Бурение на воду
Бурение на воду применялось еще в древнем Египте и Китае. Первая известная скважина на европейском континенте была пробурена на юге Франции в 1126 г. в регионе Артуа (Artesium – лат.). Отсюда и появился современный термин, обозначающий самоизливающиеся водозаборные скважины, - артезианские скважины (колодцы).
В России с 30-х годов XIX века также начали бурение артезианских скважин для обеспечения водой губернских и уездных городов, и предприятий промышленности. К примеру, в 1876 г. такая скважина впервые пробурена в Москве по Яузскому бульвару.
В Париже в 1839 г. артезианская скважина была заложена уже в глубину на 548 м, и стал доступен водоносный пласт, вода из которого била фонтаном высотой в 33 метров.
В советское время новые методы разведочного бурения получили особенно активное развитие в 1921 году на скважине №1 на железные руды недалеко от г. Щигры. Эту скважину до глубины 165 м бурили ударно-канатным способом, а затем - алмазными коронками 36 мм в диаметре с использованием собранного в г. Екатеринбурге шведского устройства «Крелиус АВ».
Виды технологий бурения на воду
В настоящее время существуют следующие способы бурения на воду:
1. ударно-канатный
2. канатно-вращательный
3. гидравлический
4. вращательно-шнековый
5. ударно-поворотный (перфораторный)
6. экскаваторный или ручная копка
В основе технологии ударно-канатного бурения заложены возвратно-поступательные движения бурового патрона. Для удаления породы из забоя применяется вода. Шлам поднимают из скважины с использованием желонки. Данный способ позволяет проделывать скважины в глубину на 300 метров и от 100 до 460 мм в диаметре. Главным преимуществом этой технологии является то, что она применима во всех типах формаций.
При канатно-вращательном бурении применяется комбинация, где вращающийся бур и циркуляционная система воды извлекают шлам. Канатно-вращательный метод используется для получения скважин в глубину до 300 метров и от 80 до 600 мм диаметром. Главный плюс этого способа - возможность проведения бурильных работ в рыхлом грунте. К недостатку этой технологии надо отнести то, что она не приемлема для применения в горных породах - известняковых, базальтовых и т.п.
В основе метода гидравлического бурения заложено действие сильного потока воды для проделывания скважины и дальнейшей ее очистки от отработанной породы. Здесь используется такое же буровое оборудование, как и при канатно-вращательной технологии. Гидравлическое бурение применяется только на рыхлых породах и лучше всего пробуриваются скважины диаметром 100 мм.
Вращательно-шнековая технология бурения. Здесь в грунт входит шнековый бур или ручным способом, или при помощи привода. Подобный метод используется только на глинистых почвах, так как при этом стенки скважины не рушатся до вставки обсадных труб. Скважины, сделанные таким способом, могут быть от 50 до 760 мм диаметром и в глубину на 5-6 метров при использовании ручного бурения, и до 40 метров в глубину при применении машинного бурения. Скважины, полученные по этой технологии, могут быть легко заражены, в связи с этим, не рекомендовано их использование в качестве источников питьевой воды.
Ударно-поворотная (перфораторная) технология бурения. При этом методе используется специальный наконечник на обсадной трубе со скважинным фильтром, установленным на обсадную колонну, составленную из нескольких коротких труб. Наконечник «загоняется» в грунт ручным способом или приводом. В глубину скважина может быть 10 метров при ручном способе бурения и 15 метров с машинным бурением. Диаметр скважины варьирует от 30 до 300 мм. Преимуществом этого способа является то, что в благоприятных формациях это самый быстрый, простой и дешевый метод бурения. Недостатком является - технология неприменима на твердых горных породах (скалистых, каменистых почв, сцементированного окаменевшего песчаника, глинистых грунтов и известняка); скважины не подлежат цементированию, так как увеличивается риск попадания в воду вредных веществ.
Копка скважины. Скважину-колодец копают вручную, экскаватором или ямобуром. Скважину укрепляют, при этом крепления часто устанавливаются во время копки. Для укрепления используют в основном кирпич, камень, бетон или железобетонные трубы. Подобная обсадная колонна не должна пропускать в скважину сточные и зараженные воды. Скважину-колодец не копают в условиях плотной горной породы.
Бурение на воду в Московской области
В Московской области скважины на воду бывают, главным образом, двух разновидностей: фильтровые (песчаные) в глубину на 35 м, и артезианские (известняковые) в глубину до 200 м.
Фильтровая скважина бурится до первого водоносного слоя, располагающегося в песчаном грунте на глубине от 15 до 30 м. Используются обсадные трубы 127-133 мм в диаметре, для фильтрации применяется сетчатый фильтр, изготовленный галунным плетением. Дебит подобной скважины бывает от 1 м3 в час. Работы осуществляются шнековым буром и занимают от 1 до 2 рабочих дней.
Однако необходимо помнить, что из-за процесса заиливания такие скважины обладают ограниченным сроком эксплуатации, напрямую зависящим от объема водоносного горизонта и интенсивности эксплуатации – при интенсивном использовании скважина служит дольше. Средний срок эксплуатации равен 5-8 лет, однако, бывает, достигает 15 лет. Заилившуюся фильтровую скважину можно очистить, но для этого необходимо специализированное оборудование и индивидуальный подход. Обычно, реставрация песчаных скважин нерентабельна и по затратам близка к установке новой скважины.
Артезианскую скважину бурят до достижения известнякового водоносного слоя. В ареале Московской области известняковый слой располагается неравномерно по глубине – порядка 20 м на юге и 200 м на севере региона. Колонна обсадных труб скважины имеет диаметр 127-219 мм, в такой скважине фильтрация происходит посредством самой водоносный породы (известняк), поэтому заиливанию эти скважины не подвергаются. Дебит артезианской скважины в пределах 5 - 25 м3 в час. Разработка скважины осуществляется посредством передвижных буровых установовок на базе грузовых автомашин КАМАЗ, ЗИЛ, МАЗ, УРАЛ, и занимает от 1 до 5 дней, на что влияют порода и глубина залежи воды.
Бурение артезианской скважины – это дорогостоящий и сложный процесс, предназначенный для бесперебойного (чего нельзя сказать о фильтровых скважинах) обеспечения водой до 80 домов (скважина, к примеру, 150 мм в диаметре уже является промышленной. Однако эксплуатационный срок артезианской скважины 50 лет.
По назначению скважины бывают также для индивидуального, коллективного и промышленного пользования.
Технология бурения на воду в Московской области
Непосредственно бурение на воду производится шарошечными долотами различного диаметра. Удаление выделанных пород осуществляется с использованием промывочных растворов, подаваемых посредством буровой штанги – вследствие этого, рекомендуется территорию, прилегающую непосредственно к рабочей площадке, прикрыть полиэтиленовой пленкой.
Под поверхностными песчано-глинистыми слоями располагаются монолитные известковые пласты, в которых и находится водоносный артезианский горизонт. После того, как буровая установка проходит верхний слой, на известняк опускают колонну обсадных труб, которая перекрывает попадание в скважину грунтовых и поверхностных вод, после этого продолжают бурение буром меньшего диаметра до водоносного слоя, из которого вода поднимается в обсадной трубе до статического уровня.
Главной сложностью при бурении на воду является герметическое отделение водоносного слоя от загрязненных верхних пластов воды. Неточность и неаккуратность в выполняемом технологическом процессе могут не только понизить качество воды, уменьшить срок эксплуатации полученной скважины, но и привести к загрязнению самого водоносного горизонта. Поэтому, при выборе компании, осуществляющей все работы по бурению на воду, необходимо проявлять взвешенный подход.
