Обсадная труба — виды, материал, выбор по виду скважины, монтаж

Обеспечение индивидуального жилья водой из скважинных источников — один из наиболее часто встречающихся вариантов в домах, лишенных доступа к центральной магистрали водоснабжения. При бурении для устройства скважинной шахты берется обсадная труба, от выбора которой в большой степени зависит эксплуатационный срок использования источника.

В торговой сети представлен широкий ряд обсадных труб из разных материалов с отличающимися размерными и техническими параметрами. Это затрудняет принятие правильного решения по оптимальному выбору труб без изучения информации об их разновидностях и параметрах.

Рис. 1 Схемы обсадочных колонн, ниже описание к рисунку:

1. Одна обсадная колонна из металла
2. Двухтрубная конструкция с внешней металлической колонной и
   внутренней эксплуатационной из пластика.
3. Пластиковую трубу обсаживают до забоя (дна) скважины,
   предварительно перфорируя ее на величину водоносного слоя.
4. Конструкция скважины с промежуточной колонной — кондуктором.
5. Переход на трубу меньшего диаметра при однотрубной конструкции.
6. Конструкция двухтрубной обсадки.
7. Переход эксплуатационной колонны на меньший диаметр внутри
   рабочей колонны.
8. Высокая обсадная труба в сыпучем грунте, а эксплуатационная
   пластиковая на остальном расстоянии ничем не защищена.
9. Конструкция с однотрубной пластиковой колонной.

Требования к обсадке

Ответ на вопрос, что такое обсадная труба для скважины, следует из ее назначения. После проведения бурения скважинная шахта нуждается в укреплении стенок и формировании прямолинейного канала для возможности опускания в источник глубинного электронасоса. Для этого формируют обсадную колонну из различного вида труб, соединяя их резьбой, сваркой, муфтами.

Основные требования к скважинным колоннам и соответственно трубам:

Жесткость и прочность. Глубина бытовых скважин при заборе воды из артезианских источников достигает 200 м. При таких расстояниях стенки трубы в придонной области испытывают значительное давление грунта. Поэтому трубная оболочка должна выдерживать это давление без повреждения стенок или изменения формы сечения.

Герметичность стыков. Так как колонна собирается из трубных фрагментов, при монтаже необходимо обеспечить их герметичное соединение. В противном случае произойдет утечка воды из скважинного канала за пределы колонны. Это повлечет образование плавунов и проникновение грязи в шахту.

Экологичность. Подавляющее большинство бытовых скважин применяют для питьевого водообеспечения. Трубный материал не должен оказывать на воду вредное воздействие, изменяя ее химсостав.

Химическая инертность. В период всего срока эксплуатации обсадная труба находится в водной и агрессивной среде почвы. Поэтому важно, чтобы материал труб был химически нейтрален во избежание его ускоренного разрушения.

Температурная стойкость. Верхний участок обсадной колонны приблизительно с глубин менее 2 м от уровня земли попадает в зону воздействия внешней окружающей среды. Ее наружная температура, если брать районы экстремальными климатическими условиями, может изменяться от — 50 °С до + 40 °С. Материал трубы не должен менять своих физических и химических свойств в данном температурном диапазоне.

Высокий эксплуатационный срок. Долговечность скважин напрямую зависит от их вида. Если источник на песке может эксплуатироваться в среднем около 5 лет, то срок службы артезианки доходит до 50 лет. Поэтому важно, чтобы обсадка артезианского источника могла простоять без разрушения оболочки весь этот период.

Рис. 2 Обсадная труба металлов

Разновидности обсадных труб

Все используемые для устройства обсадочных колонн трубы можно разделить на две большие группы — металлы и полимеры. И те, и другие, широко используют при устройстве обсадки, выбор варианта прямо связан с глубиной скважинного источника.

Металлическая обсадная труба

Теоретически любой металл может быть использован для устройства обсадных колонн, применение конкретного материала ограничивает лишь его стоимость и характеристики.

К примеру, любая труба из меди не годится для обсадки из-за мягкости структуры. Латунь, бронза и нержавейка слишком дороги и равносильны бессмысленному закапыванию в землю денежных средств.

Из оцинкованной стали

В данного вида трубах для борьбы с коррозией используется цинковое покрытие. Их можно с успехом применять в сетях отопления, подачи горячей воды на поверхности. Но при закапывании в землю происходит электрохимическая реакция между цинком и сталью, что приводит к ускоренной коррозии оболочки. Помимо этого, попадая в воду для питья, цинк наносит вред здоровью.

Учитывая эти факторы, трубы с цинковым покрытием никто не погружает в скважины для подачи питьевой воды. Из-за более низкой цены, чем у сталей высоких марок, трубы с оцинковкой можно ставить в недолговечные песчаные скважины для подачи технической воды.

Условный диаметр трубы		Tpубa			Муфта
	Наружный диаметр D	Толщина Стенки s	Внутренний диаметр d	Масса 1 м, кг	Наружный диаметр Dн	Длина Lм	Масса, кг
114	114,3	5,2 5,7 6,4 7,4 8,6	103,9 102,9 101,5 99,5 97,1	14,0 15,2 16,9 19,4 22,3	127,0 (133,0)	158	3,7 (5,2)
127	127,0	5,6 6,4 7,5 9,2	115,8 114,2 112,0 108,6	16,7 19,1 22,1 26,7	141,3 (146,0)	165	4,6 (6,3)
140	139,7	6,2 7,0 7,7 9,2 10,5	127,3 125,7 124,3 121,3 118,7	20,4 22,9 25,1 29,5 33,6	153,7 (159,0)	171	5,2 (7,0)
146	146,1	6,5 7,0 7,7 8,5 9,5 10,7	133,1 132,1 130,7 129,1 127,1 124,7	22,3 24,0 26,2 28,8 32,0 35,7	166,0	177	8,0
168	168,3	7,3 8,0 8,9 10,6 12,1	153,7 152,3 160,5 147,1 144,1	29,0 31,6 35,1 41,2 46,5	187,7	181	9,1
178	177,8	5,9 6,9 8,1 9,2 10,4 11,5 12,7	166,0 164,0 161,6 159,4 157,0 154,8 152,4	24,9 29,1 33,7 38,2 42,8 47,2 51,5	194,5 (198,0)	184	8,3 (10,0)
194	193,7	7,6 8,3 9,5 10,9 12,7	178,5 177,1 174,7 171,9 168,3	35,0 33,1 13,3 49,2 56,7	215,9	190	12,2

Таблица. 1 Некоторые типоразмеры труб по ГОСТ 632-80

Из углеродистой стали высоких марок

Сортамент труб, выпускаемых для нефтяных и газовых скважин, которые могут быть использованы для водозабора, приведен в ГОСТ 632-80. Там рассматриваются стальные бесшовные трубы с трапецеидальной и треугольной резьбами, соединяемые при помощи муфт и в раструбы.

На практике, не считая высокой стоимости данных труб, их применение требует использования специальных крупногабаритных буровых установок. Также в относительно неглубоких скважинах на воду нет необходимости использования бесшовных труб, выдерживающих очень высокие давления.

Поэтому для обсадки колонн используют шовные стальные изделия. Предприятия, занимающиеся изготовлением обсадочных труб, обрезают заготовки до отрезков нужной длины и нарезают на них трубную резьбу внутри и снаружи.

Другие производители берут трубу с относительно тонкими стенками и приваривают к ней муфты с наружной и внутренней резьбой, выполненные из качественной углеродистой стали высоких марок.

Для обеспечения герметичного стыка профиль резьбы делается конусным.

Что касается стали, то теоретически можно применять сплавы марок Ст3, Ст5, Ст10, Ст20 и Ст45. На практике оказывается, что в случае нарезки резьбы на заготовки из Ст3, Ст5, Ст10 во время монтажа колонны, когда буровая установка скручивает трубы друг с другом, резьбовая насечка с большой вероятностью может быть сорвана.

Если используется Ст45, то ее твердость и прочность чрезмерно высоки для обработки и вырезать на ней резьбу экономически нецелесообразно. Поэтому ответственные производители берут для производства обсадок шовные трубы из Ст20.

Наружный диаметр,	Теоретическая масса 1 м труб, кг при толщине стенки, мм
мм		3,0	3,2	3,5	3,1	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	7,0	8,0	9,0
57		4,00	4,25	4,62	—	—	—	—	—	—	—	—	—
60		4,22	4,48	4,88	5,27	—	—	—	—	—	—	—	—
63,5		4,48	4,76	5,18	5,59	—	—	—	—	—	—	—	—
70		4,96	5,27	5,74	6,20	6,51	—	—	—	—	—	—	—
73		5,18	5,51	6,00	6,44	6,81	—	—	—	—	—	—	—
76		5,40	5,75	6,26	6,77	7,10	7,93	8,75	9,56	—	—	—	—
83		5,92	6,30	6,86	7,42	7,79	8,71	9,62	10,51	—	—	—	—
89		6,36	6,77	7,38	7,98	8,38	9,38	10,36	11,33	—	—	—	—
95		—	7,24	—	—	—	—	11,10	—	—	—	—	—
102		7,32	7,80	8,50	9,20	9,67	10,82	11,96	13,09	—	—	—	—
108		7,77	8,27	9,02	9,76	10,26	11,49	12,70	13,90	—	—	—	—
114		8,21	8,74	9,54	10,33	10,85	12,15	13,44	14,72	—	—	—	—
127		9,17	9,77	10,66	11,55	12,13	13,59	15,04	16,48	—	—	—	—
133		9,62	10,24	11,18	12,11	12,73	14,26	15,78	17,29	—	—	—	—
140		10,14	10,80	11,78	12,76	13,42	15,04	16,65	18,24	—	—	—	—
152		11,02	11,74	12,82	13,89	14,60	16,37	18,13	19,87	—	—	—	—
159		11,54	12,30	13,42	14,52	15,29	17,15	18,99	20,82	22,64	26,24	26,24	—
I68		12,21	13,01	14,20	15,39	16,18	18,14	20,10	22,04	23,97	27,79	31,57	—
177,8		12,93	13,78	15,04	16,31	17,14	19,23	21,31	23,37	25,42	29,49	33,50	—
180		—	—	—	—	17,36	—	21,58	—	—	—	—	—
193,7		14,11	15,03	16,42	17,80	18,71	21,00	23,27	25,53	27,77	32,23	36,64	—
219		15,98	17,03	18,60	20,17	21,21	23,80	26,39	28,96	31,52	36,60	41,63	46,61
244,5		17,87	19,04	20,80	22,56	23,72	26,63	29,53	32,42	35,42	41,00	46,66	52,27
273		—	—	23,26	25,23	26,54	29,80	33,05	36,28	39,51	45,92	52,28	58,60

Таблица. 2 Некоторые размеры и масса труб с прямым электросварным швом по ГОСТ 10704-91

Свойства стальных труб:

Они прочнее всех полимерных аналогов, поэтому могут использоваться на высоких глубинах.

Не критичны к небольшим отклонениям скважинного канала при бурении от центральной оси.

Трубы высокоуглеродистых марок из Ст10 или Ст20 обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем их аналоги из простых сталей Ст3 и Ст5.

В обсадке, в зависимости от сечения стенок и эксплуатационных условий, они способны простоять до 50 лет.

Диапазон рабочих температур стальных изделий в несколько раз превышает максимальные температуры среды, в которой они эксплуатируются.

Благодаря прочности стенок шахты из стали, для очистки скважин применяются высокоэффективные методы (гидроудары, массивные желонки), которые невозможно использовать в полимерной колонне.

Наружные диаметры стальных прямошовных электросварных труб для обсадки по ГОСТ 10704-91: 89, 95, 102, 108, 114, 127, 133, 140, 152, 159, 168 при толщине оболочки от 3 до 9 мм.

Рис. 3 Стальная обсадная труба в оболочке из пластика

Обсадная труба с дополнительной полимерной оболочкой

Некоторые производители для защиты стальных труб от коррозии выпускают их в поверхностной полимерной оболочке.

Если бы защитный полимер располагался внутри этих труб в зоне постоянного контакта стенки с водой, им бы не было цены при эксплуатации в скважинах. Тем не менее, наружный полимер замедляют коррозионные процессы и теоретически может быть использован в дешевых трубах более низких марок.

Методы соединения стальных обсадных труб

Стальные трубы в обсадке соединяют различными способами, основные из них:

Резьбовой. При таком варианте используют толстостенную заготовку. На одном ее конце нарезают наружную, а на втором внутреннюю резьбы, которые можно состыковывать между собой. К недостаткам данного способа относят большую толщину трубных стенок, что не всегда целесообразно по финансовым соображениям.

В раструб с резьбой. При данной технологии один трубный конец расширяют и наносят в раструб изнутри резьбу, а на втором делают наружную резьбовую насечку. При этом методе трубные стенки могут быть более тонкими, однако сложности в изготовлении раструба повышают стоимость конечного продукта.

Рис. 4 Конструкция и муфты для стыковки стальной трубной обсадки по ГОСТ 632-80

Муфтовый. Для стыковки трубных элементов в колонну используют дополнительный элемент — муфту. На нее с двух концов изнутри наносят резьбу, сами трубы имеют по краям внешнюю резьбовую насечку. Помимо использования дополнительной детали в виде муфты, применение данной технологии при бурении значительно усложняет проведение работ.

Электросварка. Довольно экономичный метод, при котором не требуется нанесение резьбы на трубные заготовки. Их сваривают по мере опускания трубопровода в скважинный канал.

Однако данная технология не получила широкого распространения из-за большой значимости человеческого фактора. Сварщика-профессионала, способного сделать высококачественный сварной шов во время монтажа обсадной колонны, не так просто найти. Поэтому из 10 человек качественно выполняет сварочные работы один, и, если он по каким-либо причинам не может работать, ему невозможно найти достойную замену. Этого нельзя сказать о специалистах буровиках, которые обслуживают буровые установки.

Обсадная труба из пластиков

Стоимость обсадных полимерных труб намного ниже стальных, при этом они коррозионно устойчивы и имеют малый вес. Последнее преимущество значительно упрощает и удешевляет проведение бурения, для которого не требуется крупногабаритная тяжелая спецтехника.

Более низкая прочность полимерных колонн не играет важной роли на малых глубинах и абсолютно не важна при использовании их в качестве дополнительных оболочек внутри стальной обсадки.

Рис. 5 Морозостойкий полипропилен – внешний вид изделий

Морозостойкий полипропилен МПП

Обычный трубный полипропилен ПП хорошо известен хозяевам частных домов. Из него чаще других материалов монтируют сети холодного и горячего водоснабжения, отопления.

Единственный недостаток, мешающий широкому использованию полипропилена снаружи — его невысокий нижний температурный порог. При температуре окружающей среды около -20 °С, оболочка полипропиленовой трубы становится хрупкой и разрушается. В морозостойком полипропилене данный недостаток устранен за счет введения в композицию эластомеров – материалов, способных восстанавливать свою форму после деформации.

Обычно наполнителями служат синтетический тройной этиленпропилендиеновый сополимер или каучук, объем добавки составляет около 5%. В результате при низких температурах полипропилен не теряет свою эластичность и за счет этого удается снизить его температурный порог.

Наименование показателей	ППК-5
Плотность, кг/м³	880
Показатель текучести расплава, ПТР г/10 мин (230 °С; 2,16 кг)	5,9
Термостойкость, С	280
Наполнение каучуком	5%
Светостойкость	7-8
Модуль упругости при изгибе, МПа	300
Ударная вязкость по Шарли с надрезом при +20 °С, кДж/м²	12

Таблица. 3 Характеристики МПП

Морозостойкий полипропилен сохраняет практически все физические, химические характеристики исходного материала и имеет следующие особенности:

Нижний температурный порог, который выдерживает МПП, доходит до — 60 °С. Верхний температурный предел МПП достигает + 140 °С, при этой температуре происходит размягчение материала.

Плотность МПП около 0,90 г/см3 является самой низкой среди трубных полимеров. В итоге в собранный колонне нет чрезмерных нагрузок на стыки.

Материал стоек к истиранию и эластичен (данный показатель по отскоку составляет 40 — 50%).

Предельный прочностной показатель МПП: 20 — 28 МПа.

Относительное удлинение: 400 — 600 %.

Модуль упругости при изгибании: 300 — 1100 МПа.

Морозостойкий полипропилен — ударопрочный материал, его ударная вязкость до разрушения при температурах + 230 °С составляет 12 кДж/м2.

Полипропилен химически нейтрален и безвреден при использовании в системах питьевого водоснабжения.

Трубопровод устойчив к слабым кислотам, щелочам, маслам, растворам солей.

Его эксплуатационный срок доходит до 50 лет.

Морозостойкий полипропилен регламентируется ТУ 2211-065-05796653-2002 и ТУ 6-05-1931-82. Трубу обсадки из морозостойкого полипропилена выпускают синей окраски.

Рис. 6 Обсадная труба НПВХ

Непластифицированный поливинилхлорид НПВХ

Техусловия на трубы из НПВХ с резьбой приведены в ТУ 2248-001-84300500-2009, его некоторые положения:

Их изготавливают следующих видов:
— С раструбом, в котором изнутри нанесена резьба, и гладким вторым концом с наружной резьбовой насечкой.
— Без раструба с увеличенной толщиной трубной стенки и разной резьбой на концах.

Типы резьбы: трапецеидальные обычная TR и упорная коническая TRK.

Трубный диаметр находится в диапазоне от 90 до 450 мм.

Допустимо их погружение под землю на расстояния до 100 м, колонна с утолщенной стенкой может быть опущена под грунт на 300 м.

НПВХ трубопровод экологичен и используется в магистралях питьевого водоснабжения.

Полимер устойчив к агрессивным реагентам, не подвержен коррозионным процессам.

В сравнении с аналогичными пластиками, плотность НПВХ выше (1,35 — 1,43 т/м3), чем у воды, благодаря этому колонна не всплывает.

Благодаря гладким внутренним стенкам, обсадная труба имеет низкое гидравлическое сопротивление.

Коэффициент теплового расширения непластифицированного поливинилхлорида меньше, чем у других пластиков.

Средний наружным диаметр d		Толщина стенки s		I3 дли- на резьбын.м.	I5 +30* дли- на до фильтра	I4 +-50, мм** Для эффективной длины I2 равной
Номинал	Предел отклонения	Номинал	Предел отклонения			1000	2000	3000	4000
90	+ 0.3	5.0 8.0	+0.6 +0.6	42 45	80	800	1800	—	—
113	+ 0.3	5.0 7.0	+ 0.7 + 0.9	47	95	775	1775	2775	3775
125	+ 0.3	5.0 6.0 7.5	+ 0.9 + 0.9 + 1.0		95	775	1775	2775	3775
140	+ 0.4	6.5 8.0 10.0	+ 0.9 + 1.0 + 1.0	62	160	710	1710	2710	3710
165	+ 0.4	7.5 9.5	+ 1.0 + 1.2		170	700	1700	2700	3700
195	+ 0.5	8.5 11.5 14.0	+ 1.2 + 1.8 + 1.8	72	175	695	1695	2695	3695
225	+ 0.5	10.0 13.0	+ 1.2 + 1.8	72	180	690	1690	2690	3690
280	+ 0.5	12.5 16.0	+ 1.5 + 1.0	88.5	220	640	1640	2640	3640
330	+ 0.6	14.5 19.0	+ 1.7 + 2.0		220	640	1640	2640	3640
400	+ 0.7	17.5 21.5	+ 2.0 + 2.4		240	620	1620	2620	3620
450	+ 0.8	19.5 23.5	+ 2.2 + 2.6	99	240	620	1620	2620	3620

Таблица. 4 Размерные параметры трубного НПВХ по ТУ 2248-001-84300500-2009

НПВХ – диэлектрик, не подверженный электрохимической коррозии, стоек к отложению известкового налета и солей на поверхности.

Обладают низкой теплопроводностью порядка 0,14 Вт/м·°С.

Отличительная особенность НПВХ-труб в сравнении с другими материалами — самая низкая скорость роста бактерий на его поверхности.

Нейтральны к агрессивным химическим веществам, используемых для регенерации скважин (соляная кислота).

Температура плавления НПВХ 150 — 220 °С, при нагревании свыше 60 °С материал размягчается. Становится хрупким при температуре меньше -75 °С (ниже порога стеклования).

К недостаткам НПВХ относят его хрупкость, однако многие производители снижают ее добавлением в состав пластификаторов.

Обсадная труба из НПВХ отличается высокой механической прочностью и жесткостью.

Срок эксплуатации НПВХ свыше 50 лет;

Обсадные НПВХ-трубы стоят дешевле аналогов из полиэтилена высокого давления и полипропилена.

НПВХ-трубу выпускают светло-голубого цвета, также рынке присутствуют и дешевые технические изделия из вторсырья, которые визуально невозможно отличить от экологичного первичного НПВХ.

Рис. 7 Обсадная труба из ПНД

Полиэтилен низкого давления (ПНД)

Трубы из ПНД хорошо известны собственникам частных домов, у которых смонтировано индивидуальное водоснабжение. Их прокладывают под землей для транспортирования воды из скважинных и колодезных источников в жилье.

ГОСТ 18599-2001 задает техусловия на трубы из ПНД, которые отличаются следующими особенностями:

Для обсадки изготавливаются из первичного сырья, которое экологически безвредно для питьевой воды.

ПНД-трубы имеют относительно высокую плотность – свыше 0,941 г/см3.

Температура пранспортируемой среды для ПНД от — 60 до + 40 °С.

Изготавливаются из марки полиэтилена ПЭ-100.

Обсадку делают из изделий с наиболее толстой оболочкой, поэтому они не имеют резьбовых раструбов для соединения.

Толщину трубных стенок выбирают из диапазона от 6 до 10 мм.

		SDR 17 S8		SDR 13.6 S6.3		SDR II S3		Овальность после экструзии,
Средний наружный		Максимальное рабочее давление воды при 20 оС, МПа						не более
диаметр		1		1.25		1.6
		Толщина стенки
номина.	пред. откл.	номина.	пред. откл.	номина.	пред. откл.	номина	пред. откл.
32	+0,3	—	—	—		3,0	+0,5	1,3
40	+0,4	—	—	3,0	+0,5	3,7	+0,6	1,4
50	+0,5	3,0	+0,5	3,7	+0,6	4,6	+0,7	1,4
63	+0,6	3,8	+0,6	4,7	+0,8	5,8	+0,9	1,5
75	+0,7	4,5	+0,7	5,6	+0,9	6,8	+1,1	1,6
90	+0,9	5,4	+0,9	6,7	+1,1	8,2	+1,3	1,8
110	+1,0	6,6	+1,0	8,1	+1,3	10,0	+1,5	2,2
125	+1,2	7,4	+1,2	9,2	+1,4	11,4	+1,8	2,5
140	+1,3	8,3	+1,3	10,3	+1,6	12,7	+2,0	2,8
160	+1,5	9,5	+1,5	11,8	+1,8	14,6	+2,2	3,2
180	+1,7	10,7	+1,7	13,3	+2,0	16,4	+2,5	3,6
200	+1,8	11,9	+1,8	14,7	+2,3	18,2	+2,8	4,0
225	+2,1	13,4	+2,1	16,6	+2,5	20,5	+3,1	4,5
250	+2,3	14,8	+2,3	18,4	+2,8	22,7	+3,5	5,0

Таблица 5. Характеристики ПНД-труб для обсадок из ПЭ-100 по ГОСТ 18599-2001

Обладают гибкостью и пластичностью, позволяющей им не растрескиваться при обледенении воды в трубопроводе.

Полиэтилен химически нейтрален, может длительное время работать в агрессивной среде.

Срок службы ПНД-труб достигает 50 лет.

Имеют относительно невысокий коэффициент теплопроводности порядка 0,32 Вт/м·°С.

Слабо устойчивы к действию ультрафиолета, при длительном нахождении на солнце подвержены растрескиванию.

Компании производители реализуют ПНД обсадные трубы диаметры которых снаружи отличаются от стандартизированного цифрового ряда. Обычно их принимают равными 90, 110, 117, 120, 125, 128, 135, 140, 160 мм.

Обычная длина трубы обсадки из ПНД — 3 или 4 м. По согласованию с заказчиком она может быть увеличена.

Так как трубопроводы ПНД отличается мягкостью и эластичностью, их чаще применяют внутри обсадки из высокопрочных металлов в качестве второй дополнительной колонны.

При обустройстве колонны только из ПНД-труб ее высота зависит от сечения стенок, диаметра и обычно не превышает 60 м.

ПНД-трубы выпускают черного или синего цветов, при втором варианте их довольно сложно отличить от аналогичных изделий из других материалов.

Рис. 8 Прайс-лист на ПНД обсадную трубу

Полиэтилен высокого давления ПВД

Трубы из полиэтилена высокого давления (ПВД) а также материал их изготовления отличаются следующими особенностями:

Имеют плотность около 0,91 г/см3, уступая по этому показателю полиэтилену низкого давления. Из-за меньшей плотности они менее прочны и износостойкости, чем ПНД.

Работают в чуть более широком температурном диапазоне, чем ПНД. Допускается их эксплуатация в среде от — 40 до + 90 °С.

Плохо переносят резкие температурные перепады.

Имеют высокое тепловое расширение.

Обладает высокой химической устойчивостью даже к концентрированным кислотам и щелочам, сложным эфирамальдегидам кетонов и растительным маслам.

Имеет в своем составе незначительное количество примесей, что положительно сказывается на их экологичности.

Стоят дороже НПВХ.

Срок службы ПВД-труб не менее 50 лет.

Трубы обсадные из полиэтилена высокого давления довольно редко встречаются на рынке. Они имеют типичный синий цвет и соединяются при помощи наружной и внутренней безраструбовых резьб.

Рис. 9 Обсадная труба ПВД

Стеклопластик

Трубы из стеклопластика настолько редко попадаются обычному потребителю, что мало кто знает, что это такое. В промышленности их получают методом намотки стеклянных нитей на металлическую оправку с одновременной пропиткой синтетическими смолами.

Их изготавливают некоторые частные предприятия на импортном оборудовании. В основном стеклопластиковые трубы применяют для прокладки напорных и безнапорных трубопроводных магистралей, соединяя их между собой муфтами, фланцами, раструбами с герметизирующими кольцами, склеиванием.

Применение стеклопластиковых труб в качестве элементов для скважинных обсадных колонн — эксклюзивный вариант, который реализуют единичные производители в лице компании Сафит.

Один из методов изготовления скважинных стеклопластиковых труб описан в ТУ 2296-003-18057578-06, изделие включает в себя следующие элементы:

— неподвижную закладную деталь;

— уплотнительную прокладку;

— свободно вращающуюся корончатую гайку.

При производстве внутренний слой трубы покрывают пищевой полиэтиленовой пленкой, которая приклеивается к стеклопластиковой оболочке. Трубы для скважины в полной заводской готовности изготавливаются применительно к конкретным проектам систем различного назначения (подъема питьевой воды, растворов солей, кислот, щелочей).

Рис. 10 Стеклопластиковая обсадная труба от Сафит и трубы, их характеристики

Особенности труб из стеклопластика:

Область применения стеклопластика — подача воды для хозяйственно-питьевых нужд, растворов кислот, солей и щелочей.

Могут функционировать в противопожарных и технологических трубопроводах, в низкотемпературных тепловых сетях.

Диапазон температур рабочей среды от -50 до +70 °С.

Стеклопластиковая колонна имеет вес в 4 — 5 раз меньше стальной.

Эксплуатационный срок не менее 20 лет.

Труба не подвержена зарастанию солями и биологическими микроорганизмами — грибком, плесенью.

Отличаются прочностью, способны выдержать осевую нагрузку в 25 тонн. Устойчивы к ударам и изгибам.

Выпускаются в трудногорючем исполнении по ГОСТ 12.1.044-89.

Имеют низкий коэффициент теплопроводности порядка 0,4 Вт/м ·°С.

Не требуют использования защиты от электрохимической коррозии, не нуждаются в дополнительной изоляции.

Предприятие выпускает специальные переходники на типовые скважинные оголовки под любой тип электронасосов.

Монтаж стеклопластиковой колонны отличается высокой скоростью и простотой.

Допускается демонтаж обсадки и многократные соединения.

Рис. 11 Виды скважинных источников

Обсадная труба — применение в зависимости от типа скважин

В бытовом хозяйстве для водоснабжения используются различные типы скважин, отличающиеся глубиной проходки. В каждой из них рационально использовать определенный вид обсадок из металлов или полимеров.

Абиссинские

Абиссинские — это скважины неглубокого залегания от 5 до 30 м. Водозабор из них осуществляют при помощи поверхностного электронасоса или станции с глубиной опускания всасывающего напорного трубопровода не более 8 — 9 м.

Так как во внутрискважинный канал не опускают глубинный электронасос, a всасывающий патрубок поверхностных агрегатов имеет небольшой диаметр, для обсадки берут малые в окружности трубы.

Обычно в абиссинку опускают ПНД-трубопровод, намотанный в бухты — это позволяет смонтировать обсадную шахту без стыков. Часто ПНД-трубу малого диаметра в 25 или 32 мм непосредственно подсоединяют к электронасосу, совмещая в одном изделии обсадку и всасывающий патрубок.

Скважины на песке

Глубина песчаных скважин обычно лежит в диапазоне от 30 до 60 м.

При таких расстояниях давление на стенки труб обсадной колонны относительно невелико и для ее сборки можно использовать полимеры. Для обустройства обсадки скважин на песке подойдут наиболее распространенные трубы из непластифицированного поливинилхлорида НПВХ, морозостойкого полипропилена МПП, полиэтилена высокого давления ПВД.

При значительных глубинах скважин на песке существуют варианты устройства обсадок из двух полимерных колонн.

Стоит отметить, что производители труб НПВХ для скважинных обсадных колонн выпускают щелевые фильтры с конической заглушкой на конце, которые первыми погружают в канал.

В редких ситуациях, когда глубина скважинного источника на песке доходит до 100 м, в колонне используют обсадные стальные трубы.

В песчаные скважины опускают глубинные электронасосы двух основных типоразмеров в окружности — 3 или 4 дюйма, соответственно 75 — 80 и 100 мм. Диаметр обсадной трубы для полимерной колонны подбирают с учетом размеров электронасоса и толщины ее стенок, для 3-дюймовых подойдет 90-я, для 4-дюймовых — 125-я.

Рис. 12 Схема обсадки в скважинах на песке и артезианках

Артезианские

Глубина артезианских источников доходит до 200 м, при этом колонна испытывает значительные нагрузки грунта на свою оболочку. Поэтому не существуют альтернативы высокопрочным стальным трубам в скважинном канале артезианки.

Стоит отметить, что коррозия стали, сопровождающаяся увеличением процентного содержания железа в воде, для артезианок не актуальна. Большинство глубинных скважин имеют и без того повышенное содержание различных металлов в водной среде, приводящее к использованию для водоочистки специальных установок обезжелезивания.

Нередко внутрь стальной помещают пластиковую колонну. Это повышает коррозионную стойкость обсадки и увеличивает срок ее службы.

Вторую колонну обычно собирают из НПВХ-труб, можно использовать и менее прочный ПНД трубопровод, нагрузка на внешние стенки которого внутри стальной оболочки минимальна.

Наиболее распространенный вариант устройства двух обсадных колонн — помещение внутрь 140-й стальной трубы 125-й полимерной.

Рис. 13 Малогабаритные буровые установки

Скважинное бурение с полимерной обсадкой

Для бурения самых распространенных песчаных скважин на воду используют как крупногабаритные промышленные установки, так и агрегаты небольших размеров. Во всех случаях применяется технология гидробурения, при которой в скважинный канал подается вода. Водоподача осуществляется через полые внутри буровые штанги.

Бурение скважин на песке можно разбить на следующие этапы:

Подготовка. Размещается буровая установка в точке проведения работ, подгоняется цистерна с водой, выкапывается приямок отстойника. Он необходим для осуществления замкнутого непрерывного цикла подачи воды в скважинный канал.

То есть, от устья скважины прокапывается канавка к глубокому приямку, в котором отстаиваются вытекающая со шламом вода. Дренажный насос поднимает более чистую воду на поверхность и направляет ее по трубам обратно в шахту скважины. Также готовят к работам буровые штанги, смазывая их поверхность машинным маслом.

Бурение. Для проходки используют буровые штанги стандартной длины 3, 4,5 или 6 м. На конец первой штанги помещают бур соответствующего диаметра и центратор, закрепляют ее в механизме установки и опускают в землю, начиная бурение.

Из цистерны в бур подают воду, как только она начинает выливаться по каналу в приямок и он заполняется, высыпают в воду сухую буровую смесь. При проведении работ буровой раствор выполняет ряд очень важных функций, основные из которых – облегчение проходки, укрепление стенок канала. После углубления первой штанги, ее концевик освобождают из захвата установки и прикручивают к ней вторую. Увеличивают длину буровой колонны при помощи штанг до тех пор, пока в отвале не появится порода нужного состава и объем вытекающей на поверхность воды превысит количество закачанной.

Рис. 14 Схема бурения с приямками

Опускание обсадной НПВХ колонны. При появлении воды в скважинной шахте бурение прекращают и начинают извлекать буровые штанги наружу, отсоединяя их друг от друга при помощи установки.

После извлечения последней штанги приступают к монтажу обсадной колонны, длина труб при этом может составлять 3, 4 или 6 м. Первым в шахту погружают щелевой фильтр, на торец которого накручивают конусный колпак. Некоторые буровики вместо одного использует два или три фильтра. По мере опускания труб к ним прикручивают другие до тех пор, пока длина колонны не достигнет необходимой отметки.

Прокачка скважины. После опускания в землю всей обсадной колонны, лишний участок верхней трубы обрезают и приступают к прокачке скважины. Для этого в нее опускают жесткий напорный рукав до зоны фильтров и подают через него воду электронасосом из цистерны под давлением.

Чтобы удержать сильный напор, трубопровод подключают через герметичный оголовок на верхней трубе скважины. Поступающая от поверхностного насоса вода через щели фильтра очищает и освобождает пространство за ним, вымывая часть мелкофракционного грунта. Это в дальнейшем предотвратит заиливание скважины и увеличивает срок ее службы. Стоит отметить, что многие буровики не используют эффективную процедуру обратной прокачки, ограничиваясь выкачиванием из скважинной шахты замутненной воды.

После очистки фильтров обратным потоком приступают к выкачиванию мутной жидкости.

В скважинный канал опускают погружной насос на расстоянии от забоя около 0,5 м и начинают выкачивать воду на поверхность. Процедура по времени занимает от нескольких часов до суток. После появления на выходе прозрачной воды прокачка скважины считается завершенной.

Чтобы предотвратить попадание в канал грязных поверхностных вод, вокруг обсадной колонны делают цементно-песчаную, бетонную отмостку при ее положении на поверхности земли, или помещают верх колонны в кессонный колодец.

Рис. 15 Буровые штанги и щелевой НПВХ фильтр

Рекомендации по подбору труб обсадки

Не следует недооценивать выбор материала для обсадной колонны, от которого в высокой степени зависит долговечность и надежность скважины.

Повреждение стенок обсадки нередко приводит к застреванию погружного электронасоса — в результате можно потерять не только всасывающий агрегат, но и саму скважину.

При выборе труб для обсадки полезно руководствоваться следующими рекомендациями:

При покупке полимерных труб из ПНД и НПВХ следует быть особенно внимательным — на рынке присутствует продукция, изготовленная из вторсырья. Если чистый НПВХ выпускают светло-голубого цвета, то технический обычно имеет темно-синюю окраску, иногда с зеленоватым оттенком. Также о трубном материале из вторичного сырья сигнализирует химический запах.

Отличить трубу ПНД, выпущенную из полиэтилена вторичной переработки можно по запаху. Конфетный аромат, запах стирального порошка, синтетических моющих средств или шампуня свидетельствуют о применении ПЭ из вторичного сырья.

При приобретении полимерных изделий стоит убедиться в качестве их стыкового соединения. Для этого две трубы соединяют на три витка и отклоняют одну из них в сторону. Большой люфт сигнализирует о некачественном выполнении резьбы и возможным протечкам через стык при дальнейшей эксплуатации.

Внутренний диаметр труб подбирают с таким расчетом, чтобы расстояние между электронасосом и стенками со всех сторон не было меньше 5 мм. При стальной жесткой обсадке оно может быть снижено.

Точно определить марку стали в трубах обсадных колонн довольно сложно, но можно воспользоваться народными методами. При обработке на наждаке углеродистые стали Ст20 дают большую интенсивность искрения со звездочками на концах. У низкоуглеродистых сталей марок Ст3, Ст5 поток искр значительно меньше и практически отсутствуют звездочки.

Рис. 16 Этапы буровых работ с монтажом полимерной колонны

Несмотря на разнообразие материалов, из которых производится обсадная труба, наиболее часто используют сталь марки Ст20, а из полимеров — непластифицированный поливинилхлорид НПВХ. Каждая колонна из этих материалов надежна в эксплуатации и способна прослужить в скважинном канале не менее 50 лет, что в большей степени актуально для артезианских скважин.