Что такое артезианская скважина — как бурят, документы, обустройство

Одна из основных задач на участке с частным домом, лишенном каких-либо коммуникаций — обеспечение индивидуального водоснабжения из скважины или колодца, при этом первая насчитывает несколько разновидностей. Чтобы выбрать подходящий тип скважинного источника, следует знать ответ на вопрос — артезианская скважина, что это такое.

Стоит отметить, что скважины артезианского типа относятся к наиболее дорогим как с технической точки зрения, связанной со сложностью проводимых работ и высокими затратами на монтаж, так и по бюрократической линии. Поэтому любому пользователю, решившему заняться ее разработкой, полезно изучить информацию о ситуациях, когда необходимо официальное документальное оформление процедуры проведения буровых работ.

Рис. 1 Разновидности скважин

Какую скважину называют артезианской

В индивидуальном водоснабжении используют три типа скважин, отличающихся в первую очередь глубиной залегания. Самая мелкая из них — абиссинская, располагается на глубине от 5 до 30 метров и рассчитана на водозабор из первого поверхностного водоносного пласта. Абиссинки многие домовладельцы своими руками бурят вручную или с использованием труда наемных рабочих, специализирующихся на такой разновидности бурения.

Шахту проходят ручным буром (намного реже желонкой) небольшого диаметра без использования дорогих и сложных механизмов, специальной техники, водозабор проводят с помощью поверхностного электронасоса. Фильтр обсадки стараются размещать в водоносном пласте без опоры на песчано-илистое дно, поэтому выкачиваемая питьевая вода обладает неплохим качеством.

Скважины на песке достигают глубин 70 м, для их прокладки применяют спецтехнику, а в пробуренный канал помещают колонну из полимерных и реже стальных труб, опирающуюся на песчано-глинистое дно. Водозабор проводят погружным электронасосом, вода имеет высокое содержание глиняных, песчаных примесей и поэтому нуждается в улучшенной грубой и тонкой очистке.

Отвечая на вопрос, что такое артезианская скважина, в первую очередь говорят о ее глубине, которая лежит в диапазоне от 35 до 300 м. При ее прохождении доходят до твердых известковых пород, над которыми располагается водоносный пласт, поэтому вода отличается высокой прозрачностью и отсутствием песчано-глинистых примесей. Колонна при установке в канал испытывает высокие поперечные нагрузки грунта, поэтому в скважине практикуется использование прочных стальных труб. Для водного забора используют погружные насосы наибольшей мощности — благодаря значительному давлению почвы на водоносный бассейн, наполняемость в единицу времени (дебет) артезианского источника является наивысшей среди других видов скважин.

Рис. 2 Артезианская скважина – устройство

Артезианская скважина, что это такое, конструктивные разновидности

На конструктивные особенности бытовых артезианских скважин оказывают влияние глубина их залегания, состав грунта, финансовые возможности заказчика, технология выполнения работ фирмами или частными лицами. Если бурится артезианская скважина, сколько метров ее предполагаемая глубина определяют по геологическим картам и разрезам почв для данной местности, и на основе этих показаний заранее планируют нужную структуру и подбор необходимых материалов.

Основными конструктивными элементами артезианских скважин являются трубные колонны, которые делят на следующие группы:

Эксплуатационные. В них непосредственно находится вода и размещен погружной электронасос, основной материал изготовления — непластифицированный поливинилхлорид НПВХ. Эксплуатационная колонна пронизывает насквозь верхний пласт известняка и располагаются в водном бассейне, опираясь на его дно из аналогичной породы. В придонный области колонна имеет фильтр, обычно состоящий из ряда хаотичных круглых отверстий в стенках нижней трубы.

Обсадные. Предназначены для формирования скважинной шахты, предотвращения осыпания грунта и защиты эксплуатационного трубопровода от поперечной деформации пластами земли. Сооружение обсадки обычно выполняется из стальных или пластиковых труб с резьбовым соединением, она проходит на всю глубину шахты до верхнего известкового пласта, лежащего над водным бассейном.

Кондуктор— дополнительная техническая колонна, размещаемая поверх обсадки, располагается в верхней части шахты и используется в процессе бурения для предотвращения обрушения и впитывания сыпучими песками слишком большого количества буровой промывочной жидкости, которая должна совершать циклическое движение от забоя (дна) на поверхность и внутрь буровых штанг. Второе предназначение кондуктора — предотвращение проникновения поверхностных или загрязненных грунтовых вод в затрубное пространство и затем в водный бассейн. Кондуктор, устанавливаемый поверх обсадки, имеет ограниченную высоту в зависимости от условий бурения.

Рис. 3 Скважины с одной колонной и кондуктором

Классическая для малых глубин

В данных видах артезианских скважин поперечная нагрузка на эксплуатационную колонну незначительна, поэтому применение металлической обсадки не требуется и с задачей неплохо справляются трубы из НПВХ. Для размещения погружного электронасоса стандартным наружным диаметром 4 дюйма или 100 мм подойдет обсадная труба из НПВХ наружным диаметром 125 мм с нормированной толщиной стенки 5, 6, или 7,5 мм, соответственно внутренний диаметр колонны равен 115, 113 и 110 мм.

Для ликвидации проникновения грунтовых вод в пространство за колонной и затем в водный пласт, околотрубную полость вверху иногда бетонируют на некоторую глубину. Так как давление грунта на водный бассейн при небольших глубинах его размещения не слишком велико, вода редко поднимается на высоту выше половины длины шахты и поэтому погружной электронасос в основном располагают в придонной области.

С кондуктором

Кондуктор используют при возникновении многих проблем, связанных с однотрубным бурением. Чаще всего его устанавливают при наличии рыхлых грунтов, приводящих к осыпанию скважинного канала, и для герметизации трещин в породе, через которые уходит промывочный раствор, необходимый для нормального процесса бурения (подъем шлама, создание корки на стенках скважины, предотвращение их разрушения) и охлаждения бура.

Возникновение перечисленных выше проблем при бурении значит прекращение проходки — на поверхность извлекают буровые штанги с долотом и бурение проводят с большим диаметром бура. Далее в проделанный канал вставляют стальную трубу нужной высоты, после чего начатые ранее буровые операции продолжают по прежней технологии, вводя бур внутрь колонны кондуктора.

Если при устройстве обсадной колонны для погружного электронасоса используются стандартные НПВХ трубы диаметром 125 мм, в качестве кондуктора может выступать стальная труба с наружным диаметром 140, 146 мм.

Рис. 4 Конструктивное исполнение скважины с двумя колоннами

С двумя колоннами

Для проходки на большие глубины наиболее часто используемый вариант — конструкция артезианской скважины из внутренней коррозионностойкой пластиковой колонны НПВХ и наружной обсадной защитной оболочки из низкоуглеродистой стали. При бурении доходят до известняка, после чего монтируют обсадную металлическую колонну, далее известковый слой пробивают буром меньшего диаметра, приблизительно равным внутреннему сечению обсадного канала, и помещают в шахту эксплуатационную колонну из НПВХ с дырчатым фильтром на конце.

Необходимость наличия наружной стальной обсадной трубы при бурении глубинных артезианских скважин вызвана еще одной причиной. Дело в том, что иногда при прохождении известкового слоя вода от большого давления поднимается по стволу и начинает фонтанировать. В этом случае на верхнюю стальную трубу обсадной колонны приваривают заглушку с краном и пользуются водой без применения погружного электронасоса. Если бы обсадка изначально делалась пластиковыми трубами, избыточное давление воды внутри колонны могло бы вызвать ее повреждение и затруднить монтаж запорного вентиля.

Читайте также:  Дренажная труба. Часть 1. Виды труб, материалы изготовления, конструкция

Телескопическая

Подобную конструкцию используют, если верхних слоях грунта при бурении натыкаются на большое количество валунов и сыпучих песков. Основная труба доводится до проблемного слоя, далее проходка проводится буром меньшего диаметра с установкой стальной обсадной колонны до верхнего слоя известняка. Для размещения эксплуатационной трубы из НПВХ в известковом слое бурят меньшее по диаметру отверстие и помещают в водоносный слой последнюю колонну.

Рис. 5 Телескопическая артезианская скважина с тремя колоннами

Как бурят артезианскую скважину

Для проведения буровых работ на профессиональном уровне используют самоходные установки на шасси крупнотоннажных вездеходов Урал, Краз, Камаз. В настоящее время при бурении скважин применяют следующие два основных способа проходки:

Шнековый. При этом методе формирование скважинного канала осуществляется с помощью шнековых (винтовых, спиралеобразных) штанг (первая из них имеет резак на конце), которые постепенно вкручиваются в землю, по мере погружения добавляются новые элементы. Подъем грунта наверх происходит за счет его перемещения по спиралеобразным пластинам на штанге. Благодаря компактности способа и бурового оборудования в виде небольшой вышки, шнеками можно бурить скважины внутри построенного дома.

Метод отличается высокой скоростью и простотой проходки, относительно низкой стоимостью, рассчитан на работу в мягких и рыхлых грунтах суглинистого и смешанного типа. Ответом на вопрос, с какой глубины шнек может поднять грунт, будет невысокий максимальный показатель в 50 м.

В зависимости от особенностей грунта используют различные типы концевых проходных резцов, они могут иметь вид лопастей, круглых или конусообразных головок. К недостаткам шнекового метода бурения помимо невысокой глубины проходки относят невозможность работы в сыпучих, с валунами и твердыми скальными, известковыми грунтами, а также ограниченный диаметр проходного канала, не превышающей 200 мм.

Рис. 6 Скважинное бурение на базе автомобильных тягачей

Роторный. Данный метод относят к современным способам бурения, проходная штанга представляет собой полую трубу с резьбой, на конце которой находятся различного вида буровые насадки с вкручиваемым резьбовым патрубком. По мере погружения к проходной трубе подсоединяются полые штанги, через которые в скважинный канал подается буровой раствор — разведенные в обычной воде полимерные или глинистые сыпучие составы с различными добавками. Благодаря технологии гидробурения производительность роторного метода доходит до 300 м в смену, а его главным преимуществом считается возможность проходки твердых известковых и скальных пород.

Роторный метод позволяет получать скважинные каналы значительных диаметров для промышленной эксплуатации, с его помощью проще бурить сложные скважины с несколькими кондукторами или обсадными колоннами. К недостаткам относят более высокую стоимость работ и необходимость присутствия дополнительного оборудования в виде специальной подающей и всасывающей водяной помпы, цистерны с водой на автомашине.

Рис. 7 Шнековое и роторное бурение

Понятно, что для пробивки артезианской скважины подходит только роторный метод, процесс обустройства стандартного источника из двух оболочек колонковым методом состоит из следующих этапов:

Вначале проводят подготовительные операции, для этого выкапывают два приямка (зумпфа), соединенных между собой и скважинным устьем (выходом) канавками на расстоянии не более 1 м от точки бурения. Первый зумпф служит для сбора шламовых вод, представляющих собой растворенный и извлекаемый из шахты грунт, во второй приямок набирают отстоявшуюся от осадка буровую промывочную жидкость. Многие буровики не усложняют подготовительный процесс и используют один приямок с канавкой от скважинного устья — в него собирает промывочную жидкость, а шлам отбрасывают в сторону лопатой по мере наполнения канав и зумпфа.

Готовят колонковую трубу для проходки до известкового слоя, с одного конца к ней прикручивают хвостовик, а на второй помещают режущую часть в виде коронки с выступающими твердосплавными победитовыми зубцами диаметром 132 мм (позднее она врезается в известняк и вместе с колонковой трубой в нем остается) и подвешивают ее к элеватору машины.

В данном варианте рассматриваемой проходки вначале использована колонковая труба с победитовой коронкой, многие буровики осуществляют пробивку грунта на всех этапах шарошечным долотом.

Рис. 8 Победитовые буровые коронки и шарошечные долота

Погружают в зумпф всасывающий рукав насоса, расположенного на автомашине, и выходной шланг от цистерны, наполняют приямок водой из емкости, высыпают в него из мешка смесь для подготовки бурового раствора.

Включают насос, подающий внутрь полой колонковой трубы приготовленный раствор, и начинают бурение. По мере прохождения подсоединяют к колонку дополнительные буровые штанги, перед эксплуатацией их резьбу покрывают графитовой смазкой.

Так как проходная колонковая труба с победитовой коронкой полая, в процессе погружения она периодически забивается глиной, поэтому ее через определенные промежутки времени извлекают на поверхность и промывают.

После контакта коронки с известняком (определяют по смыву через сито) приступают к обустройству обсадки. Для этого колонок с победитовой коронкой извлекают на поверхность, демонтируя штанги.

Рис. 9 Подготовка к бурению

Начинают устанавливать обсадку (часто используют недорогие стальные трубы наружным размером 133 мм и толщиной стенки 4,5 мм), первым помещают в шахту колонок с коронкой. По мере погружения, трубы соединяют между собой с помощью конической резьбы, нанесенной на их внутренние и наружные стенки, перед началом работ их промазывают графитовой смазкой.

Для вращения труб во время резьбового соединения по мере опускания в пробуренную шахту используют концевик, которой прикручивают к резьбе верхней трубы и помещают во вращающийся элеватор буровой машины.

После установки стальной обсадки на известняк, вкручивают в него насухую всю колонну. Это необходимо для герметичного отсекания от водоносного бассейна поверхностных и грунтовых вод, которые могут проникнуть в забой (донную область) источника и ухудшить качество питьевой воды.

Болгаркой с диском по металлу обрезают последнюю трубу на высоте около 0,5 м от поверхности земли.

В концевую трубу меньшего размера вкручивают шарошечное долото из высокопрочного карбида вольфрама, предназначенное специально для пробивания твердых пород, и продолжают проходку с помощью штанг. Бурение проводят до прохождения верхнего слоя известняка, водного бассейна и до нижнего пласта, для погружения в него на расстояние 3 — 5 м берут долото еще меньшей окружности. Это делается для того, чтобы полученное углубление в дне выполняло роль отстойника мелких фракций.

Рис. 10 Начальные этапы проведения буровых работ

После извлечения из шахты колонка с шарошечным долотом, начинают монтаж эксплуатационной колонны из НПВХ, для указанного выше диаметра и толщины стенок стальной трубы внутренний проходной канал равен 124 мм и для погружения в него лучше подойдет труба из НПВХ стандартным наружным диаметром 113 мм и толщиной стенки 5 мм, проходной канал для погружного электронасоса при этом имеет значение 103 мм.

Первым опускают в шахту фильтр с дырочной перфорацией — в отличие от монтажа в скважинах на песке он не имеет на конце конической заглушки и участка отстойника. Далее к фильтру прикручивают трубы из НПВХ, вращая их с помощью переставляемого концевика, последнюю обрезают на уровне стальной обсадки и на этом монтаж скважины можно считать законченным.

Так как в артезианской скважине, в отличие от песчаной, чистая вода без примесей, она не нуждается в прокачке по технологии обратной подачи из цистерны в герметично закрытый скважинный канал под давлением. В скважину погружают глубинный электронасос, в качестве удерживающего троса и напорного трубопровода используют полые буровые штанги, к которым через переходник прикручивают агрегат. После откачки некоторого объема находящаяся в скважине вода обычно становится прозрачной и пригодной для бытового использования.

По окончании процесса бурения хозяину участка выдается паспорт на скважину с указанием ее технических параметров (высоты и диаметров колонн), дебета, статического и динамического уровней.

Читайте также:  Накопительная емкость для водоснабжения — виды, материал, схемы подключения

Рис. 11 Монтаж колонн

Возможно будет интересно узнать про охранную зону водопровода и канализации

Плюсы и минусы артезианских скважин

Артезианские источники обладают следующими положительными свойствами:

1. Проведение буровых работ занимает короткий промежуток времени, при мягких породах скорость проходки достигает 300 м за смену, а средняя скорость бурения при монтаже двух колонн в среднем составляет около 40 м в день.
2. Извлекаемая на поверхность вода не содержит песчаных и глиняных примесей — это позволяет экономить средства на фильтрах грубой и тонкой очистки.
3. Также глубинное расположение артезианских водных бассейнов препятствует проникновению в источник поверхностных загрязненных вод, микробов, болезнетворных бактерий, вредных стоков от септиков, промышленных предприятий, открытых выгребных ям.
4. Определение артезианская скважина подразумевает срок эксплуатации от 50 лет и больше, в то время, как скважины на песке работают в среднем не более 5 лет.
5. Артезианские источники обладают наивысшим дебетом — это позволяет использовать их для водоснабжения не только индивидуальных жилых домов, но и небольших поселков частной застройки, дачных кооперативов или многоэтажек при использовании промышленных способов проходки.
6. Скважинные источники артезианского типа в отличие от песчаных, не нуждаются в периодическом обслуживании, им не грозит заиливание при больших перерывах в водопотреблении.

Недостатки артезианских скважин:

1. Основной недостаток артезианской скважины — высокая стоимость бурения, часто требующая оплаты за применение двух колонн.
2. Также кристально чистая артезианская вода нередко обладает повышенной минерализацией — в ней присутствуют соли железа, калия, марганца, иногда содержится сероводород. Указанные химические элементы для извлечения из водных масс требуют использования дорогостоящих при покупке и в процессе эксплуатации установок обезжелезивания и прочих видов очистки.
3. Так как артезианские водные бассейны относят к стратегическим водным ресурсам, для бурения скважин может потребоваться согласование со значительным пакетом документов и выполнение ряда необходимых условий при их размещении. Основные запрещающие нормы имеют следующий вид:

Все жилые постройки и насаждения на участке должны находиться к скважине не ближе чем на 30 м.

Источники биологического загрязнения (канализационные отстойники, фильтрационные поля, фермы) обязаны располагаться не ближе чем на 200 мм, химические предприятия, автомастерские и заправки — в радиусе от 300 м.

Расстояние между двумя скважинами должно быть не менее 100 м.

Рис. 12 Схема установки обезжелезивания для дома

Какие требуются документы и как оформляются

Документальное оформление и процесс бурения артезианской скважины промышленного образца состоит из следующих пунктов:

1. Получение лицензии на право пользование водными ресурсами.
2. Разработка проектной документации и ее согласование с Роспотребнадзором.
3. Проведение буровых работ с устройством эксплуатационной скважины согласно проекту.
4. Осуществление комплекса геофизических исследований грунта и лабораторных анализов качества воды.
5. Оформление паспорта на скважину с учетом физических параметров водных ресурсов.
6. Постановка скважины на учет с присвоением ей кадастрового номера.
7. Монтаж насосного оборудования в кессоне, доме, отдельном помещении.
8. Разработка проектной документации по устройству водозаборного узла.
9. Проведение монтажных работ по сборке узла для водопотребления.

Что касается бурения индивидуальных скважин, то согласно законодательству (статья 19 закона РФ О недрах) хозяева индивидуальных участков обладают правом собственности на общераспостраненные полезные ископаемые, и в их числе на водные ресурсы, если соблюдены три условия:

Объем потребляемой воды не превышает 100 кубических метров в сутки.

Добытые водные ресурсы используются для удовлетворения собственных нужд, а не для коммерческого применения.

Эксплуатируемый водный бассейн должен быть расположен выше водоносного горизонта, используемого для нужд централизованного водоснабжения.

Так как водные ресурсы на индивидуальном участке не числятся на государственном балансе и фактически приравнены к земле, для бурения артезианских скважин на частной территории их собственнику не требуется разрешительная лицензия и какое-либо дальнейшее документальное оформление при соблюдении вышеперечисленных трех пунктов.

Понятно, что в затруднительной ситуации могут оказаться лишь собственники, устанавливающие глубокие артезианские скважины в густонаселенных районах, где велика вероятность попасть в водный бассейн, используемый для нужд централизованного водоснабжения. В этом случае им придется проходить все бюрократические процедуры, указанные выше, для обустройства и документального оформления скважин промышленного образца.

Рис. 13 Артезианская скважина с адаптером — схема обустройства

Обустройство и эксплуатация артезианской скважины

Следует отметить, что для водозабора из артезианских скважин в основном используют погружные электронасосы, обладающие более высокой производительностью и коэффициентом полезного действия по сравнению с поверхностными моделями в составе популярных насосных станций. После монтажа обсадной и эксплуатационной колонн приступают к обвязке скважинного источника, для этого используют два основных метода:

Монтаж кессонного колодца. Для установки кессона в земле выкапывают яму глубиной около 2 м, помещает в нее емкость из стали, пластика или делают помещение из бетонных колец, обсадную колонну обрезают сверху на высоте около 0,5 м от уровня грунта. Накрывают трубу скважинным оголовком, пропускают через него напорный трубопровод с подключенным и подвешенным на трос электронасосом и опускают всю конструкцию в скважину, привязывая трос к оголовку. Через боковую стенку кессонной камеры на глубине ниже точки промерзания подсоединяют к напорной трубе электронасоса водопроводную линию из полиэтилена низкого давления ПНД, идущую по глубинной траншее в дом. Автоматику управления электронасосом, включающую в себя гидроаккумулятор, реле давления и сухого хода, манометр, размещают в кессонном колодце или доме.

Установка адаптера. В последнее время высокой популярностью пользуется бюджетное подключение наружной водопроводной магистрали к напорной трубе, идущей от электронасоса, через адаптер, монтируемый на стенках обсадной колонны.

При проведении работ около обсадной трубы вырывают яму глубиной около 1,5 м размером для размещения специалиста, далее в боковой стенке колонны вырезают отверстие и монтируют в нем адаптер. Установку насоса проводят с помощью монтажной штанги, напорный трубопровод подсоединяют ко входному патрубку адаптера внутри колонны. Снаружи к выходному патрубку адаптерного переходника подключают идущую в дом водопроводную ПНД магистраль, после чего траншею зарывают песком, а колонну накрывают крышкой, к которой привязывают насос.

Рис. 14 Подключение электронасоса в кессоне к водопроводу — схема

Артезианские скважины являются одними из распространенных источников водоснабжения, предназначенных для обеспечения чистыми водными ресурсами большого числа людей, при их обустройстве расход финансовых средств будет максимальным в сравнении с другими типами водозаборных объектов. При бурении артезианских скважин в густонаселенных районах велика вероятность попадания в водоносный бассейн, используемый для нужд централизованного водоснабжения — в этом случае понадобится получение лицензии на бурение и проведение всех буровых работ в соответствии с регламентом, что вызовет существенное финансовые расходы, потери времени и в некоторых случаях сделает бурение с соблюдением технологического процесса и законодательства невозможным.