На сегодняшний день нет необходимости спорить о том, что наиболее эффективным и надежным способом обеспечить непрерывное водоснабжение в своем доме является создание индивидуальной водяной скважины. При наличии средств, можно заказать выполнение этой работы у специализированной компании.
В данной статье мы поговорим об основных правилах.
Геологический разрез скважины на воду.
Понятие конструкции и основные элементы скважины
Конструкция для скважины — это набор элементов почвенной выработки с диаметром в поперечнике, значительно меньшим их длины, обеспечивающим долговечное и надежное создание канала между поверхностью земли и вскрытым глубинным пластовым флюидом. Основное назначение скважинного канала — геологоразведка и оценка подземных ресурсов, исследование структуры разреза, поддержание давления рабочего пласта, контроль эксплуатации месторождений, добыча природных ресурсов.
Скважины делят на следующие составные части:
- Ствол скважины — почвенная выработка, в которой расположены обсадные и фильтрующие трубы.
- Устье — начало скважинного ствола из отрезка трубы, закрепленного на поверхности земли.
- Забой — нижняя часть скважинного канала, дно.
- Цементирующее кольцо — цементно-песчаная смесь, накачанная в пространство между стенками ствола и обсадной трубы, выполняет функции герметизации и упрочнения скважинного канала.
Рис. 2 Схематичная конструкция скважины
- Фильтр — нижний участок скважинных обсадных труб, погруженный в пласт с добываемым ресурсом. В качестве фильтра используют часть ствола без обсадных труб, на дно которого помещает мелкозернистый гравий или специальное фильтрующее устройство.
- Обсадная колонна — соединенные вместе и погруженные в ствол обсадные трубы, нужна для изоляции скважинного канала от земляной породы ствола. Обеспечивает эффективную и надежную эксплуатацию скважины, предотвращая попадание в канал почвы и защищая его от внешнего давления.
В нефтегазодобывающей промышленности используют промежуточные обсадные колонны, служащие для разделения несовместимых геологических зон, требующих различных режимов бурения скважинного канала. В буровой отрасли применяют следующие промежуточные скважинные колонны:
- Сплошные. Полностью перекрывают весь ствол независимо от расположения основного интервала.
- Хвостовики. Колонны, предназначенные для крепления только необсаженного интервала скважины с частичным перекрытием основного.
- Летучки. Специальные промежуточные обсадные колонны, служащие только для закрытия дефектных промежутков основной колонны без учета следующих обсадных колонн.
Рис. 3 конструкция скважины — схематичный разрез
Статья по теме:
Как найти воду на участке для скважины – народные и научные способы. Возможно будет интересно почитать расширенную статью про варианты самостоятельного и с привлечением специалистов воды на участке для бурения скважины или рытья колодца.
Схема устройства скважины
Обустройство скважины может иметь различные вариации. Схема зависит от материалов изготовления и вида скважины.
В целом схема устройства выглядит так:
- Вода поднимается из водоносного слоя, проходит сквозь фильтр и оказывается внутри выработки с круглым сечением.
- Включённый насос направляет жидкость по водопроводной трубе.
- Вода движется вверх и попадает в приёмник, а оттуда в водопровод.
Конструкция артезианской скважины наглядно отражена на фото:
Принцип работы скважины на воду
Скважину монтируют для забора воды из подземных водных источников, при этом проводят следующие операции:
- Производят бурение почвы, используя различное оборудование и инструменты в зависимости от глубины, вида водозаборного источника и особенностей строительства скважин в данном районе.
- В полученный канал до водоносного горизонта опускают обсадные трубы с фильтром на конце, соединенные между собой в монолитную колонну посредством резьбового соединения.
- Производят подъем воды с использованием ручных или электрических насосов для скважины поверхностного и погружного типа, подключенных к водопроводной линии при помощи труб.
- Поступающую в дом воду накапливают в водозаборной емкости большого объема, расположенной на верхних этажах или организуют автоматическую систему подачи воды при помощи приборов.
Как устроена типичная скважина?
Если не заострять внимание на нюансах, суть устройства скважины на воду для загородного дома одна: это длинная узкая вертикальная шахта, достигающая глубины залегания воды. Стены выработки укреплены обсадными трубами. Скважины отличаются друг от друга шириной, глубиной и дополнительными устройствами, повышающими их производительность и надежность.
Кроме обсадной трубы скважины оборудуют техникой для принудительного подъёма жидкости и её распределения. Чтобы правильно выбрать насосное оборудование и накопительную емкость, нужно знать характеристики скважины, важнейшей из которых является её глубина и дебит.
Дебит скважины – это показатель её производительности: максимальный объём жидкости, получаемый за единицу времени. Исчисляется он в кубометрах или литрах за час или сутки.
Конструкция скважины на воду — основные элементы
При бурении скважин принимают меры для защиты канала от осыпания, для этого в устройство добывающих воду скважин включают несколько основных элементов.
Рис. 4 Внешний вид обсадных труб
Обсадные трубы
Обсадные трубы используют для укрепления и герметизации скважинного ствола, основными материалами их изготовления является металл, пластик и асбестоцемент. Металлические трубы выпускают из обычной или нержавеющей стали, также бывают оцинкованные и эмалированные виды.
Помимо резьбы, трубы соединяют между собой посредством сварки или при помощи муфт.
В последнее время особой популярностью пользуются трубы из полиэтилена низкого давления ПНД, широко применяемые в распространенных скважинах на песок. Пластиковая эксплуатационная колонна может составляться из труб, имеющих длину 3 или 6 метров, а их наружный диаметр, рассчитанный на установку глубинных погружных электронасосов, обычно равен 90, 113, или 125 мм.
Донный фильтр
В устройство добывающих воду скважин на песке обязательно входит фильтр, который располагается в забое обсадной колонны и погружен в водоносный горизонт. Существует несколько разновидностей скважинных фильтров, отличающихся конструкцией и принципом работы.
Гравийный
Самый простой вид, создается путем подсыпки в забой скважины гравия с мелким зерном. Гравийная подушка препятствует забору грязевого раствора в скважине из песка и ила со дна, снижая таким образом нагрузку на фильтрующие поверхности обсадных труб и электронасоса.
Рис. 5 Скважинные фильтры – особенности конструкций
Щелевой
Простое устройство со стенкой обсадной трубы, имеющей поперечную или продольную перфорацию в виде тонких надрезов. Через узкие щели хорошо проходит вода, а мелкие частицы песка отсеиваются. Такая конструкция в основном используется в трубах из ПНД.
Сетчатый
Представляет собой мелкую сетку из коррозионно-устойчивых материалов (пищевая нержавейка или стеклоткань), обладающую высокой стойкостью к истиранию. Основной недостаток конструкции заключается в ее повышенном сопротивлении водному потоку (на 20 — 40 %), в некоторых случаях при малом дебите это может привести к недостатку воды в источнике.
Дырчатый
Конструкция используется в условиях, где требуется высокая прочность, представляет собой трубу с большим количеством просветленных круглых отверстий. Перфорированный фильтр применяют в источниках с малым объемом подачи и низким напором.
Проволочный
Выполнен из нержавеющей проволоки треугольного сечения, намотанной плотными рядами на перфорированную обсадную трубу. Отличается высокой прочностью и долговечностью, напрямую связанными с сечением используемой в нем проволоки.
- Возможно будет интересно: Как прокачать скважину после бурения
Устройство водозаборных сооружений
При внешней простоте конструкция скважины на воду включает в себя ряд важных элементов, от качества исполнения которых зависит чистота воды и работа всей системы. Лучше предварительно сделать схему скважины.
Пробивка скважины
Варианты пробивки:
- ручная;
- машинная.
В первом случае над предполагаемым местоположением устанавливают треногу высотой 4-5 м с блоком, в котором протянута веревка. Обсадную трубу заглубляют в землю строго перпендикулярно на глубину 50-70 см. К веревке крепится цилиндрический сосуд (желонка) для пробивания и выемки грунта.
Ручной вариант бурение скважины.
Под действием собственного веса желонка падает и заполняется грунтом, извлекаемым после подъема. Важно так установить оборудование, чтобы желонка опускалась точно в пределах обсадной трубы. По мере выемки грунта обсадная труба будет опускаться, углубляя будущий ствол скважины.
Также существуют варианты с использованием ручного шнекового бура.
Труба может быть металлической или пластиковой. Она не позволит стенкам осыпаться и предохранит воду от загрязнения.
Главное требование к материалам обсадки — прочность и устойчивость к воздействию воды.Стенки не должны ржаветь и вступать в любую другую реакцию с воздухом и водой. Также перед установкой трубы потребуется установить нижний фильтр.
Профессиональная техника работает с применением буровых или шнековых колонн. Она обеспечивает высокую скорость и качество, но требует много места для подъезда и установки.
Торцевой гравийный фильтр
После того как отверстие пробурено, необходимо защитить место водозабора от песка и прочих мелких частиц. Для этого в обсадную трубу засыпают 2 ведра гравийной смеси мелкой и средней фракций. Рекомендуется несколько раз приподнять и опустить трубу, чтобы смесь равномерно распределилась.
Гидрозатвор
Воду необходимо защищать от грязи как снизу, так и сверху. Чтобы к месту водозабора не попали талая и дождевая вода, участок вокруг обсадки изолируется. Для этого необходимо выкопать вокруг трубы воронку глубиной около 1 м и такого же диаметра.
Воронку заполнить смесью из глины и фибровой стружки (или другой армирующей добавки). Сверху укрыть пленкой и оставить на неделю. После высыхания скважина будет надежно изолирована.
Нижний фильтр
Еще одна мера защиты от механических примесей — фильтр, устанавливаемый на нижнем конце обсадной трубы. В стенках просверливаются отверстия (можно сразу взять перфорированную трубу), снаружи наматывается сетка или проволока.
Это простой и надежный способ задержки песка, частиц известняка и глины, который прослужит несколько десятков лет.
Выбор насоса
Многие пренебрегают выбором насоса, считая, что главное — это правильно выбрать место водозабора и обустроить его. Однако достоинства профессионально сделанной скважины может перечеркнуть неверно подобранный насос.
Рекомендуется использовать только центробежные насосы. Вибрационные надежнее, дольше служат, однако из-за вибрации скважина быстрее заполняется песком и может потребовать внепланового обслуживания.
Дополнительное оборудование
Дополнительное оборудование устанавливается для:
- защиты насоса (поплавковая система или датчики протока, отключающие оборудование при понижении уровня воды);
- поддержания водяного столба в трубе (запорный клапан);
- повышения качества воды (различные фильтры, чаще всего механической очистки).
Основные методы и оборудование для обустройства скважин
Для забора воды из скважин используют погружные и наружные электронасосы, насосные станции, поверхностное насосное оборудование может располагаться рядом со скважинным устьем или на некотором расстоянии от него. Для подключения электронасосов к скважинному источнику используются различные методы и оборудование, рассчитанные на разные типы электронасосов.
Оголовок
Если необходимо решить вопрос крепления погружного электронасоса и защиты скважинного канала от проникновения грязи и осадков, применяют оголовок, который устанавливают поверх обсадной трубы. Устройство рассчитано на стандартный диаметр, может быть выполнено из пластика, стали или чугуна, способно выдержать вес подвешиваемого насосного оборудования до 250 кг. в пластиковом исполнении и до 500 кг. при использовании металла. В типовой конструкции предусмотрено размещение карабина для подвешивания электронасоса и выходное отверстие, через которое пропускает напорную трубу при подключении к линии.
Конструктивно оголовок выполнен из двух частей, которые соединяют после погружения электронасоса в скважину. Для этого на обсадную трубу надевают фланец, прижимая его к поверхности земли, устанавливают резиновое кольцо и сверху ставят второй фланец с подвешенным электронасосом, неподвижно фиксируя его с помощью болтов.
Скважинные насосные агрегаты и автоматика
Для забора воды из скважин в основном используются поверхностные и погружные электронасосы центробежного принципа действия. Преимуществом данной конструкции является возможность создания высокого напора в линии, благодаря применению агрегатов с большим количеством рабочих колес, позволяющих повышать давление в каждой последующей ступени.
Бытовые погружные электронасосы могут поднимать воду с очень больших глубин (около 200 метров), в то время как поверхностные виды используют в источниках с зеркалом воды на глубине до 9 метров от поверхности земли. Для увеличения глубины забора поверхностных моделей иногда используют встроенные или погружные эжекторы, правда при этом их КПД значительно падает.
Рис. 11 Центробежный электронасос
Гидроаккумулятор, реле и манометр
Для автоматизации работы водозаборного насосного оборудования используется автоматика для скважины или насосная станция, состоящая из следующих приборов:
- Гидроаккумулятор. Представляет собой объемный металлический бак с резиновой грушей внутри, которая при включенном электронасосе заполняется водой. Устройство позволяет избежать гидроударов в системе и оптимизирует работу электронасоса, уменьшая количество его циклов включения и выключения.
- Реле. Основным элементом автоматической системы управления является реле давления, которое подключается к линии при помощи штуцера. При появлении давления в системе выше его настроек, встроенная мембрана внутри корпуса реле через механическую систему прерывает подачу питающего напряжения на электронасос, и он отключается. После потребления воды, когда давление в системе падает, реле замыкает контакты и включает электронасос.
- Манометр. Прибор является одним из основных элементов в любой водопроводной системе, позволяет контролировать давление и настраивать оборудование.
Рис. 12 Автоматика в системе управления электронасосами
Конструктивное устройство водных скважин не отличается большой сложностью, основными внутренними элементами, которые устанавливаются при бурении, являются обсадные трубы и фильтр в области забоя. Для забора воды после монтажа скважины используют дополнительное оборудование и инженерные системы (кессон, оголовок, адаптер), позволяющие эффективно подключить электронасос к источнику, учитывая его расположение и вид.
Выбор типа
Устройство автономного водоснабжения требует и правильного выбора типа самой скважины. Например, для частного дома идеально подходит абиссинский колодец. Но это только в том случае, если не планируется пить воду, поскольку часто, учитывая забор жидкости с поверхностных слоев, ее качество оставляет желать лучшего.
Но если качество не главное, то такой тип будет оптимальным. Это достаточный объем жидкости, простота монтажа, нет необходимости применять дорогостоящее оборудование. То есть абиссинская скважина не только снизит финансовые затраты, но и позволит довольно быстро получить источник воды без привлечения посторонней помощи. Через абиссинские колодцы жидкость подается при помощи поверхностных насосов. Что касается срока эксплуатации, то он достигает 25−30 лет, а иногда и выше при своевременном обслуживании.
Однако если необходимо получить действительно качественный источник воды, предыдущий вариант не подойдет. Специалисты рекомендуют бурить артезианскую скважину для питьевой воды в частном доме. Жидкость подается с глубоких слоев (часто от 80 м и выше), поэтому она чистая и пригодна для употребления. Но нужно учитывать, что самостоятельно сделать подобную систему невозможно, поскольку потребуется бурильная установка.
В чем отличие скважинного насоса от колодезного?
Скважинный и колодезный насосы предназначены для поднятия воды из подземных источников, но имеют различия в применении, конструкции и характеристиках. Вот основные отличия между скважинным и колодезным насосами:
-
Применение: Скважинные насосы предназначены для использования в скважинах, которые глубоко врезаются в землю, чтобы достичь подземных водных слоев. Они поднимают воду на большие глубины и используются для водоснабжения домов, оросительных систем, промышленных нужд и других задач.
-
Устройство: Скважинные насосы имеют длинную вертикальную конструкцию, которая погружается в скважину. Они состоят из двигателя (электрического или дизельного) и насосной части, которая поднимает воду.
-
Глубина: Скважинные насосы способны поднимать воду с глубоких глубин, обычно до нескольких сотен метров.
Колодезный насос:
-
Применение: Колодезные насосы применяются для поднятия воды из колодцев, которые обычно менее глубоки, чем скважины. Колодцы часто находятся на небольших глубинах и используются для снабжения водой домашние хозяйства, огороды и другие небольшие потребности.
-
Устройство: Колодезные насосы обычно компактнее и легче, чем скважинные. Они могут быть вертикальными или горизонтальными и устанавливаются внутри колодца.
-
Глубина: Колодезные насосы предназначены для работы на меньших глубинах, чем скважинные насосы, обычно до нескольких десятков метров.
Выбор между скважинным и колодезным насосом зависит от вашей конкретной потребности в поднятии воды, глубины источника воды, объема водоснабжения и других факторов.
Видео. Скважина водяная — обустройства после бурения обновленное видео / well water improvement
