Устройство скважины.

Скважина представляет собой вертикальное отверстие в грун­те, имеющее малый диаметр и значительную глубину. Она предназначена для отбора подземных вод, находящихся в песках, известняках и других породах. Глубина скважины зависит от глубины залегания водоносного слоя, а ее диа­метр — от нужного количества воды и типа насоса, который должен обеспечить необходи­мый напор. Для строительства скважины необходимо знание глубины расположения различ­ных водоносных пластов и ти­пов грунтов, под которыми они залегают. Эти сведения можно получить путем пробного бу­рения или в территориальной геологической организации. Информацию о водяных пластах могут дать и местные владель­цы колодцев и скважин. Чтобы оценить качество воды, у них можно взять пробы для последу­ющего химического анализа. Та­ким образом, на начальном эта­пе необходимо получить данные о глубине залегания водоносных пластов и качестве воды. Эта информация очень значима для выбора конструкции скважины. Нельзя при этом ориентировать­ся только на стоимость, ведь качество воды — это здоровье, а долговечность скважины — реальная экономия.

Мелкие скважины, берущие веду из поверхностных песчаных сло­ев, насыщенных водой и распо­ложенных на глубине 15—30 м, не могут обеспечить качествен­ной водой в нужном количестве. Их дебита (до 1—1,5 м³/ч) хвата­ет лишь для снабжения неболь­шого дома, огорода или дачного участка. Для более серьезных задач нужна и более глубокая скважина, которая доходит до мощных водоносных пластов, раположенных между естествен­ными фильтрами. Наиболее глубокими являются артезианские скважины, отби­рающие воду из водоносных слоев, залегающих на глубине свыше 100 м. Такие водонос­ные пласты располагаются между двумя водонепроницае­мыми слоями из горных пород или водоупорной глины, что препятствует проникновению поверхностных вод.

Для устройства скважин ис­пользуются буровые установ­ки роторного типа, способные проникать на глубину до 300 м. Вращающаяся головка обору­дования разбивает грунт, пе­сок, глину и твердые породы на мелкие части, которые выно­сятся на поверхность буровым раствором. Существуют также малогабаритные установки, ко­торым не требуются подъезд­ные пути. Они переносятся в разобранном виде и устанав­ливаются в удобной точке при­усадебного или садово-дачного участка. Сегодня существует множество специализиро­ванных предприятий, выпол­няющих бурение скважин и установку соответствующего оборудования, которое вполне удовлетворяет потребностям водоснабжения современного дома. Кроме того, рынок пред­лагает широкий ассортимент глубинных насосов и дополни­тельного оборудования.

Кристально чистая артезианская вода в наибольшей степени подходит и для питья, и для приготовления пищи, и для других бытовых нужд. Прошедшая через природные фильтры (слои извест­няка, глины и песка) артезианская вода отличается оптимальным минералогическим составом, приятным вкусом, абсолютным отсутствием механических примесей и химических загрязнений. Артезианская скважина может служить более пятидесяти лет. Срок эксплуатации зависит от мощности водоносного пласта.

Процесс сооружения скважины включает в себя бурение ствола скважины, установи обсадной трубы с фильтром, прокачку и уста­новку глубинного насоса. Скважины бурят обычно на глубину 30 м и более. Делается это для проникновения во второй или третий водоносные слои с наиболее качественной и чистой водой. Конструкция скважины может включать в себя одну, две и более колонн.

При устройстве скважин используются об­садные трубы из различных материалов. Они могут быть стальными или пластиковы­ми. Их применение определяется диаметром скважины, ее глубиной, структурой грунтов, через которые она проходит, а также тех­нологией бурения. Принятие правильного решения может осложниться тем, что бу­рильщики, как правило, навязывают свое решение, удобное для них. И здесь, конечно, пригодится собранная ранее информация о глубине залегания водоносных пластов и типах грунтов.

Обсадной называется труба, которая техно­логически после бурения скважины заданной глубины образует внешние стенки скважи­ны. При способе бурения в одну колонну обсадная труба одновременно является и эксплуатационной — то есть в нее набирает­ся из водоносного горизонта вода, которую впоследствии поднимает на поверхность насос. При такой конструкции существует большая вероятность попадания в водозабор­ный пласт поверхностных вод с вредными и даже ядовитыми примесями по затрубному пространству.

Устройство скважины в несколько колонн {их может быть и больше двух) необходимо для надежной изоляции водоносных пластов друг от друга и предотвращения их загрязнения водами вышележащих пластов. В правильно устроенной скважине обсадных колонн должно быть ровно столько, сколько водоносных пластов прохо­дит на пути к выбранному слою. Этого требуют и нормативные документы. Но на практике в большинстве случаев применяют не более двух колонн.

Скважина в две колонны имеет не одну, а две трубы, которые вставляются одна в другую. Внешняя труба называется обсадной. Она должна входить в водоупорный слой, лежа­щий над нужным водоносным пластом. Про­странство вокруг обсадной трубы заполняют бетоном или глиной. Внутренняя, эксплу­атационная, труба вставляется в обсадную трубу и проходит через водоносный пласт, откуда и осуществляется забор воды. Именно в эту трубу в будущем опускают погружной насос. Такая скважина значительно дороже, но ее конструкция предотвращает попадание в систему воды из верхних загрязненных во­доносных пластов.

Обсадная труба должна отвечать следующим требованиям:
- сохранять целостность и герметичность на протяжении всего срока службы скважины (30-50 лет);
- выдерживать давление подвижных грунтов, сохраняя при этом свою геометрию;
- если обсадная труба скважины одновременно является и экс­плуатационной, ее материал не должен существенным образом влиять на химический состав воды;
- диаметр обсадной трубы должен быть больше диаметра погружного насоса не менее чем на 2—3 см.

Классическим и самым на­дежным решением является применение труб из черной стали. Этот материал хорошо известен и проверен време­нем, оказывает незначитель­ное влияние на состав воды. При толщине стенки в 6 мм такая труба может сохранять целостность не менее 50 лет. Она хорошо выдерживает лю­бые подвижки грунтов и не добавляет в веду ничего кроме незначительного количества ржавчины, которая легко уда­ляется простыми фильтрами. Кроме того, стальная обсадная труба позволяет выполнить очистку скважины в случае ее заиливания в процессе экс­плуатации. Основным недо­статком стальных труб явля­ется их сравнительно высокая стоимость. Стальные отрезки труб диаме­тром более 100 мм и длиной от 3 до 12 м, как правило, соединяются между собой на резьбах, а иногда сваркой.

Трубы из пластика — срав­нительно недавнее изобре­тение. Они не подвержены коррозии и не добавляют в воду практически ничего лишнего. В качестве обсад­ных и эксплуатационных труб для скважин на воду ис­пользуют пластиковые трубы из непластифицированного поливинилхлорида (нПВХ), трубы из полиэтилена низ­кого давления (ПНД) и тру­бы из полипропилена (ПП). Преимуществами всех типов пластиковых труб являются более низкая цена, более вы­сокая герметичность соеди­нений, а также существенно меньший вес. Недостатками пластиковых труб считаются более низкая прочность и чув­ствительность к механическо­му воздействию. Поэтому их применяют преимущественно в качестве эксплуатационной трубы при бурении в две ко­лонны. В этом случае обсадная труба должна быть стальной. В качестве обсадных колонн пластиковые трубы могут использоваться в неглубоких скважинах (до 30 м) и только при условии отсутствия насы­щенных верхних водоносных горизонтов и подвижных сло­ев грунта (плывунов) на всей глубине бурения.

Фильтры.

Большая часть скважин позво­ляет добывать воду из галеч­ных, песчаных и других рых­лых пластов. Особую роль в работе такой скважины играет фильтр, ведь вода, которая по­ступает в эксплуатационную колонну, всегда содержит раз­личные механические включе­ния. А их количество и размер оценить практически невоз­можно. Если этим примесям не поставить заслон на входе в трубу при помощи фильтра, то со временем ствол заполнит­ся осадками настолько, что в него вообще перестанет посту­пать вода. Кроме того, боль­шинство погружных насосов просто не предназначены для прокачки воды с механически­ми примесями и без фильтра быстро выходят из строя. По­нятно, что на фильтре нельзя экономить, т. к. срок службы фильтра, по сути, определяет и время эксплуатации всей скважины в целом.

Скважины с песчаными водо­носными пластами являются наиболее распространенными. Они значительно проще и де­шевле, чем артезианские, но требуют специальных сетчатых фильтров. Конструкция фильтра оказывает значительное влияние на качество и количе­ство поступающей в водопро­вод воды. Поэтому к выбору этого элемента необходимо подходить крайне ответствен­но. В первую очередь необхо­димо учитывать, что фильтр, как и эксплуатационная тру­ба, обычно является незаме­няемым элементом скважины, потому должен быть рассчитан на весь срок ее службы (30—50 лет). Выбирать конструкцию фильтра необходимо в соот­ветствии с геологическими ха­рактеристиками водоносного пласта, из которого планиру­ется брать воду.

В большинстве случаев кон­струкция фильтра включает в себя перфорированную ос­нову, проволочный каркас и фильтрующую сетку. Фильтры для песчаных скважин рекомендуется обсыпать мел­ким гравием, который задер­жит большую часть механиче­ских примесей еще на подходе к перфорированной трубе.

Наиболее прочным и долго­вечным материалом для филь­тра является нержавеющая сталь. Если же эксплуатаци­онная колонна выполнена из пластиковых труб, то, соответ­ственно, и перфорированная основа должна быть пластиковой (с нержавеющей филь­трующей сеткой). Связано это с тем, что трубы из разных материалов практически не­возможно герметично соеди­нить между собой. А потеря герметичности трубы, это, по сути, потеря всей скважины.

В артезианских скважинах вместо фильтра, как правило, используется участок трубы с крупной перфорацией, а ниж­ний торец вообще оставляют открытым. Связано это с тем, что вода в таких скважинах находится под давлением и поднимается в эксплуатаци­онной трубе на значительную высоту. Поэтому погружной насос тоже расположен го­раздо выше точки водозабо­ра. Тонкая очистка воды не требуется и в скважинах с га­лечным или известняковым водоносным пластом. Мелкие примеси в них практически отсутствуют. Фильтром в та­ком случае может служить нижний участок эксплуата­ционной трубы с множеством отверстий небольшого диа­метра. Такой конструкции вполне достаточно для долгой службы скважины.

В качестве фильтрующего элемента, как правило, ис­пользуются проволочные сетки различного плетения из нержавеющей стали. Филь­тром могут служить также конструкции из нержавею­щей проволоки диаметром 3—4 мм или специальной нержавеющей проволоки кли­новидного сечения.

Существует множество конструкций фильтров, и каждая из них имеет свои достоинства и недо­статки. К выбору типа фильтра нужно отнестись с полной ответственностью. Показателем качества в определенной мере может служить цена, поэтому не стоит гнаться за дешевизной.

Погружные насосы.

Погружной (глубинный, сква­жинный) насос служит для по­дачи воды из скважины в дом. По принципу действия по­гружные насосы для скважин относятся к центробежным. Такие насосы используются для большинства скважин. Они надежны и универсальны в использовании, имеют высо­кую производительность, дли­тельный срок эксплуатации, а также доступны по цене. Воду из скважины данные устрой­ства поднимают за счет цен­тробежной силы (отсюда и название), которую создает рабочий вал с лопастями.

В их конструкции учтены все сложности работы на боль­ших глубинах. Это и цель­нометаллический корпус повышенной прочности, и крыльчатки из термостойко­го пластика, и высокая мощ­ность двигателя, необходимая для подъема воды с большой глубины, и др.

Погружной насос опускается в скважину на стальном тро­се и соединяется с системой водоснабжения специальным гибким шлангом. Именно гибкий шланг можно без труда монтировать или де­монтировать (при замене). Разные модели насосов име­ют различные технические характеристики. Самыми важными из них являются производительность (объем воды, перекачиваемый за единицу времени) и мак­симальная высота подъема воды. Именно эти параметры нужно в первую очередь учи­тывать при выборе насоса.

При выборе насоса следует помнить, что вода должна по­ступать по трубам не только в требуемом количестве, но и под определенным давлением. Поскольку она поднимается из- под земли, а расходуется и для полива, и на всех этажах дома, насос должен создавать соот­ветствующее давление во всех участках системы водоснабже­ния. Для нормальной работы всего водопровода требует­ся давление в системе около 2 бар, а для гидромассажных приборов (душ или ванна джа­кузи) — около 4 бар. Один бар приблизительно равен одной атмосфере. Поэтому тип насоса и его производительность опре­деляются по глубине скважины, необходимому давлению в си­стеме, а также ориентировоч­ному суточному расходу веды в самый напряженный (летний) период.

Для определения необходимой высоты подъема насоса следует к глубине скважины прибавить 30 м и полученное число увеличить еще на 10 %. Производительность насоса можно определить по норме потребления воды на одного человека, которая принимается примерно в 150—200 л/сут., а при поливе деревьев и сельскохозяйственных культур следует увеличить расход воды еще на 20—30 л/сут.

Качественные глубинные на­сосы для скважин должны иметь:

— корпус из прочной нержа­веющей стали;

— многоступенчатый рабочий орган с несколькими крыльчат­ками из термостойкого пласти­ка или нержавеющей стали;

— обратный клапан для пре­дотвращения обратного хода уже закачанной жидкости;

— систему защитного отключения при па­дении уровня воды в скважине ниже насоса;

— систему плавного пуска, снижающую пу­сковые токи;

— степень защиты корпуса электродвигате­ля от твердых предметов и воды по системе международной классификации не мене IP68.

— многоуровневую встроенную систему за­щиты от перегрузки, от сухого хода, от дей­ствия импульсов перенапряжения (4000 В), от падения напряжения, от перегрузки, от перегрева.

Труба, кабель и трос подбираются в зависимости от типа насоса. Нержавеющий трос служит для подвешивания погружного насоса и его аварийной выемки. Если D (диаметр) троса = 2 мм, то допустимая нагрузка — 100 кг. При D = 5 мм допустимая нагрузка — 650 кг с учетом уменьшения веса в скважине, заполненной водой. Для подачи воды от насоса к дому используется пластиковая напорная труба D = 25 мм, D = 40 мм, D = 50 мм. Для подключения насоса в электрическую сеть используется специальный водостойкий кабель, который присоединяется к электродвигателю насоса с помощью термоусадочной водонепроницаемой муфты. Из кессона трубопровод и кабель по траншее проводятся в здание.