Какой диаметр обсадной трубы для скважины на воду лучше выбрать?

Скважина большого диаметра более производительная

При одной и той же мощности водоносного пласта скважина с большей площадью фильтровой зоны будет более производительна, то есть, чем больше  диаметр фильтра скважины (скважность фильтра), тем больше воды можно добывать из скважины за единицу времени

Скважина с погружным насосом

Зазор между стенкой эксплуатационной колонны и погружным насосом должен быть не менее 6 мм, то есть, насос наружным диаметром 100 мм нужно опускать в скважину,  внутренний диаметр которой не может быть менее 106 мм. Четыре дюйма (100 мм) – это наиболее популярный размер насосов для скважин. Моделей с такими размерами на рынке насосного оборудования больше всего.

Существуют и более узкие насосы (76 мм). Их можно монтировать в скважине с эксплуатационным диаметром 90-100 мм. Недостаток этих насосов – высокая цена по сравнению с четырехдюймовыми.

Снижение стоимости бурения скважины за счет уменьшения ее диаметра скажется в дальнейшем на увеличение расходов на приобретение насосного оборудования и обслуживание скважины. Самые популярные размеры эксплуатационных труб:

• стальные – 127 мм;
• пластиковые – 125 мм.

Скважина под насосную станцию

Инновационным предложением на рынке насосного оборудования на настоящий момент считаются самовсасывающие насосы с выносным эжектором, который погружается в скважину. Такая станция способна поднять воду с глубины до 50 м. В этом случае, выбирая диаметр скважины, следует учесть размеры эжектора. В среднем модели выносных эжекторов имеют наружный диаметр от двух до четырех дюймов (50-100 мм), поэтому под такое насосное оборудование следует выбирать стандартный диаметр трубы 125-127 мм.

Эксплуатационные трубы для скважин на воду

Размер трубы может быть разным и зависит от того, каким диаметром будут бурить скважину. Обсадная колонна устанавливается после или в процессе бурения для защиты внутренних стенок от осыпания породы. Для укрепления конструкции между внешней поверхностью и грунтом заливается раствор бетона, после чего осуществляется дальнейшее обустройство скважины: устанавливается насосное оборудование, монтируется трубопровод, верх закрывается оголовком.

Применяемые материалы

Трубы, которые используются для обсадки скважины, изготавливаются из:

• асбестоцемента;
• стали;
• пластика.

Асбестоцемент доказывает свою профпригодность в области водоснабжения уже несколько десятилетий. Подобные изделия не боятся коррозии, являются химически нейтральными и обладают хорошей долговечностью. Вместе с темхрупкость материала заставляет производить установку предельно аккуратно. Обычно монтаж асбестоцементных колонн доверяют специалистам.

Трубы из асбестоцемента

Стальные конструкции достаточно часто используются для обсадки артезианских источников. Такое изделие способно выдерживать большие нагрузки, создаваемые грунтовыми слоями, поэтому ему не страшны подвижки пород. Диаметр стальной трубы для скважины может варьироваться в широких диапазонах, асрок эксплуатации составляет более 50 лет.

Стальная обсадка для скважины

С каждым днем все большей популярностью пользуются пластиковые обсадные трубы, которые имеют значительно меньший вес при хороших показателях надежности. Они не поддаются коррозии и не подвержены химическому воздействию окружающей среды, поэтому могут эксплуатироваться не одно десятилетие. Еще более привлекательными пластиковые изделия делает сравнительно невысокая цена. Тем не менеедля сложных грунтов все же более предпочтительным считается металл.

Пластиковые обсадные трубы

Технические показатели

К эксплуатационным колоннам предъявляются определенные требования, которые в первую очередь касаются толщины стен и диаметра. Для стандартного использования допустима непрямолинейность данных показателей, не превышающая 0,7 мм на 1 м. Однако в некоторых случаях порог непрямолинейности может быть более жестким – 0,5 и даже 0,3 мм на 1 м.

При обустройстве артезианских скважин чаще всего применяют колонны диаметром 90- 165 мм. Для скважин на песок с целью предотвращения быстрого заиливания рекомендуется делать отверстие от 125 мм. Хотя,например, в абиссинских колодцах диаметральный размер эксплуатационной колонны редко превышает 50 мм.

Более подробную информацию о существующих диаметрах и толщинах стенок в обсадных колоннах можно посмотреть в соответствующей таблице:

Таблица размеров обсадныхтруб ПВХ

Диаметр бурения скважины: почему это важно

Под диаметром скважины подразумевается внутренний размер эксплуатационной колонны, в которую опускается насосное оборудование, водоподъемный трубопровод и прочая аппаратура. При этомнепосредственное бурение грунта осуществляется буром большего размера, особенно при обустройстве двухколонной скважинной конструкции.

Обустройство скважины с двумя колоннами

С точки зрения производительности и обслуживания, высокийпоказательдиаметра трубы для скважиныявляется более предпочтительным. Во-первых, увеличивается объем фильтровой зоны, а значит, при одинаковой мощности водоноса можно откачивать больше воды за единицу времени (хотя основополагающим параметром остается дебит источника). Во-вторых, появляется возможность использовать более габаритное (и более мощное) оборудование, а также существенно упрощается процесс ремонта и обслуживания конструкции.

С другой стороны: большой диаметр – высокая цена. При увеличении ширины бурения в два раза стоимость работ увеличивается почти в три

Поэтому очень важно сделать расчет таким образом, чтобы удовлетворить и финансовые, и потребительские запросы

Какой размер лучше?

Размер скважины не имеет прямого отношения к ее производительности, поэтому при планировании опирайтесь, прежде всего, на глубину залегания водоносного слоя (определяется специальной экспертизой) и собственными финансовыми возможностями. Для дачи или летнего домика лучше всего подойдет диаметр 50 мм – так Вы сумеете сэкономить на бурении и насосном оборудовании, и при этом получить необходимый объем воды для полива и отдыха.

Если скважина будет располагаться возле места постоянного жительства, лучше использовать больший диаметр – при условии, что уровень воды находится на глубине ниже 50 метров. В этом случае Вы сможете максимально быстро добывать чистейшую воду, не имеющую никаких вредных примесей и солей, оказывающих негативное влияние на организм.

Преимущества и недостатки узких стволов

Говоря о малых скважинах, подразумевают стволы диаметром 50-110 мм. Выгоднее всего использовать их на участках, где водоносный слой находится не ниже 9 метров от поверхности грунта. Вода из таких источников поднимается на поверхность при помощи стандартных насосов или переносных насосных станций.

Для скважин шириной 50 мм применяют самовсасывающие насосы центробежного действия. Использовать такое оборудование возможно только на малой глубине. Если же глубина превышает 9 метров, насосная станция попросту не сможет поднять воду на необходимый уровень.

Для диаметра выше 70 мм подойдут трехдюймовые насосы, отличающиеся высокой производительностью и не менее высокой стоимостью.

Для скважин диаметром 80-110 мм – насосные станции, оснащенные эжектором – устройством, ускоряющим процесс подъема воды к поверхности земли. С его помощью можно за короткий срок выкачать крупный объем воды со дна скважины глубиной 50 метров.

Таким образом, скважины малого диаметра оказываются наиболее выгодными в плане бурения и используемого оборудования, однако их максимальная производительность достигается только на сравнительно малой глубине. Впрочем, если поблизости нет химических или перерабатывающих предприятий, а насос оборудован хорошим фильтром, взятая вода будет вполне чистой и пригодной к употреблению.

ПНД

Трубы из ПНД дешевле металлических. Но они упруги и уступают стальным аналогам по прочности. Поэтому мы рекомендуем применять лишь в качестве рабочей колонны при использвоании двухтрубной конструкции в сочетании с металлическими трубами

При выборе обсадных труб из ПНД обратите внимание на материал. Обязательно выбирайте трубы только из первричного ПНД

При производстве ПНД часто используется вторичный пластик. В его составе могут оказаться бывшие ампулы лекарств, бензиновые канистры, другие емкости, содержащие вредные вещества. Мы не советуем использовать этот материал для контакта с питьевой водой.

Расчет объема скважины

Скважина с точки зрения геометрии – это классический цилиндр с небольшим диаметром и значительной длиной. Поэтому расчет объема скважины производится по известному математическому выражению.

Формула имеет вид:

V=0,785*D2*L

где, V – это объем скважины;

        D – полезный диаметр;

        L – длина обсадной трубы или глубина погружения буровой установки.

Из любой скважины необходимо сделать эффективный отвод шлама, который образуется на дне. Следует также рассчитать и реальный напор воды путем умножения объема на расход. Также необходимо использовать поправочные коэффициенты, зависящие от вида грунта, структуры грунтовых вод, загрязненности, типа глины и степени ее разбухания.

На объем скважины также в немалой степени влияет и величина окружности обсадной трубы. Она производится из различных материалов, сечение труб может существенно отличаться, как и структура залегающей на участке бурения почвы. Подбирать трубы следует с учетом собственных финансовых возможностей, ведь не каждый может позволить себе приобрести и заложить стальные трубы из нержавеющей стали.

Но есть и альтернативные материалы, а именно:

1. асбестобетон;
2. пластик;
3. дерево.

Наиболее популярны сейчас пластиковые трубы, они имеют ряд очевидных преимуществ:

• пластик не поддается коррозии, не разрушается;
• срок эксплуатации превышает 50 лет;
• легко переносит дезинфекцию и чистку;
• обладает невысокой стоимостью;
• можно приобрести в любом строительном магазине.

Ключевой недостаток пластика – слабая надежность конструкции. Если возможны сезонные или сейсмические подвижки почвы, то пластик быстро разрушается. При таких условиях лучше сразу покупать стальные или асбестобетонные обсадные трубы.

Источники

• http://strmnt.com/dom/comm/d-water/diametr-skvazhiny.html
• http://KanalizaciyaSam.ru/skvazhina/razmer-skvazhiny.html
• https://komfort.guru/vodosnabzhenie/skvazhina/diametr-skvazhiny-na-vodu.html
• https://dom-vod-snab.ru/parametry-skvazhiny/
• https://BurVoda72.ru/info/truby-dlya-skvazhiny/
• https://zen.yandex.com/media/id/5ceb7e79b2297700b54b8f11/obsadnuiu-trubu-kakogo-diametra-vybrat-5deff06ebc251400b0ff8f65?from=feed&rid=4276285302.508.1578211031723.34429&integration=site_desktop&place=layout
• https://spb-burenie.ru/stati/diametr-skvazhiny/

Как подобрать оптимальный диаметр?

Диаметр скважины – это сечение эксплуатационной колонны (обсадной трубы). Чем шире сечение, тем больше площадь фильтра и выше производительность соответственно. Но и расходы на бурение при этом возрастают также. Потому при расчете оптимальной величины окружности шахты необходимо учесть максимально возможное потребление воды, подобрать насос и материал трубы.

Окружность шахты также зависит от финансовых возможностей заказчика и типа используемого оборудования. Для обычного глубинного насоса с небольшой производительностью окружность можно принять и поменьше. А вот для насосной станции – уже значительно большую, ведь объемы перекачиваемой воды будут весьма значительны.

Расчет — обсадная колонна

Выбор обсадных труб и расчет обсадных колонн на прочность проводятся с учетом максимальных ожидаемых избыточных наружных и внутренних давлений при полном замещении бурового раствора ( жидкости глушения) пластовым флюидом или газожидкостной смесью, снижении уровня в процессе освоения или механизированной добыче, нагрузок, возникающих в результате пространственного искривления скважин, а также осевых нагрузок на трубы и агрессивности флюида на стадиях строительства и эксплуатации.
 

Выбор обсадных труб и расчет обсадных колонн на прочность проводятся с учетом максимальных ожидаемых избыточных наружных и внутренних давлений при полном замещении бурового раствора ( жидкости глушения) пластовым флюидом или газожидкостной смесью, снижении уровня в процессе освоения или механизированной добыче нагрузок, возникающих в результате пространственного искривления скважин, а также осевых нагрузок на трубы и агрессивности флюида на стадиях строительства и эксплуатации.
 

Ниже представлены следующие критерии расчета обсадной колонны.
 

Схема конструкции эксплуатационной колонны по толщинам стенок.

Вышеприведенные принципы подбора и расчета обсадных колонн по отдельным секциям заложены в программном обеспечении проектных организаций, которые составляют проекты на бурение нефтяных и газовых скважин, т.е. скважин конкретного назначения.
 

Натяжение должно учитываться при расчете обсадных колонн. Вначале производится расчет на растягивающую нагрузку и смятие, а затем определяется усилие натяжения.
 

Критерий, учитывающийся при расчете обсадной колонны на внутреннее давление, использует величину максимального пластовою давления, которое может встретиться при бурении следующего интервала скважины. Допускается, что в случае выброса поступающие в скважину флюиды вытесняют весь буровой раствор, подвергая обсадную колонну действию пластового давления.
 

Натяжение должны учитывать при расчете обсадных колонн. Вначале производят расчет по существующей методике ( на страгивающую нагрузку, смятие и внутреннее давление), а затем определяют усилие натяжения. Если при полученной величине натяжения трубы не удовлетворяют условию прочности, необходима либо применить более прочные трубы, либо уменьшить вес колонны, увеличив высоту цементного стслба, что является более целесообразным.
 

Рассмотрены конструкции скважин, методы расчета обсадных колонн и соответствующие технологические процессы. Приведена последовательность выполнения технологических операций в зависимости от способа спуска и цементирования колонн. Описаны методы контроля качества крепления скважин. Отражены основные положения по безопасному ведению р абот.
 

Эта глава посвящена описанию методики расчета обсадных колонн. В самом ее начале приводятся некоторые соображения, связанные с определением расчетных нагрузок и прочностных характеристик обсадных труб. Далее даются необходимые расчетные формулы, после чего описывается методика расчета эксплуатационных и промежуточных колонн. Методика расчета заканчивается решением конкретных задач на подбор колонны. Приводятся табличные данные, необходимые при расчете.
 

В работе предлагается при расчете обсадных колонн на наружное давление помимо реологических свойств горных пород учитывать влияние температуры приствольной зоны.
 

Знание этих давлений необходимо при расчете обсадных колонн, а также для уяснения физической сущности процессов, происходящих в зацементированной части заколонного пространства скважины на различных этапах ее строительства и эксплуатации.
 

Учитывая эти особенности, при расчетах обсадной колонны используют коэффициент безопасности.
 

В постановке и решении задач по расчету обсадных колонн на сопротивляемость смятию имеется ряд недостатков.
 

Это положение принято в инструкциях по расчету обсадных колонн и, следовательно, приводит в большинстве случаев к завышенному расходу металла обсадных труб.
 

Дебит воды в скважине

Дебит воды относится к основным параметрам скважины, так как от него зависит выбор насосного оборудования. Дебит определяется количеством жидкости, которое выдает источник за единицу времени. Для того чтобы узнать этот показатель, определяется статистический и динамический уровень воды.

Статистический уровень – это отметка нахождения жидкости в неэксплуатируемом состоянии. Он измеряется от зеркала воды до поверхности земли при выключенном насосе. Измерение можно проводить спустя 2 часа после бурения.

Динамический уровень жидкости – это отметка ее уровня при непрерывной работе насоса. Динамический уровень ниже статистического на метр, в артезианских колодцах точка остается на одной отметке. Разница между ними и является дебитом воды. Если вода со статического уровня опускается быстро, это означает, что дебит низкий и, возможно, дно заилено, если медленно или не опускается вообще, то дебит высокий.

От чего зависит дебит скважины?

Ключевой параметр, который определяет дебит скважины – это насыщенность водоносного горизонта, а вовсе не диаметр обсадной трубы. Здесь стоит привести простой пример.

Дебит колодца и скважины с большим диаметром трубы, вырытых на одном тракте, может составлять порядка 1 кубометра воды в час, в то время как вторая скважина с меньшим диаметром обсадной трубы будет приносить уже 1,5-1,8 кубометра воды в час.

Чем обусловлена такая разница, если вторая скважина имеет меньший диаметр трубы? Все дело в ее глубине: именно эта скважина имеет достаточную глубину и достает до водоносного горизонта, при этом работает стабильно и приносит наибольшее количество воды.

Еще одно заблуждение, касающееся труб небольшого диаметра – их большая склонность к быстрому заиливанию, а следовательно, сложный уход. Не стоит опасаться этого, ведь скорость заиливания определяет, прежде всего, не диаметр трубы, а качество забоя и правильность дальнейшей эксплуатации скважины. Неверно и то, что нанос может оказаться погребен в такой трубе. В действительности даже после 10-12 месяцев простоя достать насос из скважины не составляет труда.

Главное условие постоянного дебита скважины – выход бурильщиками на песчаный водоносный слой с высоким потенциалом. Среднестатистическая глубина залегания водоносов в Тюмени и области колеблется в пределах 30-40 метров. При этом в распоряжении компании «БурВода72» есть оборудование, позволяющее выходить на водоносные слои до 60 и даже 100 метров.

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.

Особенности устройства колонны

В конструкции выделяется первая колонна, которая называется кондуктором, последняя (эксплуатационная) колонна и промежуточные сегменты. По назначению колонны могут классифицироваться на следующие категории:

• Труба-направление, закрепляющая приустьевую зону и не дающая буровому раствору и шлаку размыть эту область. Чаще всего в стволе устанавливается одно такое направление, но при сыпучих грунтах могут применяться две колонны. Данный тип обсадной колонны бетонируется по всей длине. Трубы могут быть шахтовыми и удлиненными (второй тип встречается реже и применяется при установке нескольких направлений). Эти виды колонн не нуждаются в опрессовке.
• Кондуктор. Данная колонна труб необходима для изоляции грунта, содержащего пресную воду, от попадания грязи, а также при монтаже специальных противовыбросовых устройств и установке следующих сегментов. Глубина кондуктора доходит до 600 метров, а диаметр составляет от 17 до 50 см. Сегмент необходимо опрессовывать.
• Промежуточные колонны. Они необходимы для разделения пластов, которые несовместимы друг с другом при разработке скважины и ее углублении. К промежуточным трубам относятся сплошные сегменты, хвостовые части (фиксируют только необсаженный участок скважины, перекрывая предыдущую трубу) и летучки, или лайнеры, которые перекрывают затрудненную область и не связаны каким-либо образом с другими элементами. Спуск отдельных секций колонны и использование хвостовиков позволяет решить проблему создания колонн высокой тяжести, упростить общую конструкцию, уменьшить внутренний диаметр обсадной трубы, а также избавиться от щелей и сократить расход материалов для тампонирования. В результате общая стоимость бурения снижается, и добыча нефти/газа будет более выгодной.
• Эксплуатационная колонна замыкает конструкцию, и ее фиксируют для того, чтобы отделить конечный продукт от пластов и обеспечить нагнетание жидкости.

Диаметр обсадной колонны высчитывается, начиная с габаритов последнего сегмента (эксплуатационная труба), расчет которых, в свою очередь, производится, исходя из предполагаемой продуктивности скважины. Увеличение внутреннего диаметра делает возможным работать с более мощным оборудованием, в том числе разрабатывать несколько горизонтов и осуществить ремонт ствола. Тем не менее, большой диаметр колонны предпочтителен не всегда, поскольку при большом объеме возрастают и затраты на буровой раствор, цементирование и другие работы и материалы.

Основные параметры скважин

Скважины на воду обладают двумя важнейшими параметрами:

1. Диаметр. Зависит от типа используемого насосного оборудования, его размеров, максимальных габаритов, конструкции. Диаметр скважины должен быть достаточным для установки трубы, фильтра, обеспечения необходимого объема поступления чистой воды.
2. Глубина. Зависит от объема перекачиваемой воды, уровня ее загрязненности, сферы применения, мощности насосного оборудования.

В результате оптимальный размер шахты определяется расчетом с учетом глубины погружения и окружности трубы.

На оптимальные размеры шахт влияет несколько ключевых факторов, а именно:

1. Тип почвы. Если почва песчаная, то шахта должна быть достаточно большой глубины чтобы не закачивать загрязненные грунтовые воды. Также с такой проблемой сталкиваются владельцы участков на суглинке с незначительным уровнем фильтрации, при этом все химикаты и загрязнители попадают в глубокие грунтовые горизонты.
2. Рельеф местности. Глубина шахты, а соответственно и ее объем, напрямую зависит от глубины погружения насоса. Если шахта бурится в горной пересеченной местности, без предварительной геологической разведки не обойтись. Ведь водные горизонты, поставляющие пригодную для питьевых нужд воду, могут залегать на значительной глубине, и тогда придется не только подбирать оптимальный насос, но и рассчитывать внутреннюю окружность шахты.
3. Поставленные задачи. Для производственных нужд достаточно неглубокой шахты и поставляемой ею неочищенной воды, не подходящей для питья.

Назначение обсадных колонн в бурении

Основная задача данного элемента заключается в надежной фиксации скважин бурового типа и герметизации продуктивных слоев от попадания шлака и внешних элементов в момент разработки. Обсадная колонна имеет составную структуру: ее делают из труб, скрепляя друг с другом последовательно при помощи винтов либо сварки (последний метод применяется реже, когда скважину планируется разрабатывать в течение долгого времени, не внося в конструкцию изменений). Резьба труб для обсадных колонн может иметь форму конуса, треугольника или идти по трапеции, при необходимости создать максимально герметичное соединение используют элементы уплотнения. Толщина стенки трубы для обсадочной колонны варьируется в пределах 0,5-1,6 см. сами трубы классифицируются в зависимости от пределов прочности и текучести.