Наблюдательная скважина на воду

Определение, назначение наблюдательной скважины

Наблюдательная скважина (режимная, мониторинговая, observation well) — гидрогеологическая скважина, основным назначением которой, является исследование режима подземных вод. В процессе исследования, в наблюдательной скважине изучают такие параметры как: изменения статического уровня воды, её температуры, химического состава.

Состав и объём исследуемых параметров определяются конкретными задачами: определение состояния водоносного горизонта (режимные наблюдения), влияние хозяйственной деятельности на состояние подземных вод, выявление взаимосвязи различных водоносных горизонтов между собой и т.д. Как правило, сооружается куст (сеть) наблюдательных скважин.

Размещение куста наблюдательных скважин производится так, чтобы максимально исследовать изучаемую территорию, наблюдаемые процессы и их параметры и обеспечить возможность экстраполяции прогнозных оценок.

Конструкция наблюдательной скважины

Глубина наблюдательных скважин также определяется теми задачами, для которых они бурятся, и может изменяться от нескольких метров до километров. Конструкция зависит от изучаемых параметров, используемого для наблюдений оборудования, количества водоносных горизонтов. Если наблюдаемый водоносный горизонт не первый от поверхности, конструкция скважины должна предусматривать изоляцию вышележащих горизонтов обсадными колоннами с обязательной затрубной цементацией. Минимальный диаметр наблюдательной скважины должен обеспечить возможность размещения в ней необходимого оборудования, а также возможность проведения работ по её очистке и откачке при заиливании.

На рисунке приведена типовая конструкция наблюдательной скважины для мониторинга верхнего водоносного горизонта. Такие скважины строятся по периметру зданий, имеющие подвальные помещения. Они позволяют круглогодично вести наблюдения за состоянием грунтовых вод.

Этапы сооружения наблюдательной скважины

Процесс сооружения такой скважины состоит из нескольких этапов:

1. Вращательным бурением образуется вертикальная горная выработка, в которую помещается колонна.
2. Колонна скважины представляет собой трубу диаметром 89-127мм. Мы, как правило, используем бесшовную горячедеформированную трубу диаметром 108 мм. Нижняя часть колонны – фильтровая. Труба в фильтровой части имеет вертикально-щелевую перфорацию, которая полностью укрыта нержавеющей сеткой саржевого плетения, закрепленной нержавеющей проволокой с шагом намотки 30 мм.
3. Для удобства ведения измерений, часть обсадной колонны выводится на поверхность на высоту не более 1м.
4. После спуска колонны, в затрубное пространство засыпается крупный песок фракции 0,8-2 мм.
5. Верхняя часть затрубного пространства тампонируется глиной и устанавливается цементный замок.
6. Колонна оснащается оголовком со съемной запирающейся крышкой, исключающей попадание атмосферных осадков.

Все этапы сооружения наблюдательной скважины можно увидеть на представленном ниже видео. Приятного просмотра!

Все работы по сооружению наблюдательных скважин проводятся в строгом соответствии с методическими рекомендациями Всесоюзного научно-исследовательского института гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) ОРГАНИЗАЦИ И ПРОИЗВОДСТВО НАБЛЮДЕНИЙ ЗА РЕЖИМОМ УРОВНЯ, НАПОРА И ДЕБИТА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

НАБЛЮДАТЕЛЬНАЯ СКВАЖИНА (а. observation well; н. Beobachtungssonde; ф. puits d’observation, trou d’inspection; и. pozo de observacion, abertura de соntrol, agujero de observacion, barreno de inspeccion, sondeo de соntrol) — гидрогеологическая скважина, предназначенная для наблюдения за режимом подземных вод. Сооружают с целью изучения изменений уровня, температуры и химического состава грунтовых и напорных вод, определения влияния инженерной деятельности на подземные воды, выявления взаимосвязи различных водоносных горизонтов, а также подземных вод с поверхностными и т.д. Наблюдательные скважины размещают таким образом, чтобы наиболее полно охарактеризовать изучаемую территорию, наблюдаемый процесс или явление, а также обеспечить возможность экстраполяции и интерполяции наблюдений во времени и пространстве и надёжность результатов расчётов и прогнозных оценок.

Глубина наблюдательных скважин изменяется от нескольких метров до тысячи метров. Конструкция их зависит от изучаемых параметров, используемого специального оборудования, количества и глубины залегания водоносных горизонтов. Вышезалегающие горизонты изолируют от наблюдаемых пластов трубами и цементными мостами. Минимальный диаметр (89-109 мм) позволяет оборудовать наблюдательную скважину необходимыми приборами, а также производить её чистку или прокачку при засорении. При изучении нескольких водоносных горизонтов в одной точке обычно бурится куст наблюдательных скважин. Состав и объём наблюдений определяются конкретными задачами, в зависимости от которых создаётся постоянная или временная, региональная или местная сеть скважин.

При ведении горных работ применение сети наблюдательных скважин позволяет определять характеристики подземных вод, положение их уровня по отношению к горным выработкам и величину напора воды на кровлю и почву выработок на любой заданный момент времени, а также оценивать степень истощения и загрязнения поверхностных и подземных вод при водопонижении, прогнозировать проявления возможных гидродинамических явлений в выработках, изменение гидокторогеологических и экологических условий в районе ведения работ.

Глубина наблюдательных скважин определяется залеганием уровенной поверхности водоносного горизонта. Она выбирается такой, чтобы скважина вскрывала подземные воды в период с наиболее низким положением их уровня (то есть в межень). При этом уровень воды в скважине должен быть на уровне рабочей части фильтра, то есть на 4 м выше забоя, считая длину отстойника и рабочей части по 1,0 м и амплитуду сезонных колебаний, равную 1,5 м.

Конструкция скважин предполагает наличие 5 м фильтровой колонны плюс замок скважины. Поэтому минимальная глубина наблюдательных скважин должна составлять 6 м.

Конструкция наблюдательной скважины должна обеспечить с одной стороны, надежную изоляцию скважины от атмосферных осадков, которые могут проникнуть по затрубному пространству (и исказить параметры водоносного горизонта), с другой стороны, хорошую связь с изучаемым горизонтом.

В конструкции наблюдательной скважины выделяются следующие элементы:

— фильтр, обеспечивающий доступ в скважину воды изучаемого водоносного горизонта;

— труба, на которую крепится различными способами фильтр (надфильтровая труба);

— надземная часть надфильтовой трубы, выступающей над поверхностью земли (оголовок);

— оголовок снабжается запираемым устройством (крышкой), предохраняющей скважину от случайного или преднамеренного засорения и от непосредственного попадания в нее атмосферных осадков.

В качестве труб фильтровой колонны (фильтра, надфильтровых труб и оголовка) используются традиционные металлические трубы с толщиной стенки 5 — 6 мм. В последнее время нередко используют пластмассовые трубы.

Наблюдательные скважины, как правило, имеют небольшой диаметр, так как, во-первых, проходка скважины малого диаметра дешевле, во-вторых, чем меньше диаметр скважины, тем быстрее уровень воды в ней реагирует на изменение уровня вод в водоносном горизонте. Однако диаметр скважины должен быть таким, чтобы ее можно было оборудовать фильтром надлежащей конструкции, чтобы в нее проходил измерительный инструмент для замера уровня воды и пробоотборник (для отбора проб воды), а также, чтобы можно было периодически очищать отстойник от накапливающихся в нем частиц грунта (ила).

Учитывая все это, скважины оборудуются фильтровой колонной (и фильтром) с внутренним диаметром не менее трех дюймов (то есть 89 мм), а внешний диаметр труб соответственно равен 108 мм (следующий стандартный диаметр при толщине стенок 6 мм).

В наблюдательной скважине фильтр служит для того, чтобы обеспечить доступ воды изучаемого водоносного горизонта в скважину и предохранять ствол скважины от заиливания и обвалов породы.

В фильтре выделяются следующие части:

— рабочая часть (перфорированная труба с сеткой или без сетки);

— отстойник — глухая труба длиной 1 м, расположенная ниже фильтра, в которой оседают частицы породы, попавшие через фильтр в скважину. Отстойник снизу закрывается пробкой (чаще всего деревянной).

Конструкция фильтра зависит от механического состава пород и химического состава вод водоносного горизонта:

— для неустойчивых полускальных и рыхлообломочных пород применяются дырчатые фильтры;

— для суглинков предусматриваются сетчатые фильтры с песчаной обсыпкой или дырчатые — с обсыпкой мелким гравием.

Дырчатый фильтр представляет собой перфорированную стальную трубу. Рабочая часть представлена трубой с просверленными отверстиями, расположенными по длине трубы в шахматном порядке по вершине равностороннего треугольника, сторона которого называется шагом перфорации.

Отношение общей площади отверстий ко всей поверхности фильтрующей части трубы (скважность) должно составлять не менее 15%. Оптимальная скважность принимается обычно в пределах 20-25%.

Может быть рекомендован и щелевой фильтр. Ширина фильтра устанавливается в соответствии с механическим составом водоносной породы (в данном случае суглинка). Размер частиц обсыпки рекомендуется принимать 15¸20 мм (как оптимальный для данного типа грунта). В таком случае ширина щелей должна быть равна 10 мм. Расстояние между осями щелей принимается в 8 раз больше ширины щелей (т.е. 80 мм). Расстояние между рядами щелей (при длине щелей 150 мм) принимается равным 100 мм. При таких параметрах скважность фильтра составляет 16-17 %. Щелевой фильтр обладает некоторыми преимуществами по сравнению с дырчатыми. Если в дырчатом фильтре зерна обсыпки (щебня или гравия), накладываясь на отверстия, могут полностью его закупорить, то при применении щелевого фильтра это исключается.

На конструкцию фильтра, кроме характера водовмещающих пород, существенное влияние оказывает большое содержание в воде закисного железа, карбонатов кальция и агрессивность воды, вызывающие быструю коррозию стальных частей и кольматацию фильтрующей поверхности.

Для борьбы с агрессивным воздействием воды стенки фильтров покрывают антикоррозионными покрытиями. Для предотвращения кольматации применяется обсыпка фильтра, обеспечивающая большие размеры пор на стенках фильтра, и, следовательно, медленное зарастание фильтра. Тем не менее, для обеспечения нормальной работы скважин, необходимо периодически (не менее одного раза в год) прокачивать или промывать фильтровую часть скважин. Это выполняется с помощью насоса (или компрессора), смонтированного на самоходной буровой установке.

Затрубное пространство (т.е. зазор между фильтровой колонной и стенками скважин) засыпается мелким гравием или щебнем (размер частиц 15-20 мм) на высоту 5 м от забоя скважин (т.е. на 2 м выше верхней части рабочей части фильтра — перфорированной трубы).

Для того чтобы в скважину не попадали атмосферные осадки и талые воды, просачиваясь по затрубному пространству, в устье ее устраивается так называемый замок. В данном случае для изоляции затрубного пространства предусматривается устройство цементного замка. Вокруг оголовка делается углубление диаметром 500 мм глубиной 250 мм.

Пространство между оголовком (возвышающимся над поверхностью земли на 0,5-0,6 м) и внутренней поверхностью углубления заливается бетоном М 100 класса В 7,5 до ее краев.

Чтобы бетон не проникал ниже, кольцевой зазор между стенками скважинами и фильтровой колонной, заделывают сальником (пеньковым).

С использованием данных предыдущих лабораторных работ определить глубину каждой из предлагаемых наблюдательных скважин и их конструкцию.

Исходные данные:Ситуационный план, схема размещения наблюдательных скважин, замеры уровня залегания подземных вод, карта гидроизогипс. Данные о геологическом строении участка.

1. Построить литолого-геологический разрез по одному из створов наблюдательных скважин.

2. Определить предполагаемую глубину залегания грунтовых вод в намеченных скважинах, используя карту гидроизигипс и построенный разрез.

3. Исходя из требований к конструкции скважин, сезонных колебаний УГВ, глубины залегания подземных вод, определить оптимальную глубину бурения скважин.