Буріння свердловин під воду

Буріння свердловин під воду

Головні відомості з геології

Мінерали

Мінеральна іменуються всі елементи і їх хімічні сполуки, що зустрічаються в земній корі у формі тіл, що відрізняються однорідністю складу, будови і параметрів. Мінерали можна визначати за кольором, блиску, твердості, зламу, запаху і т.д. Для буріння велике значення має твердість.

Гірські породи

Мінерали в земній корі, за рідкісними винятками, не зустрічаються окремо. Зазвичай вони зібрані в групи або агрегати, іменовані гірськими породами.

Гірські породи за походженням діляться на вивержені, осадові і метаморфічні.

Буріння на воду створюють переважно в осадових і метаморфічних породах і значно рідше у вивержених.

Осадові породи за походженням діляться на уламкові, що утворилися з уламків інших порід, хім, що утворилися в результаті випадання опадів з води або з інших сумішей (ці породи бувають крем'янисті, карбонатні і залізисті), і органогенні, що утворилися з скупчення залишків тварин і рослин (до них відносяться вапняки, доломіт, вугілля тощо).

Камені, галечник, щебінь та інші великі окатанние і незграбні оскільки гірських порід утворилися в результаті руйнування різних вивержених і метаморфічних порід і наступної обробки їх льодовиками і морськими водами.

Піски являють собою продукт майбутнього руйнування більше великих уламкових порід. Найбільше поширення мають кварцові піски. По домішках інших зруйнованих мінералів виділяють піски слюдистих, магнетитові, залізисті та ін

Глини можуть створюватися у підсумку зносу найдрібнішого мулу, який річки несуть у вигляді муті і який потім відкладається в розміреним воді. Розрізняють, крім того, глини, що утворилися в результаті дії льодовика, також представляють собою кінцевий продукт руйнування граніту в процесі вивітрювання (каоліни і вогнетривкі глини Українського кристалічного масиву). Хімічний склад глин різноманітний. Не рахуючи каоліну (кремнієвих з'єднань глинозему), до складу глин входять дрібна кварцова борошно, залізисті з'єднання, вапно, доломіт, час від часу гіпс і інші речовини.

Суглинки (пісочний глини) і супіски (глинисті піски) – це перехідні гірські породи від глин до пісків; за власним складом вони представляють різні співвідношення консистенції пісочних і глинистих частинок. Найменування "суглинок" і "супісок" використовуються тільки для порід четвертинного віку. Для порід дочетвертинного віку, подібних за складом суглинку і супіски, відповідно використовуються найменування "піщанистих глина" і "глинистий пісок".

При обладнанні водоприймальної частини свердловини слід знати розмір часток породи, в якій намічається встановити фільтр, і кількісне співвідношення цих часток між собою.

Систематизація гірських порід по буримости

Усі гірські породи незалежно від їх походження володіють певною опірністю руйнуванню буровим інвентарем. Ця опірність, іменована ступенем буримости, знаходиться в залежності від багатьох причин, наприклад, від твердості мінеральних часток, що складають породу, їх крупності, крихкості, від міцності цементуючого речовини, вологоємкості породи, в'язкості і монолітності її і т.д., іншими словами , від складу, будови, стану і параметрів породи, також від виду та методу буріння.

Головні відомості з гідрогеології

Водопроникні і водотривкі гірські породи, водоносні горизонти

Водопроникність і зазвичай також водоносних гірські породи, відмінно пропускають (фільтруючі) воду: грубозернисті піски, гравій, галечники, щебінь, каміння, сільнотрещіноватіе скельні породи і т.п., тобто породи, в яких є достатня кількість великих порожнеч ля проникнення і пересування води.

Водотривкими гірськими породами є щільні важкі глини, щільні суглинки, також різні вивержені і метаморфічні породи, якщо вони не трещиновати.

Якщо вивержені і метаморфічні породи трещиновати, то вони стають водопроникними. Пласти і шари водопроникних і водотривких порід зазвичай чергуються. Форми і види залягання окремих шарів гірських порід і їх свит дуже різноманітні. Часто різному нахилені або зігнуті шари водопроникних порід виходять на земну поверхню. Тут води річок і опади, стикаючись з ними, проникають всередину, при цьому більш сприятливі для цього пісочні, гравійні, галечникові шари або шари тріщинуватих гірських порід – вапняків, сланців, пісковиків і т.п.

У верхніх частинах земної кори переважають підземні води в пісках і інших пухких породах.

Водоносним горизонтом називається пласт водопроникної породи, заповнений (насичений) водою, і здатний віддавати її.

Площі поширення водоносних горизонтів і водоносних порід зазвичай збігаються.

Площі живлення збігаються з місцями виходу на денну поверхню порід, що складають водоносний горизонт, також з ділянками, де ці породи не перекриті водотривкими товщами значущою потужності.

Водопроникність пухких (уламкових) порід знаходиться в залежності від їх гранулометричного складу і, а саме, від змісту маленьких пилуватих і глинистих часток. Для визначення вмісту в водоносної породі частинок різного розміру потрібен аналіз її гранулометричного складу. Згідно отриманих даних підбирають розмір частинок піщано-гравійної засипки, визначають крок намотування дроту, вибирають номер сітки для фільтру і т.п.

Види підземних вод

За умовами залягання і живлення водоносних горизонтів розрізняють наступні підземні води: верховодки, грунтові води з вільною поверхнею, безнапірні міжпластові, артезіанські (напірні).

З іншого боку, за умовами руху у водоносних шарах розрізняють підземні води, циркулюючі в рихлих (піщаних, гравійних і галечникових) шарах і в тріщинуватих скельних породах.

Водоносні горизонти завжди залягають на водотривких або дуже слабопроникних для води гірських породах.

Підошвою водоносного горизонту називаються гірські породи, підстилають водоносний горизонт, і, а саме, їх верхня поверхню. Зазвичай вона буває водотривкої.

Верховодка іменують підземні води, які знаходяться на малозначної глибині (2-3 м) над водотривкими шарами мають маленьке поширення на площі. У місцях, де водотривкі прошаруй кінчаються, верховодка також зникає, стікаючи в нижележащий, більш потужний водоносний горизонт. Припаси верховодки малозначні і незмінні і залежать від кількості опадів, що випадають. У посушливі періоди і взимку верховодка зазвичай зникає. Для водопостачання верховодку не вживають, вона просто забруднюється з поверхні землі. Тому при бурінні свердловин для водопостачання верховодку потрібно копітко ізолювати обсадними трубами, щоб уникнути забруднення розміщеного нижче водоносного горизонту.

Горизонти грунтових вод з вільною поверхнею залягають на не далеко від поверхні землі водотривкому шарі. Утримують їх водоносні шари складені пухкими зернистими або скельними тріщинуватими породами. Підземні води цього типу можуть харчуватися за рахунок інфільтрації (просочування) в глибину по всій площі поширення водоносного горизонту. Вони можуть просто забруднюватися стоком з вигрібних ям, тваринницьких ферм тощо Тому при використанні таких грунтових вод для водопостачання потрібно забезпечити надійну санітарну перевірку і охорону ділянки водозабору.

Рівень грунтових вод встановлюється в свердловині на тій глибині, на якій вони були розкриті. Якщо посеред водоносного шару є водотривкі шари у вигляді лінз, то після проходки їх в свердловині може спостерігатися місцевий, зазвичай маленький натиск.

Підземні води, циркулюючі у водоносних породах і розташовані між двома водотривкими шарами, бувають безнапірними або володіють певним напором. В останньому випадку вони називаються артезіанськими.

Грунтові безнапірні міжпластові води з'єднуються з поверхнею землі водопроникними шарами тільки на окремих ділянках свого поширення, на решті всієї площі вони відмінно захищені від забруднення з поверхні верхнім водотривких шаром. При розтині вод рівень їх в свердловинах встановлюється або дуже незначно вище водотривкої покрівлі водоносного шару, або на межі верхнього водоупору і водоносного шару.

Артезіанські водоносні горизонти також залягають між двома водотривкими шарами і міцно захищені від поверхневого забруднення. На відміну від грунтових вод вони нерідко мають віддалену область живлення – за кілька км і навіть за десятки і сотні кілометрів. При розтині свердловиною рівень артезіанської води завжди встановлюється істотно вище водотривкої покрівлі водоносного горизонту, а іноді артезіанська вода сама виливається зі свердловини (фонтанує). На тих ділянках, де артезіанські води отримують живлення, вони отримують вдачу або грунтових з вільною поверхнею, або міжпластових грунтових вод.

Підземні води всіх перерахованих видів можуть циркулювати в порожнечах пухких зернистих або в тріщинах скельних порід. В останньому випадку підземні води, пов'язані з будь-якого з перерахованих видів, отримують додаткову назву трещинних.

Рух підземних вод

Рух води у водоносному горизонті, або так звана фільтрація, відбувається по порах і маленьким тріщинках гірських порід. Окремі струмені рухаються помірно, без розриву суцільного потоку, з малими швидкостями паралельно одна інший.

Такий рух підземної води переважає в природних умовах і називається ламінарним.

Закон ламінарного руху формулюється наступним чином. Витрата (або кількість) води фільтрується через певну площу (поперечний переріз) гірської породи, пропорційний цій площі, натиску і назад пропорційний довжині шляху фільтрації на даній ділянці потоку.

Відхилення від закону ламінарного руху відбуваються при реальній швидкості руху підземної води вище 1000 м / день, що спостерігається тільки в карстових районах і в породах, що мають величезні тріщини. Рух води перебігає в вихреобразное або турбулентний, при якому струмені води вже не рухаються паралельно.

ВИДИ СВЕРДЛОВИН

Бурові свердловини являють собою циліндричні гірські вироблення, що мають величезну глибину (до 5 км і більше) і порівняно маленькій поперечник. Глибина бурових свердловин на воду складає від 10 до 1000 м і більше; більш нерідко поширені свердловини глибиною 100-150 м, рідше – 200-300 м. Виключно в окремих, порівняно невеликих районах країни глибина свердловин домагається 800-1000 м.

Свердловини, що розкривають пласти, що містять підземні води, мають багато переваг перед іншими водозабірними спорудами, і у зв'язку з цим буріння їх носить масовий характер.

Для видобутку води бурять одиночні свердловини або групи свердловин. Тому всі водозабори підземних вод діляться на групові та одиночні.

Групові підземні водозабори складаються з декількох відразу працюючих свердловин, розташованих на такій відстані, при якому вони ведуть взаємодія або можуть вести взаємодію в певних критеріях режиму експлуатації.

Одиночні підземні водозабори представляють одиничні свердловини і групи свердловин, які знаходяться поза зоною ймовірного взаємодії або розміщені хоча і на близькій відстані один від одного, але працюють в різний час і тому не ведуть взаємодія (поперемінно діє тільки одна свердловина, а інші – запасні).

На ділянках великих водозаборів у практично невивчених районах потрібно проводити розвідувальне буріння і бувалі роботи. У районах з добре вивченими гідрогеологічними критеріями на ділянках, багатообіцяючих щодо кількості та якості підземних вод для проектованого групового водорозбору, буває доцільно без підготовчої розвідки почати відразу експлуатаційну розвідку свердловинами великого діаметра. Після того як ці свердловини виконають своє призначення – розвідку і тести водоносного горизонту, їх обладнають експлуатаційними водопідйомниками і перетворюють на джерела постійного водопостачання.

Одиночні свердловини на воду бурять, зазвичай, без підготовчої розвідки. Як випливає, це типова і відповідальна робота, так як розвідка та дослідження в даному випадку повинні поєднуватися із створенням експлуатаційного інженерної споруди.

Розвідувально-експлуатаційної іменується свердловина, конструкція якої, включаючи водоприймальну частина розрахована на обладнання водоприймачем проектної продуктивності. При позитивних результатах випробування ці свердловини передають в постійну експлуатацію.

Розвідувальної іменується свердловина полегшеної конструкції і порівняно невеликого діаметра, устаткована тимчасовим фільтром і створена для розтину і підготовчого опробування водоносного горизонту. Розвідувальні свердловини зазвичай бурять з таким розрахунком, щоб у міру потреби можна було витягти обсадні труби і фільтр.

Експлуатаційної може вважатися свердловина тільки після передачі її в експлуатацію. Ця назва не повинно присвоюватися свердловині при проектуванні, тому що навіть в районах з добре вивченими, але не розвіданими детально на даному певній ділянці геолого-гідрогеологічними критеріями завжди зустрічаються значні відхилення від проекту. Тому поодинокі свердловини на воду, які бурять без підготовчої розвідки точки заставляння, повинні бути завжди розвідувально-експлуатаційними. В проектну конструкцію практично кожної свердловини доводиться заносити конфігурації в процесі її буріння, тести і устаткування. У цьому полягає принципова відмінність призначення і завдань розвідувально-експлуатаційного буріння на воду від експлуатаційного буріння, наприклад, нафтових свердловин.

Експлуатаційні свердловини на нафту бурять на детально розвіданих родовищах, вірно оконтуренних і піддослідних. При всьому цьому дотримується строга відповідність проекту, іноді навіть типовому для даного родовища. Недооцінка, а час від часу непорозуміння відмінності між експлуатаційним бурінням на нафту і експлуатаційним бурінням на воду часто призводять до формального механічного пунктах вашого запроектованої конструкції свердловини без урахування розкривається розрізу і до ізоляції підходящого водоносного горизонту. У підсумку свердловина виявляється дефектною. Щоб уникнути цього при так званому експлуатаційному бурінні на воду потрібно вести діяльну розвідку і тести розкриваються водоносних горизонтів, особливо в практично невивчених районах.

Оцінка якості води для цілей водопостачання

Вимоги до хім і бактеріального складу води

Згідно ГОСТ 2761-57, джерело (підземні води) може бути застосований для господарсько-питного водопостачання, якщо якість води відповідає наступним вимогам.

Найменування

Параметр

Вміст сухого залишку, менш, мг / л

1000

Вміст сульфатів, менш, мг / л

500

Вміст хлоридів, менш, мг / л

350

Загальна твердість, менш, мг-екв / л

7

Середня кількість травних паличок в 1 л води, менше:

Для джерел, що намічаються до використання тільки

з хлоруванням води

1000

Для джерел, намічаються до використання з повною чисткою

і з хлоруванням води

1000

Запах і присмак при температурі 20 ° С менш, бали

3

Сумарний вміст заліза у воді підземних джерел не повинно перевищувати 1 мг / л.

Згідно ГОСТ 2874-54, якість води, що подається споживачам, повинно постійно задовольняти наступним вимогам.

Найменування

Параметр

Запах і присмак при температурі 20 ° С менш, бали

2

Кольоровість за шкалою менш, град

20

Прозорість за шрифтом більш, см

30

Загальна твердість менш, мг-екв / л

7

Зміст менш, мг / л

Свинцю

0,1

Миш'яку

0,05

Фтору

1,5

Міді

3,0

Цинку

5,0

Загальне число мікробів в 1 мл менш

100

Кількість травних паличок в 1 л води менше

3

Титр травної палички більш

300

З іншого боку, якість води водопроводів, які мають пристрій для її обробки, повинна відповідати наступним вимогам.

Найменування

Параметр

Каламутність по Мутноміри при висвітленні води менш, мг / л

2,0

Вміст заліза сумарне при знезалізненні води, мг / л

0,3

Активна реакція (pH) при освітленні або пом'якшенні води

6,5-9,5

Для всебічної властивості хімічного складу води її піддають скороченим і повним аналізам, список потрібних визначень для яких передбачено "Інструкцією щодо застосування систематизації експлуатаційних припасів підземних вод".

Геологічний розріз і конструкція свердловини «на пісок»

Геологічний розріз і конструкція свердловини «на вапняк» (артезіанська свердловина)

Джерело: gradostroitel.com.ua


MAXCACHE: 0.5MB/0.00256 sec