Главная / Направления / Проектирование / Водоснабжение (водозаборы, очистные сооружения, сети) / О водозаборных скважинах и их оборудовании

О водозаборных скважинах и их оборудовании

   Тесля В.Г. , к.т.н.

Мировые тенденции в области проектирования и строительства скважин на питьевые подземные воды свидетельствуют об однозначном выборе в пользу применения некоррозионного оборудования. Речь идет в первую очередь о фильтрах скважин и технических колоннах, непосредственно контактирующих с подземными водами, а также водоподъемных трубах.
Из некоррозионных материалов для скважин на воду наибольшее применение в Европе и мире находят нержавеющие стали и поливинилхлорид (ПВХ). Из нержавеющих сталей уже более 100 лет в США, а в последние десятилетия и Европе выпускаются спирально-проволочные стержневые фильтры «Johnson», до настоящего времени не имеющие аналогов по своим гидравлическим характеристикам и признанные специалистами лучшими в мире (рис. 1). Нержавеющие обсадные трубы используются реже из-за своей дороговизны, поэтому 15-20 лет назад началось интенсивное применение обсадных труб из ПВХ, более дешевых по сравнению с нержавеющими трубами и имеющих 50-летний срок службы.

 

 

Щелевые фильтры из ПВХ (рис. 2) также находят все большее применение для мало- и среднедебитных скважин, поскольку характеризуются меньшей скважностью.

 

Мировые тенденции в последние годы находят свой отклик и в России, где налажено производство обсадных труб и щелевых фильтров из ПВХ («СИПЛАСТТРУБ», г. Ярославль), а также фильтров типа  «Johnson» («Тяжпрессмаш», г. Рязань). Пока, правда, диаметры производимых труб и фильтров из ПВХ не превышают 225 мм (8”), а фильтров  «Johnson» - 168 мм (6”). Тем не менее, число качественных скважин, сооружаемых из некоррозионных материалов в России, неуклонно увеличивается.
Из крупных объектов следует упомянуть сооружаемые  в настоящее время водозаборы подземных вод в г. Комсомольске-на-Амуре (по проекту ЗАО «ДАР/ВОДГЕО»)  производительностью 75 тыс. м3/сут и в г. Хабаровске на 100 тыс. м3/сут. В г. Комсомольске-на-Амуре скважины оборудуются фильтрами  «Johnson» Д = 273 мм и обсадными трубами из ПВХ Д = 330 мм, поставляемыми из Германии официальным представителем фирмы «Johnson». В г. Хабаровске скважины оборудуются  фильтрами  «Johnson» и обсадными трубами из нержавеющей стали. Работы выполняются немецкими фирмами.
Следует отметить, что поставки импортных труб и фильтров больших диаметров, не производимых пока в России, не представляют в настоящее время никаких проблем. К этому надо добавить, что стоимость импортных фильтров  «Johnson» сопоставимых диаметров даже с учетом таможенной очистки и доставки оказываются пока ниже отечественных аналогов.
Несмотря на увеличение количества качественных скважин в России и растущее понимание необходимости применения некоррозионных материалов, доля скважин, сооружаемых по старинке, с использованием «черных» обсадных труб и фильтров, оказывается все еще большой. При этом серийный выпуск фильтров из углеродистых сталей в России давно отсутствует, а все устанавливаемые фильтры изготавливаются в кустарных условиях. Низкое качество скважин с кустарными фильтрами очевидно для любого специалиста в данной области.
Ранее, в СССР, когда существовал серийный выпуск фильтров в г. Дрогобыче (Украина) и г. Новосибирске, лучшими считались каркасно-стержневые фильтры из незащищенной углеродистой стали с проволочной обмоткой, но большее применение находили проволочные фильтры на перфорированном трубчатом каркасе, который также не имел антикоррозионной защиты. В настоящее время каркасно-стержневые фильтры никто не изготавливает, а в кустарных условиях изготавливаются проволочные фильтры на трубчатом каркасе. При этом в лучшем случае используется нержавеющая проволока круглого сечения, а чаще оцинкованная проволока, которую с большим натягом можно назвать антикоррозионной.
Шаг намотки проволоки выбирается зачастую произвольно, кроме того фиксация проволоки обеспечивается только натягом, что не гарантирует сохранность шага намотки при доставке и установке в скважине. Все это приводит к пескованию скважин, особенно при пуске и остановке насоса, поскольку фиксированный размер щели является основным противосуффозионным параметром фильтра.
Но самые пагубные последствия для скважин на питьевые воды имеет использование незащищенных «черных» сталей. Эксплуатация таких скважин сопровождается интенсивной коррозией конструктивных элементов скважин, особенно фильтров, поскольку подземная вода по своим свойствам является агрессивной. Продукты коррозии кольматируют фильтр и прифильтровую зону и вкупе с естественными процессами выпадения осадков приводят к заметному снижению производительности скважин уже через 7 -10 лет работы. Кроме коррозии из-за агрессивности воды имеет место электрохимическая коррозия фильтров вследствие применения разноименных металлов (нержавеющая проволока-черная сталь).
Особенно интенсивно процессы кольматажа идут на неглубоких скважинах, в частности на скважинах береговых водозаборов, где облегчен доступ кислорода в зону фильтров. В результате этого на многих водозаборах можно видеть картину, когда рядом со «старой» скважиной набурены 2-3-4 новых.
Коррозия конструктивных элементов фильтров приводит к заметному ухудшению качества подаваемой воды, развитию и росту в прифильтровой зоне колоний железобактерий. Это существенно осложняет  процессы очистки воды на наземных станциях водоподготовки, из-за чего многие из них работают неудовлетворительно.
Причина настойчивого продвижения устаревших конструкций скважин и фильтров кроется, прежде всего, в некомпетентности проектировщиков и отсутствии в их рядах настоящих специалистов. Иначе чем объяснить тот факт, что в проектах не обосновывается ширина щели фильтра, параметры обсыпки, длина и диаметр фильтров. Состав обсыпки, в частности, отдается на откуп буровикам, ибо в проектах, как правило, пишут, что обсыпка должна подбираться по составу пород пласта. Буровики, конечно, состав пород пласта не анализируют и  засыпают то, что есть, а не то, что требуется. В результате скважины пескуют, производительность их оказывается ниже проектной и т.д.
К этому следует добавить, что в большинстве случаев именно из-за некомпетентности проектировщиков диаметры и длина фильтров завышены в 2 и более  раза. Это особенно вредно для береговых водозаборов, скважины которых характеризуются небольшой глубиной и близким залеганием статического уровня воды от кровли водоносного горизонта. В таком случае чем длиннее фильтр, тем меньшее понижение уровня можно создать в скважине. И многим так называемым специалистам является откровением тот факт, что с фильтра 5-метровой длины можно отобрать 120 – 150 м3/ч воды. Увеличение длины фильтра может привести к  снижению дебита скважины из-за уменьшения величины возможного понижения уровня.
Проектировщики, даже зная о существовании фильтров  «Johnson», боятся их рекомендовать, поскольку не знают стандартов проектирования. Намного проще запроектировать фильтры диаметром 300-400 мм  и длиной 20-30 м из «черной» трубы с проволокой круглого сечения, ссылаясь на аналогичные скважины в данном регионе.
Немного о способах бурения. В последние 40 – 50 лет в Европе и мире буровые организации, специализирующиеся на водозаборных скважинах, полностью перешли на бурение с обратной промывкой чистой водой. От ударного бурения на западе отказались в 50-х годах прошлого века. Отказались из-за больших затрат времени, большой металлоемкости конструкций скважин, низкой производительности бурения. В России ударное бурение тоже понемногу умирает, хотя еще остались древние станки, дышащие на ладан. Объем ударного бурения несоизмеримо ниже по сравнению с вращательным бурением с прямой промывкой. Но и последний метод характеризуется большим набором недостатков применительно к бурению скважин на воду. Поэтому оптимальным выбором является бурение водозаборных скважин с обратной промывкой чистой водой, дающее неоспоримые преимущества как в скорости проходки, диаметрах скважин, металлоемкости их конструкций, так и в качестве вскрытия водоносного горизонта, что является главным при бурении скважин на воду.
В заключение необходимо отметить, что установка в скважинах некоррозионного оборудования, грамотно подобранного и запроектированного, приводит к увеличению срока их службы до 50 лет, что в перспективе дает существенную экономию средств, обычно затрачиваемых на перебуривание скважин. Кроме того, экономия достигается за счет продления срока службы погружных насосов, частая замена которых в настоящее время является настоящим бичом для эксплуатирующих организаций.