У цьому розділі наводиться опис комплексу робіт із буріння артезіанських свердловин та на воду (при цьому мається на увазі буріння глибоких високодебітних свердловин на різні водоносні горизонти Києва та Київської області), а не самовиливна свердловина в провінції Артуа у Франції. Вони належать до групи промислових водозаборів, і відповідно їх виконання (проєктування — буріння свердловин – експлуатація) потребує суворого дотримання технології на всіх стадіях роботи.
Багато підприємств мають потребу в господарсько-питній воді на виробничі потреби. Але такі заводи, як «Оболонь», «Росинка», «Рогань» та інші подібні, використовують підземні води у величезних кількостях (до 5 — 10 000 м3/добу) для приготування власної продукції та допоміжних потреб для забезпечення технологічного процесу. Вони потребують власних (автономних) артезіанських свердловин, не хочуть бути залежними від «Водоканалів» і зацікавлені в тому, щоб мати водозабори та експлуатувати їх із найменшими витратами та іншими амортизаційними відрахуваннями, що безпосередньо впливає на рентабельність і собівартість продукції.
Тому зрозуміло, що в ланцюжку «ЗАВОД – (БУРІННЯ СВЕРДЛОВИНИ + облаштування насосним обладнанням) – експлуатація свердловини – подача води (мережі та комунікації) – випуск продукції» – отримання прибутку, тобто продажу, свердловина однозначно посідає не останнє місце.
Тож що потрібно врахувати, чого не можна упустити під час організації робіт із буріння свердловин на воду (артезіанських, глибоких високодебітних — справжніх водозаборів підземних вод) для підприємств у Києві та Київській області (наголошуємо на територіальності цього аспекту — Харківська та Хмельницька області мають зовсім інші умови за водоносними горизонтами, потребують інших конструкцій і мають свої нюанси).
Найголовніші критерії з організації буріння свердловин (а відповідно й будівництва підприємства, якщо воно нове і є перспектива довгострокової експлуатації та розширення):
- Наявність у цьому районі потужних водоносних горизонтів, що дозволяють пробурити свердловини з високими дебітами.
- Наявність вільної території для розміщення (рознесення) за площею бурових свердловин на воду, щоб виключити «взаємовплив».
- Відсутність поруч «сусідів» — підприємств із великими потребами в господарсько-питній воді з наявними діючими водозаборами. Можуть виникнути питання щодо отримання різних технічних умов тощо.
- Перспективні водоносні горизонти для закладення на них свердловин повинні мати якість води максимально наближену до стандартів питних ГОСТів, ДБНів тощо.
- Відсутність у межах санітарних зон 2-го та 3-го поясів від бактеріологічного та хімічного забруднення різних об'єктів (звалища, шахти, скотомогильники, радіоактивні відходи, склади покинутих отрутохімікатів тощо)
- Юрський
- Наявність на цій території підтвердженої інформації про достатні запаси підземних вод (категорії А+В+С), що свідчить про неможливість виснаження підземних вод. За наявних даних з експлуатації водоносних горизонтів на сьогодні можна переконатися в правильності вибору, а також це необхідно як аргументи у службах та інстанціях для погодження проєктної та іншої документації. Приклад:
I. В околицях м. Б… затверджено запаси (А+В+С) – 90 000 м3/добу (мається на увазі, що за відбору такої кількості води свердловинами не відбудеться виснаження водоносних горизонтів в околицях цього міста). — Наявні підприємства відбирають 25 000 м3/добу (дані беруться в місцевих водоканалах та екологічних службах). — Згідно з 90000-25000 = 65 000 м3/добу – невикористовувані запаси в районі. Таким чином, якщо вам необхідно для підприємства 10 000 м3/добу (300 м3/год), то особливих проблем із погодженнями, отриманням цієї кількості води (це лише 6 свердловин із дебітом 50 м3/год) та експлуатацією підприємства на найближчі 100 років не буде. (Наголошуємо — у районі міста Б…!)
II. У районі міста Ж… свердловини в тріщинуватій зоні гранітів ледве дають 5 м3/год, максимум 10 м3/год за умови їх розміщення на відстані 1 км одна від одної. На 10 000 м3/добу – 300 м3/год за 10 м3/год необхідне буріння свердловин на воду в кількості 30 штук + водопровід на 10 км по пайових землях і так далі. Справжній приклад — частина ТЕО (техніко-економічного обґрунтування проєкту).
Опустивши з вашої уваги комплекс робіт із проєктування водозабору підземних вод та свердловин у складі:
- ТЕО
- проєкт
- робочий проєкт
- погодження, робоча експертиза
- отримання дозволу на буріння свердловин
- введення в експлуатацію
- оформлення дозволу на спеціальне водокористування
зупинимося на короткому описі самого процесу буріння глибоких «артезіанських» високодебітних свердловин у межах Київської області, намагаючись у доступній формі донести до відвідувачів сайту основні технічні моменти, проблеми, нюанси тощо (за зацікавленості реальних замовників у цьому виді бурових свердловин — водозабором, готові надати детальну інформацію щодо кожного конкретного випадку. Для цього необхідне надання технічного завдання за формою: 1. населений пункт у Київській області; 2. дебіт свердловини (потреба у воді підприємства …м3/год або …м3/добу); 3. потреба в проєкті тощо; 4. вид і тип надсвердловинних споруд, вимоги до насосного обладнання та інші побажання згідно з технічними умовами.
За відсутності такого завдання можемо проконсультувати з усіх питань — свердловини/підземних вод.
Безпосереднє буріння свердловин здійснюється в кожному випадку за таких умов: наявність робочої документації, наявність ГТН (геолого-технічного наряду) із зазначенням у ньому:
- конструкції свердловини
- очікуваних дебітів
- очікуваних рівнів
- статичного та динамічного
- методів буріння та застосування певних діаметрів доліт
- цементації затрубного простору
- геологічного розрізу із зазначенням порід від поверхні до проєктного вибою, їх категорії за ступенем складності буріння та стійкості, що зумовлює необхідність обсадки (монтаж додаткових колон обсадних труб)
- зазначення в геологічному розрізі водотривких порід та водоносних горизонтів як таких, що становлять інтерес як експлуатаційний, так і інших вищезалягаючих, що створюють додаткові проблеми та витрати під час буріння
Зважаючи на те, що буріння свердловин на воду в м. Києві та Київській області виконується з промиванням, роторним способом і з підтриманням надлишкового гідростатичного тиску, треба враховувати необхідність застосування бентоніту для приготування глинистого розчину, стежити за його характеристиками — в'язкістю та щільністю в процесі буріння. Особлива увага під час буріння потрібна під час проходки інструмента в інтервалі водоносного горизонту, а саме правильно вибрати розміщення робочої частини фільтрової колони, а також грамотно виконати її обсипання гравієм та виключити при цьому піскування свердловини (див. Чому свердловина піскує?) або намагатися не заглинизувати водоніс. У протилежному випадку доведеться «бавитися» желонкою чи компресором або виконувати інші заходи зі збільшення дебіту свердловини та водовіддачі пласта. Після завершення буріння свердловини необхідно виконати дослідне та пробне відкачування води зі свердловини, щоб грамотно освоїти водоносний горизонт. Вони виконуються на два пониження рівня, починаючи з мінімального.
Це означає (відкачування) — за проєктного дебіту 40 м3/год, глибині свердловини 200 м та статичному рівні 50 м відкачування робиться насосом або ерліфтом з 20 м3/год до повного освітлення води до 3 діб. Досягнувши проміжного результату, відкачування продовжується вже на 40-50 м3/год із застосуванням потужнішого обладнання та з його завантаженням глибше (за потреби).
Під час відкачування визначаються характеристики свердловин, на підставі яких можна судити про якість виконаних робіт. За «питомим дебітом» ставиться оцінка від «відмінної» до «ніякої».
Наприклад, у нашій свердловині (200 м глибина, статика 50 м, дебіт 40 м3/год) за завантаження насоса на глибину орієнтовно 100 м (за динаміки 90 м) можна вважати її непоганою. Але якщо динамічний рівень орієнтовно 180 м, і ми беремо ті самі 40 м3/год за завантаження насоса на 190 м — то цю свердловину можна оцінити на трієчку, та ще й із мінусом.
Нижче наводяться креслення свердловин — геолого-технічні наряди з додатковими відомостями потреби в матеріалах (цемент, бентоніт та ін.) — це свердловини три- та чотириколонні на Сеноманський та Юрський водоносні горизонти з дебітами до 50 м3/год (див. креслення).
Також тут наведено креслення за проєктними даними геологічних (гідрогеологічних розрізів), складених за архівними даними та опорними свердловинами в районі. Ці креслення – вихідні дані для складання правильної, найбільш наближеної до дійсності геологічної обстановки в точках буріння свердловин на воду та їх конструкцій.
http://gsbk-burenie.com.ua/1-RAZ1-Model.pdf
http://gsbk-burenie.com.ua/2-RAZ-Model.pdf
http://gsbk-burenie.com.ua/231-Model.pdf
http://gsbk-burenie.com.ua/390-Model.pdf
На прикладі цих креслень видно, як змінюється геологія на незначній території – буквально в радіусі 10 км (первісні креслення не врахували зону Красилівського розлому, у зв'язку з чим проєктувалися артезіанські свердловини на Юрський водоносний горизонт для заводу безалкогольних напоїв у Київській області глибиною до 330 м, а фактично виявилися по 396 м — цей прорахунок «проєктувальників» довелося виправляти бригаді буровиків по ходу буріння свердловин.
Не зайве тут зупинитися на такому моменті, як буріння розвідувальної свердловини на місці буріння серйозної експлуатаційної з дебітом до 50 — 100 м3/год.
Вважаємо, що це є необхідністю, є багато прикладів, коли готова свердловина з 2-3 колонами з діаметром 426 – 325 мм із затрубними цементаціями вартістю до 50 000 $ під час буріння далі по водоносу не давала проєктного дебіту умовних 30 м3/год, а ледве давала 3-5 м3/год, із простої причини – виклинювання водоносу з 30 м опорних свердловин до 8 м фактично в місці буріння.
У нас є кілька жартів:
1. Геологи-буровики та лікарі свої помилки закопують у землю.
2. (Не жарт). Під час виконання робіт із буріння свердловин на воду без випереджальної – розвідувальної свердловини розвідувально-експлуатаційна свердловина за позитивного результату (хороший дебіт, якість) переходить у розряд експлуатаційної, а за негативного результату (суха) – у розряд розвідувальної – негативний результат теж результат.
На підставі наведених у цій статті креслень конструкцій свердловин на воду, відомостей потреби в матеріалах та специфікацій обладнання хочемо переконати в тому, що свердловина на воду – пробурена за всіма канонами та правилами без відступу від технології – це складна гідротехнічна споруда. Буріння простих свердловин, артезіанських, термальних, на мінеральні води в межах України та Київської області в будь-якому разі потребує професіоналізму, хорошої техніки і найголовніше – відповідальності за кінцевий результат – чисту смачну воду в заявленій кількості, хай це 3 чи 30 кубічних метрів на годину.
Буріння свердловин, наведених як приклад вище, показує, як можна вирішити питання з отримання води у великій кількості на досить стиснутій території заводу. Тут застосовано технологію «кущового» розміщення свердловин – у межах однієї зони санітарної охорони та розміром 60 на 60 м розміщено на відстані 10 м одна від одної дві свердловини. Це свердловина глибиною 396 м на Юрський водоносний горизонт та свердловина на Сеноманський водоносний горизонт глибиною 230 м. Дебіт кожної з них на момент введення в експлуатацію становив 45-50 м3/год. Таких «кущів» на заводі 2, і таким чином з двох майданчиків можна здійснити водовідбір у кількості 180-200 м3/год або 4000-4800 м3/добу. Розташовані поруч свердловини на різні водоносні горизонти можуть експлуатуватися без проблем одночасно, і в цьому випадку знімається питання про взаємовплив. За такого розміщення артезіанських свердловин і в Київській області (зважаючи на особливості водовмісних порід водоносних горизонтів) необхідно врахувати послідовність буріння свердловин. Спочатку буриться глибока, і лише після проходки інструмента та обсадки верхнього горизонту починаємо бурити неглибоку. Це виключає глинизацію верхнього водоносного пласта та полегшує виконання робіт.
На підставі досвіду робіт із буріння свердловин на воду, аналізу діяльності справжніх бурових організацій у м. Києві та Київській області, вивчення поведінки водоносних горизонтів і стикаючись при цьому з багатьма негативними чинниками та аномаліями поведінки підземних відкладів (повне поглинання, наявність прошарків пісковику, практично неможливих до проходки бурінням, та інші непередбачені негативні моменти) можна зробити висновок: буріння свердловин на воду — трудомісткий процес, що потребує знань, кваліфікації та неможливий без досвіду і професіоналізму — як безпосередніх виконавців буровиків, так і їхніх керівників. Готова до експлуатації свердловина підлягає облаштуванню насосним обладнанням згідно з її характеристиками. Комплекс автоматики, насос, водопідйомні труби, влаштування підземної насосної станції наведено (див. Облаштування свердловин насосним обладнанням та їх експлуатація).