Обсадная труба: область применения, виды и характеристики

Обсадная труба — это конструкция, которая изготавливается  из разных материалов и имеет цилиндрическую форму. Монтаж такой трубы производится непосредственно в пробурённую скважину. Используются подобные изделия для защиты скважины от осыпания грунта. На сегодняшний день самыми популярными являются пластиковые изделия для обсадки колодцев.

Обсадные трубы выпускаются из разных материалов и применяются при бурении водяных, нефтяных, газовых скважин

Назначение обсадных труб

На сегодняшний день используются изделия двух типов:

• обсадные;
• колонковые.

Обсадные конструкции применяют для защиты нефтяных и газовых скважин, а также при устройстве питьевых колодцах в частных домах. Колонковые детали используются при бурении скважин и играют направляющую роль.

Главная задача обсадной конструкции — защита пробурённой скважины от засыпания. Данное  защитное сооружение должно присутствовать в шахте от начала и до конца эксплуатационного периода колодца. Такие изделия обязаны иметь высокую прочность, чтобы выдерживать оказываемое на них давление со стороны почвы. Правильный выбор материала обеспечивает длительный срок службы конструкции (до 50 лет).

Кроме этого, обсадная конструкция должна иметь хорошие показатели герметичности. Особенно это касается грунтов, в которых залегает большое количество подземных источников. Обсадная колонна должна хорошо справляться со своими задачами по предотвращению попадания внутрь скважины грунтов и подземных вод.

Обсадная труба играет роль стенок шахты, в которую опускается насосное оборудование

Обсадные детали выпускаются из самых разных материалов: дерево, чугун, сталь, асбестоцемент, пластик. Наиболее распространёнными сейчас являются изделия из полимеров. Это обусловлено тем, что их производство отличается меньшими расходами и простотой. Кроме этого, пластиковые трубы имеют ряд преимуществ перед металлическими собратьями.

Использование обсадных труб в нефтегазовой промышленности

Для защиты нефтяных и газовых скважин используют инвентарные, очень прочные обсадные трубы. Как правило, в нефтегазовой сфере применяют только металлические детали. Основным материалом в этом случае выступает сталь. Это обусловлено тем, что пластик не обладает достаточными показателями прочности для работы на таких глубинах.

Размеры этих изделий варьируют от 9,5 до 13 м. Соединение между ними производится с помощью специальной резьбы. В зависимости от конструктивных особенностей резьба может иметь коническое сечение, треугольное и т. д. При высоких показателях рабочего давления (выше 30 мПа), резьба дополнительно оснащается резиновыми уплотнителями.

Важно! Некоторые типы труб применяют в сфере строительства и могут быть использованы только один раз, потому что их монтаж осуществляется с заливкой всей конструкции раствором бетона. После окончания работ демонтаж такой колонны невозможен даже с использованием специальной техники.

В нефтегазовой промышленности используют только стальные трубы с высокой прочностью

Размеры диаметров таких конструкций могут быть от 114 до 509 мм. Кроме этого, диаметр оказывает непосредственное влияние на толщину стенок, которая может иметь разные показатели (от 6 до 16 мм).

Примеры зависимости толщины стенок обсадных труб от диаметра представлены в таблице 1.

Таблица 1

Показатели толщины стенок изделий для нефтегазовых скважин подразделяются на 7 основных групп, в пределах которых наблюдаются следующие границы текучести — 379–1067 мПа.

Помимо этого, все эти изделия делят по способу производства на:

• обычные (отклонение прямолинейного показателя на 1 метр составляет — до 1 мм);
• с увеличенной точностью (отклонение не выше 0,5 мм).

Использование труб для буронабивных опор

Обсадные детали получили широкое распространение в строительной области. Здесь их используют для буронабивных опор, которые выполняются методом бетонирования готового колодца. Диаметр такой конструкции может быть от 300 до 1500 мм. Наиболее популярными являются изделия с диаметром от 300 до 600 мм.

Для монтажа буронабивных свай используется обсадная труба секционного типа. Соединение такой конструкции происходит с помощью резьбы. Нижняя секция такой колонны обладает специальным буровым элементом, который проходит сквозь грунт при бурении. Установка обсадных деталей происходит благодаря мобильным буровым машинам (МБУ).

Обсадные трубы с буронабивными сваями применяют при строительстве в тяжелых условиях

Кроме этого, существуют типы буронабивных свай, изготовляемые собственноручно. С помощью такой ручной установки можно пробурить скважину глубиной до 3 м и диаметром до 30 см. В этом случае роль обсадной трубы выполняет, как правило, рулонный рубероид, которым обкладываются стенки скважины или обычные пластиковые обсадные детали.

Применение для водяных питьевых скважин

При обустройстве водяных колодцев используют: пластиковые, стальные и асбоцементные детали. Наиболее популярными из-за простого монтажа и низкой цены являются пластиковые трубы из ПВХ и ПЭ. Для бурения таких колодцев используют спецтехнику. Обсадка скважины происходит после её бурения. Стыковка отдельных элементов в таких колоннах происходит благодаря резьбовым соединениям.

Важно! Диаметр скважины и обсадной конструкции выбирают, ориентируясь на конкретный случай, в зависимости от того, какая производительность источника необходима. Сечение колонны должно быть таким, чтобы в неё можно было расположить насосное устройство. Нижние секции конструкции должны монтироваться из перфорированных труб.

Без обсадной трубы невозможно устройство питьевой скважины

Металлические и асбоцементные детали хоть и подходят для монтажа скважин на воду, однако, их использование имеет определённые недостатки.

Типы обсадных труб

Существует три основных вида обсадных труб: пластмассовые, стальные и асбоцементные. Выбор материала зависит от особенностей грунта, глубины скважины и других показателей. Для того, чтобы определиться с глубиной для скважины, рекомендуется проконсультироваться со специалистами, которые хорошо разбираются в этом вопросе.

Основные требования, которым должна соответствовать обсадная труба:

• устойчивость к давлению грунта;
• если изделие используется для монтажа питьевого колодца, оно должно соответствовать санитарно-гигиеническим нормам;
• долговечность.

Рассмотрим основные разновидности изделий, которые используются для обсадки разного рода скважин.

Стальные. Наиболее прочные детали, способные выполнять свои функции даже при очень высоких давлениях со стороны грунта.

Бесшовные стальные трубы являются наиболее прочными, но и самыми дорогими

Стальные трубы обладают плохой сопротивляемостью к губительному воздействию коррозии. Со временем добываемая из источника вода может приобрести неприятный привкус ржавчины. Это влечёт за собой затраты на обустройство фильтров. Кроме этого, такие изделия являются довольно дорогостоящим вариантом.

По типу производства существует два основных типа стальных труб:

• бесшовные;
• сварные шовные.

Бесшовная обсадная труба характеризуется отличными показателями прочности, однако, стоимость таких деталей довольно высока. Сварные шовные изделия дёшево стоят, но имеют слабую прочность.

В некоторых случаях для улучшения рабочих характеристик стальных изделий, их производят из улучшенных материалов или с защитным покрытием. В первую очередь это позволяет предохранять их от ржавления. Основных типов таких труб три:

1. Оцинкованные трубы. Эти изделия имеют хорошую устойчивость к коррозии, однако, они выделяют опасные соединения цинка. Использование таких изделий для питьевых водяных колодцев не рекомендуется.
2. Нержавеющая сталь. Она, как и предыдущий тип, обладает устойчивостью к коррозийным воздействиям. Главным недостатком такой трубы является её высокая цена.
3. Эмалированные трубы. Такие изделия обладают множеством недостатков: сложный монтаж, тонкие стенки, слабая сопротивляемость к механическим воздействиям.

Оцинкованная труба не подвержена коррозии, но использовать ее в питьевых источниках не рекомендуется

Асбоцементные. Обсадная труба из асбоцемента стоит довольно дёшево, однако, её не рекомендуют использовать в питьевых целях, потому что она выделяет в воду канцерогены и другие вредные примеси. Кроме этого, такие изделия являются очень хрупкими.

Но современная промышленность предлагает разновидность подобных труб из модифицированного материала, который считается безопасным для человека. Если вы чётко определились с тем, что будете использовать асбоцементные трубы для колодца, то тогда желательно ознакомиться с санитарным сертификатом изделий, чтобы точно быть уверенным, что ваша вода будет пригодной для употребления.

Пластиковые. Как уже было сказано выше, такой тип обсадных деталей является наиболее популярным и востребованным. Пластмассовые детали выполняются из следующих типов полимеров: поливинилхлорида, полиэтилена и полипропилена. Пластиковые изделия обладают рядом положительных характеристик:

• экологичность;
• резистентность к коррозии;
• дешевизна;
• простота монтажа;
• отличная герметичность;
• срок службы таких изделий может достигать 50 лет.

Однако у них есть и свои минусы:

• слабая сопротивляемость к механическим воздействиям;
• ограниченная глубина применения (50–60 м).

Самыми лучшими характеристиками, которые определяют их выбор, обладают ПЭ и ПВХ трубы. Наиболее бюджетным вариантом являются изделия из полиэтилена. Размеры таких изделий отличаются своим разнообразием.

Обсадные трубы также изготавливаются из полимеров — чаще всего для таких изделий используют поливинилхлорид и полиэтилен

Если говорить о ПВХ и НПВХ трубах, то, по своим характеристикам лидируют трубы из непластифицированного поливинилхлорида. Они обладают высокой прочностью — их разрешено использовать в скважинах до 300 м. Типоразмеры обсадных НПВХ и ПВХ труб представлены в таблице 2.

Таблица 2

Обратите внимание! Чаще всего при монтаже скважин используют трубы с типоразмерами 90 и 125 мм. Это обусловлено тем, что такой размер подходит под наибольшее количество современных насосных устройств.

Минусы ПВХ труб для обсадки:

• низкая прочность;
• плохая сопротивляемость к низким температурам;
• сложность переработки материала;
• в случае возгорания выделяют вредные соединения.

Варианты соединения обсадных труб

Обсадная колонна состоит из отдельных элементов, которые соединяются между собой разнообразными способами. Рассмотрим варианты стыковки труб в обсадных конструкциях.

Резьбовое соединение. Используется в тех случаях, когда необходимо собрать изделия, которые оснащены высаженными концами. Высаженный конец нагревается и на нём выполняется раздача (приблизительно 10 мм по диаметру на длину 150–200 мм). В результате на этот конец наносят резьбу внутреннего типа, а на противоположенный торец нарезают наружную резьбу с соответствующими характеристиками. Для соединения элементы просто свинчиваются между собой.

Муфтовое соединение. На концы изделий наносят наружный тип резьбы. Муфты, которые объединяют трубы в единую конструкцию, обладают соответствующей внутренней резьбой. Транспортировка и доставка таких деталей выполняется с накрученной на один конец  муфтой. Второй торец, как правило, закрывается специальной пластиковой заглушкой.

Сварное соединение. Используется крайне редко. Очень важным моментом в таком соединении является его прямолинейное отклонение, которое не должно превышать 0,7 мм в месте стыка.

Стальные трубы во многих случаях соединяются сваркой, но это достаточно трудоемкий метод

Сварные соединения делятся на такие типы:

• раструбный тип;
• встык;
• двухраструбная стыковка;
• муфтовое соединение
• ниппель — раструбное;
• двухраструбное с центральным кольцом.

Одним из самых надёжных и прочных считается двухраструбная стыковка обсадной колонны. Раструбное и муфтовое обладают одинаковыми показателями прочности, которые несколько ниже, чем у двухраструбного. Прочность соединения встык зачастую достигает показателя самой трубы. Сварку сегментов осуществляют над устьем колодца при помощи специальных сварочных аппаратов.

Бывают такие типы сварки:

• в защитной среде;
• в беззащитной среде;
• контактная сварка.

Полезная информация! Помимо этого, нужно обратить внимание на разделение труб на напорные и безнапорные. Для обсадных колонн используют напорные изделия. Такие детали обладают хорошей резистентностью к высокому давлению.

Стоит обращать внимание и на такие особенности: начальная секция оснащается специальным фильтрующим аппаратом, который очищает воду от песка и глины. Выполняется такое приспособление, как правило, из сеток или нержавеющих проволок. Нижний открытый торец имеет специальный гравийный фильтр. В этом приспособлении проходит первичная фильтрация жидкости.

Оголовок скважины обязательно должен монтироваться с учётом герметичности. Если это правило соблюдено, то тогда при откачке воды образуется давление, которое способствует поставке воды в водозаборный элемент.