Как выбрать скважину на воду

Специфические виды скважин на воду

Принятая классификация скважин не включает в себя особые случаи, о которых следует упомянуть:

1. Проходка, обустраиваемая на плавуне, отличается от стандартного бурения постоянным притоком песчано-глинистой суспензии, вымывающей породу и разрушающей стенки шурфа. Глубина скважины, пройденная до встречи с плавуном, может составлять от 1 до 40 метров и оптимальным способом борьбы с подвижкой грунта является, параллельная бурению, установка обсадных труб. Подобные водяные источники подразумевают принцип работы, позволяющий получить существенно больший расход и напор, чем это свойственно для аналогичных шурфов без проходки плавуна.

Водоснабжение через геотермальную и обычную скважину.

1. Геотермальные водяные шурфы бурятся с целью попадания в горячий подземный источник, используемый для оборудования системы автономного отопления с помощью теплового насоса и позволяющий получить значительную экономию за счет отказа от котельного оборудования и использования топлива. Конструкция геотермальной водозаборной проходки подразумевает надежное соединение сегментов, а призабойная зона должна быть залита специальным цементным раствором и глиной, для предотвращения утечек. Принцип работы геотермального шурфа состоит в самопроизвольном подъеме горячего потока к поверхностному тепловому насосу, который производит дополнительный нагрев и распределение теплоносителя между отопительными приборами. Принцип работы водяной геотермальной проходки подразумевает, что устье скважины одновременно является водоводом, подключаемым к тепловому насосу, а охлажденный поток возвращается обратно в слой земной коры для нагрева.

Устройство и схема

На схеме показаны водяные пласты. Верховодка подпитывается осадками и залегает на глубине до 10 метров. Качество воды позволяет сразу ее использовать для питья. Источник с межпластовыми водами делается самостоятельно. Чтобы получить более качественную воду, изготавливается артезианская скважина.

Согласно СНиПам и установленным нормам источник защищается от любого рода загрязнений. От септика расстояние 15 метров. Выгребные ямы минимум за 50 м. От складских помещений, промышленных предприятий более 100 метров. Также учитывается расстояние от соседнего источника, жилых построек, курятников и хлевов.

Абиссинская скважина на воду

Абиссинская скважина на воду является более популярной, чем артезианская. Ее глубина составляет всего 1 — 12 метров. Обустройство абиссинской скважины требует минимальных усилий. Источник предполагает введение в грунт тонкой трубы, известной также под названием «игла», через которую и будет поставляться вода. Максимальная ширина абиссинской скважины не превышает полметра, а значит, как и фильтровую скважину, ее вполне реально установить внутри дома.

Абиссинская скважина на воду требует минимальных затрат, но и качество добываемой воды также не очень высокое. Установка фильтра для такой скважины, как и для скважины «на песок» является обязательным. Провести бурение абиссинской скважины вполне реально ручным способом. Однако эту работу лучше доверить специалистам.

Первоначально вычисляется наиболее приемлемое место для бурения будущего источника. Затем производится углубление небольшого участка. Только после этого можно осуществлять сам процесс бурения. В ходе бурения необходимо постоянно удалять грунтовые элементы — если этого не делать, вся работа может пойти насмарку. Бурение необходимо продолжать, пока не появиться вода. Обустройство самой скважины является завершающим этапом. Для этого потребуются трубы из нержавеющей стали, фильтры и насос.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ФИЛЬТРОВОЙ СКВАЖИНЫ

Прежде чем осуществлять бурение фильтровой скважины, необходимо учесть ее преимущества и недостатки.

Преимущества:

1. Первым и одним из важнейших преимуществ фильтровой скважины является скорость бурения и обустройства. Весь процесс реально осуществить за несколько часов.
2. Стоимость обустройства скважины данного типа невысока, за счет чего ею может обзавестись любой желающий. Доступная цена обусловлена невысоким уровнем ее глубины.
3. Используемая для бурения и обустройства техника не занимает много места, поэтому фильтровую скважину без труда можно пробурить на территории жилого дома, а не рядом с ним.

Недостатки:

1. Срок годности фильтровой скважины гораздо ниже, чем у скважин другого типа.
2. Скважина обеспечивает меньшим объемом воды, чем другие скважины.
3. Чистота и долговечность скважины напрямую зависит от частоты ее использования. Чем чаще она используется, тем дольше она прослужит.
4. Грунтовые условия влияют на качество скважины. Лучше всего, если в воде будет присутствовать гравий в крупных фракциях — он обеспечит меньшую скорость загрязнения фильтров.

Большинство минусов можно решить при соблюдении необходимых правил. Поэтому фильтровая скважина является отличным решением для людей, которым подойдет вода любого качества.

Самая распространённая классификация скважин

Если учитывать направление, назначение и глубину бурения, а также виды проходимых пород, можно выделить следующие типы скважин на воду:

• Абиссинский колодец
• Скважина на песок;
• Артезианская скважина (на известняк):
• Промышленная скважина.

Рассмотрим их более подробно.

Песчаная

Схема устройства песчаной скважины

Это самый популярный источник питьевой воды. Бурение её производится шнековым методом, в результате чего открывается верхний водоносный пласт, который обычно залегает на глубине 20-30 метров.

Какой должна быть песчаная скважина? Это труба, зачастую с диаметром в 10 см. На её конце (в крупнозернистом песке) монтируется фильтр в виде перфорационной трубки с латунной либо стальной обмоткой. Подобное обустройство способствует добыванию за час до 1 м3 – оптимальные объёмы водоснабжения для дачи.

Песчаные «колодцы» обладают следующей конструкцией:

• Специальный гусак возле устья;
• Кессон;
• Грунт насосный;
• Глина (посредине слоя располагается зеркало воды);
• Песок (между песком и глиной устанавливают фильтр):
• Ещё один слой глины (водоупорное дно).

Глубина песчаных источников, зачастую, находится в пределах 10-50 метров. Они обладают следующими положительными качествами:

• Минимальные сроки бурения. Как правило, уже после двух дней можно приступать к обустройству водопровода.
• Простота эксплуатации и достойное качество воды.
• Небольшой уровень затрат на организацию (к примеру, если сравнить с артезианской скважиной).
• Отсутствие необходимости получения каких-либо особых разрешений.

Тем не менее, песчаная скважина имеет и некоторые недостатки:

• Средние сроки эксплуатации – 5-7 лет, срок службы с непрерывным использованием редко превышает 15-летний рубеж.
• Угроза загрязнений в случае близкого расположения канализации.
• Эксплуатация зависит от погодных условий, поскольку не исключено возможное загрязнение осадочными и грунтовыми водами.
• Частое заиливание. Требует применения мощных фильтров и частой чистки системы.

Абиссинский колодец

Пример устройства абиссинского колодца

Речь идёт о сооружении, которое защищает источник от верхних вод и загрязнений в виде пыли, грязи и различного мусора. Абиссинский колодец позволяет добывать мягкую воду, не обогащённую повышенным количеством солей и минералов. Данный колодец создают из скважины на песок, углубляя её на 15-30 м, путём применения шнекового способа. Срок службы при постоянной эксплуатации – около 15 лет.

Артезианская

Схема устройства ствола артезианской скважины

Характерная черта артезианской скважины – её большая глубина. Определить данный показатель поможет слой известняка, в который и должна проникнуть обсадная колонна. Известняк с пористой структурой – фильтр природного происхождения, который ликвидирует многие химические элементы и болезнетворные бактерии. Чем выше глубина залегания породы, тем больше в воде будет минеральных солей.

Глубинные источники имеют максимальное количество положительных отзывов благодаря своим положительным характеристикам:

• Длительная эксплуатация (как правило, от 30 до 50 лет).
• Высокая производительность. Водоотдача может достигать 4 м3/час.
• Отличное функционирование не зависимо от погодных условий.
• Более того, артезианские источники не заиливаются.

Артезианскую скважину можно легко определить по её специфическому строению:

На половине первого участка расположено «зеркало» — статический уровень воды

• Характерное колебание ширины по всей длине скважины. По достижении известнякового слоя диаметр равняется 13,3 см, следующий участок имеет показатель – 11,4 см, а самый последний сегмент (уровень фильтрового отстойника) – 9,3 см.
• По первому участку устанавливают металлическую обсадную колонну. Она защищает стены от осыпания, исключает попадание в источник грунтовых вод и мусора.
• На половине первого участка расположено «зеркало» — статический уровень воды.
• Известняк находится после слоев песка и глины. Там же начинается второй сегмент. Он защищён перфорированным волокном.
• В известняке расположен водоносный слой, который и поставляет питьевую воду.
• На последней части (фильтровом отстойнике) полностью отсутствует защита.

Промышленная

Скважины промышленного типа имеют высокую отдачу (не менее 100 м3/час). Используют их для водоснабжения больших предприятий и различных комплексов. В структуре присутствует несколько обсадных колонн, диаметром не менее 21,9 см. Глубина источника – 300-1000 метров, но её значение может быть и выше. Длительность бурения – до 15 дней.

Виды нефтяных скважин. Классификация нефтяных скважин:

На выбор вида скважины, в первую очередь, влияют геологические условия, в которых расположен продуктивный пласт. Так, для разработки нефтяных месторождений используются типы выработок, различаемые по углу отклонения ствола от его вертикальной оси:

– вертикальные нефтяные скважины – не более 5 градусов;

– наклонно-направленные нефтяные скважины – превышающего 5 градусов;

– горизонтальные нефтяные скважины – составляющем около 90 градусов.

Горизонтальные нефтяные скважины имеют свои особенности. Так, строго горизонтального положения у подобных выработок не существует, т.к. пробурить прямую на пластах, залегающих под разными уклонами, просто невозможно. Хотя данное определение не совсем точно с научной точки зрения (не представляет собой строгую прямую линию), оно наиболее подходит к подобному типу разработки.

Так, намного проще и удобнее, а также эффективнее, проводить бурение вдоль траектории залегая нефтяного пласта. В связи с этим напрашивается более обширное определение: горизонтальная нефтяная скважина – это конструкция в виде протяженного ствола, бурение которого проводится по определенному азимуту. Последний рассчитывается исходя из направления целевого пласта, учитывая максимальное приближение к его залеганию.

Еще один тип скважин – многоствольные и многозабойные нефтяные скважины. К ним относят выработки, имеющие два и более стволов, т.е. ответвления от основного. В случае, когда «рукав» располагается выше продуктивного пласта, тип выработки носит название многоствольного (имеет несколько точек пробития пласта). Если же ответвления расположены в самом пласте, скважина считается многозабойной (пробитий несколько, но в одной точке).

Самый редкий тип скважины – кустовой. В этом случае устья стволов расположены на земле максимально близко друг к другу, а их стволы расходятся под землей под разными углами. Как результат – устья оказываются на разном расстоянии друг от друга, что в схематическом виде представляет собой перевернутый вверх ногами куст.

Скважины, которые бурят с целью извлечения нефти – они также называются эксплуатационные нефтяные скважины – делят на следующие категории:

– добывающие нефтяные скважины – предназначены для добычи нефти, попутного нефтяного газа или газового конденсата,

– нагнетательные нефтяные скважины – предназначены для закачки (нагнетания) в пласты воды (сжатого газа, воздуха и пр.).

Кроме основной классификации скважин (добывающие и нагнетательные нефтяные скважины), основа которых – прямое назначение выработки (она приведена выше), существует дополнительная. Так, для поиска, разведки и добычи «черного золота» используют скважины:

– опорные скважины – служат для изучения состава пластов, возраста залегающей породы;

– параметрические скважины – их закладка необходима для расчета перспективности района в плане его нефтеносности, уточнения геологических особенностей грунта;

– структурные скважины – сооружаются для определения перспективных площадей, их непосредственной подготовки к разработке и добыче;

– поисковые скважины – необходимы для обнаружения новых залежей полезных ископаемых;

– разведочные скважины – помогают изучить размеры и строение продуктивных пластов, оценить запасы залежей, получить данные для проектирования будущей эксплуатационной скважины;

– наблюдательные скважины – позволяют контролировать проведение разработки;

– дублирующие скважины – их использование начинается при прекращении работ на основном стволе (износ, авария и прочее);

– специальные (водозаборные, поглощающие и прочие) скважины – необходимы для сброса промысловых вод или добычи технических, ликвидации открытых фонтанов и прочего.

Все эти виды с успехом используются в нефтедобывающей отрасли.

Устройство нефтяной скважины:

Отличительной особенностью нефтяной скважины считается соотношение ее длины и диаметра – первый параметр всегда в несколько раз больше. Так, длина – это расстояние от расположенного на земле устья до забоя (нижней части), измеряемая по оси ствола. Глубина нефтяной скважины – это проекция длины ствола на вертикальную ось. Если разработка проводится вертикально, эти показатели идентичны, в остальных случаях (наклонные, искривленные скважины) они отличаются друг от друга.

Первым этапом добычи нефти считается проектирование будущей нефтяной скважины. Разработка конструкция выполняется с учетом таких требований:

– возможность получения свободного доступа к нижней части ствола всех необходимых геофизических приборов, оборудования;

– прочное крепление стенок ствола, исключающее его обрушение;

– качественное разделение проходимых пластов, исключение возможных перетеканий ископаемого и водных горизонтов из пласта в пласт;

– наличие возможности герметизации устья.

Для пород, легко поддающихся разрушению водой, где чаще всего и залегает нефть, требуется дополнительное укрепление стволов. В этом случае схема будущей нефтяной скважины слегка меняется: рядом со стволом добавляются колонны обсадных труб, расположенных концентрически, т.е. их размеры могут быть разными, но с единым центром.

Строительство – бурение нефтяной скважины происходит поэтапно:

1. Бурение шурфа. Пробивают колодец до начала устойчивых горных пород, в среднем это 4-8 м. В него устанавливают трубу и укрепляют ее при помощи бутовых камней, залитыми бетонным раствором, которыми заполняют пространство между внешней стороной трубы и грунтом. Так образуется направление.
2. Создание кондуктора. Представляет собой участок из обсадных труб, которыми укрепляется следующая часть скважины – новый, более глубокой, но менее широкий шурф. Длина его колеблется в пределах от 50 до 400 м, а диаметр составляет не более 90 см. Как и в первом случае, пространство вокруг заливают цементом для большей устойчивости. Установка кондуктора позволяет перекрыть водоносные горизонты и мягкие виды горных пород, чье наличие осложняет процесс добычи.
3. Установка промежуточной колонны обсадных труб. Ее создают в ситуациях, когда нет возможности сразу пробурить скважину до нефтесодержащих пластов: имеются сложные горизонты или продуктивные пласты, которые на данном этапе добычи не планируются для разработки. Установка промежуточной колонны проводится по аналогии с кондуктором, при необходимости (слишком глубокое залегание породы) их может быть несколько.
4. Установка эксплуатационной колонны. Это последняя в этапе бурения колонна обсадных труб. Ее задача – перекрыть продуктивный пласт и обеспечить поступление «черного золота» в эксплуатационную трубу. Пространство вокруг нее также подлежит цементированию (бетонное кольцо), т.к. это позволяет избежать утечки нефти в другие пласты и предотвратить возможное проникновение воды в непосредственно продуктивный пласт.

После создания конструкции скважины проводится непосредственно вскрытие пласта для извлечения из него полезного ископаемого. Практически в 90 % случаев это проводится бурением до подошвы продуктивного пласта. После в нижней части эксплуатационной колонны и бетонном кольце вокруг него пробивается несколько отверстий, через которые в скважину поступит нефть. Для этого используют специальные аппараты-перфораторы.

В оставшихся 10 % случаев разрабатываемая порода представлена плотным слоем и укрепление призабойной зоны цементом не требуется. Возможен другой вариант –  не опускать эксплуатационную колонну до подошвы пласта, достаточно сделать это до ее кровли. Такой метод называется открытым забоем.

Разработка нефтяных скважин. Этапы разработки нефтяной скважины:

Разработка нефтяного месторождения – длительный и сложный процесс. Прежде чем начать работы по бурению скважины, проводится тщательная подготовительная работа, включающая в себя несколько этапов: разведка, необходимая для оценки перспективности разработки, оценка технических параметров планируемой скважины, определение размеров забоя и прочее.  При составлении проектной документации учитывается количество всех объектов, подлежащих разработке, последовательность, в которой будет проводится добыча, определяются методы бурения, позволяющие провести максимально эффективное освоение выбранного горизонта.

Сама же скважина разрабатывается в такой последовательности:

1. освоение нефтяной скважины. На этом этапе происходит наиболее интенсивная добыча «черного золота». Давление в пласте снижено до минимального, обводненность тоже имеет самые низкие показатели. По мере необходимости количество скважин увеличивается, коэффициент же нефтеотдачи сохраняется в пределах 10 %. В среднем освоение скважины длится около 5 лет.
2. обеспечение необходимого уровня добычи нефтяной скважины. Достигается поддержанием данного параметра в пределах от 3 до 17 % (показатель рассчитывается индивидуально для каждого конкретного пласта и зависит от вязкости полезного ископаемого). Продолжительность этапа колеблется от года до семи лет, количество скважин постепенно увеличивается за счет использования резервов, при этом истощенные выработки закрываются. Последнее обусловлено увеличением обводненности – она увеличивается до 65 %, повышается и нефтеотдача, в среднем до 30-50 %.
3. снижение добычи нефтяной скважины. Нефтеотдача снова падает до показателей, не превышающих 10 %. Число резервных скважин стремится к нулю, обводненность нефти повышается до 85 %. Этап снижения – наиболее сложный при разработке скважины, т.к. требует снижения скорости откачки полезного ископаемого. В среднем продолжительность этапа составляет 3 года, а выработка перспективного слоя за это время может достигнуть 90 %.
4. завершающий этап разработки нефтяной скважины. Отбор полезного ископаемого не превышает 1 %, обводненность достигает 98 %. Добыча нефти прекращается, а сами скважины закрываются. Завершающий этап наиболее длительный, т.к. рентабельность выработки сохраняется даже с такими низкими добывающими показателями, а это легко может продлить его на пару десятков лет.

Роторное бурение

Буровое долото

Для бурения таким способом используется непрерывно вращающееся долото и глинистый промывочный раствор. Долото разбивает породы, в том числе и скальные, на мелкие фрагменты, а раствор выносит эти куски грунта на поверхность.

Чтобы бурение было эффективным, требуется грязевой насос. Он будет перекачивать глинистый раствор и обеспечит его непрерывное поступление.

При роторном бурении может применяться обратная промывка. Она позволяет ускорять процесс. Водоносный пласт достигается гораздо быстрее и качественнее. При обратной промывке раствор подается в затрубное пространство, а возвращается по трубе.

У метода роторного бурения имеется несколько преимуществ. Помимо того, что этим способом можно бурить скальные породы, следует отметить более высокую скорость прохождения. Несколько ниже стоимость работ.

Среди недостатков метода отмечают сложности работы в холодное время года. Требуется утепление системы циркуляции промывочной жидкости. Пробу с водоносного слоя можно снять только после обсадки и пуска скважины. Известковые пласты загрязняются глиной и водой раствора.

Вращательный способ бурения нефтяных скважин:

Вращательный способ бурения нефтяных скважин также основан на применении долота, но иным методом. Устройство углубляется в горные пласты, испытывая одновременно два вида воздействия: вертикальную нагрузку и крутящий момент. Таким образом, долото прорывает породу, измельчает ее методом дробления, истирания.

В свою очередь вращательный способ имеет две разновидности, которые обусловлены расположением силового агрегата на устройстве:

– роторный – двигатель расположен на поверхности земли, передача крутящего момента долоту производится посредством колонн буровых труб;

– забойный – двигатель устанавливается сразу за долотом, чем и обеспечивает исключительно его движение, без участия буровой колонны.

В России бурение нефтяных скважин производится преимущественно вращательным методом.

Что такое скважина в нефтяной промышленности?

Помимо скважины,  есть еще такие горные выработки, как колодец и шахта. В чем их отличие от рассматриваемого нами определения?  На само деле, все довольно просто. В шахту или колодец человек может попасть, а в скважину – нет. Таким образом, дополнительное определение этого сооружения таково – горная выработка, схема и форма которой исключает доступ в неё человека.

Всем известно, что скважины делают при помощи бурения. Однако сказать, что их просто бурят было бы неверно. Эти капитальные сооружения, сложные в своем строении,  под землей скорее строят, в связи с чем  они относятся к основным средствам организации,  а затраты на их бурение и обустройство являются  капитальными вложениями.

Разведочная шахта

Этот тип скважины отличается меньшим диаметром, бурение обычно проводят самым быстрым и малозатратным вращательным методом, или шнековым (если глубина скважины менее 50м). Если шахта предполагается глубокой, используют колонковый метод.С помощью разведочной скважины проводятся следующие операции:

• производится замер глубины залегания водоносного горизонта
• берут пробы грунта из водоносного слоя для определения его водоемкости, уровня качества воды
• берут пробы грунта из водоупорного слоя, чтобы узнать степень его надежности, определить возможность проседания выработки или ее засыпания

Разновидности водяных скважин

В зависимости от глубины водоносного слоя, к которому бурится скважина, и особенностей ее устройства, различают три основных вида сооружений:

• абиссинская скважина (своими руками ее сделать проще всего за счет относительно малой глубины);
• песчаная;
• артезианская.

Выбор вида сооружения зависит от:

• особенностей местности, в том числе разведанной глубины грунтовых вод, характера грунтов;
• рельефа и застроенности участка – при плотной застройке или малых габаритах усадьбы использование тяжелой бурильной техники невозможно или сильно затруднено;
• бюджета строительства.

Основными характеристиками скважины считаются (и указываются в ее техническом паспорте при обустройстве специальными организациями):

• уровень залегания водоносного слоя;
• непосредственная глубина скважины (не обязательно совпадает с глубиной бурения);
• условный диаметр сооружения (определяется по обсадным трубам);
• данные по геологическому разрезу;
• уровни водоносного горизонта (статический и динамический);
• дебит скважины.

Дополнительно желательно знать требуемые характеристики насосного оборудования.

Геологическим разрезом в данном случае называется поперечный (по отношению к поверхности земли) разрез поверхностных пластов осадочных пород с указанием глубины залегания водопроницаемых и водонепроницаемых слоев, горизонтов подземных вод. На основании данных геологического разреза указываются уровни залегания водоносных слоев.

Статический и динамический уровень водоносного горизонта определяются по результатам бурения. Первый – до начала откачки воды, второй – в процессе активного использования.

Для нормальной работы насосного оборудования насос заглубляют ниже динамического уровня на 5…10 м. Это дает его постоянное погружение даже при оскудевании водоносного слоя и усиленного использования водных ресурсов потребителями.

Под дебитом (производительностью) скважины понимают количество воды, подаваемой ей за единицу времени. Чаще всего измеряют дебит в метрах кубических в час (реже в минуту), литрах в час, литрах в минуту. Расчет производительности проводится специалистами, однако примерные вычисления для вертикальной или наклонной скважины может сделать и любитель.

При бурении скважины своими руками технический паспорт обычно не составляется, хотя это неверно. Записи о том, какими были на момент начала эксплуатации уровень водоносного слоя, производительность и количество включений в воде, помогут определить причину и характер проблем при дальнейшем использовании.

Интересный факт

Самой глубокой в мире скважиной является Кольская сверхглубокая (СГ-3). Её глубина – 12 262 метра.  Её пробурили в Мурманской области для изучения глубинного строения Земли.

Список используемой литературы:

• Нефть и Нефтепродукты — Википедия
• Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
• Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
• Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
• Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
• Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.