Скважинное водоснабжение — наиболее популярный метод водообеспечения частных жилых домов при отсутствии централизованной магистрали. После бурения в шахту опускают обсадную колонну, главным элементом которой является специальная труба для скважины.
Перед проведением буровых работ основная задача хозяина — сделать оптимальный выбор труб обсадки для обустройства скважины из довольно широкого разнообразия представленного на рынке товара. Для этого важно знать отличительные особенности основных материалов их изготовления, а также верно подобрать изделия по размерам.
Рис. 1 Этапы бурения с монтажом пластиковой обсадки
Материалы изготовления обсадных труб
Главное различие скважин — это глубина их шахт, которая для бытового водозабора может изменяться в границах от 5 до 200 м. Это в основном и определяет материал изготовления выбираемой трубы для скважины на воду, а также ее размерные параметры. То есть, чем больше толщина трубной стенки, тем большее давление и соответственно глубину погружения она выдержит.
Пластики и их особенности
Можно с уверенностью сказать, что полимеры практически вытеснили из применения металлическую обсадку для абиссинок и песчаных скважин, глубина которых достигает 70 м. Трубы для скважин на воду из полимеров обладают следующими физико-эксплуатационными характеристиками:
- Не поддаются коррозии, агрессивным химреагентам, содержащимся в грунтах.
- Биологически устойчивы к появлению грибка, плесени, развитию колоний бактерий.
- Имеют гладкие внутренние стенки, на которых не образуется ржавчина, откладываются соли металлов в виде известкового налета. Благодаря этому ячейки синтетических фильтров менее интенсивно забиваются различными отложениями, чем металлические.
- Все полимерные трубопроводы имеют широкий температурный диапазон эксплуатации, делающий возможным их наружное применение в самых суровых климатических условиях.
- Пластиковую обсадку изготавливают из экологически чистых компонентов, поэтому она не влияет на химический состав воды, ухудшая ее вкусовые качества.
- Пластмассовая обсадка намного легче металлической, ее проще транспортировать и устанавливать в шахту.
Рис. 2 Виды скважинных источников
- Все полимерные трубы монтируют в колонну на резьбу, при этом различают их прямое с более толстой стенкой или раструбное подсоединение.
- Благодаря резьбовому соединению элементов трубопровода из пластика, монтаж обсадной колонны не составляет труда даже при проведении работ своими руками без специально предназначенных для этих целей буровых установок.
- Соединение на резьбу пластиковых труб отличается высокой прочностью, надежностью и герметичностью, в случае крайней необходимости колонну можно демонтировать и повторно использовать изделия.
- Эксплуатационный срок обсадки из пластика доходит до 50 лет, что превышает время использования в скважинах любых типов сталей.
- Практически все полимеры боятся воздействия прямого ультрафиолетового излучения, что не важно при их эксплуатации под землей и может сыграть отрицательную роль во время длительного хранении на улице в открытом состоянии.
- Полимерную обсадку можно помещать не во все типы грунтов. Обычно решение о рациональности ее применения принимает проводящая буровые работы компания.
- Стоимость обсадки из пластика на порядок ниже стальных аналогов.
Рис. 3 Трубная обсадка из НПВХ, ПНД, ПВД, МПП
Решая задачу, какую обсадную трубу использовать для своей скважины, потребитель может столкнуться с их следующими полимерными разновидностями:
Непластифицированный поливинилхлорид (НПВХ). Это главный материал изготовления практически всех обсадок из пластиков, его основные характеристики:
- Плотность в 1350 — 1430 кг/м3 превышает данный показатель у воды и других пластмасс, поэтому НПВХ-труба не тонет.
- Теплопроводность НПВХ около 0,14 Вт/м·°С, она ниже, чем у других синтетических полимеров.
- Материал становится мягким при нагревании на более чем + 60 °С и делается хрупким при -75 °С. Нижняя температурная граница использования НПВХ-труб — до — 15 °С. Хотя при эксплуатации НПВХ-труб в земле нереально ожидать таких температур, однако при зимнем бурении и монтаже шахт этот фактор обязательно следует учитывать.
- Присущая только НПВХ особенность — наибольшее препятствие развитию колоний бактерий в сравнении с конкурирующими полимерами.
- Имеет в два-три раза более низкий коэффициент линейного удлинения в сравнении с другими термопластиками в 60 — 80 10-4К−1.
- НПВХ-трубы более жестки и прочны в сравнении с аналогичными обсадками из пластиков, что делает их более хрупкими. Для повышения пластичности и стойкости к отрицательным температурам в состав НПВХ вводят пластификаторы.
- Модуль упругости НПВХ (способности материала сопротивляться сжатию и растяжению при упругой деформации) составляет 3000 Мпа.
- В связи с высокой жесткостью относительное удлинение НПВХ при разрыве составляет 40%, что почти на порядок ниже относительно характеристик иных пластмасс.
- Стоимость НПВХ-труб ниже, чем у аналогичных изделий из МПП, ПВД.
НПВХ-трубы производят в основном голубого цвета из первичного чистого по экологическим критериям сырья.
Рис. 4 Физико–механические характеристики полимеров
Полиэтилен низкого давления (ПНД). Обсадные ПНД-трубы отличаются следующими физическим и эксплуатационными параметрами:
- Плотность ПНД-трубы 940 — 960 кг/м3.
- ПНД — гибкий пластичный полимер, его относительное удлинение при разрыве составляет 350%.
- ПНД может эксплуатироваться длительный срок при рабочих температурах до — 40 °С, его верхний порог при этом не должен превышать + 40 °С. При температурах более + 70 °С происходит размягчение ПНД, а при — 60 °С он становится хрупким.
- Модуль упругости ПНД — 900 МПа.
- Теплопроводность ПНД порядка 0,42 — 0,44 Вт/м·°С.
- Коэффициент линейного расширения ПНД 210 — 550 10-4К−1.
ПНД-трубы выпускают из наиболее прочного и качественного полиэтилена марки 100 (ПЭ-100), чаще всего они имеют характерную черную окраску, но нередко встречается изделия голубого и синего цветов.
Иногда в качестве обсадки неглубоких абиссинок используют напорный ПНД-трубопровод произвольной длины черного цвета с синей полосой, предназначенный для подачи воды из скважин или колодцев в дом. Его основные технические и эксплуатационные характеристики соответствуют изложенным выше.
Рис. 5 Физические свойства трубных полимеров
Полиэтилен высокого давления (ПВД). ПВД-трубы не столь часто можно встретить в продаже, их выпускают ограниченное число предприятий.
Отличительные особенности изделий (техусловия на ПВД указаны в ГОСТ 16337-77):
- Плотность ПВД примерно 900 — 930 кг/м3.
- Тепловая проводимость около 0,32 — 0,36 Вт/м·°С.
- ПВД плавится при 100 — 115 °С и делается хрупким при 100 — 120 °С. Может использоваться в температурных границах от – 45 °С до + 60 °С.
- Модуль упругости ПВД — 170-280 МПа.
- Отличительная особенность изделий из ПВД — высокая пластичность. Их относительное удлинение при разрыве 450 — 600%.
- Температурный коэффициент линейного расширения ПВД наивысшей среди полимеров и располагается в диапазоне от 600 до 1600 10-4К−1.
ПВД-трубы отличаются очень гладкой внутренней оболочкой, имеют характерный синий цвет.
Рис. 6 Характеристики МПП
Морозостойкий полипропилен МПП (ТУ 6-05-1931-82). Отличительная черта обычного полипропилена — недостаточная устойчивость к низким температурам, его кристаллизация начинается при — 20 °С. Этот недостаток устраняется введением в полипропиленовую массу эластичных добавок (около 5% каучуков), повышающих ее пластичность и отрицательный температурный порог. Отличительные особенности морозостойкого полипропилена (МПП):
- Плотность 900 — 910 кг/м3, одна из самых низких среди всех термопластиков.
- Коэффициент температурного линейного удлинения МПП составляет 200 10-4К−1.
- МПП стоек к истиранию и эластичен, его относительное удлинение при разрыве составляет 350%.
- Морозостойкость (появление хрупкости) МПП — 40 (- 50) °С, температура его размягчения + 140 °С.
- Теплопроводность МПП 0,23 Вт/м·°С.
- Модуль упругости МПП — 1200 Мпа.
Обсадные МПП-трубы выпускают характерной синей окраски.
Металлы, их плюсы и минусы
Далеко не каждый металл по разным причинам подойдет для использования в скважинных источниках. Медь, бронза, латунь и нержавейка, или подобные им сплавы из-за высокой стоимости и значительного расхода материала слишком дороги для закапывания их в землю. Чугун из-за большого веса и невозможности обеспечить надежное резьбовое соединение абсолютно непрактичен, как и ряд трубопроводов с раструбовым монтажом из неметаллических материалов — асбеста, керамики, железобетона.
Так что единственным вариантом остается применение различных марок сталей, отличающихся приемлемой для потребителей со средними доходами стоимостью.
Главный недостаток стальных труб — их низкая коррозионная стойкость, которую часто повышают нанесением цинкового покрытия. Однако цинк вреден для здоровья при растворении в водной среде, поэтому оцинкованные изнутри трубопроводы не используют в питьевом водоснабжении.
Рис. 7 Стальные и в защитных оболочках трубы
Различают следующие две разновидности стальных труб для обсадки в зависимости от способов их соединения:
Под приварку. Лучше всего свариваются стали с низким содержанием углерода, к которым относят популярные марки Ст3 и Ст5. Однако они обладают довольно низкий коррозионной стойкостью, а сам материал более пластичен и менее прочен, чем высокоуглеродистые сплавы.
Под резьбу. Стали с повышенным содержанием углерода намного прочнее низкоуглеродистых, позволяют нарезать на них устойчивую к высоким нагрузкам резьбу. Резьбовая насечка может иметь треугольный или трапецеидальный профиль. В последнем случае изделия обозначают по ГОСТ 632-80 как обсадная труба (ОТ):
- ОТТМ — с трапецеидальной резьбовой насечкой муфтовая;
- ОТТГ — с трапецеидальной резьбой повышенной герметичности;
- ТБО — труба безмуфтовая обсадная с раструбом.
Обычно трубы под резьбу изготавливают из сталей с высоким содержанием углерода марок Ст20 и Ст45. Помимо повышенной жесткости и прочности, они намного коррозионно устойчивее, чем низкоуглеродистые сплавы Ст3 или Ст5.
Некоторые производители выпускают стальные трубы с наружными оболочками из полимерных материалов для повышения их коррозионный стойкости и увеличения срока службы. Сложно сказать, в чем преимущество таких изделий перед обычными стальными обсадками, если внутри они не защищены и подвергаются коррозии, как и обычные металлические трубопроводы.
Рис. 8 Материалы изготовления стальных труб и их физические характеристики по ГОСТ 8731-74
Размерные параметры полимерной обсадки
На обсадку из непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ) распространяются технические условия ТУ 2248-001-84300500-2009, в которых приведены ее размеры и условное обозначение.
Основные трубные диаметры, используемые в бытовых скважинных источниках – 9,0 – 11,3 – 12,5 – 14,0 см. Толщина стенки зависит от диаметра изделий и наименьшая у 9,0 см трубы (5 — 8 мм) а наивысшая у 14,0 см (6,5 — 10 мм).
Стоит отметить, что большинство стандартных погружных электронасосов, используемых в бытовых скважинных источниках, имеют наружный диаметр 4 дюйма (около 10,0 см). Исходя из этого 12,5 см пластиковая труба на скважину пользуется наибольшей популярностью — ширина ее проходного канала в зависимости от толщины стенки располагается в диапазоне 10,5 – 11,2 см.
Некоторые отечественные и зарубежные производители выпускают погружные электронасосы средней мощности меньшего наружного диаметра около 3-х дюймов (7,0 – 8,0 см). Для таких моделей берут обсадку меньшего размера в окружности – 9,0 см или 11,3 см трубу.
По ТУ 2248-001-84300500-2009 длина НПВХ-труб должна быть 100, 200, 300, 400 см, хотя некоторые производители выпускают изделия длиной в 600 см.
Что касается труб обсадки из других материалов, а именно из ПНД, МПП и ПВД, то на них действует технические условия, разработанные по всей видимости внутри предприятий. Частные производители выпускают эти трубы диаметрами 9,0 – 9,4 – 11,0 – 11,7 – 12,0 – 12,5 – 12,8 – 13,5 – 14,0 – 16,0 см.
Распространенная длина ПНД-труб — отрезки по 300 или 400 см, толщина оболочки может быть произвольной и располагается в границах от 6 до 10 мм.
Рис. 9 Типоразмеры НПВХ-труб по ТУ
Типоразмеры стальной обсадки
Техусловия на обсадку из стали приведены в ГОСТ 632-80. Согласно этому документу, условный (близкий к внешнему) диаметр трубной обсадки — от 11,4 до 50,8 см. Под диаметр скважины для бытового водозабора актуальны трубные размеры 11,4 – 12,7 – 14,0 – 14,6 и 16,8 см. Толщины оболочки изделий указанных типоразмеров располагаются в границах от 5,2 до 10,7 мм.
Указанный ГОСТ 632-80 в основном распространяется на трубопроводы для различных отраслей народного хозяйства, нефтегазодобывающей промышленности, скважинного водоснабжения из артезианских источников предприятий и населенных пунктов. Поэтому основная длина данных труб 950 — 1300 см, а соединение — при помощи резьбовых муфт или в раструб.
В быту в основном используют обсадные колонны из стали, изготовленные из трубных заготовок по другим ГОСТ. Предприятия изготовитель берет готовые трубы наносит на них резьбовую насечку. Некоторые производители приваривают резьбовые муфты и патрубки к готовой скважинной трубе.
Рис. 10 Профиль резьбы ОТТГ и некоторые размеры металлической обсадки по ГОСТ 632-80
Для производства обсадки могут быть задействованы стальные трубы горячей деформации без швов общего назначения по ГОСТ 8732-78. Их типоразмеры по внешнему диаметру 8,9 – 9,5 – 10,2 – 10,4 – 10,8 – 11,4 – 12,1 – 12,7 – 13,3 – 14,0 – 14,6 – 15,2 – 15,9 см. При этом толщина их оболочки может меняться от 3,5 до 36 мм.
Материалы изготовления бесшовных труб горячей деформации указаны в ГОСТ 8731-74 (таблица на рис. 8), ими являются низко и высокоуглеродистые, а также с добавлением хрома (нержавейка) сплавы.
Длина трубных отрезков горячедеформированных изделий может быть от 400 до 1250 см.
Еще одна разновидность популярных трубных изделий, из которых изготавливают стальную обсадку — электросварные по ГОСТ 107704-91. Их наружные диаметры 8,9 – 9,5 – 10,2 – 10,8 – 11,4 – 12,7 – 14,0 – 15,2 – 15,9 см, толщина оболочки от 1,6 до 8 мм.
Длина выпускаемых изделий может быть любой, но не менее 400 см. Преимущество электросварной металлической обсадки – самая низкая стоимость, что делает ее наиболее часто используемой в бытовом водоснабжении.
Рис. 11 Профиль резьбы ОТТМ и типоразмеры металлической обсадки по ГОСТ 632-80
Труба для скважины — рекомендации по выбору
Решая, какую трубу лучше использовать для скважины, руководствуются следующими соображениями:
- Некоторое производители изготавливают ПНД-трубы из вторсырья, выдавая его за пищевой пластик. Чтобы определить, какая труба предназначена для технических нужд, изучают ее запаховые параметры и внешний вид. Если хорошо ощутим конфетный, мыльный запах моющих средств или шампуня, лучше отказаться от приобретения подобного изделия.
- Так же ПНД-обсадка должна иметь чистый голубой или синий цвет, наличие зеленого или темного оттенка говорит об использовании вторичного сырья.
- Наихудшими прочностными характеристиками обладают трубопроводы из ПНД и ПВХ. Поэтому их желательно монтировать внутри стальной колонны. Наиболее популярные сочетания в двойных обсадках: в сталь наружным диаметром 13,3 см помещают 11,7 см обсадку из пластика, в сталь 15,9 см устанавливают 12,5 см полимерную трубу.
- Решая задачу, какой диаметр трубы подойдет для конкретного электронасоса, учитывают материал обсадки. Для колонны из полимеров он должен быть больше размеров насоса в окружности не менее чем на 1 см (многие производители указывают рекомендованные размерные параметры обсадки в инструкции по эксплуатации насосного оборудования). Это позволит избежать заклинивания электронасоса при нарушении овальности в процессе изготовления, хранения, транспортировки или эксплуатации трубной колонны.
Рис. 12 Некоторые типоразмеры электросварных труб по ГОСТ 107704-91
- Выбирая обсадку, для проверки качества резьбового соединения, трубы прикручивают друг к другу на три нити. При приложении определенного усилия перпендикулярно оси, отклонение трубы от соосности должно быть минимальным.
- При монтаже металлической обсадки для скважины лучше других подойдут трубы из высокоуглеродистых сталей марок Ст20 или Ст45. Чем выше содержание углерода в сплаве, тем прочнее трубное изделие, его резьбовое соединение и выше коррозионная стойкость.
- Некоторые буровые компании пропагандируют монтаж обсадных колонн с применением сварки. Стоит отметить, что данные технологии широко использовались до появления пластиков и на сегодняшний день имеют огромное количество недостатков. В первую очередь это применение низкоуглеродистых сталей Ст3 или Ст5, обладающих самой низкой коррозионной стойкостью. Также перед сваркой необходимо производить подготовку трубных торцов, снимая с них фаску, а сам сварщик должен иметь очень высокие навыки и опыт сварных работ. И наконец, при монтаже стальной обсадной колонны сваркой довольно велика вероятность нарушения ее соосности.
Рис. 13 Прайс-лист на обсадку из ПНД
Какие трубы лучше для бытовых скважин
Простому и информационно неподготовленному обывателю решить, какие трубы лучше для скважины — довольно сложная задача. Если обратиться к интернет ресурсам, то там налицо ситуация, когда каждый кулик свое болото хвалит.
То есть фирмы, специализирующиеся на монтаже стальных обсадных колонн, доказывают их преимущества. Компании и частники, производящие соединение стальной обсадки сваркой, хвалят ее, сравнивая с резьбой на тонкостенных трубных изделиях. Производители обсадки из ПНД, ПВХ, МПП рекламируют достоинства полимеров и рекомендуют выбрать их продукцию.
Однако, чтобы решить, какую трубу лучше использовать для скважины, достаточно просто сравнить приведенные выше их технические характеристики. При этом придется делать выбор из двух разных категорий — металл или пластик.
Если рассматривать пластиковые изделия, то по всем основным параметрам обсадная труба для скважины из НПВХ обладает наилучшими техническими характеристиками по отношению к ПНД, ПВД и МПП. У изделий из НПВХ в сравнении с конкурентами:
- Самая высокая плотность (колонна не всплывет).
- Самая низкая теплопроводность, что препятствует замерзанию скважиной воды в зимнее время.
- НПВХ-трубы выпускают только из первичного сырья, пластик не может быть продуктом вторичной переработки. Это гарантированно определяет его экологическую чистоту.
Рис. 14 Обсадка из НПВХ – прайс
- У материала лучшая сопротивляемость упругим деформациям, что говорит о высокой жесткости и прочности НПВХ трубопровода. Благодаря этому толстостенную НПВХ колонну допускается устанавливать до глубин в 200 м. Соответственно она подойдет для любых широко эксплуатируемых бытовых скважин на песке с глубиной шахты до 70 м.
- НПВХ-трубы имеют в несколько раз более низкий температурный коэффициент линейного удлинения в сравнении с конкурентами, то есть практически не изменяют своих размеров при температурных перепадах.
- НПВХ лучше других полимеров подавляет рост колоний бактерий.
- Преимущества обсадки из НПВХ подтверждены документально — именно на трубные изделия из этих материалов имеются технические условия, обязательные для всех производителей. Что касается ПНД, ПВД и МПП, официальные документы высокого уровня за исключением сертификатов, указывающих на безвредность применения этих материалов для производства обсадных труб, отсутствуют. Техусловия узкого назначения можно обнаружить лишь на отдельных производственных предприятиях.
- НПВХ – единственный полимерный материал, разрешенный к применению для скважинных труб обсадки в Евросоюзе.
- И наконец стоимость НПВХ сопоставима или ниже цены изделий из других полимерных материалов.
- К единственным недостаткам НПВХ можно отнести не слишком высокий нижний температурный порог, однако он увеличен добавкой в состав пластификаторов. Показателем его морозостойкости являются хорошо известные многим потребителям рыжие трубы из НПВХ, широко применяемые для прокладки наружной подземной канализации.
Если кто-то не считает, что пластиковая НПВХ-труба лучше, заменой ей может служить сталь. Для глубоких артезианок лучше применять обсадку из Ст45, обладающую высокими прочностными характеристиками и коррозионной стойкостью.
Рис. 15 Стальная обсадка – прайс-лист
Подводя итог сказанному можно отметить, что безусловно наилучшим полимерным материалом для обсадных труб по всем техническим и эксплуатационным параметрам является непластифицированный поливинилхлорид (НПВХ). Для глубоких артезианских скважин можно использовать и стальную обсадную колонну, лучше из высокоуглеродистой стали марки Ст45.
