Статья размещена в рубрике|подрубрике

Какая лучше обсадная труба для скважины на воду

Обустройство скважинного источника на участке является одним из основных методов получения воды для жильцов индивидуального дома без централизованного водоснабжения, при этом для создания водозаборной шахты используется обсадная труба для скважины из различных материалов. При проведении буровых работ трубы соединяются в колонну различными методами. Выбор способа монтажа и конструкции шахты напрямую связаны с техническими характеристиками скважины.

Хотя бурение обычно проводят квалифицированные специалисты с высоким стажем работ, любому домовладельцу будет полезна информация о разновидностях обсадных труб, их размерных параметрах и технических характеристиках, критериях выбора, технологии монтажа обсадки. Так как диаметр обсадной колонны привязан к размерам используемого погружного электронасоса, зависящим от объема потребляемой воды, перед проведением буровых работ важно определиться с используемой моделью глубинного агрегата.

схема артезианской скважины
Рис. 1 Схема водозаборных скважин

Назначение

При бурении скважин всегда делают обсадку из специальных труб, которая выполняет следующие функции:

  • Основное назначение обсадки — предохранение шахты от осыпания грунта и забивания скважинного канала.
  • Наличие колонны дает возможность подниматься водяному столбу вверх без впитывания в грунт, предотвращает загрязнение воды.
  • Благодаря герметичности соединения трубных участков, обсадка предохраняет скважинный источник от проникновения в его канал загрязненных поверхностных и грунтовых вод.
  • В ровный и жесткий ствол круглого сечения удобно погружать глубинный электронасос, всасывающий воду.
  • На верх колонны крепят оголовок или крышку, которые препятствуют проникновению в канал наружных атмосферных осадков и грязи, служат опорой для страховочного троса глубинного электронасоса.
  • При адаптерном подключении водопровода, обсадная труба является опорой для крепления адаптера, который врезают сбоку в ее стенку на глубине ниже точки промерзания.
  • Фильтр, размещенный внизу колонны, отсеивает крупные и мелкие частицы гравия, песка, известняка, глины, делая воду более пригодной для питья и хозяйственных нужд.
элементы обсадных труб
Рис. 2 Конструкции обсадных стальных труб по ГОСТ 632-80

Виды обсадных труб

Трубы, используемые для обсадки скважин, должны удовлетворять требованиям прочности, коррозионной стойкости, выдерживать температуры окружающей и рабочей водной среды. Они не должны изменять химический состав извлекаемой воды, насыщать ее вредными для здоровья человека химическими элементами. Срок их службы обязан превышать время эксплуатации скважинного источника.

Все трубы для обсадки делят по материалам изготовления на следующие категории.

Стальные

Технические условия на стальные бесшовные трубы для обсадки скважин с треугольной и трапециевидной резьбами регламентированы ГОСТ 632-80, согласно данному стандарту их выпускают следующих размерных параметров:

  • Наружный диаметр: от 114 до 508 мм.
  • Толщина стенки: от 5,5 до 16,1 мм.
  • Длина: обсадная труба имеет размеры от 9,5 до 13 м, для некоторых категорий допускается длина от 8,0 до 9 м, а также отрезки менее 5 м по требованию заказчика.

Для изготовления металлических труб используется сталь различных марок, если выпускают бюджетные изделия, применяют конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества Ст2сп или Ст3сп (сп — спокойная сталь, более качественная, чем полуспокойная пс или низкокачественная кипящая кп). Для изготовления дорогих высококачественных стальных труб с более высокой прочностью и коррозионной устойчивостью обычно используют конструкционную углеродистую сталь обыкновенного качества марки Ст20, немного реже Ст45.

Нередко для повышения антикоррозионных свойств стальные трубы марок Ст3, Ст5 и Ст10 оцинковывают и теоретически их можно использовать в земле как наружную оболочку при двухтрубной обсадке (цинк запрещен для непосредственной транспортировки питьевой воды). Однако на практике эксплуатация цинка в грунте мало чем отличается от обычных металлов и покрытие с такой же скоростью разлагается в почве, как и обыкновенная сталь, которую цинк призван защищать.

диаметры обсадных труб
Рис. 3 Размерные параметры стальных труб для скважин по ГОСТ 632-80 с короткой треугольной резьбой

Стальная обсадка имеет следующие отличительные особенности в сравнении с другими видами:

  • Главное достоинство стали — высокая прочность на сжатие, изгиб, продольные и поперечные нагрузки, что особенно важно при проходке шахт на большие глубины.
  • Качественные углеродистые стали марки Ст20, СТ45 обладают длительным эксплуатационным сроком благодаря высокой коррозионной устойчивости, в качестве наружной оболочки в двухтрубной обсадке они может прослужить около 20 лет.
  • Стальная обсадка не столь чувствительна к погрешностям бурения шахты при монтаже, как другие менее прочные материалы.
  • При заиливании придонной области водного пласта для очистки часто используется тяжелая металлическая желонка, которая бросается в шахту с большой высоты. В стальном стволе нет опасности повреждения стенок внутренней трубной оболочки, чего нельзя сказать об изделиях из полимеров.
  • Стальная колонна имеет наиболее высокую цену материалов и монтажа.
примерная цена стальных труб для скважин
Рис. 4 Стоимость популярных стальных изделий
  • Минус стали — слабая устойчивость к коррозии, из-за этого стальные трубы насыщают воду окислами железа, поэтому их не рекомендуется использовать для забора питьевой воды в абиссинских или песчаных скважинах. По-другому обстоит дело с артезианскими источниками, вода в которых часто имеет повышенное содержание железистых солей и для ее нормализации используют установки обезжелезивания. В этом случае применение стальных труб более оправдано — незначительное увеличение содержания железных окислов в воде из-за коррозии металла все равно будет ликвидировано системой обезжелезивания.
  • Высокий вес и длина труб из стали делают невозможным монтаж обсадки своими руками, для этих целей используют крупногабаритную буровую технику, требующую большой площади свободного пространства при проведении буровых работ.
  • Из-за больших габаритов и веса не всегда есть возможность обустроить стальную обсадку на участке малой площади, а тем более внутри дома.
характеристики трубы нпвх
Рис. 5 Технические характеристики НПВХ

Полимерные трубы

Материалы из полимеров занимают ведущее положение во многих отраслях народного хозяйства, не стало исключением и буровое оборудование. Для эксплуатации в скважинных источниках на строительном рынке реализуют следующие изделия:

НПВХ-трубы.  Основные размерные параметры и конструктивное исполнение труб из непластифицированного поливинилхлорида НПВХ регламентированы ТУ 2248-001-84300500-2009, его основные положения:

  • Средний наружный диаметр: от 90 до 450 мм, для бытовых скважин оптимальные значения 90, 113, 125, 140 мм.
  • Толщина стенки: от 5 мм до 23,5 мм.
  • Длина: любая от 1 до 6 м с кратностью 1 м, предельное отклонение ±50 мм.
  • Конструктивное исполнение:
  • один конец раструбный с резьбой изнутри, другой имеет внешнюю резьбу.
  • безраструбные прямые трубные отрезки, один конец с наружной резьбой, другой с внутренней, при этом сечение стенки увеличено.
  • Допустимая глубина погружения: для изделий с любой толщиной стенки до 100 м, с утолщенной стенкой трубопровод можно углублять до 300 м.
  • Вид резьбы: коническая упорная TRK, и трапецеидальная TR.
размеры труб нпвх
Рис. 6 Размерные параметры НПВХ по ТУ 2248-001-84300500-2009

Обсадная пластиковая труба для скважины из НПВХ обладает следующими эксплуатационными свойствами:

  • НПВХ является экологически чистым материалом, не загрязняет воду содержащимися в нем химическими элементами.
  • Стоимость полимерных труб значительно ниже изделий из металлов.
  • Стандартный цвет материала — светло-голубой.
  • Обладает устойчивостью к высоким механическим нагрузкам на удары, сжатие и растяжение.
  • Устойчива к воздействию большинства агрессивных химических элементов, допускает обработку скважины с любыми компонентами для регенерации и дезинфекции.
  • Высокие электроизолирующие характеристики исключают электрохимическую коррозию пластика, присущую металлам.
  • Гладкая и плотная оболочка пластика препятствуют образованию плесени, водорослей, скоплению колоний бактерий, появлению на стенках известкового камня.
  • Полимер имеет гидравлически гладкие стенки, снижающие сопротивление водному потоку.
Рис. 7 Стоимость НПВХ
  • Благодаря более легкому весу в сравнении с металлами полимерные трубы легче транспортировать и устанавливать, скорость проведения монтажа значительно выше в сравнении со стальными аналогами.
  • Эксплуатационный срок НПВХ изделий превышает 50 лет.
  • В отличие от других полимеров, НПВХ имеют плотность выше чем у воды, поэтому тонут в ней — это предотвращает любое всплывание трубопровода при нахождении в водных слоях.
  • НПВХ-труба не разрушается при замерзании воды внутри ее канала.
  • Обладает самым низким коэффициентом линейного расширения в сравнении с другими пластмассами.
  • К недостаткам НПВХ относят хрупкость тонкостенных изделий при поперечных нагрузках, в скважине это может привести к трещинам в корпусе во время горизонтальных подвижек грунта.

ПВХ-трубы — имеют аналогичные параметры с НПВХ изделиями по тем причинам, что на самом деле являются НПВХ, а производитель или продавец по незнанию опустил первую букву в описании товара.

характеристики труб пэ
Рис. 8 Размерные параметры ПЭ труб по ГОСТ 18599-2001 для разных давлений

ПНД-трубы. Полиэтиленовые напорные трубы выпускают в соответствии с ГОСТ 18599-2001, в отличие от ПВХ изделий отдельного норматива на обсадочные разновидности ПНД не существует.

Основные положения ГОСТ 18599-2001 имеют следующий вид:

  • Стандарт распространяется на напорные трубы из полиэтилена, предназначенные для транспортировки воды хозяйственно-питьевого и иного назначения при ее рабочей температуре от 0 до 40 °С и давлении до 2,5 мПа (25 бар).
  • Диаметр труб из ПЭ — от 10 до 2000 мм.
  • Их длина в прямых отрезках — от 5 до 24 м с кратностью 250 мм.
  • Толщина стенки зависит от рабочего давления и диаметра трубопровода, диапазоны ее значений — от нескольких единиц до сотен миллиметров.
  • ПЭ труба имеет размеры стандартного ряда для использования в скважинах — 90, 110, 125, 140 мм.
  • Трубопровод ПНД имеет аналогичные с НПВХ параметры по экологичности, химической и биологической устойчивости, срок его службы составляет также 50 лет.

На заметку: Существенным отличием материала от НПВХ является его низкая жесткость и высокая эластичность — это может привести к сдавливанию стенок грунтом при помещении труб на большие глубины.

ПП-трубы. Полипропиленовые трубы несмотря на утверждения многих интернет-источников вообще не выпускают и не используют в обсадных колоннах из-за хрупкости материала, его слабой устойчивости к низким температурам и разрушении ПП при воздействии на оболочку прямого ультрафиолетового излучения.

Рис. 9 Технические характеристики некоторых марок суспензионного ПНД по ГОСТ 16338-85

Обсадка из других материалов

Помимо двух рассмотренных выше вариантов в редких случаях обсадочные колонны монтируют из следующих материалов:

Металлы. Теоретически можно сделать обсадную колонну из сварных чугунных, нержавеющих, эмалированных труб (другое соединение данных материалов типа раструбного лишено практического смысла, а резьба сложновыполнима технологически), однако в реальной жизни такая сборка не встречается, так как не имеет технического применения. Связано это с высокой стоимостью проводимых работ, сложностью монтажа и низкой функциональностью полученной конструкции (к примеру, непонятно, как и из чего делать фильтр в придонной области колонны).

Асбестоцемент. Стандартное патрубковое соединение асбестоцементных труб с резиновыми кольцами не предназначено для работы в вертикальных шахтах, к тому же из-за хрупкости материала, сложности монтажа асбестовую колонну вряд ли возможно поставить технически.

Полимерные трубопроводы. Выпускаемые промышленностью трубопроводы ПНД на бобинах и катушках имеют значительную длину и высокие диаметры, достаточные для использования в скважинах. С помощью ПНД-трубопроводов делают обсадку в неглубоких абиссинских источниках для водозабора поверхностными насосными станциями с глубин не более 9 м.

Если использовать ПНД-трубы большого диаметра на больших заглублениях, ввиду их эластичности и недостаточной жесткости скважинный канал будет обладать низкой прямолинейностью, что затруднит применение погружного электронасоса и повысит риски его застревания в шахте. Теоретически можно использовать сплошной ПНД-трубопровод внутри обсадной колонны из жестких стальных труб, тем более что типоразмер их наружного диаметра полностью совпадает с применяемыми в скважинах полимерными трубопроводами (90, 110, 125, 140 мм), однако на практике данной идеей пока еще никто не воспользовался.

цена на обсадные трубы пнд
Рис. 10 Стоимость и типоразмеры обсадных ПНД-труб

Обсадка скважин (однотрубная и двойная)

В зависимости от глубины скважин используют различные способы их обсадки, отличающиеся применяемыми материалами труб, технологией проведения монтажных работ, размерными параметрами обсадных колонн. Все скважины для индивидуального водозабора условно делят на три категории, в которых используют следующие методы монтажа скважин.

Абиссинские. Источники рассчитаны на водозабор из поверхностных подземных водных пластов, глубина шахты редко превышает 30 м, поэтому давление грунта на стенки колонны незначительно. Если используют поверхностью насосную станцию с глубиной погружения напорного патрубка не более 9 мм, вместо колонны из отдельных труб используют длинный отрезок ПНД-трубы подходящего диаметра на катушке.

В случае, если зеркало воды ниже 9 м от поверхности земли, в скважину помещают погружной электронасос. Для монтажа колонны используют пластиковый толстостенный трубопровод из полиэтилена низкого давления ПНД или тонкостенный из непластифицированного поливинилхлорида НПВХ.

Так как дебит абиссинской скважины не слишком высок, для экономии финансовых средств в ней рационально применять погружной электронасос средней мощности диаметром 3 дюйма (75 мм) и можно использовать полимерные трубы с небольшим поперечным размером.

Наружный диаметр D скважинного трубопровода под размер данного 3-х дюймового электронасоса рационально выбрать стандартным значением 90 мм (проходной диаметр канала Dn при этом равен 80 мм). Следует отметить, что зазор в 5 мм с учетом погрешностей в изготовлении труб является предельным, поэтому данные обсадные колонны используют при поперечных размерах электронасосов не более 75 мм (подойдет для Grundfos SQ с Dn=74 мм, Aquario ASP с Dn=75 мм) или выбирают следующий, более высокий трубный типоразмер (оптимальный вариант — наружный диаметр D=110 мм с толщиной стенки 7 или 9 мм).

обсадка скважины
Рис. 11 Варианты обсадки

Скважины на песке. Глубина песчаных скважин доходит до 70 м, поэтому колонна испытывает более сильное давление грунта. Также дебит скважин на песке выше, чем у абиссинских источников — это требует применения более мощных электронасосов стандартным диаметром 4 дюйма (100 мм).

Для обустройства скважинной шахты подойдут полимерные трубы НПВХ с толстыми стенками, допустимая глубина их установки не превышает 100 м. Оптимальный вариант для размещения 4 дюймовых электронасосов — труба с наружным диаметром 125 мм, при толщине стенки 7 или 9 мм ее проходной диаметр Dn будет равен 111 или 107 мм соответственно.

Артезианские скважины. Артезианские подземные источники считаются самыми глубокими, в бытовых скважинах расстояние от поверхности земли до водного бассейна может достигать 200 м. Поэтому для их монтажа используют прочные стальные трубы, но из-за того, что они подвержены коррозии, в них обычно вставляют полимерный коррозионностойкий трубопровод. Двухтрубная обсадка скважин выдерживает значительные внешние нагрузки и оптимальна с точки зрения экономии финансовых средств — срок службы артезианских скважин достигает 50 лет, поэтому колонна должна иметь аналогичное долголетие.

Для внешней обвязки с точки зрения коррозионной стойкости хорошо подойдут стальные трубы с повышенным содержанием углерода из качественной стали марки Ст20 или Ст45, также их можно применять непосредственно в скважинном источнике с питьевой водой при высокой толщине стенок.

Следует отметить, что согласно ГОСТ полимерные и стальные трубы имеют согласованные поперечные размеры для организации двойной обсадки: если выбрать диаметр обсадных труб для скважин из стали D=140 мм, согласно таблице на рис. 3 для стенки 7 мм получаем внутренний размер Dn=125,7 мм — это пространство отлично подходит для установки внутрь полимерной трубы диаметром D=125 мм.

Если глубина артезианской скважины не превышает 100 м, можно использовать более дешевую двойную обсадку полимерными трубопроводами ПНД или НПВХ, в любом случае принятие окончательного решения лучше оставить опытным специалистам организаций, проводящих бурение и обвязку скважинных источников.

варианты соединения труб
Рис. 12 Типы трубных соединений

Типы соединений

При обустройстве обсадки трубы соединяют в колонну следующими способами:

Раструбный резьбовой. Метод используют при стыковке полимерных или металлических тонкостенных труб, при этом в раструбе нарезают внутреннюю резьбу, а на участке внешней оболочки подсоединяемой трубы — наружную.

Резьбовой. Используют в толстостенных металлических и полимерных трубах, подсоединяемые элементы имеют наружную и внутреннюю резьбу, при их стыковке стенки снаружи и изнутри гладкие.

Муфтовый. Соединяемые трубные элементы имеют наружную резьбу, их вкручивают в стыковочную муфту с внутренней резьбой до соединения торцов.

Электросварка. Сварка может быть полезна в случаях соединения тонкостенных стальных труб, в которых прорезанная резьба будет слишком слаба. Метод сваривания нередко используют при монтаже стальной обсадки — хотя он отнимает некоторое время и требует хороших навыков сварщика от специалиста, его применение может быть экономически выгодно (не надо приобретать дорогие тяжелые трубы с резьбой и толстыми стенками).

обсадные трубы
Рис. 13 Стальные и ПНД трубы обсадки

Критерии выбора

Для обустройства обсадки необходимо иметь следующую информацию: глубина скважины, объем водоподачи, диаметр погружного электронасоса, также на выбор довольно сильно влияют финансовые средства потребителя. Чтобы определить, какая труба лучше для скважины, рассмотрим несколько вариантов скважинных источников для водоснабжения.

  1. Для водозабора с помощью погружного электронасоса из неглубокой скважины (до 30 м) абиссинского типа лучше всего использовать полимерный трубопровод из НПВХ. В зависимости от финансовых возможностей выбирают тонкостенные изделия с резьбовым раструбовым соединением или толстостенные с разносторонней внешней и внутренней резьбой.
  2. Для скважин на песке глубиной до 60 м хороший вариант — толстостенный НПВХ, при дальнейшем заглублении до 100 м можно рассмотреть различные методы с двойной обсадкой из полимеров. Неплохой вариант — применение снаружи жесткого трубопровода из НПВХ, а внутри оболочки из эластичного и менее устойчивого к нагрузкам ПНД.
  3. Для глубин выше 100 м рационально применение жесткой металлической обсадной колонны, внутри которой можно разместить эластичный ПНД или жесткий НПВХ трубопровод.
скважинные трубы нпвх
Рис. 14 Внешний вид НПВХ-труб
  1. В любом случае при выборе однотрубной или двухтрубной обсадки следует учитывать состав грунта, геологические факторы, уровень грунтовых вод. Не помешает выслушать по вопросу проведения обсадки отзывы высококвалифицированных специалистов.
  2. При покупке ПНД изделий следует быть внимательным из-за того, что в торговой сети реализуют технический полиэтилен вторичной переработки и пищевой первичный материал. Их основное легко различимое отличие — расцветка: труба из вторичной гранулы обычно имеет темно-синий или насыщенный синий цвет, иногда встречается зеленый оттенок. Изделия из ПНД, выполненные из первичного сырья, в соответствии с ГОСТ обладают ярко-синим или голубым цветом.
  3. Еще один критерий определения некачественного товара из ПНД — запах пластмассы. Оон может напоминать аромат кондитерских изделий, моющих средств, стирального порошка и прочее — все это говорит о материале изготовления из гранул вторичной переработки. Чистый первичный полиэтилен не имеет запаха и может использоваться в системах с питьевой водой без вреда для здоровья человека, в то время как полиэтилен из вторичного сырья допускается применять в системах водозабора для технических нужд.
  4. При выборе диаметра колонны руководствуются дебитом (производительностью) источника и размерными параметрами электронасоса, при больших объемах водозабора стараются увеличить диаметр обсадной колонны. Насос подбирают таким образом, чтобы его диаметр не был меньше 5 мм внутреннего размера скважинного ствола, если используют мягкий ПНД трубопровод или водозабор проводят на больших глубинах, выбирают больший внутренний диаметр колонны с учетом деформации канала при сдавливании грунтом.
  5. Качество резьбового соединения НПВХ определяют следующим образом — вкручивают трубу в другую или ее патрубок на три витка и затем двигают одну из деталей в стороны — большой люфт говорит о слабости крепления. Такое соединение обладает низкой герметичностью, а если понадобится демонтаж обсадки с извлечением колонны из скважинного ствола, резьба с большой вероятностью будет сорвана.
фильтры для скважины
Рис. 15 Скважинные фильтры и конусная заглушка

Бурение скважины с обсадной трубой

Бурение скважин и установка обсадной колонны при наличии соответствующего оборудования и техники не кажется слишком сложным процессом, наиболее распространенные скважины на песке проходят следующим образом:

  • Загоняют на участок буровую установку, после определения места расположения скважины включает оборудование и буром соответствующего диаметра, прикрепленного на штанге стандартной длины 3 — 4,5 — 6 м начинают проходку. По мере углубления штанги удлиняют, прикручивая на резьбу следующие элементы, таким образом погружают бур на нужную глубину до появления воды.
  • Практически все проходчики используют технологию гидравлического бурения, направляя в скважинный ствол во время проходки воду из цистерны вспомогательной машины (водовозки). Воду подают в шахты через полые штанги, второй метод — сооружение в месте проходки небольшого котлована, который постоянно пополняют водой, его используют в низкобюджетной проходке.
  • После появления в отвале нужной песчаной или известковой породы (зависит от типа скважины) извлекают и поочередно демонтируют штанги, затем вынимают бур, меняя его на скважинный НПВХ-фильтр. Фильтрующее устройство представляет собой обычную трубу заводского изготовления с поперечными прорезями (щелевой фильтр), многие буровики делают его самостоятельно, перфорируя в обсадной трубе ряд круглых отверстий и оборачивая оболочку тонкоячеистой сеткой из металлических коррозионностойких материалов (нержавейка, бронза, латунные и медные сплавы).
  • На торец фильтра крепится конусная заглушка с помощью резьбы или саморезов, после чего его опускают в скважинный канал. Перед установкой колонны иногда засыпают на дно скважины щебень и речной песок для организации дополнительной фильтрации.
  • По мере опускания к фильтру прикручивают следующую трубу и так продолжают до тех пор, пока не достигнут нужной отметки.
  • После установки колонны верхнюю трубу обрезают и проводят прокачку скважины, подавая некоторое время в ее канал воду под давлением, после чего начинают выкачивание мутной воды погружным электронасосом до появления на выходе прозрачной жидкости.
  • Полная процедура прокачки может занять несколько дней, однако специалисты стремятся сделать свою работу за несколько часов, рассчитывая на осаждение взвешенных частиц на дно с течением времени.
самостоятельное бурение скважины
Рис. 16 Примеры проведения буровых работ своими руками

Для обустройства скважин в настоящее время широко используют обсадные трубы из непластифицированного поливинилхлорида НПВХ, обладающие высокими физическими и химическими характеристиками, длительным сроком эксплуатации, более низкой стоимостью по сравнению с металлами. Использование обсадки из НПВХ позволяет эффективно обустраивать все виды скважин глубиной от 5 до 300 м с удобным размещением в них водозаборных погружных электронасосов любых моделей.

Владимир Ермолов
Автор
Владимир Ермолов

инженер-строитель

ПОДЕЛИТЕСЬ СВОИМ ОПЫТОМ

Please enter your comment!
Please enter your name here