Определение и назначение обсадной трубы
Для начала необходимо определить, что такое обсадная труба и какие функции на нее возложены.
Обсадная труба представляет собой специальную трубу с армированным кожухом, предназначенная для укрепления внутренней конструкции скважины. Зачастую в глубинную скважину устанавливается несколько функциональных элементов, которые герметично соединяются между собой, образуя единую обсадку.
При этом толщина стенок обсадной колонны определяется материалом изготовления и типом гидротехнического сооружения, в которое она установлена.
Изделия из металла и бетона отличаются большим диаметром, длиной и толщиной стенок, чем у изделий из пластика. Конец одной трубы оснащается муфтой для создания герметичного соединения двух элементов. Вторая оснащается кольцом для надежной защиты резьбы от повреждения.
Обсадные элементы для скважины имеют следующие размеры:
- Длина – от 3 до 13 метров, при этом стандартным значением является 8 метров.
- Диаметр внутренний – от 6,5 до 42,5 см, наружный – от 8 до 45 см.
- Толщина стенок – от 5 до 16 мм, стандартной является – 12 мм.
- Класс прочности для металлических изделий.
Обсадные трубы для скважины предусмотрены для выполнения следующих функций:
- Обеспечить целостность конструкции водозаборной точки на протяжении всего эксплуатационного срока. Изделия обладают повышенной прочностью, инертностью к деформациям, повреждениям и грунтовым сдвигам.
- Обеспечить полную герметизацию обсадки для предотвращения просачивания грунтовых вод в гидросооружение и возможного загрязнения источника.
- Удерживать питьевую воду из чистых водоносных слоев в обсадке.
- Защитить гидросооружение от повышенного давления грунта.
- Защитить установленное насосное оборудование внутри колонны от возможных загрязнений.
Выбор по диаметру
При выборе диаметра скважины руководствуются потребностями в одномоментном расходе воды из разных точек системы. Для дачного домика с небольшим ресурсом потребления подойдет даже минимальный диаметр обсадной колонны. Но для загородного дома с круглогодичным проживанием, наличием подсобного хозяйства и необходимостью в поливах диаметр трубы для устройства скважины должен быть достаточно большой.
Размеры представленных в продаже обсадных изделий стандартные. Диаметр у них бывает
- 8,9 см;
- 10,8 см;
- 11,4 см;
- 12,7 см;
- 13,3 см.
Стальные трубы
При выборе оптимальной трубы для скважины учитывается размер погружного насоса, который будет использоваться для подачи воды. При этом нужно учесть обязательные технологические зазоры между опускаемым внутрь скважины оборудованием и внутренней стенкой обсадной колонны, а также и толщину трубы. Например, для насоса диаметром 7,5 см подойдут трубы размером 8,9; 10,8 и 11,4 см. А для погружного устройства диаметра 10,2 см – обсадные изделия 11,4; 12,7 и 13,3 см.
Внимание! Нельзя допускать трение насоса о стенки обсадной колонны, из-за этого оборудование быстрее выходит из строя. Поэтому трубы лучше выбирать по диаметру с некоторым запасом.
Разновидности обсадных труб
На практике используются трубы из разных материалов. Каждая из них имеет свои недостатки и преимущества. В прошлом для этих целей даже применялись конструкции из дерева. Но сейчас актуальны другие, более практичные материалы. Приведем основные из них:
Трубы из асбестоцемента
Обсадная труба из асбестоцемента уже давно применяется для скважин. Стоит отметить, что в настоящее время их используют все реже, причем в основном для обеспечения водой технических сооружений, а для бытового водоснабжения она вовсе не применяется. Этот вариант отличается низкой стоимостью и длительным сроком эксплуатации.
К недостаткам обсадной трубы из этого материала относят большую толщину стенок, что влечет за собой возникновение трудностей при её установке и существенное увеличение массы трубы. Без специальных навыков скрепить части обсадной колонны из асбестоцемента довольно сложно. Также нужно сказать, что этот материал довольно хрупок.
Трубы из стали
Еще совсем недавно этот материал для обсадных труб использовался везде. Стальные колонны для скважин можно использовать для обустройства водоснабжения на большой глубине, в том числе и создании артезианских конструкций. Эти трубы отличаются высокой прочностью, для обсадки применяют их толстостенный вариант (не менее 6 миллиметров). Срок эксплуатации стальных обсадных труб может превышать 50 лет. Металлические трубы легко устанавливать за счет удобных резьбовых соединений, специалист смонтирует систему из стали очень быстро.
К явным минусам труб из стали следует отнести их внушительную стоимость (цена обсадной колонны составляет существенную часть расходов на обустройство и бурение скважины), но самым главным недостатком этой системы является подверженность материала воздействию коррозии. Именно этот фактор сокращает срок службы скважины. Помимо этого, наличие ржавчины значительно снижает качество получаемой питьевой воды.
Трубы из полимерных материалов
Все большую популярность для обстановки обсадных колонн набирают материалы из пластика. Чаще всего используют такие виды полимеров, как трубы ПНД, трубы ПВХ и трубы из полипропилена. Первый вариант отличается тем, что обсадные колонны из этого материала производятся в виде бухт большой протяженности, поэтому есть возможность установки трубы без стыков.
Это значительно улучшает герметичность системы. Трубы ПВХ для обустройства скважин используют немного реже. Сейчас на рынке появляются обсадные колонны из НПВХ, которые можно использовать для источников питьевой воды. Полипропиленовые колонны используют значительно реже предыдущих вариантом, но это не умаляет его преимуществ. Чаще такой материал используется для разводки водопроводной системы.
К преимуществам полимерных труб, а именно ПВХ, ПНД и ППН относят:
- Оптимальное соотношение стоимости погонного метра материала и прочности. Обсадка скважина пластиковыми трубами обойдется намного дешевле, чем колоннами из стали.
- Срок службы полимерных систем превышает 50 лет, поэтому можно сказать, что он неограничен.
- Трубы имеют небольшую собственную массу, поэтому их легко устанавливать.
- Использование пластиковых обсадных колонн позволяет добиться высокого показателя герметизации скважины.
- Полимеры не разрушаются под влиянием химических элементов, применяемых при дезинфекции и регенерации скважин.
Главным преимуществом пластиковых труб, безусловно, является их полная устойчивость к воздействию коррозии.
Все эти преимущества, которыми обладают пластиковые обсадные трубы для скважины, определяют существующий на них спрос. Но не стоит считать их полным решением существующих проблем. Трубы из ПВХ всё же имеют недостаточно высокую механическую прочность, ее можно легко повредить. При бурении скважин в тяжелых условиях с труднопроходимым грунтом или в тех случаях, когда почва подвергается смещению, лучше отдать предпочтение классическим обсадным трубам из стали.
Из-за необходимости точной оценки строения пород в месте обустройства скважины, выбор материала для обсадных колонн должен производить квалифицированный специалист. Обсадку скважин и бурение нужно доверять профессиональным компаниям, которые могут выполнить весь комплекс работ по водоснабжению, начиная от бурения и заканчивая разводкой и обустройством водопроводной системы.
Пластиковые трубы для скважин
С выходом в свет на рынок конструкций из пластика их начали активно эксплуатировать также в формате обсадки для скважин.
Качественные характеристики пластиковых изделий не могут достигать параметров металлических, тем не менее для них характерна хорошая переносимость нагрузок с равномерным обжатием, по этой причине обсадная труба из пластика снискала широкое употребление. В качестве положительного фактора рассматривают и более низкую стоимость этого вида продукции.
Материалами для производства пластиковых труб становятся:
- ПНД (полиэтилен низкого давления),
- поливинилхлорид;
- полипропилен, находящий широкое употребление также в качестве внутренних и наружных трубопроводов.
Пластиковая обсадная труба нарезного типа, как правило, черного или синего цвета, изготавливается в пределах минимум 90 — максимум 225 мм в строгом соответствии с требованиями технологических условий. Гомологический ряд размеров для металлических изделий обычно отличается от этого показателя и по факту имеет следующие показатели: 90 мм- 110 мм — 113 мм — 117 мм — 125 мм — 140 мм — 165 мм — 195 мм — 225 мм. В связи с этим эксплуатация двух видов труб в одной обсадной колонне не представляется возможным.
Ширина стенок пластиковых конструкций 6,3 — 12 мм и они зависят от размера. Удобна форма выпуска обсадных материалов нарезного типа длиной 30−40 см, при этом вес каждой из них составляет ориентировочно 4 килограмма, а это облегчает их монтаж при бурении скважины своими руками на воду.
Выбираем необходимый диаметр
Итак, выбор нужного размера должен основываться не только на расходе воды, но и на многих других параметрах. Пластиковые стояки имеют стандартные диаметры: 80,90, 113, 125 и 140 мм.
Тут нужно разделить их все на малые и большие. Так вот диаметры в 80 и 90 мм считаются малыми, а 113 и 125 считаются большими. Разница заключается вот в чем: стандартный бур под обсадные изделия из ПВХ для скважины имеет размер немного больше, чем 113 и 125 соответственно. Это приводит к тому, что между стенками трубы и стенками источника образуется некое свободное пространство, которое в обязательном порядке необходимо заполнить цементным раствором, или же щебнем.
Что касается малых диаметров, то буры под них имеют такие же размеры, как внутренний диаметр, поэтому сперва ставится само изделие, а внутри него начинается бурение.
Теперь остается один вопрос: если с большими диаметрами возникают такие проблемы, то зачем их вообще делать. Ответ прост — все дело в насосе. Часто скважины имеют глубину большую за 10 м. На такую глубину опускают погружной насос, который имеет большие размеры.
Соединительная резьба обсадных труб
Отсюда следует один простой вывод: в том случае, когда глубина источника больше 8 метров, то используется обсадная водомагистраль с диаметром 80 или 90 мм. Если же глубина больше 8 метров, то лучше использовать материал с размером 113, 125 или 140 мм, или еще больше.
Преимущества и недостатки широких стволов
К этому «семейству» относят скважины, диаметр которых превышает 110 мм (максимальное значение колеблется в районе 170-200 мм). Эти размеры позволяют использовать крупногабаритные насосы с погружными эжекторами, благодаря чему становится возможным извлечение воды с глубокозалегающих (до 100 метров) пластов. Скважины такой глубины называются артезианскими.
Конструкция скважин большого диаметра
Бурение широкой скважины – долгое и трудоемкое дело, но в итоге Вы сможете добраться до самой чистой воды на большой глубине. Широко распространено мнение, что чем больше размер ствола водозабора, тем больше воды пройдет через фильтр насоса при закачке.
Отчасти это утверждение верно, хотя размер не оказывает влияния на производительность. Куда более важную роль играет объем воды в водоносном слое и пропускная способность используемого в насосе фильтра. Для поддержания высокой производительности фильтр насосного оборудования требует периодической очистки посредством вибробура или специальных химических добавок. Помимо того, если Вы хотите пробурить широкую скважину, приготовьтесь к крупным денежным тратам на обустройство и покупку оборудования.
Бурение с установкой
Для организации автономного водоснабжения применяется пошаговая инструкция, выполнение которой гарантирует успешный монтаж объекта. Плановая последовательность работ предусматривает следующие действия:
1 ) Заказать в специализированной организации геологическую оценку местности для определения места бурения под шахту с оценкой глубины водоносного горизонта, степенью его влагонасыщенности и потребительских свойств воды.
2 ) Определиться с назначением выработки и обсадной трубой для скважины:
- верховодка: используется на технические нужды с минимальной глубиной бурения. В качестве обсадной колонны применяются пластиковые изделия с резьбовым соединением;
- на песок: вода используется на общедомовые нужды и как питьевая. Для колонны применяются пластиковые или металлопластиковые конструкции;
- артезианская: с большой глубины из скальных карстовых пород. В качестве обсадной колонны применяются изделия с резьбовым соединением: усиленные сварные стальные, металлопластиковые или цельнотянутые стальные, в зависимости от глубины скважины и сложности породы.
3 ) Бурение верховодки (абиссинский колодец: глубина до 12 метров) и скважины на песок (водоносный горизонт 12–50 метров) можно выполнить своими руками, используя ручной винтовой бур или автобур.
- для бурения в слой верховодки применяем шнек диаметром 40–70 мм;
- используем ПНД 32–63 мм;
- бурение выполняем винтовым шнеком с промывкой, с помощью центробежного насоса, установленного снаружи. Для достижения требуемой глубины используются штанги длиной 2–5 метров;
- после достижения водоносного слоя производим обсадку выработки трубой ПНД с установленным в ней фильтром длиной 2,5 метра и откачиваем мутную воду;
- бурение скважины на песок выполняется буром диаметром 146 мм, для обсадки выработки используется труба ПНД 125 мм;
- для очистки воды к первой обсадной трубе крепится фильтр, у которого диаметр больше диаметра трубы. Остальные изделия последовательно соединяются на резьбу с опущенной в скважину частью колонны до достижения фильтром водоносного слоя. Для лучшей очистки воды фильтр в конструкции засыпается щебнем;
- в колонну опускается скважинный насос с водоподъемным шлангом, который через адаптер, встроенный в обсадку, соединяется с наружным водоводом и производится откачка мутной воды до появления чистой.
4 ) Выработку артезианской (на известь) скважины, глубиной 50–200 п/м осуществляют с помощью спецтехники. Применяются четыре водоподъемных варианта с использованием металлических обсадных изделий:
- обсадка доходит до известкового пласта, а затем открытым стволом меньшего диаметра бурят до водного горизонта;
- используются две обсадных нитки. Первая доходит до пласта известняка, а вторая, перфорированная, меньшего размера, через пласт до водоносного слоя;
- для защиты от смешения верхних вод с артезианскими используют кондуктор – второе изделие большего диаметра, чем обсадка, установленное в верхней части выработки;
- когда известковый слой неоднороден, монтируют три трубы. Первую обсаживают до сложного слоя, вторую, меньшего диаметра, до известняка, третью – меньше чем у второй, до водоносного слоя.
Глубинный насос устанавливается в нижних трубах.
Обсадка скважин (однотрубная и двойная)
В зависимости от глубины скважин используют различные способы их обсадки, отличающиеся применяемыми материалами труб, технологией проведения монтажных работ, размерными параметрами обсадных колонн. Все скважины для индивидуального водозабора условно делят на три категории, в которых используют следующие методы монтажа скважин.
Абиссинские. Источники рассчитаны на водозабор из поверхностных подземных водных пластов, глубина шахты редко превышает 30 м, поэтому давление грунта на стенки колонны незначительно. Если используют поверхностью насосную станцию с глубиной погружения напорного патрубка не более 9 мм, вместо колонны из отдельных труб используют длинный отрезок ПНД-трубы подходящего диаметра на катушке.
В случае, если зеркало воды ниже 9 м от поверхности земли, в скважину помещают погружной электронасос. Для монтажа колонны используют пластиковый толстостенный трубопровод из полиэтилена низкого давления ПНД или тонкостенный из непластифицированного поливинилхлорида НПВХ.
Так как дебит абиссинской скважины не слишком высок, для экономии финансовых средств в ней рационально применять погружной электронасос средней мощности диаметром 3 дюйма (75 мм) и можно использовать полимерные трубы с небольшим поперечным размером.
Наружный диаметр D скважинного трубопровода под размер данного 3-х дюймового электронасоса рационально выбрать стандартным значением 90 мм (проходной диаметр канала Dn при этом равен 80 мм). Следует отметить, что зазор в 5 мм с учетом погрешностей в изготовлении труб является предельным, поэтому данные обсадные колонны используют при поперечных размерах электронасосов не более 75 мм (подойдет для Grundfos SQ с Dn=74 мм, Aquario ASP с Dn=75 мм) или выбирают следующий, более высокий трубный типоразмер (оптимальный вариант — наружный диаметр D=110 мм с толщиной стенки 7 или 9 мм).
Рис. 11 Варианты обсадки
Скважины на песке. Глубина песчаных скважин доходит до 70 м, поэтому колонна испытывает более сильное давление грунта. Также дебит скважин на песке выше, чем у абиссинских источников — это требует применения более мощных электронасосов стандартным диаметром 4 дюйма (100 мм).
Для обустройства скважинной шахты подойдут полимерные трубы НПВХ с толстыми стенками, допустимая глубина их установки не превышает 100 м. Оптимальный вариант для размещения 4 дюймовых электронасосов — труба с наружным диаметром 125 мм, при толщине стенки 7 или 9 мм ее проходной диаметр Dn будет равен 111 или 107 мм соответственно.
Артезианские скважины. Артезианские подземные источники считаются самыми глубокими, в бытовых скважинах расстояние от поверхности земли до водного бассейна может достигать 200 м. Поэтому для их монтажа используют прочные стальные трубы, но из-за того, что они подвержены коррозии, в них обычно вставляют полимерный коррозионностойкий трубопровод. Двухтрубная обсадка скважин выдерживает значительные внешние нагрузки и оптимальна с точки зрения экономии финансовых средств — срок службы артезианских скважин достигает 50 лет, поэтому колонна должна иметь аналогичное долголетие.
Для внешней обвязки с точки зрения коррозионной стойкости хорошо подойдут стальные трубы с повышенным содержанием углерода из качественной стали марки Ст20 или Ст45, также их можно применять непосредственно в скважинном источнике с питьевой водой при высокой толщине стенок.
Следует отметить, что согласно ГОСТ полимерные и стальные трубы имеют согласованные поперечные размеры для организации двойной обсадки: если выбрать диаметр обсадных труб для скважин из стали D=140 мм, согласно таблице на рис. 3 для стенки 7 мм получаем внутренний размер Dn=125,7 мм — это пространство отлично подходит для установки внутрь полимерной трубы диаметром D=125 мм.
Если глубина артезианской скважины не превышает 100 м, можно использовать более дешевую двойную обсадку полимерными трубопроводами ПНД или НПВХ, в любом случае принятие окончательного решения лучше оставить опытным специалистам организаций, проводящих бурение и обвязку скважинных источников.
Рис. 12 Типы трубных соединений
