Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

91 страница

Купить бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

В документе даются рекомендации по обоснованию применения скважин без фильтра в напорных песчаных водоносных горизонтах, излагаются методы расчета водоприемной части скважин, гидрогеологических параметров, технологии сооружения и эксплуатации этих скважин, намечаются перспективы их применения на территории СССР и указываются технико- экономические преимущества при их внедрении. Для инженерно-технических работников проектных и строительных геологоразведочных, буровых, водохозяйственных, мелиоративных, коммунальных, горнодобывающих предприятий и организаций, занимающихся вопросами водоснабжения, орошения, осушения, водоотведения.

 Скачать PDF

Руководство разработано к главе СНиП II-31-74. "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения"

Оглавление

Введение

1. Общие положения

     Конструктивные особенности и целевое назначение бесфильтровых скважин

     Требования к проектированию

2. Основы гидрогеологического районирования для применения бесфильтровых скважин

     Общие положения

     Схема районирования территории СССР по сооружению бесфильтровых скважин

     Опыт районирования территории БССР

3. Расчет производительности бесфильтровых скважин

     Особенности притока к водоприемной полости

     Расчет проектных понижений и дебитов

     Расчет нагнетания в скважину

4. Устойчивость водоприемной полости и ее разработка

     Устойчивость кровли и откосов полости

     Размеры водоприемной полости и ее разработка

     Расчет приведенных радиусов водоприемной полости по данным откачки

5. Сооружение бесфильтровых скважин

     Способ бурения

     Подготовка буровой площадки

     Бурение и крепление ствола скважины

     Создание водоприемной полости. Откачка

     Гравийная засыпка

     Искусственное крепление кровли

     Переоборудование скважин с фильтрами в бесфильтровые и наоборот

     Геолого-техническая документация

6. Методы определении гидрогеологических параметров

     Основные отличия в опробовании бесфильтровых скважин

     Расчет гидрогеологических параметров

     Требования к опытным кустам скважин

     Некоторые особенности оценки эксплуатационных запасов подземных вод

7. Эксплуатация бесфильтровых скважин

     Многолетний опыт эксплуатации бесфильтровых скважин.

     Режим работы и техническое обслуживание

     Пуск и остановка погружных электронасосов на бесфильтровых скважинах

     Обследование и ремонт скважин

     Поддержание проектной производительности

     Работа нагнетательных скважин

     Ликвидация скважин

8. Технико-экономическая оценка использования бесфильтровых скважин

     Геолого-технические и экономические преимущества бесфильтровых скважин

     Сопоставление затрат на сооружение скважин с фильтром и без фильтра в одинаковых условиях

     Оценка экономической эффективности бесфильтровых скважин

Список литературы

 
Дата введения01.01.2019
Добавлен в базу01.09.2013
Актуализация01.01.2019

Этот документ находится в:

Организации:

УтвержденВНИИГИМ Минводхоза СССР
ИзданСтройиздат1982 г.
РазработанВНИИГИМ Минводхоза СССР
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30
вниигим

Минводхоза СССР

Руководство

Г по проектированию, сооружению и эксплуатации бесфи льтр овых водозаборных скважин

Москва 1982

СОДЕРЖАНИЕ


Введение.....

1.    Общие положении............

Конструктивные особенности и целевое назначение бесфильтровых скважин...............

Требования к проектированию .........

2.    Основы гидрогеологического районирования для применения бесфильтровых скважин......... .    .

Общие положения ............

Схема районирования территории СССР по сооружению бесфильтровых скважин.............

Опыт районирования территории БССР.......

3.    Расчет производительности бесфильтровых скважин    *    .    »    ,

Особенности притока к водоприемной полости......

Расчет проектных понижений и дебитов.......

Расчет нагнетания в скважину....... «

4.    Устойчивость водоприемной полости н ее разработка    «    .    •    •

Устойчивость кровли и откосов полости .......

Размеры водоприемной полости и ее разработка.....

Расчет приведенных радиусов водоприемной полости по данных откачки............ .    •

6* Сооружение бесфильтровых скважин........

Способ бурения .......... .

Подготовка буровой площадки..........

Бурение и крепление ствола скважины.......

Создание водоприемной полости. Откачка .    .    .    .    .

Гравийная засыпка ............

Искусственное крепление кровли ...    .....

Переоборудование скважин с фильтрами в бесфильтровые и наоборот Геолого-техннческая документация........

6.    Методы определения гидрогеологических параметров ....

Основные отличия в опробовании бесфильтровых скважин .    ,

Расчет гидрогеологических параметров.......

Требования к опытным кустам скважин ...    .

Некоторые особенности оценки эксплуатационных запасов подземных вод.......... .    .    •    .

7.    Эксплуатация    бесфильтровых скважин .    .    •    .    .

Многолетний опыт эксплуатации бесфильтровых скважяи-

Режнм работы и техническое обслуживание......

Пуск н остановка погружных электронасосов ка бесфильтровых

скважинах .    ...........

Обследование и ремонт скважин.........

Поддержание    проектной производительности    ...    .    •

Работа нагнетательных скважин.........

Ликвидация скважин    ..........

6. Технико-экономическая оценка использования бесфильтровых скважин ............ .

Геолого-технические и экономические преимущества бесфильтровых скважин ...    .........

Сопоставление затрат на сооружение скважин с фильтром я без

фильтра в одинаковых условиях .........

Оценка экономической эффективности бесфильтровых скважин Список литературы............


Стр.

3

Б

6

8


в

8

9

9

15

15

22

31

32

32

40

47

62

52

52

54

65

63

64

66

67

68

68

69

72

73

74

74

73

77

79

80 81 82


82


82


83

85

88


крепкая, устойчивая к обрушению кровля не обязательно водоупорная.

2.4. Для целенаправленного и планомерного внедрения бесфильтровых скважин необходимо произвести гидрогеологическое районирование территории страны по условиям заложения скважин. При этом в крупных гидрогеологических или административных регионах в первую очередь должны быть выделены перспективные напорные водоносные горизонты, сложенные рыхлыми породами и имеющие выдержанную прочную кровлю. В пределах распространения перспективных горизонтов необходимо выделить площади с разной глубиной залегания кровли, величиной напора, мощностью устойчивых пород кровли и мощностью водоносного пласта. На основании этих материалов можно составить типовые разрезы бес-фильтровых скважин и определить их возможную производительность.

СХЕМА РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ СССР ПО СООРУЖЕНИЮ БЕСФИЛЬТРОВЫХ СКВАЖИН

2.5.    Возможность заложения бесфильтровых скважин в песках зависит от гидрогеологических условий, которые определяются гео-структурными особенностями территории и распространенными в районе водоносными комплексами. Широкое развитие песчано-пластовые водоносные горизонты имеют в артезианских бассейнах платформенных и складчатых областей, где благодаря смене фациальных условий осадконакопления сформировались слоистые водонапорные системы.

2.6.    Крупные артезианские бассейны платформ, предгорные и межгорные артезианские бассейны являются в целом перспективными для сооружения бесфильтровых скважин. Исходя из этого по существующему гидрогеологическому районированию СССР [23] можно ориентировочно наметить возможные районы внедрения скважин бесфильтровой конструкции. Представленная схема (рис. 3) показывает, что такие районы занимают не менее 70 % площади страны, включая наиболее обжитые территории.

2.7.    Благоприятные гидрогеологические условия для заложения бесфильтровых скважин имеются во многих артезианских бассейнах, протягивающихся Широкой полосой от Белоруссии до Узбекистана. С этой целью в них освоены песчаные водоносные горизонты различной стратиграфической принадлежности (от палеогена до девона) при глубине скважин от 40 до 500 м. Пески по гранулометрическому составу от тонко- до крупнозернистых. Кровля представлена мелом, мергелем и глиной. Напоры значительные и составляют* 30—500 м выше кровли песков. С глубиной устойчивость кровли увеличивается благодаря возрастанию плотности пород и большему гидростатическому напору.

ОПЫТ РАЙОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ БССР

2.6. В качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения городских и сельских населенных пунктов в республике широко используются пресные воды четвертичных, палеоген-неогеновых, меловых, девонских, верхнепротерозойских отложений. Мощность оса-

9

01

Рис. 4. Схема перспективных районов применения беэфнльтровых скважин в

песках на территории БССР

/ — район I — альб-сеноманские отложения перекрыты мергельно-мелоаой толщей (верхний мел), воды пресные. Водоприемные воронки в песках, кровля — мергель и мел. Контуры — по материалам Белорусской геолого-гидрогеологической экспедиции на 1978 г.; 2— район II—старооскольско-швентойские отложения, содержащие пресные воды (средний и верхний девон). Водоприемные воронки в песках, кровля—глины и алевролиты; 3 — западная граница распространения ивентойских отложений в районе II; 4 — подчеркнуты пункты, в районе хоторых пробурены бесфильтровые скважины в песках к концу 1979 г.

дочной толщи, покрывающей кристаллический фундамент, измеряется от 100—500 м на Белорусском массиве до 400—700 м на седловинах (Полесская, Жлобинская и Латвийская) и до 1500 (Брестская, Оршанская) —5000 м (Припятская) во впадинах.

2.9. Анализ гидрогеологических условий территории БССР, производственный опыт поисково-разведочных работ и эксплуатации водозаборов позволяют выделить в республике районы, перспективные для заложения бесфильтровых скважин (рис. 4).

К благоприятным в этом отношении районам относятся площади распространения альб-сеноманского водоносного горизонта, пере-

Рис. 3. Схема гидрогеологического районирования территории СССР по перспективам применения бесфильтровых скважин в рыхлых породах

/—2 — перспективные районы с преобладанием пластовых вод (/ — артезианские области и бассейны; 2 —межгорние аптезнапскпс бассейны складчатых областей); 3 — неперспективные районы с преобладанием трещинных вод (гидрогеологические массивы и складчатые области); 4 — районы с невыясненными перспективами; 5 — районы, в которых применяются бесфильтровые скважины

м

Рис. 5. Гранулометрический состав песков, в которых образованы водоприемные воронкп

^одечно Bopucog%

^ гЛ 4

. 'Н1В1B1Q1 Д.г V -



л О.    ®    \j£


R31?rfTn?BjFfm»E^5^5


Рис. в. Схематическая карта районирования альб-сеноманского водоносного горизонта территории БССР по условиям заложения

бесфильтровых скважнн

1—4 —глубина кровли водоносного горизонта (/—50—100; 2— 100—150; 3 — 150—200; свыше 200 м); 5 —изолинии напоров, м; tf— изолинии мощностей, м; 7 — пункты со средними величинами глубин залегания кровли водоносного горизонта, мощности, на*

поры, м

Составлено по материалам Белорусской геолого-гидрогеологической экспедиция 1978—1979 гг.

крытого мергельно-меловой толщей (район I) и староосхольско-швентойского комплекса девона с переслаивающимися слоями песков и глинистых пород (район II).

Возможность заложения бесфильтровых скважин а других водонапорных комплексах, например в четвертичном, палеогеновом, юрском, триасовом, определяется для отдельных участков по конкретному разрезу, ввиду отсутствия необходимого количества фактического материала о выдержанности и устойчивости пород, перекрывающих водовмещающие пески.

2.10.    Для целей специального районирования по условиям заложения бесфильтровых скважии выделен альб-сеноманский водоносный горизонт, занимающий около 60 % территории БССР. Подавляющее большинство бесфильтровых скважин заложено в этом горизонте.

На большей части распространения он залегает на глубинах свыше 50—100 м; лишь у границы выклинивания на северо-востоке республики кровля его встречена на глубине менее 50 м. В отдельных местах альб-сеноманские и нижезалегающие юрские пески не разделены водоупором, поэтому они объединяются а общий водоносный горизонт. Мощность песчаной части альб-сеномана постепенно увеличивается от центра Белорусского массива (0,3—5 м) к областям впадин (10—25 м и до 46—83 м). Величины напоров изменяются от 40—120 м на приподнятых участках до 170—280 м при погружении горизонта.

По минералогическому составу альб-сеноманские пески обычно глауконито-кварцевые различного гранулометрического состава, преимущественно тонко- и мелкозернистые (рис. 5).

Мощность мергельно-меловой толщи, перекрывающей альб-сеноманские пески, увеличивается от 10—15 м в центре до 100—175 м на западе и 150—240 м на юго-востоке БССР.

2.11.    В основу специального районирования для заложения бесфильтровых скважин положены: глубина залегания кровли, величина напора и мощность альб-сеноманского водоносного горизонта.

По этим признакам выделены районы с различной глубиной залегания кровли водоносного горизонта (интервалы глубин 50—100, 100—150, 150—200 и свыше 200 м) и его мощностями (до 10,10—20 и свыше 20 м). Величины напоров проведены через 20 м и колеблются от 40 до 280 м (рис. 6). Мощность мергельно-меловой толщи почти повсеместно более 10 м и удовлетворяет требованиям устойчивости кровли.

Районирование облегчает задачи выбора конструкций бесфильтровых скважин при их проектировании. С помощью карты районирования и данных по опробованию ранее пробуренных бесфильтровых скважин можно определить возможную производительность проектируемых скважин, требуемое понижение уровня воды, глубину установки насоса.

14

3. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БЕСФИЛЬТРОВЫХ СКВАЖИН


ОСОБЕННОСТИ ПРИТОКА К ВОДОПРИЕМНОЙ ПОЛОСТИ

3.1.    Расчет производительности бесфильтровой скважины отвечает на следующие вопросы:

при каком расчетном понижении So в данных гидрогеологических условиях будет получен запроектированный дебит Q0;

каких размеров при этом должна быть водоприемная полость;

будет ли при этих условиях обеспечена устойчивость откосов полости;

будет ли устойчива ее кровля.

3.2.    Дебит бесфильтровой скважины формируется за счет притока воды через откосы водоприемной полости. Экспериментальными исследованиями установлено, что более 50 % притока поступает через верхнюю треть или четверть откоса полости. На изменение дебита бесфильтровой скважины весьма существенно влияет радиус полости и в меньшей степени — се глубина.

3.3.    Описать реальную форму водоприемной полости геометрической фигурой практически невозможно. Поэтому при расчетах притока воды к бесфильтровой скважине заменяют реальную водоприемную полость на условную полусферическую, коническую или цилиндрическую (рис. 7), что позволяет использовать известные из динамики подземных вод расчетные схемы и зависимости.


Рис. 7. Схематизация формы водоприемной воронки для расчета

1 — хонус; 2 — полусфера; 3 — шаровой сегмент; 4 — приведенная полусфера, равновеликая по площади поверхности конуса



3.4.    Опыт и модельные исследования показывают, что наиболее вероятной формой водоприемника является полость, похожая на сглаженный конус, с относительно пологим дном в центре, более крутыми откосами и выполаживаюшймися концевыми участками. Наибольшие дебиты наблюдаются в бесфильтровых скважинах с большим радиусом воронки и пологими углами откосов (табл. 2).

3.5.    Гидродинамическое несовершенство скважины по степени вскрытия пласта (ан) характеризует величину вреза полости в водоносный пласт и представляет собой отношение глубины полости h к мощности пласта т


а.


h_

т


о


3*


15


Таблица 2

Зависимость приведенного дебита бесфильтровой скважины от степени ее гидродинамического несовершенства ая, относительного радиуса полости рн и угла естественного откоса <рпо данным моделирования

ъ

ан J"

т

о __ ГН т

Угол откоса ф0

Ширина зоны деформации потока в долях (л) его мощности

'н = пт

Величина от-носительного __ понижения 5, %, на границе зовы ги

Приведенный

1

дебит QZ Q

0,05

1

2°55'

1,7-1.8

55—60

1,45

0,05

0,5

5°45'

1,4—1,5

55—60

2,56

0,1

1,5

2,3—2,5

60—65

1.1

0,1

1

5°45'

1,9-1,8

55—60

1,46

0,1

0,5

1Г20'

1,7-1,8

40—45

2,58

0,125

0,38

18°30'

1.4-1.6

30-35

3,02

0,125

0,2

со

to

о

1,2-1,3

23-25

4,95

0,15

0,2

36°50'

1,3-1,4

30—35

2,77

0,2

1

11°20'

1.7-1,8

60—65

2,35

0,25

1,5

9°30'

2,3—2,5

60—65

1.1

0,25

1

14°05'

1,6—1,8

55—60

1,43

0,25

0,75

18°30'

1,6—1,8

50—55

1.7

0,25

0,5

26°35'

1,2-1,4

40-45

3,03

0,5

1.5

18°45'

2,1-2,2

60—65

1,05

0,5

1

26°35'

1.5-1,7

50—Ь5

1,35

0,5

0,67

36°50'

1,5-1.7

55—60

1,65

0,5

0,5

45°

1.2-1,4

45-50

2,03

0,75

1.5

26°35'

2,1—2,3

65-70

1,05

0,75

1

36°50'

1,5-1,7

55—60

1,35

0,75

0,5

56°15'

1,2-1,4

45—50

1,85

0,85

1,7

26°35'

2,2—2,4

65—70

0,97

Размер полости можно характеризовать ее относительным радиусом рн> который представляет отношение радиуса полости у кровли гк к мощности пласта т:

Р“ = ^Г-    (2>

пг

3.6. Анализ гидродинамических сеток притока воды к бесфилитровым скважинам показывает [6, 16], что зона резкой деформации потока для бесфильтровой скважины существенно больше, чем для фильтровой, и составляет 1,5н-2,5 мощности пласта. При этом, чем больше радиус полости гк (по кровле), тем шире зона деформации /?я (табл. 2, рис. 8). Это необходимо иметь в виду при проектировании опытных откачек.

Изменение напоров, а следовательно, и понижений в зоне влияния откачки различно для скважин с разной формой водоприемной полости (рис. 9, 10). В табл. 3 по данным моделирования стацио-

16

нарной фильтрации и теоретическим расчетам приведено ра спреде-

—-    5

ление относительных величин понижений 5= — (в %-ном ОТНОШе-


Рис. в. Графин зависимости ширины воны гидродинамического несовершенства бесфнльтровой


динамического несовершенства бесфнльтровой скважины г|| от uR 0Н, построенный по данным


10

20    30


моделирования на АВМ


нии от 50 — понижения в скважине) для эквивалентных по деби-таи и площади полостей конической и полусферической форм, рабо

тающих в ограниченных и неограниченных по мощности пластах [16]. Относительные понижения получены для безразмерных расстояний г, рассчитанных относительно радиуса влияния откачки

или мощности пласта    Как    видно,    наиболее

быстрое уменьшение 5 наблюдается для полостей полусферической формы; при конической полости величина 5 уменьшается значительно медленнее. Различие в изменении понижений наблюдается практически в пределах всей зоны влияния откачки. Это означает, что расчеты гидрогеологических параметров и приведенных характеристик водоприемной полости зависят от принятой расчетной формы и размеров полости. Уменьшить это влияние можно, если вести расчеты, используя разность понижений в двух наблюдательных скважинах. Это следует иметь в виду при проектировании водозаборов и обработке опытных откачек из бесфильтровых скважин.

3.7. В бесфильтровых скважинах с неглубокими полостями, имеющих высокий показатель по степени вскрытия пласта, ая^О.1, водоприемная полость может быть представлена эквивалентными по площади притока условной полусферой с приведенным радиусом гвр или условным конусом с приведенным радиусом гвр и приведенным углом откоса ф’р (рис. 7).

При ав^0,5—0,7 водоприемная полость может быть эквиаа-лентна заменена на цилиндрическую скважину с приведенным радиусом Т пр>

пип


Если заменить прямой круглый конус радиуса ги равновеликой по площади полусферой, то ее приведенный радиус (рис. 7) будет равен:

со


Рис. 9. Гидродинамическая сетка, полученная моделированием на АВМ дли конической полости h-1 м, гК-Б ы. Приведенные параметры полости: ан^0,1, 0Я=О,5; у эквипотенциал ей показана величина относительного потенциала, у линий токов — относительная величина расхода -ф в долях единицы, в узлах сетки — значения потенциалов; /, 2 —эпюры изменения относительных напорных градиентов!


ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГИДРОТЕХНИКИ И МЕЛИОРАЦИИ ИМ. А. Н. КОСТЯКОВА (ВНИИГИМ) МИНИСТЕРСТВА МЕЛИОРАЦИИ И ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ.

СООРУЖЕНИЮ

И ЭКСПЛУАТАЦИИ

БЕСФИЛЬТРОВЫХ

ВОДОЗАБОРНЫХ

СКВАЖИН

МОСКВА СТРОИИЗДАТ 19SS

Таблица 3

Распределение относительных понижений S, %, в пласте при откачке из бесфильтровой скважины с конической

и эквивалентной ей полусферической полостью [16]

Расстояние

г от сква-

Неограниченны*! пласт по мощности

Ограниченный пласт по мощности

жины в значениях

Коническая полость (модслирова-яив). онн

Эквивалентная по площади полусфера (расчет). гц

Коническая полость (моделирова-юге). анв

радиуса

влияния

_ Г1 Г1 = р"

мощности

пласта

_ и

'• m

to

О

S

сГ

9‘О/ГО

**-4

о“

о

о"

3/1,5

см

о

ю

о

3.5

7.1

4

10

0,25/0,5

0,25/1

0.25/1,5

ода

ю

см

N

о

о

со

о

0,05

0,5

44

87

100

100

100

64

60

100

80

100

78

100

100

100

100

56

0,1

1,2

35

41

85

78

100

37

25

60

34

83

45

80

100

100

100

38

0,15

1.7

32

33

63

61

85

31

17

42

23

59

35

69

83

94

99

30

0,2

2,3

27

30

51

48

65

26

13

31

18

44

30

51

65

78

95

25

0,25

2,9

22

25

44

42

55

22

10

25

14

34

25

45

57

71

78

23

0,3

3,5

13

21

38

36

48

19

9

20

11

29

21

37

48

58

64

18

0,5

6

4

12

21

20

25

12

5

12

7

17

12

21

26

34

37

10

1 0,75

9

4

4

7

7

10

4

3

8

5

11

6

8

10

12

14

4

УДК 628.i12 ; 556.84

Рекомендовано к изданию Отделом технического нормирования и стандартизации Госстроя СССР.

Руководство по проектированию, сооружению и эксплуатации бесфильтровых водозаборных скважин/Всесоюзн. н.-и. ин-т гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костикова Минвод хоз а СССР. — М.: Стройиздат, 1982. — 88с.

Составлено к главе СНиП 11-31-74 на основе научных исследований и изучения опыта использования бесфильтровых скважин в рыхлых породах.

Даются рекомендации по обоснованию применения скважин без фильтра в напорных песчаных водоносных горизонтах, излагаются методы расчета водоприемной части скважин, гидрогеологических параметров, технологии сооружения и эксплуатации этих скважин, намечаются перспективы их применения на территории СССР и указываются техникоэкономические преимущества при их внедрении.

Для инженерно-технических работников проектных и строительных геологоразведочных, буровых, водохозяйственных, мелиоративных, коммунальных, горнодобывающих предприятий и организаций, занимающихся вопросами водоснабжения, орошения, осушения, водоотведения.

Табл. 24, ил. 58

ВНИИГИМ МННВОДХОЗА СССР

РУКОВОДСТВО ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ,

СООРУЖЕНИЮ И ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕСФИЛЬТРОВЫХ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН

Редакция инструктивно-нормативной литературы Зав. редакцией Г. А. Жигачева Редактор Л. Г. Вальян

Мл. редакторы Л. И. Месяцева, А. И. Ненашева Технический редактор /О. Л. Циханкова Корректор Н. А. Беляева Н/К

Сдано в набор 20.08.82. Подписано в печать 19.10.82. Т-18987. Формат 84Х1087эт-Бумага тип. Л? 3. Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Уел. печ. л. 4,62. Уел. кр.-отт. 4,93. Уч.-изд. л. 6,17. Тираж 10 000 экз. Изд. № XII—9686. Заказ Лё 208. Цена 30 коп.

Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а

р 3302000000—605 047(01)—82

Владимирская типография «Союзполиграфпрома» при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7

Инструкт.-нормаг., П выв. — 164—82

© Стройшздат, 1982

ВВЕДЕНИЕ

Подземные воды широко используются в народном хозяйстве и являются одним из источников водоснабжения городского и сельского населения, Постоянно расширяется их потребление для обводнения пастбищ, орошения земель и других нужд.

Наиболее распространенный тип водозаборных сооружений — буровая скважина. В настоящее время для добычи подземных вод в СССР эксплуатируется более 300 тыс. таких скважин, к ним ежегодно добавляется еще 30 тыс., а 8—10 тыс. бурят для целей гидрогеологической разведки.

В планах развития народного хозяйства страны постоянно отмечается необходимость повышения эффективности и качества работ, совершенствования конструкций и технологии, снижения материалоемкости и затрат энергии. Эффективность работы и срок службы буровой скважины зависят прежде всего от конструкции ее водоприемной части. В широко распространенных рыхлых песчаных водоносных горизонтах скважины обычно оборудуются разнообразными фильтрами, на изготовление которых расходуется много цветных металлов и других материалов. Для мелкозернистых и глинистых песков подбор фильтров сложен, а скважины в них имеют низкие дебиты, которые со временем еще более уменьшаются. Механическая или химическая кольматация фильтров выводит скважины из строя, что требует дополнительных затрат на ремонт либо повторное нх бурение. Эти обстоятельства побуждают специалистов обходиться без оборудования скважин фильтрами в тех случаях, когда это возможно.

Бесфнльтровые скважины в рыхлых породах сооружаются в напорных песчаных водоносных горизонтах, перекрытых устойчивыми породами. Водоприемной частью в них служит воронкообразная полость в верхней части песчаного пласта, через откосы которой вода поступает в скважину. Устойчивость водоприемной полости обеспечивается крепостью пород кровли, естественными углами образующихся фильтрующих песчаных откосов и оптимальным режимом откачки. В результате отпадает необходимость в изготовлении и установке фильтра, повышается производительность и увеличивается срок ее службы. Все это в итоге уменьшает затраты на единицу продукции — кубометр воды.

Перспективность применения бесфильтровых скважин во многих районах нашей страны обусловлена широким распространением чередующихся песчаных и плотных осадочных отложений различного состава в артезианских бассейнах платформ, предгорных прогибов и межгорных впадин. В последние годы эти скважины все чаще сооружают в европейской части СССР, некоторых районах Казахстана, Средней Азии, Сибири. Определенный опыт применения бесфильтровых скважин для водоснабжения и гидрогеологических исследований имеется в Белоруссии и ряде других районов страны. С каждым годом количество бесфильтровых конструкций скважин растет в различных районах страны, изучающих и использующих подземные воды.

3

Поэтому в настоящее время необходимо специальное методическое руководство, отвечающее современным требованиям и охва тывающее разные аспекты применения бесфильтровых скважин. В первом руководстве такого рода, изданном во ВНИИГиМ в

1*

1974 г., была рассмотрена только часть вопросов данной проблемы. Работы последних лет дали новые результаты, способствующие раз-витию этой прогрессивной конструкции. Однако в вышедших в 1978 г. руководствах по проектированию, строительству и эксплуатации водозаборов подземных вод бесфильтровые скважины не упоминаются. В «Справочнике по бурению скважин на воду» (1979 г.) о них приводятся лишь краткие сведения.

Для более широкого внедрения бесфильтровых скважин и интенсификации работы водозаборов подземных вод подготовлено настоящее Руководство. Оно базируется на многолетнем опыте бурения и эксплуатации высокодебитных бесфильтровых скважин в разных районах страны. При составлении Руководства учтены общесоюзные нормативные материалы и методическая литература по сооружению и эксплуатации водозаборных скважин, использованы книги и брошюры по теории и практике устройства бесфильтровых скважин [5, 6, 8, 16, 40, 41, 42].

В составлении Руководства принимали участие сотрудники ВНИИГИМ Минводхоза СССР — канд. техн. наук В. М. Беляков, инж. Т. И. Гавич, ЦНИИКИВР Минводхоза СССР — канд. геол-мин. наук Р. А. Станкевич, инж. А. А. Федяев. Автор по погружным электронасосам — глава 7 — канд. техн. наук А. Д. Гуринович (БелКТИГХ). Кроме того, в работе над отдельными разделами Руководства участвовали инж. К. Б. Дмитриев (Союзглавсельхоз-водоснабжение). заслуженный мелиоратор РСФСР канд. техн. наук И. М. Крышов (Пензагидрострой Минводхоза РСФСР) и инж В. К. Роговой (Брянский Облводхоз). Общая редакция выполнена В. М. Беляковым.

4

1. ОБЩИН ПОЛОЖЕНИЯ

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ЦЕЛЕВОЕ НАЗНАЧЕНИЕ БЕСФИЛЬТРОВЫХ СКВАЖИН

1.1. Бесфильтровая водозаборная скважина представляет собой инженерное сооружение, водоприемной частью которого является полость в песчаной водоносной породе в виде конусообразной воронки под кровлей (рис. 1). Глубина полости в центре обычно достигает 1,5—2 м, наибольший радиус—10—15 м и более. Такая значительная фильтрующая площадь (табл. I) позволяет обеспечить отбор воды из мелкозернистых и глинистых песков, из маломощных пластов.

Таблица 1

Соотношение размеров водоприемной поверхности воронки и фильтра

Размеры воронки, м

Водоприемная поверхность* F. м*

Соответствующая это ft площади длина фильтра !, м

А

Г

г*ф=°,1

*ф=о,’

0,5

1

3,9

12,4

6,2

1

2

15,7

50

25

1.5

3

35,3

112,5

56,2

2

4

62,8

200

100

* По формуле шарового сегмента

F=TL(h*+r2).

Необходимым условием для сооружения бесфильтровых скважин является устойчивая кровля над водоносным слоем и его напорный характер. К наиболее устойчивым породам относятся плотные песчаники, известняки, мел, мергели, доломиты, аргиллиты, алевролиты, сильно уплотненные глины, к менее устойчивым—слабо уплотненные глины, суглинки, каменный и бурый уголь. Чем плотнее порода, тем меньшей мощности может быть кровля. Увеличение мощности пород кровли в любом случае благоприятствует -ее устойчивости. Малая мощность перекрывающего воронку пласта при низкой его крепости может привести к его деформации и оседанию в воронку. При слабой кровле необходимо ее искусственное укрепление.

Бесфильтровые скважины могут сооружаться с одной водо-приемной частью в основном водоносном пласте или с несколькими вдоль ствола скважины в слоистой толще, когда чередуются прослои рыхлого песка и плотных пород. Разновидностью являются многоствольные скьажины с одной водоприемной полостью. Распространен преимущественно первый тип скважин. При недостаточно четких литологических границах в ожидаемом водоносном ин-

2-208

a    S'




I


t


Рис. 1. Схема водоприемной части скважины с фильтром (а) и без фильтра (6)

/ — порода устойчивая (мел, мергель, глина, песчаник, известняк я т. п.); 2—песок; cfTpi    диаметр    обсад

ных труб {обычные размеры dTp-0.2—0.3 м, rfTp-0fl— 0,2 м); dф, / — диаметр и длина фильтра; ft, г —глубина и радиус воронки


тервале устанавливается перфорированная труба, через отверстия которой выносится песок при разработке одной или нескольких полостей (рис. 2).

1.2.    Из конструктивных особенностей рассматриваемых типов бесфильтровых скважин видны некоторые ограничения по их применению. Они могут сооружаться только в напорных водоносных горизонтах. Снижение напора в процессе эксплуатации допускается почти до кровли воронки, но осушение воронки и пласта исключается. Погружной насос должен устанавливаться выше полости. Значительное снижение гидростатического напора в скважине уменьшает давление, поддерживающее снизу кровлю над воронкой. При недостаточно прочной и маломощной кровле, неглубоком ее залегании, в случае ее деформации существует вероятность просадок земной поверхности у устья скважины. Эти обстоятельства следует учитывать при проектировании.

1.3.    Простота и экономичность конструкции позволяют использовать бссфильтровые скважины для различных целей: водоснабжения населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, гидрогеологических исследований, орошения сельскохозяйственных земель, обводнения пастбищ, осушения месторождений полезных ископаемых, добычи минеральных и промышленных вод, искусственного восполнения запасов подземных вод, поглощения сточных вод, разработки глубоких песчаных пластов скважинным методом.


6




в)


2Z77sГ


'Ш£

Ш



3)

С)


I ,

*7


Ш


2222


ШЖ



ж)


Ш

Ш

• ' 1 '-*■ ■

щ

ж

~^ГГ:

=ЕГ

•• >5^

* - ГГ-

•. ■!


з)

{ПЫйАШ-




Рис, 2. Разновидности конструкций разведочных, наблюдательных, разведочно-эксплуатационных и эксплуатационных бесфнльтровых скважин

а, 6, в — одноярусные; г, д — одноярусные с гравийной засыпкой; е, ж — многоярусные; з, и — многоствольные одноярусные


7

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ

1.4.    При проектировании и строительстве бесфильтровых скважин должны соблюдаться общие требования к водозаборам подземных вод, регламентируемые официальными документами, основными из которых являются «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республика

По общим вопросам проектирования и сооружения скважин на воду целесообразно также использовать специальную методическую литературу [1,3, 19—21, 24, 27, 32, 36, 43 и др.].

1.5.    Общие принципы проектирования водозаборов с бес фильтровыми скважинами не отличаются от таковых для скважин с фильтрами (расположение одиночных или групп скважин в плане, схема водозабора, зоны санитарной охраны, согласование Проекта и т. д.). Основными особенностями проектирования бесфильтровых скважин являются:

определение возможности сооружения бесфильтровой скважины в конкретных гидрогеологических условиях;

выбор рациональной конструкции скважин (диаметры и длина обсадных труб, глубина их установки, необходимые размеры воронки);

выбор способа бурения й разработки воронки;

определение производительности и продолжительности откачки для формирования устойчивой водоприемной полости;

указания по режиму эксплуатации скважин;

геолого-технический контроль за производством работ и инструктаж персонала по специфике бурения бесфильтровых скважин.

2. ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЙОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСФИЛЬТРОВЫХ СКВАЖИН

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1.    Возможности и перспективы заложения бесфильтровых скважин в песчаных водоносных горизонтах наиболее ясно определяются при специальном районировании территории для этих целей. Оно основывается на общем гидрогеологическом районировании отражающем закономерности формирования и распределения подземных вод на территории того или иного региона, которое опирается на геолого-структурный принцип.

2.2.    Бесфильтровые скважины в песках сооружаются в областях распространения осадочных пород с пологим залеганием, образующих слоистые толщи с чередованием рыхлых водоносных и плотных слоев различного литологического состава.

2.3.    В основу выделения перспективных районов ложатся три основных признака, характеризующих гидравлические и литологические особенности водоносных пластов:

наличие гидростатического напора, который при эксплуатации не срабатывается до кровли пласта;

водоносный пласт, представленный песками любого гранулометрического состава, мощностью не менее 2—5 м;