Сельское водоснабжение и орошение полей объединяют под общим понятием «пробурить одну скважину», однако через несколько лет к этим двум типам скважин предъявляются разные вопросы: в первом случае — достаточно ли воды для длительного использования одной семьёй, стабильны ли качество воды и стенки скважины; во втором — сможет ли скважина непрерывно давать воду после снижения уровня в период пиковой откачки. Это различие, если проследить его до условий по оборудованию, сводится к необходимости дифференцированного подхода по таким пунктам, как диаметр бурения, запас по глубине, типоразмеры буровых штанг и обсадных труб, способность к непрерывной работе и организация перебазировки. Опубликованные параметры WR200SE достаточно полны (максимальная глубина бурения 200 м, диаметр бурения 140–254 мм, буровые штанги 76/89 мм, длина штанг 1,5/2,0/3,0 м, усилие подъёма 13 т, крутящий момент вращения 3400–4700 Н·м, двигатель Yuchai 58 кВт). Ниже на его примере две категории потребностей разбираются по отдельности. Пункты, не охваченные материалами, выделены отдельно.
Несколько моментов, которые необходимо сначала разграничить для двух категорий потребностей
Сельское водоснабжение и орошение полей обычно смешивают потому, что оба понятия содержат слова «сельский» и «скважина». Фактически исходные пункты для проверки различаются.
- Режим водопотребления: хозяйственно-питьевое водоснабжение — это непрерывный малый расход при длительном отборе; орошение полей — сезонный, концентрированный отбор с большим объёмом воды в единицу времени.
- Диаметр скважины и обсадная труба: бытовые скважины обычно имеют меньший диаметр, обсадная труба и гидроизоляционная конструкция подбираются под бытовой или малый общественный насос; для ирригационных скважин необходимо учитывать насос большего диаметра и большее проходное сечение.
- Запас по поиску воды: оба типа скважин ограничены положением местного водоносного горизонта, но ирригационные скважины более чувствительны к снижению уровня в засушливый период, поэтому значение запаса по глубине скважины различается.
- Обслуживание после сооружения скважины: проблемы в бытовой скважине влияют на повседневную жизнь жильцов, в ирригационной — на водопользование в текущем сезоне; требования к фильтровой трубе, гидроизоляции и промывке скважины у двух типов скважин имеют разные акценты.
Выше приведены различия, исходящие из целей проекта, а не выводы по комплектации оборудования. Ниже они рассматриваются применительно к гусеничному оборудованию класса 200 м, такому как WR200SE, чтобы определить, какие параметры требуют отдельной проверки.
Для ирригационных скважин в первую очередь проверяются диаметр и непрерывность
При орошении полей, а также водоснабжении садов, теплиц и питомников основное внимание сосредоточено на объёме воды в единицу времени. Диапазон диаметра бурения WR200SE составляет 140–254 мм; в материалах указано, что установка может применяться для ирригационных скважин, садовых колодцев, тепличного водоснабжения и орошения питомников, а 140–254 мм охватывает распространённые конфигурации обсадных труб и насосов. Однако диаметр не обязательно должен быть как можно больше: в материалах также отмечено, что для сельскохозяйственных скважин, требующих длительной откачки, перед началом работ следует определить диаметр скважины, фильтровую трубу и тип насоса исходя из ожидаемого дебита, а не стремиться исключительно к увеличению диаметра.
Для ирригационных скважин также необходимо учитывать способность к непрерывной работе. WR200SE оснащена дизельным двигателем Yuchai 58 кВт; скорость передвижения на гусеничном шасси составляет около 2,5 км/ч, справочная преодолеваемая крутизна — 30°. Дизельный привод снижает зависимость от стационарного источника питания на площадке, что чаще встречается при работе на полях и в садах, чем в деревне.
Если на одном орошаемом участке необходимо расположить несколько скважин, частота перебазировок возрастает. Полная масса WR200SE составляет около 4,7 т, габаритные размеры — примерно 3950 × 1750 × 2250 мм, что относится к диапазону малых и средних гусеничных буровых установок для скважин; по сравнению с крупными установками для бурения свыше 500 м её легче перевозить. Этот пункт более значим для ирригационных проектов с рассредоточенными скважинами, чем для одиночных проектов с полным комплектом разрешительной документации. В материалах не указано время на одну перебазировку; конкретное время следует оценивать исходя из фактических дорожных и площадочных условий.
Для хозяйственно-питьевых скважин важнее долгосрочная стабильность и запас по выбору места
Сельское хозяйственно-питьевое водоснабжение и малые общественные водозаборные скважины в деревнях обычно потребляют меньше воды, чем ирригационные, но более чувствительны к наличию воды круглый год. При использовании WR200SE для бытовых колодцев, деревенских хозяйственно-питьевых скважин и малых общественных водозаборных скважин гусеничная конструкция подходит для сельских дорог и обычных неасфальтированных площадок; глубина бурения класса 200 м обеспечивает больший запас по глубине поиска воды, чем малогабаритное оборудование для неглубоких скважин, и особенно подходит для сельских районов с относительно глубоким залеганием подземных вод.
Здесь необходимо чётко обозначить одну границу: запас по поиску воды не означает, что место можно выбирать произвольно. В материалах указано, что «оборудование класса 200 м обеспечивает больший запас по глубине поиска воды, чем модели класса 120 м», и одновременно отмечено: «при строительстве следует обоснованно определять местоположение скважины на основе местных данных о подземных водах, избегая попыток компенсировать ошибку в выборе места только за счёт увеличения глубины бурения». Поэтому при выборе места для хозяйственно-питьевой скважины по-прежнему необходимо сначала изучить местные гидрогеологические данные; запас по глубине решает лишь ситуацию «вода найдена, но залегает глубоко», а не ситуацию «воды изначально нет».
Диаметр хозяйственно-питьевых скважин обычно находится в меньшей части диапазона 140–254 мм; конкретное значение зависит от типоразмера обсадной трубы и комплектного насоса. В материалах не приведён рекомендуемый диаметр скважины в зависимости от назначения; этот пункт необходимо уточнять у производителя или подрядчика с учётом номинального расхода насоса и толщины местного водоносного горизонта.
Общая часть условий по оборудованию для двух типов скважин
Независимо от того, будет ли это в конечном итоге хозяйственно-питьевое водоснабжение или орошение, данный блок параметров WR200SE играет одинаковую роль.
| Параметр | Значение | Общее значение для двух типов скважин |
|---|---|---|
| Максимальная глубина бурения | 200 м | Верхний предел возможностей оборудования; фактическая глубина скважины определяется с учётом местных гидрогеологических условий, положения водоносного горизонта, диаметра, бурового инструмента и технологии работ |
| Диаметр бурения | 140–254 мм | Охватывает распространённые конфигурации обсадных труб и насосов; диаметр скважины определяется по ожидаемому дебиту |
| Диаметр буровых штанг | 76 / 89 мм | Два типоразмера соответствуют различным условиям в скважине; должны сочетаться с диаметром и глубиной скважины |
| Длина буровых штанг | 1,5 / 2,0 / 3,0 м | Влияет на количество наращиваний и разъединений штанг и вспомогательное время |
| Усилие подъёма | 13 т | Используется для спуско-подъёмных операций, обработки штанг и части работ с обсадными трубами |
| Крутящий момент вращения | 3400–4700 Н·м | В сочетании с распространёнными погружными пневмоударниками для бурения по выветрелым и монолитным породам |
| Рабочее давление воздуха | 1,7–2,5 МПа | Необходимо проверять вместе с производительностью компрессора; на потребность влияют диаметр, породы и высота над уровнем моря |
| Расход воздуха | 17–31 м³/мин | То же; недостаточная мощность компрессора напрямую влияет на частоту ударов, вынос шлама и скорость бурения |
Что касается мачты, WR200SE использует телескопическую мачту с длиной одного хода подачи 3,3 м. Телескопическая конструкция более гибкая при транспортировке и адаптации к площадке, а в нормальном рабочем состоянии обеспечивает рабочее пространство для обработки штанг и непрерывного бурения. Для двух типов скважин этот пункт действует одинаково и не является различием.
Геологические условия перекрывают различия по назначению
Прежде чем обсуждать различия в комплектации для двух типов скважин, есть ещё один более влиятельный фактор: геологические условия. В материалах WR200SE условия в скважине разделены на несколько категорий; эти категории не связаны с назначением скважины, а зависят только от фактически встреченных пород.
- Почвенный слой, глина, гравий и рыхлые покровные отложения: применение погружного пневмоударника не обязательно является оптимальным решением, возможны обрушение стенок, прихват бурового снаряда и увеличение диаметра; верхний интервал скважины следует сначала обрабатывать с применением обсадных труб, бурового раствора или других способов стабилизации.
- Выветрелые породы: обычно проходка идёт быстрее, но устойчивость стенок скважины может быть ниже; в зависимости от вывалов и сужения ствола следует решать, нужно ли устанавливать обсадную трубу.
- Монолитные твёрдые породы: например, известняк, песчаник, гранит; можно применять подходящие погружные пневмоударники и долота для пневматического бурения, уделяя основное внимание согласованию расхода воздуха, вращения и подачи.
- Зоны дробления и трещиноватые породы: возможны утечки воздуха, вывалы и прихваты; следует избегать слишком быстрой подачи и поддерживать непрерывную очистку скважины; при большой мощности зоны дробления можно рассмотреть бурение с обсадной трубой.
- Водоносный горизонт и сильные водопритоки: водоприток изменяет условия выноса шлама и работу погружного пневмоударника; следует корректировать подачу воздуха компрессором и способ очистки скважины в соответствии с фактическим дебитом и своевременно фиксировать глубину водоносного горизонта.
Иными словами, одна и та же ирригационная скважина в гравийном слое и в монолитной твёрдой породе может требовать совершенно разных технологий и комплектации; хозяйственно-питьевая скважина при большой мощности верхних покровных отложений также требует предварительного решения вопроса стабилизации стенок. Назначение определяет целевые значения диаметра, глубины и конструкции скважины, а геологические условия определяют путь их достижения; эти два фактора не могут заменять друг друга.
Есть ещё несколько пунктов, на которые материалы не дают прямого ответа и которые требуют отдельного уточнения
По следующим пунктам в материалах WR200SE на нашем сайте нет прямых выводов с разделением на водозаборные и ирригационные скважины; перед закупкой следует уточнить у производителя или подрядчика:
- рекомендуемые диаметры скважин и типоразмеры обсадных труб для двух видов назначения;
- длина фильтровой трубы и конструкция гидроизоляции при конкретном целевом дебите;
- соответствие местной глубины залегания водоносного горизонта глубине бурения 200 м; этот пункт зависит от фактических гидрогеологических данных;
- ожидаемое понижение уровня воды в ирригационной скважине в засушливый период и соответствующий выбор типа насоса;
- окончательный выбор типоразмера компрессора; в материалах приведён только диапазон соответствия: рабочее давление воздуха 1,7–2,5 МПа, расход воздуха 17–31 м³/мин; конкретную модель следует выбирать по диаметру, типоразмеру погружного пневмоударника, целевой глубине скважины, высоте над уровнем моря и твёрдости пород;
- способ комплектования вспомогательного инструмента (погружной пневмоударник, долота, инструмент для обсадных труб, воздуховоды, маслораспылитель, оборудование для пены и т. д.); в материалах прямо указано, что не рекомендуется комплектовать все позиции только по максимальным параметрам.
Пункты, которые необходимо проверять перед началом и после окончания работ
Перечисленные в материалах WR200SE ежедневные проверки не зависят от назначения скважины и применимы к обоим типам проектов: перед началом работ каждый день проверять гидравлические трубопроводы, вращающуюся головку, лебёдку, гусеницы, мачту и соединения буровых штанг; у компрессора и рукавов высокого давления проверять соединения и предохранительные устройства; в процессе бурения постоянно наблюдать за давлением воздуха, выносом шлама, обратным потоком воды и температурой оборудования; после окончания своевременно очищать от бурового раствора и пыли и проверять быстроизнашиваемый буровой инструмент.
Что касается площадки, ход выносных опор высотой 1,4 м можно использовать для опирания и выравнивания оборудования на неровной площадке; перед началом бурения следует обеспечить устойчивое восприятие нагрузки шасси и выносными опорами, при необходимости добавить подкладки, чтобы избежать просадки на мягком грунте, приводящей к наклону мачты и смещению устья скважины. При перемещении оборудования по склону следует снизить центр тяжести, убрать мачту и убедиться в сцеплении с грунтом; фактическая безопасная преодолеваемая крутизна должна оцениваться по состоянию площадки, указанные в материалах 30° являются справочным значением.
Необходимо отметить, что фактические геологические условия, инструмент в скважине, угол бурения и методы работы могут различаться; окончательная скорость бурения, глубина и результат сооружения скважины должны определяться фактическими условиями на площадке. Приведённая в материалах справочная скорость бурения 10–35 м/ч является диапазоном и не может напрямую использоваться для расчёта продолжительности бурения одной скважины.