Все об обсадных трубах, их выборе и установке

Буровая скважина на воду представляет собой цилиндрическое отверстие в земной поверхности, глубина которого определяется залеганием водоносного слоя, а размер поперечного сечения диаметром погружного насоса и необходимым эксплуатационно-монтажным запасом.

Припуск при обустройстве шурфа требуется для того чтобы опустить обсадные трубы, устанавливаемые для создания жесткого периметра и предохраняющие ствол от разрушения и осыпания, вследствие которого возможна потеря оборудования и ликвидация скважины.

Укрепление стенок шурфа

Необходимость установки обсадной трубы для фиксации стенок скважины возникает зачастую еще на этапе выполнения проходки, которая представляет собой совокупность операций по спуску и подъему бурового инструмента, закрепленного на конце сборной штанги и совершающего колебания при вертикальном перемещении, вызывающие частичное обрушение породы.

Чтобы предотвратить засыпание дна шурфа, в очередной раз, когда поднимается бурильная колонна, внутрь выработки опускаются обсадные трубы, если глубина проходки превышает размер инструмента по высоте увеличенный на две трети длины выбранной трубы для скважины. Операции повторяются число раз, зависящее от того какая глубина проходки будет выполнена и длины сегмента обсадной колонны.

Двухколонный периметр скважины

Подобная монтажная процедура недопустима при обустройстве скважинного фильтра, являющегося сегментом, с которого эксплуатационная колонна начинается, как следствие на нее придется первичное воздействие стенок проходки и высока вероятность того, что пока обсадная колонна достигнет дна скважины, сетка, оборачивающая перфорированный участок, придет в негодность.

Для того, чтобы гарантировать целостность фильтрующего элемента лучше использовать двухколонный метод, при котором обсадные трубы и эксплуатационные являются отдельными конструктивными элементами скважины. Такая схема является предпочтительной еще и по той причине, что пластиковые трубы из НПВХ и ПВХ, используемые для обсадки скважины, могут быть повреждены буровым инструментом при операциях по спуску/подъему, поэтому их лучше использовать как внутреннюю колонну.

При такой организации скважины, в качестве эксплуатационной оболочки можно использовать даже полиэтилен низкого давления, несмотря на то что обсадная труба ПНД, характеризуется худшими прочностными показателями из всех пластмасс.

Подобное допущение становится возможным, потому что нагрузку от земных пластов будет воспринимать внешняя обечайка, а затрубное пространство скважины будет засыпано гравием и песком, выполняющими роль первичного фильтра, фиксирующей прослойки и дополнительного демпфера.

Из чего делают обсадные трубы

По материальному исполнению трубы, используемые для укрепления стенок шурфа или в качестве эксплуатационных, бывают следующими:

• металлические;
• полимерные;
• асбоцементные.

Металлические изделия

Наиболее распространённым вариантом оснащения скважин является применение металлических обсадных труб, из которых стальная относится к наиболее востребованным по следующим причинам:

• высокая несущая способность к сжимающим и сдвигающим пластовым нагрузкам;
• долговечность, соответствующая сроку эксплуатации артезианской скважины и составляющая свыше 50 лет;
• низкая чувствительность к погрешностям монтажа;
• возможность чистки, в том числе с применением желонки, ввиду высокой механической прочности.

Недостатками, которыми сопровождается обсадка скважины металлическими трубами, являются:

• высокая, по сравнению с альтернативными вариантами, стоимость изготовления и монтажа;
• окисление железа с образованием оксида, повышающего жесткость воды и дающего желтый осадок;
• высокая масса, удорожающая транспортировку и монтаж, требующий использования грузоподъемных механизмов, а значит подобная обсадная труба для скважины не сможет быть установлена своими руками;
• необходимость нанесения плакирующего наружного слоя во избежание двусторонней коррозии.

В зависимости от состава и наличия защитного слоя металлические обсадные трубы бывают следующими:

• черные – наиболее распространены и обладают наилучшими конструкционными свойствами;
• нержавеющие – самые дорогие и прочные, а также обладающие наивысшей противокоррозионной стойкостью;
• чугунные – самые дешевые, но наиболее тяжелые и хрупкие при ненадлежащем обращении;
• эмалированные – имеющие дополнительную защиту поверхности от окисления, которая может быть легко повреждена при небрежном монтаже, а место точечного дефекта впоследствии становится источником активной коррозии.

Пластмассовые обсадные трубы для скважин

Различные полимеры, применяемые для изготовления цилиндрических пустотелых изделий, имеют разные показатели прочности, эластичности и жесткости, а использование того или иного из них позволяет выделить следующие разновидности:

• трубы обсадные из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ), обладающие наилучшими показателями, позволяющими потеснить стальные изделия и выполнять монтаж своими руками;
• трубы для обсадки скважины из пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ), обычно не изготавливаются, ввиду его излишней гибкости и неспособности держать форму, а наличие подобной маркировки на жестких трубах, свидетельствует о том, что производитель просто опустил первую букву;
• обсадные пластиковые трубы из полиэтилена низкого давления отличаются достаточно низкими характеристиками и могут использоваться только для двухтрубных систем или при глубине выработки не более 3-х метров.

Асбестоцементные обсадные трубы

Несмотря на привлекательные эксплуатационные показатели, гарантирующие практически полное отсутствие примесей и чрезвычайно длительный срок использования, такое материальное исполнение не получило широкого распространения в силу характерных недостатков:

• хрупкости, требующей профессиональных навыков при монтаже и такелажных работах, а также лишающих хозяина возможности почистить скважину или вытащить её для замены секций;
• слабой сопротивляемости сдвигающим воздействиям, не позволяющей использовать подобные трубы на глубинах, превышающих первый водоносный горизонт;
• невозможность изготовления секций с резьбой, являющейся наиболее надежным способом сопряжения деталей;
• необходимость большего, чем у альтернативных вариантов, диаметра проходки, ввиду большей толщины труб.

Какой способ соединения труб выбрать

Ответ на вопрос: «Какая обсадная труба лучше подойдет для скважины?» во многом зависит от способа взаимного соединения сегментов в единую колонну, который может быть следующим:

• сварочный стык;
• раструбное сопряжение;
• соединения с резьбой.

Неразъемный контакт сегментов

Сварка является самым жестким способом соединения ввиду своего неразъёмного характера и может соединить между собой стальные сегменты и пластиковые детали из ПНД, НПВХ и ПВХ. Способ применяется редко ввиду характерных слабых мест:

1. Трудоемкость и необходимость высокой квалификации сварщика.
2. Потребность в специальных удерживающих устройствах или приспособлениях для фиксирования в вертикальном положении с необходимым зазором.
3. Слабая коррозионная защита сварного шва.
4. Возможность отклонения от вертикальной оси и последующие затруднения при опускании в скважину.

Подвижное соединение частей колонны

Подобное гидротехническое сооружение визуально схоже с обычным канализационным стояком, в котором соединение элементов происходит аналогичным способом, путем вставления верхней детали в нижнюю, снабженную раструбом, увеличивающим потребный диаметр бурения под обсадную трубу для скважины.

Подвижное соединение деталей делает возможным относительное смещение сегментов и нарушение целостности обсадной трубы, поэтому используется достаточно редко и для небольших глубин.

Обсадные трубы с резьбой

Наиболее герметичным способом сборки деталей обсадной колонны являются соединения с резьбой, который лучше выбрать хотя бы потому, что он позволяет установить комбинированную колонну, включающую стальные сегменты для больших глубин и элементы из НПВХ (ПВХ) ближе к поверхности.

Существует несколько способов резьбовых соединений применяемых для сборки труб:

1. Обсадная труба из стали или пластика (ПНД, НПВХ, ПВХ) для скважин с внешней резьбой, соединяется посредством муфты, увеличивающей диаметр проходки.
2. Обсадные трубы стальные или пластиковые (НПВХ и др.) для скважин с резьбой на внешней и внутренней поверхностях, позволяющих вкручивать сегменты друг в друга без применения дополнительных сборочных единиц и увеличения диаметра шурфа.
3. Трубы обсадные металлические или полимерные (ПВХ, НПВХ и т.д.) для скважин с внутренней резьбой, не увеличивают диаметр бурения за счет внутреннего соединения элементов посредством ниппелей.

Часто задаваемые вопросы

Ответом на вопрос: «Какая обсадная труба лучше для скважины?» будет классическое сочетание цены и качества, которое определяется долговечностью гидротехнического сооружения и отсутствием образования примесей. В зависимости от типа скважины (артезианская или до первого водоносного горизонта) такое сочетание можно получить, реализовав следующие алгоритмы:

1. Глубокие выработки следует оформлять металлическими трубами из черного металла с внутренней и внешней резьбой до достижения отметки 55±5 м от поверхности.
2. Скважины глубиной менее чем 55±5 м или начиная от этой отметки следует обсаживать пластиковыми трубами из НПВХ с внутренней и внешней резьбой.

Рассмотренные решения являются также ответом на еще один популярный вопрос: «Какую трубу и когда лучше использовать для скважины?».

Чтобы определиться какой диаметр обсадной трубы нужно выбрать для скважины, следует сложить несколько чисел:

• максимальный внешний диаметр погружного насоса, который планируется использовать;
• удвоенную толщину стенки трубы;
• удвоенный зазор между насосом и корпусом, который должен составлять не менее 4 мм, чтобы агрегат можно было вытащить и почистить;
• удвоенную толщину стенки ниппеля, в случае его применения.

Трубы обсадные стальные и пластиковые для скважин имеют стандартные диаметры, ближайший больший из которых следует выбрать по результатам выполненных расчетов.

Ответ на вопрос: «Как установить и закрепить обсадную трубу в скважине?» зависит от выбранной схемы обсадки:

1. При одноколонной – закрепление осуществляется за счет естественного трения о грунт, ввиду того что калибр трубы выбирается несколько больше (на 5-10 мм), чем диаметр проходки.
2. При двухколонной – установка может выполняться за счет крепления на каждый сегмент нескольких хомутов с «усами», позволяющими выполнить центрирование эксплуатационной трубы в обсадной колонне, а для фиксирования положения необходимо вручную обсыпать затрубное пространство мелким гравием или мраморной крошкой для фильтрационного сегмента и песком или ПГС по всей остальной высоте.

Приведенный алгоритм фиксирования обсадной трубы одновременно ответил на вопрос: «Чем обсыпать обсадную трубу двухколонной скважины?»

Тем, кого интересует, как можно вытащить обсадную трубу из скважины следует знать следующее:

• обсадку одноколонной схемы вытащить невозможно;
• вытаскивание внутренней пластиковой обсадной трубы при двухколонной схеме осуществляется вручную при помощи массивного хомута с опорой и домкрата, а лучше двух, устанавливаемых оппозитно и поднимаемых одновременно для равномерного выхода секций из обсыпки.

Алгоритм того, как можно установить обсадную трубу вручную подразумевает несколько необходимых действий:

1. Выбрать для обсадки трубу их НПВХ с внутренней и внешней резьбой.
2. Производить опускание сегментов и последовательное присоединение новых, путем вкручивания.
3. При одноколонной схеме для облегчения опускания колонны использовать приспособление в виде хомута с рукоятками.

Ответ на вопрос: «Как почистить заиленную обсадную трубу?» будет зависеть от того какой способ выбрать, чтобы выполнить его своими руками:

• использование желонки при вытащенном насосе позволяет очистить скважину от отложений при невысоком стоянии воды;
• промывка при помощи сборки из пожарных рукавов и наконечника, опущенного в скважину для подачи воды под высоким давлением, может быть выполнена при любом уровне воды.