Артезианская скважина

Артезианская скважина – это самый глубокий тип скважин на воду (60-250 м), нацеленный на достижение напорного водоносного слоя, заключенного между водоупорными горизонтами. Благодаря естественному давлению уровень воды здесь значительно выше кровли водоупорного пласта. Иногда такие выработки называют скважинами на известняк (по составу водоупорных горизонтов).

Артезианские скважины – наиболее производительный тип скважин на воду. Они отличаются от прочих вариантов наименьшей подверженностью загрязнению и наибольшими запасами. Водоотдача составляет до 200 м³/ч. Такой скважины может быть достаточно для водоснабжения населенного пункта. К тому же они весьма долговечны. Однако высокая стоимость разработки определяет невозможность их обширного распространения и, несмотря на отсутствие загрязнения, вода имеет специфический состав, определяющий необходимость очистки для многих способов водопользования.

Методы бурения

Выделяют несколько схем создания артезианских скважин, применяемых в зависимости от условий бурения и эксплуатации.

• Для идеальных условий (давление, достаточное для поднятия уровня вод над кровлей водоупорного пласта более чем на 10 м, однородность известняковых горизонтов (отсутствие глиняных и песчаных слоев в них)) подходит классическая. Однако такая ситуация складывается редко.
• В сложной геологической ситуации (проблемы с проходом верхних горизонтов, поглощение бурового раствора сухими пластами, невозможность посадки обсадной колонны на нужный уровень) применяют близкую к предыдущей схему с кондуктором.
• На условия распространения труднопроходимых пластов на разных глубинах рассчитана телескопическая технология.
• Проблемы со слабым давлением и присутствием в известняковом горизонте глиняных и песчаных слоев решают методикой с двойной обсадкой (двухтрубной).

Бурение артезианских скважин может осуществляться следующими методами:

• Вращательным:
  • С прямой промывкой;
  • С обратной промывкой;
  • С продувкой;
• Ударно-канатным.

На практике для 90% объема работ используют вращательный методом с прямой промывкой.

Технология бурения

Для создания артезианской скважины требуется предварительная разведка. Она осуществляется в 2 этапа: сначала находят общие сведения по геологическому строению территории, затем на их основе производят разведочное бурение.

С учетом данных разведки создают скважину.

Далее переходят к укреплению, устанавливая обсадную колонну. Для ее создания могут использовать трубы из различных материалов.

• Стальные. Основная проблема – ограниченный развитием коррозии срок эксплуатации. Его длительность во многом определяется типом соединений: на конструкциях с резьбовыми соединениями сквозная коррозия начинает проявляться через 25-30 лет, с муфтовыми – через 35-45. К тому же значение имеет толщина стенок. Оптимальным значением считают 4,5 мм, минимальным – 4 мм. Выбор диаметра определяется перспективным объемом водопотребления: для одного дома достаточно трубы 133 мм, для нескольких – 159 мм.
• нПВХ (пластик). Также применяются для создания обсадной колонны, но имеют ограниченное применение по глубине монтажа (до 100 м). Бывают диаметром 125, 140 и 170 мм. В зависимости от этого толщина стенки составляет 7,5 или 8 мм. Эксплуатационный срок – более 50 лет.
• ПНД (пластик, полиэтилен низкого давления). Используются для эксплуатационной колонны во внутренней части обсадной. Имеют резьбовое соединение. Встречаются в вариантах диаметром 117 и 125 мм. Ввиду неподверженности коррозии и щадящим условиям эксплуатации срок службы также составляет более 50 лет.

Особенности процесса бурения определяются выбранной технологией.

Классическая схема подразумевает проходку всего ствола в один прием и монтаж обсадной колонны после этого. Последняя продолжается до водоупора, далее идет открытый ствол. Метод с кондуктором требует предварительной проходки для его установки соответствующим диаметром. С продвижением может потребоваться наращивание кондуктора. По достижении требуемой длины цементируют затрубное пространство. Дальнейшие работы (бурение и установку обсадной колонны) осуществляют в стволе кондуктора.

По завершении процесса цементируют пространство между ним и обсадной колонной. Метод с кондуктором может использоваться и для одно- и двухтрубной конструкций. Сложная телескопическая схема подразумевает создание конструкции из трех колонн различного диаметра с последовательным сокращением диаметра скважины с глубиной. Первая колонна охватывает верхние горизонты, вторая проходит до водоупорного слоя, третья продолжается в нем. В простом варианте телескопической схемы исключается третья колонна, а вторая входит в водоносный слой. Водозабор может осуществляться через нижнюю перфорированную часть последней или через открытый ствол.

В двухтрубной технологии обсадную колонну формируют из стальных или пластиковых труб, а внутри размещают эксплуатационную из полимерных материалов с перфорированным нижним фрагментом.

По достижении кровли водоупора требуется оценка его состояния. В случае низкой прочности его укрепляют перфорированным фрагментом обсадной колонны.

С завершением укрепления ствола переходят к промывке. Это необходимо для доведения воды до эксплуатационного качества путем удаления шлама. Работы осуществляют путем подачи жидкости под давлением насосами в ствол.

На устье устанавливают колодец или кессон. Для забора воды используется глубинный погружной насос.

Особенности состава воды (высокое содержание железа и солей магния и кальция) обуславливают необходимость установки очистной системы для большинства видов водопользования. Ее тип и характеристики выбирают на основе предварительного анализа состава и целей.

Для бурения артезианской скважины необходимо разрешение, а скважина подлежит лицензированию. Последнее регламентирует создание трехпоясной санитарной зоны

Буровое оборудование

Для бурения артезианских скважин применяют буровые установки. Выбор конкретной модификации определяется технологией и условиями бурения, параметрами скважины. Разброс глубин определяет возможность использования как мелко-, так и крупногабаритных буровых установок.

Тяжелые модификации первых актуальны до глубины 150м. Это легкие, мобильные агрегаты. Тяжелые варианты монтируют на колесные станки или грузовые шасси. Здесь преобладают шнековые устройства.

Крупногабаритные установки представлены более тяжелыми и производительными агрегатами, способными осуществлять бурение на глубины до 300м. Они рассчитаны монтаж на грузовых шасси. Среди таких установок также встречаются шнековые модификации, но в большей степени распространены роторные варианты.