Конструкція свердловини на воду: основні компоненти та обладнання

Загальновідомо, що основне призначення свердловин – видобуток корисних копалин, якими є нафта газ і вода, з надр землі, але мало хто знає, що існують і інші їх види. Свердловини використовують для виконання допоміжних, нагнітальних, спеціальних і геологорозвідувальних робіт. Хоча конструкція свердловини для кожного видобутого ресурсу або виконуваних робіт істотно відрізняється від аналогів, між ними є багато спільного.

Свердловиною називають вироблення круглого перерізу в земній корі, діаметр якої істотно менше її довжини, отриману буровим методом з поверхні або в землі під будь-яким кутовим напрямком до горизонту без прямого доступу людини до каналу. При розгляді конструкції всіх видів свердловин використовують термінологію, прийняту для їх опису в добувній галузі.

Мал. 1 Забір води з свердловини електронасосом

Поняття конструкції і основні елементи свердловини

Конструкція для свердловини – це набір елементів грунтової вироблення з діаметром в поперечнику, значно меншим їх довжини, що забезпечує довговічне і надійне створення каналу між поверхнею землі і розкритим глибинним пластовим флюїдом. Основне призначення свердловинного каналу – геологорозвідка і оцінка підземних ресурсів, дослідження структури розрізу, підтримання тиску робочого пласта, контроль експлуатації родовищ, видобуток природних ресурсів.

Свердловини ділять на наступні складові частини:

  • стовбур свердловини – ґрунтова вироблення, в якій розташовані обсадні і фільтруючі труби.
  • Устя – початок свердловинного стовбура з відрізка труби, закріпленого на поверхні землі.
  • забій – нижня частина свердловинного каналу, дно.
  • цементуюче кільце – цементно-піщана суміш, накачана в простір між стінками стовбура і обсадної труби, виконує функції герметизації і зміцнення свердловини каналу.

Мал. 2 Схема свердловини

  • Фільтр – нижня ділянка свердловинних обсадних труб, занурений в пласт з видобувається ресурсом. В якості фільтра використовують частину стовбура без обсадних труб, на дно якого поміщає дрібнозернистий гравій або спеціальне фільтруючий пристрій.
  • обсадна колона – з’єднані разом і занурені в стовбур обсадні труби, потрібна для ізоляції свердловинного каналу від земляний породи стовбура. Забезпечує ефективну і надійну експлуатацію свердловини, запобігаючи потрапляння в канал грунту і захищаючи його від зовнішнього тиску.

У нафтогазовидобувної промисловості використовують проміжні обсадні колони, службовці для поділу несумісних геологічних зон, що вимагають різних режимів буріння свердловини каналу. В бурової галузі застосовують такі проміжні свердловинні колони:

  • Суцільні. Повністю перекривають весь стовбур незалежно від розташування основного інтервалу.
  • Хвостовики. Колони, призначені для кріплення тільки необсаженной інтервалу свердловини з частковим перекриттям основного.
  • Летючки. Спеціальні проміжні обсадні колони, службовці тільки для закриття дефектних проміжків основної колони без врахування наступних обсадних колон.

Мал. 3 Розріз свердловини

Принцип роботи свердловини на воду

Свердловину монтують для забору води з підземних водних джерел, при цьому проводять такі операції:

  • Проводять буріння ґрунту, використовуючи різне обладнання та інструменти в залежності від глибини, виду водозабірного джерела і особливостей будівництва свердловин в даному районі.
  • В отриманий канал до водоносного горизонту опускають обсадні труби з фільтром на кінці, з’єднані між собою в монолітну колону за допомогою нарізного сполучення.
  • Проводять підйом води з використанням ручних або електричних насосів для свердловини поверхневого і погружного типу, підключених до водопровідної лінії за допомогою труб.
  • Надходить в будинок воду накопичують в водозабірної ємності великого об’єму, розташованої на верхніх поверхах або організовують автоматичну систему подачі води за допомогою приладів.

Конструкція свердловини на воду – основні елементи

При бурінні свердловин вживають заходів для захисту каналу від осипання, для цього в пристрій видобувних воду свердловин включають кілька основних елементів.

Мал. 4 Зовнішній вигляд обсадних труб

обсадні труби

Обсадні труби використовують для зміцнення і герметизації свердловини стовбура, основними матеріалами їх виготовлення є метал, пластик і азбестоцемент. Металеві труби випускають зі звичайної або нержавіючої сталі, також бувають оцинковані і емальовані види.

Крім різьблення, труби з’єднують між собою за допомогою зварювання або за допомогою муфт.

Останнім часом особливою популярністю користуються труби з поліетилену низького тиску ПНД, широко застосовуються в поширених свердловинах на пісок. Пластикова експлуатаційна колона може складатися з труб, що мають довжину 3 або 6 метрів, а їх зовнішній діаметр, розрахований на установку глибинних заглибних електронасосів, зазвичай дорівнює 90, 113, або 125 мм.

донний фільтр

У пристрій видобувних воду свердловин на піску обов’язково входить фільтр, який розташовується в забої обсадної колони і занурений в водоносний горизонт. Існує кілька різновидів свердловинних фільтрів, що відрізняються конструкцією і принципом роботи.

гравійний

Найпростіший вид, створюється шляхом підсипання в забій свердловини гравію з дрібним зерном. Гравійна подушка перешкоджає забору грязьового розчину в свердловині з піску і мулу з дна, знижуючи таким чином навантаження на фільтруючі поверхні обсадних труб і електронасоса.

Мал. 5 Свердловинні фільтри – особливості конструкцій

щілинний

Простий пристрій зі стінкою обсадної труби, що має поперечне або поздовжнє перфорацію у вигляді тонких надрізів. Через вузькі щілини добре проходить вода, а дрібні частинки піску відсіваються. Така конструкція в основному використовується в трубах з ПНД.

сітчастий

Являє собою дрібну сітку з корозійно-стійких матеріалів (харчова нержавіюча сталь або склотканина), що володіє високою стійкістю до стирання. Основний недолік конструкції полягає в її підвищеному опорі водному потоку (на 20 – 40%), в деяких випадках при малому дебите це може привести до нестачі води в джерелі.

дірчастий

Конструкція використовується в умовах, де потрібна висока міцність, являє собою трубу з великою кількістю просвітлених круглих отворів. Перфорований фільтр застосовують у джерелах з малим об’ємом подачі і низьким напором.

дротяний

Виконаний з нержавіючої дроту трикутного перетину, намотаною щільними рядами на перфоровану обсадних труб. Відрізняється високою міцністю і довговічністю, безпосередньо пов’язаними з перетином використовуваної в ньому дроту.

Основні методи і обладнання для облаштування свердловин

Для забору води з свердловин використовують заглибні і зовнішні електронасоси, насосні станції, поверхневе насосне обладнання може розташовуватися поруч зі свердловинним гирлом або на деякій відстані від нього. Для підключення електронасосів до свердловини джерела використовуються різні методи і обладнання, розраховані на різні типи електронасосів.

оголовок

Якщо необхідно вирішити питання кріплення погружного електронасоса і захисту свердловинного каналу від проникнення бруду і опадів, застосовують оголовок, який встановлюють поверх обсадної труби. Пристрій розрахований на стандартний діаметр, може бути виконано з пластика, сталі або чавуну, здатне витримати вагу підвішується насосного обладнання до 250 кг. в пластиковому виконанні і до 500 кг. при використанні металу. У типовій конструкції передбачено розміщення карабіна для підвішування електронасоса і вихідний отвір, через яке пропускає напірну трубу при підключенні до лінії.

Конструктивно оголовок виконаний з двох частин, які з’єднують після занурення електронасоса в свердловину. Для цього на обсадних труб надягають фланець, притискаючи його до поверхні землі, встановлюють гумове кільце і зверху ставлять другий фланець з підвішеним електронасосом, нерухомо фіксуючи його за допомогою болтів.

Мал. 7 Оголовки

адаптер

Адаптер дозволяє підключати поверхневий відцентровий електронасос або насосну станцію до свердловини через трубопровід, якщо вони розташовані на деякій відстані. Труби при цьому розташовуються під землею, що виключає їх промерзання в зимовий час, друга перевага даного підключення – збільшення глибини занурення напірного трубопроводу в свердловину за рахунок опускання нижче рівня землі, яка в поверхневих насосах не перевищує 9 метрів.

Адаптер виконується у вигляді двох частин, одна з яких з підключеним напірним трубопроводом розташовується в свердловину каналі, а друга з приєднаною до неї водопровідної магістраллю знаходиться зовні. Обидві частини з’єднуються через стінки обсадної труби за допомогою різьблення і ізолюючої гумової прокладки.

Мал. 8 Адаптер – конструктивну будову

кесонна яма

Кесонну яму використовують в тих випадках, коли електронасос та насосне обладнання для автоматизації його роботи розташовані поруч зі свердловинним гирлом. Зазвичай яма виконується у вигляді бетонного кільця, поглибленого в землю, іноді використовується пластик або зварені металеві конструкції, покриті бітумною гідроізоляцією. Щоб уникнути проникнення в забій грунтових вод уздовж свердловинного стовбура, дно ями покривають цементно-піщаною стяжкою.

Зазвичай в кесонних колодязях розміщують насосну станцію або автоматику управління глибинним електронасосом: гідроакумулятор, реле тиску і холостого ходу, манометр. Крім ізоляції від грунтових вод, кесон забезпечує захист від промерзання не тільки гирла свердловини, а й всієї водопровідної магістралі, яка при його використанні розташовується під землею.

Мал. 10 кесона колодязь

Свердловинні насосні агрегати і автоматика

Для забору води з свердловин в основному використовуються поверхневі й заглибні електронасоси відцентрового принципу дії. Перевагою даної конструкції є можливість створення високого напору в лінії, завдяки застосуванню агрегатів з великою кількістю робочих коліс, що дозволяють підвищувати тиск в кожному наступному рівні.

Побутові заглибні електронасоси можуть піднімати воду з дуже великих глибин (близько 200 метрів), в той час як поверхневі види використовують в джерелах з дзеркалом води на глибині до 9 метрів від поверхні землі. Для збільшення глибини забору поверхневих моделей іноді використовують вбудовані або заглибні ежектори, правда при цьому їх ККД значно падає.

Мал. 11 Відцентровий електронасос

Гидроаккумулятор, реле і манометр

Для автоматизації роботи водозабірного насосного обладнання використовується автоматика для свердловини або насосна станція, яка складається з таких приладів:

  • Гидроаккумулятор. Являє собою об’ємний металевий бак з гумовою грушею всередині, яка при включеному електронасоси заповнюється водою. Пристрій дозволяє уникнути гідроударів в системі і оптимізує роботу електронасоса, зменшуючи кількість його циклів включення і виключення.
  • Реле. Основним елементом автоматичної системи управління є реле тиску, яке підключається до лінії за допомогою штуцера. При появі тиску в системі вище його налаштувань, вбудована мембрана всередині корпусу реле через механічну систему перериває подачу напруги живлення на електронасос, і він відключається. Після споживання води, коли тиск в системі падає, реле замикає контакти і включає електронасос.
  • Манометр. Прилад є одним з основних елементів в будь-який водопровідній системі, дозволяє контролювати тиск і налаштовувати обладнання.

Мал. 12 Автоматика в системі управління електронасосами

Конструктивну будову водних свердловин не відрізняється великою складністю, основними внутрішніми елементами, які встановлюються при бурінні, є обсадні труби і фільтр в області забою. Для забору води після монтажу свердловини використовують додаткове обладнання та інженерні системи (кесон, оголовок, адаптер), що дозволяють ефективно підключити електронасос до джерела, з огляду на його розташування і вид.

Ссылка на основную публикацию