разное

Скважины, Лучевые водозаборы

Возникла необходимость проникнуть в глубь Земли. Для этой цели изобрели буровой станок. Вначале это было примитивное приспособление ударного действия с весьма низкой производительностью. В начале XX века на смену ему пришел буровой станок вращательного действия. Проходя че­рез толщу горных пород, бур выносит на поверхность образ­цы, по которым определяют состав пород, их водоносность. В настоящее время, как правило, ведут комплексное разведоч­ное бурение, то есть в одной скважине определяют наличие не­скольких полезных ископаемых, в том числе и воды. Теперь на помощь гидрологам пришли новейшие достижения науки. По­иск воды ведется геофизическими методами, электрической, сейсмической и нейтронной разведкой. Весьма эффективным признан аэрометод — поиск подземных вод путем фотографи­рования местности. Обильная растительность в засушливые сезоны, когда кругом уже все засохло, указывает места близ­кого залегания подземных вод. Это модификация геоботани­ческого метода поиска воды.

Этот принцип в последние годы стали использовать в ко­смической разведке воды. У космической гидрогеологии боль­шое будущее, так как этот метод позволяет обследовать все места, включая и труднодоступные.

Буровая скважина не случайно по своей конструкции напо­минает подзорную трубу (рис. 2). Телескопичность ее строе­ния, связанная с требованиями бурения и геологии, позволя­ет экономить материалы, что особенно важно, когда выработка имеет большую глубину.

Самая нижняя часть скважины служит отстойником, где вода, прежде чем попасть в насос, освобождается от содер­жащихся в ней мелких частиц. Над отстойником находится во­доприемная часть скважины — фильтр. Это именно та дверь, через которую грунтовая вода попадает в рабочую зону сква­жины.

Скважины, Лучевые водозаборы

Еодопотребителю

7777777777777777^777777777/

777777777777777^7777777777,

Рис. 2. Буровая скважина:

1 — фильтр скважины; 2 — эксплуатационная колонна труб; 3 — ко­лонна обсадных труб; 4 — кондуктор; 5 — затрубная цементация; 6 — устье скважины (оголовок); 7 — павильон (шатер); 8 — насосные (во­доподъемные) трубы; 9 — насос с погружным электродвигателем; 10 — отстойник

Ч

10

Выше водоприемной части скважины располагаются колон­ны эксплуатационных и обсадных труб, которые, с одной сто­роны, «обсаживают» скважину, удерживая ее стенки от обру­шения, с другой — служат для размещения в них водоподъем­ных труб и насоса. Над эксплуатационной колонной находит­ся кондуктор. Оправдывая свое название, он каждой проходя­щей через него при бурении трубе задает точное направление. С наружной стороны кондуктор одевается в цементную или глиняную рубашку-замок, который предотвращает засорение водоносного горизонта от попадания в него с поверхности грязной воды через затрубное пространство обсадных труб (за - трубная цементация).

Самая верхняя часть скважины именуется устьем, иначе — оголовком. Собственно «головой» скважины является уста­новленный над нею павильон (или просто шатер), где монти­руется различное механическое и электрическое оборудова­ние (двигатель, приводящий насос в действие, щит управления, контрольно-измерительные приборы и т. п.). В наше время ча­ще всего оголовок скважины держат «на ключе», так как делать там почти нечего: в большинстве случаев насосы включаются и отключаются автоматически.

Наиболее важной, фактически решающей частью водоза­борной скважины является ее фильтр. Существует множество типов фильтров, различающихся конструкцией и материалом.

Основой большинства типов фильтров является каркас. Это может быть либо фильтровая труба с щелями или круглы­ми отверстиями, либо цилиндрический стержневой корпус, изготовленный из металлических прутков или толстой прово­локи. Каркас — это скелет, на него надевается «платье» из фильтрующего материала, который и служит для процежива­ния воды.

Наиболее трудоемок по устройству гравийный засыпной фильтр. Для его образования необходимо, чтобы диаметр каркаса был меньше диаметра обсадной трубы. Это позво­ляет в затрубное пространство между ними засыпать свер­ху гравий и песок, которые и составляют тело фильтра. По­сле засыпки фильтрового материала обсадная труба поднимается вверх, и окружающий скважину естественный грунт водоносного пласта прижимает гравийный фильтр к каркасу.

Вместо засыпки нередко применяют кожуховые или корзин - чатые гравийные фильтры, которые представляют собой коль­цевые сетки-корзины с заранее насыпанным в них гравием. Кроме этого, также как в горизонтальных водозаборах, для филь­тров скважин все больше применяют новые фильтрующие ма­териалы: полимерные, стекловолокнистые, из пористой кера­мики, бетона и т. д. Стремление в наибольшей степени механизировать работу по устройству гравийных фильтров от-

2—Вода на вашем >частке крыло путь в водозаборные скважины связующим материалом: кольца фильтра изготавливаются из гравия, зерна которого скреплены друг с другом цементным раствором или синтети­ческим клеем.

Но напомним, что все это относилось к скважинам, зало­женным в мелкозернистых песках. Если же водоприемную часть скважины окружает гравий или хотя бы крупнозернистый песок, то дело обстоит значительно проще. В этих случаях фильтровую трубу или каркас одевают сверху проволочной сеткой или просто обвивают проволокой. Размеры ячеек, че­рез которые должна течь вода, выбираются в зависимости от гранулометрического состава окружающего скважину грунта. Кстати, опыт работы именно таких фильтров показывает, что сама природа поставляет нам конструкторские идеи. Дело в том, что в первые минуты откачки воды из скважины, обору­дованной сетчатым фильтром, происходит вынос из грунта мелких частиц. Остальные, как по команде, выстраиваются по схеме «обратного фильтра»: ближе к скважине оказывается крупный гравий, за ним устанавливаются слои более мелкого грунта. Это обеспечивает механическую прочность всей при - скважинной зоны (см. рис. 10).

Для сеток и обмоток фильтров используют проволоку из нержавеющей стали, латуни, перхлорвинила, а иногда — из мельхиора и серебра. В годы войны советские саперы обна­ружили в старых немецких скважинах даже фарфоровые фильтры.

Но зачем зарывать в землю столь дорогие материалы? Их применение вызвано необходимостью бороться с одним из самых могучих и вездесущих явлений на нашей планете — процессом окисления. В воде всегда, в большем или мень­шем количестве, содержится растворенный кислород. Из-за него (а также азота, хлора, калия, магния и прочих элементов и их соединений) фильтры скважин часто не выдерживают и двух-трех лет эксплуатации — проволока и стержни ржаве­ют, становятся тонкими и прорываются.

Окислительно-восстановительные реакции, с одной сторо­ны, разрушают фильтры, а с другой — приводят к закупори­ванию его водоприемных отверстий, или, как говорят, к «зарастанию». Продукты распада — окиси, соли постоянно от­кладываются на поверхности фильтров. К ним неизбежно присоединяются глинистые частицы, выпадающие из воды, обволакивающие малейшие неровности. Не отстают от них и различные водные бактерии, которые тоже стараются за­цепиться за проволоку фильтров и разрастись в целые коло­нии. Все это вместе часто образует плотную и толстую плен­ку, иногда почти полностью закупоривающую водоприемную поверхность скважин.

С закупоркой фильтров ведут борьбу химическими, меха­ническими и физическими методами. Например, промывают их 10-15%-ным раствором соляной кислоты, которую под дав­лением закачивают в скважину. Раствор соляной кислоты рас­творяет соли, наросшие на фильтре, и вымывает их на поверх­ность. Механический способ предусматривает очистку фильтров различными проволочными щетками, «ершами», скребками, ко­торыми обычно чистят трубы вообще. Сюда же следует отне­сти и гидродинамический способ: на поверхность воды в сква­жине сбрасывают тяжелую цилиндрическую болванку, ударная волна через воду передается на поверхность фильтра и сотря­сает слои засорения, который откалывается, как штукатурка со стены.

Очень часто для очистки фильтров водяных скважин при­меняют так называемое торпедирование. В данном случае роль торпеды играет простой детонирующий шнур или не­большой пороховой заряд-хлопушка. Взрывная волна переда­ется через воду фильтру, и он очищается.

Проник в область очистки скважин и такой универсальный очиститель, как ультразвук. Он снимает накипь в паровых кот­лах и паропроводах, очищает турбины электростанций и даже стирает белье. По инициативе сотрудника Всесоюзного науч­но-исследовательского института подземных сооружений А. Б. Мещанского ультразвук начинает успешно применяться и для очистки водяных скважин.

Пройдя фильтр и заполнив скважину, грунтовая вода попа­дает в водоподъемник — основу всего водозабора. Принцип действия любого насоса базируется на стремлении нарушить фундаментальный закон гидродинамики: принцип неразрыв­ности потока. Насос пытается разрушить сплошность текущей жидкости, оторвать одну ее часть от другой. Но это, конечно, невозможно: не закрепленная ничем щель или отверстие в во­де существовать не может, она «заплывает» уже в момент сво­его образования.

Единственное, что может насос — это немного «растянуть» жидкость, проредить ее, ослабить связи между частицами. Отражается это на понижении давления в потоке, т. е. на воз­никновении вакуума. На поверхность воды давит воздух с си­лой, равной атмосферному давлению. А в ближайшей к насо­су зоне давление более низкое. Поэтому, в соответствии с известным законом сообщающихся сосудов, вода устрем­ляется по всасывающей трубе к насосу, а он перебрасывает ее в противоположную сторону «на выход», в так называемый напорный патрубок. В нем, благодаря действию насоса, со­здается напор, выталкивающий воду в водоотводной трубо­провод.

С какой же силой засасывается вода в рабочую полость на­соса, велика ли она? Еще Эванджелиста Торричели в 1643 г. ус­тановил, что в идеальных условиях эта величина равна 10 м во­дяного столба. Практически же насос может засосать воду только с глубины 6-8 м, а то и меньше. Это и есть его всасы­вающая способность. Но как же быть, если глубина воды в сква­жине больше этой величины? Приходится опускать рабочий ор­ган насоса вниз, погружать его под уровень воды. Но об этом ниже.

Простейший из насосов, пришедший в водоснабжение от традиционной нефтяной качалки — это поршневой штанго­вый насос объемного действия. Устройство его необычайно просто и напоминает черпание воды ведром из колодца. Пор­шень насоса — цилиндрический стальной стакан с круглым донным отверстием, где установлен шарик-клапан. Когда ста­кан падает вниз, клапан открыт и вода поступает через отвер­стие в стакан; когда он поднимается, шарик прижимается во­дой к отверстию и закрывает его. Поступательно-возвратное движение поршню сообщает длинная стальная штанга, приво­димая в действие балансиром — устройством, очень похожим на обычный колодезный «журавль».

2-4

Однако чаще всего для откачки подземной воды приме­няются лопастные центробежные насосы, которые удается легче всех других электрифицировать. Представим себе ко­лесо, которое вращается на валу двигателя и имеет радиаль­ные плоскости-лопатки. Помещенное в металлический ко­жух-корпус насоса, такое колесо загребает притекающую к нему воду и отбрасывает ее в сторону, к напорному патруб­ку. С противоположной стороны рабочего колеса — там, где отбирается вода —в результате действия центробежных сил создается разрежение, вакуум, куда и засасывается вода из скважины.

Если у поршневых штанговых насосов длинные «руки»- штанги, которые позволяют загребать воду на большой глу­бине, то с центробежными насосами дело обстоит сложнее. Увеличить их высоту всасывания невозможно, она ограниче­на величиной «торричелиевой пустоты». Поэтому в последние два десятилетия широкое распространение получили глубин­ные насосы, корпус которых погружается в воду. Сначала кон­структоры опустили в скважину только сам насос, а двига­тель, который боится влаги, оставили на поверхности земли. Передача вращения посредством длинного стального вала оказалась неудобной, громоздкой и требовала строгой вер­тикальности и прямолинейности скважин. Тогда был сконст­руирован центробежный насос с погружным электродвига­телем. Заключенный в герметичный корпус, такой насосный агрегат позволяет надежно вести откачку воды даже с 500-ме­тровой глубины.

Часто при пробной и опытной откачке воды из скважины при­меняется эрлифт. Название говорит само за себя. В скважину от компрессора по трубе подается под давлением сжатый воз­дух. Его пузырьки насыщают воду и образуют водо-воздушную смесь, которая, благодаря своей легкости, поднимается вверх. На поверхности она изливается в сбросную трубу или лоток, где воздух улетучивается, а вода остается. Таким образом, воздух («эр») здесь служит своеобразным «лифтом», который поднимает воду на нужную высоту.

Существует и множество других типов водоподъемников, отличающихся принципом работы, конструкцией рабочего ор - гана, материалом, приводом и т. п. Например, находят приме­нение винтовые насосы, работающие по принципу шнека. В сельском хозяйстве используются ленточные или ячеисто - ленточные водоподъемники, в которых металлическая или ре­зиновая лента при движении вверх поднимает воду в своих ячейках и выливает ее в желоб. Интересны и водоструйные насосы (гидроэлеваторы), работающие по принципу пульве­ризатора — здесь эжекционный эффект создается струей во­ды, подаваемой под напором сверху и увлекающей воду из скважины.

Конструкция скважины непосредственно связана со спо­собом ее устройства. В бурении на воду, часто соперничая друг с другом, господствуют два способа: ударный и враща­тельный, принципиально отличающиеся друг от друга.

Ударно-канатное бурение, например, заключается в том, что горные породы в забое скважины разрушают ударным воз­действием сбрасываемого сверху рабочего бурового инстру­мента. По форме он напоминает обычное плотничье долото. Плоская болванка, имеющая заостренную нижнюю кромку, вместе с надетой на нее сверху тяжелой ударной штангой опу­скается в скважину на канате (отсюда название) и совершает удары по забою, каждый раз поворачиваясь вокруг своей оси на некоторый угол. Это последнее и обеспечивает круглую форму выработки. Рабочий буровой инструмент испытывает большую нагрузку и сильно изнашивается. Его часто приходит­ся ремонтировать или заменять новым. В старину среди русских буровиков была распространена даже такая поговорка, кото­рую приводит в своем словаре В. Даль: «Бур не стоит, тупится — подварить ему надо кудри, поправить в кузне». В процессе ударно-канатного бурения в скважину периодически подлива­ют воду, она охлаждает долото и, смешиваясь с частицами разрушенной породы, образует шлам, который в дальнейшем извлекается с помощью желонки — специального подъемно­го металлического стакана. Если проходка скважины ведется в рыхлом песчаном или гравелистом грунте, который неус­тойчив и осыпается, то бурение осуществляется через колон­ну обсадных труб.

Основным элементом станка ударно-канатного бурения является балансир — стальная или деревянная балка, к одно­му концу которой прикреплен бурильный канат, а другой под­соединен к шатуну и кривошипу вала двигателя. Посредине сво­ей длины балансир с помощью шарнира закрепляется на опорной стойке, и, когда шатунно-кривошипный механизм приводится в действие, он начинает качаться, а ударная штан­га с долотом — «клевать» забой скважины (все та же насосная качалка, или колодезный журавель). Вместо каната для подве­ски ударного инструмента иногда используются буровые штан­ги — тогда бурение называют ударно-штанговым.

При вращательном роторном способе бурения двигатель, установленный на поверхности, посредством ротора — мас­сивного стального кольца, соединенного с ним — передает вращение находящемуся на забое долоту через колонну опу­щенных в скважину бурильных труб-штанг. В процессе буре­ния по бурильным трубам на забой непрерывно подается свер­ху глинистый раствор. Он охлаждает долото, и, захватывая выбуренные частицы породы, поднимается вверх по кольце­вому пространству между бурильными трубами и стенками скважины. Таким образом, происходит постоянная очистка за­боя. На этом роль глинистого раствора не ограничивается — в рыхлом грунте он проникает в поры, связывает друг с дру­гом песчаные зерна и образует глиняную корку, закрепляющую стенки скважины и не дающую ей обрушиться. Однако это име­ет и существенную отрицательную сторону: закупоривая водо­приемную поверхность, глинистый раствор приводит сниже­нию водозахватной способности водозабора — приходится затрачивать довольно много времени и средств, чтобы очис­тить скважину, разглинизировать ее стенки. Вот почему ро­торное бурение, хотя и эффективнее ударно-канатного, в ма­ломощных водоносных пластах может и обеспечить подачу воды из скважины в нужном количестве. В последнее время по­явились предложения заменить глинистый раствор другим (например, известковым) — таким, который легко бы раство­рялся и вымывался при промывке скважины. Это может зна­чительно расширить область применения вращательного бу­рения при устройстве подземных водозаборов.

С каждым годом все большее распространение получает способ вращательного бурения водозаборных скважин с об­ратной промывкой. Смысл его заключается в том, что, в отли­чие от описанной выше промывки забоя скважин с прямой по­дачей глинистого раствора по бурильным трубам, здесь, наоборот, раствор (а теперь, чаще всего, просто вода) пода­ется в кольцевое пространство между стенками скважин и ко­лонной буровых труб. Поток поступающей воды (раствора) удерживает скважину от обрушения, смешивается на забое с выбуренным грунтом и по буровым трубам всасывается на­верх. Отсюда второе название этого способа — всасывающее бурение. Благодаря такой промывке забоя, скорость восходя­щего потока в буровой колонне не зависит от диаметра сква­жины, поэтому она может быть достаточно большой, что поз­воляет выносить куски породы значительных размеров, а следовательно, вести проходку скважин намного большего диаметра, чем при прямой промывке.

разное

Качественная автономная канализация для загородного дома от грамотных специалистов фирмы «Дом Экологии»

Квалифицированные инженеры, работающие в компании «Дом Экологии», советуют владельцам частных домов либо коттеджей заказать услугу по установке автономной канализации, которая требует минимального обслуживания. Уже многие клиенты, посетившие раздел http://www.osk-ekoline.com.ua/avtonomnaja-kanalizacija-polijetilen.html, смогли …

Преимущества зеркальных шкафов в интерьере

Не секрет, что шкаф-купе — мебель довольно габаритная, так как его объемы должны предусматривать размещение множества вещей. Однако зачастую это отрицательно сказывается на визуальном восприятии небольшого помещения.

Дизайнерские радиаторы из чугуна от radimaxua.com

Интернет-магазин radimaxua.com предлагает широкий ассортимент дизайнерских радиаторов из чугуна, выпускаемых под брендом RETROstyle. Изготовлением декоративных радиаторов занимаются европейские заводы.

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.