2 x 5 = 10 мм.
3. Для трехдюймового насоса получается D = 76 + 4 + 8 = 88 мм, для четырехдюймового: D = 102 + 4 + 10 = 114 мм.

Следует устанавливать трубы с большим диаметром, чтобы увеличить пространство между стенками и насосом. В противном случае помпа может повредиться при изгибе стенок трубы, например, от пучения почвы зимой.

Если забор происходит с песка, где нет сильного давления и устанавливается фильтр, то нужно прибавить к полученному значению толщину данного устройства. Далее приобретается труба с соответствующим диаметром.

Почему диаметр скважин больше диаметра долота?

Такая ситуация наблюдается при нарушении соосности между долотом и шахтой. Превышение диаметра скважины над диаметром долота может быть вызвано следующими причинами:

• неправильный подбор долота для бурения;
• переход во время бурения от твердых к мягким пластам;
• плохая стабилизация на дне бурильной системы;
• если давление воды в шахте значительно превышает давление в пласте;
• искривление ствола.

В результате, эффективность бурения резко снижается. Наблюдается повышенный износ долота.

Как увеличить размер ствола?

Иногда из-за природных катаклизмов или деятельности человека происходит истощение водного пласта. В этом случае увеличивают ствол шахты, чтобы добраться до воды. При этом необходимо также расширить диаметр.

Порядок работы таков:

1. Демонтируют имеющуюся трубу.
2. Первые 3-5 метров расширяют буром.
3. Затем сооружают бур-стакан. Это труба с большими отверстиями. «Проходной» конец делают заостренным, с зубьями. К задней стороне приваривается крюк для привязки каната.
4. Потом «стакан» поднимают и резко отпускают. За счет ударов происходит увеличение длины ствола.

На что влияет?

Ширина ствола влияет на:

1. Высоту эксплуатационной колоны. Чем шире скважина, тем на большую глубины можно бурить.
2. Вид насоса. На малых шахтах устанавливают самовсасывающие помпы. Чем шире скважина, тем большие по диаметру насосы устанавливают.
3. Стоимость. Чем шире ствол, тем больше средств понадобится.

Диаметр скважины слабо коррелирует с дебитом.

Видео по теме статьи

Какой диаметр скважины лучше — 90 или 125 мм — подскажет видео:

Заключение

Перед выбором ширины шахты нужно определить, на какой глубине залегают водоносные пласты. Также уточнить необходимый дебит. Лучше пробурить шахту чуть большего диаметра, чтобы избежать заклинивания насоса. Ширина ствола не влияет на водоотдачу.