Система классификации скважин на воду

Одной из проблем, стоящих перед отраслью подземных вод, является обеспечение согласованных гидрогеологических данных для скважин на воду.

Рисунок 1. Полевое руководство.

Ведение журнала бурения скважин требуется для большинства специалистов по скважинам, но лишь немногие люди были проинструктированы о том, что важно записывать в журнал скважины. Сюда входят регулирующие органы, которые требуют, чтобы геологические каротажи предоставлялись как часть документации, подаваемой для учета заканчивания скважин.

Каждое состояние имеет разные требуемые уровни детализации, чаще всего запрашивается «описание». Важно, чтобы специалисты по подземным водам использовали четкие и краткие термины, которые имеют значение для характеристики скважин на воду, чтобы другие специалисты по подземным водам могли использовать эту информацию.

Есть несколько штатов и провинций, которые приняли систему классификации с небольшими изменениями, чтобы отразить местную гидрогеологию, потому что она краткая и легко адаптируется для использования в онлайн-отчетах по бурению.

Система гидрогеологической классификации скважин на воду (HCSWB) была разработана для создания основы для создания единых каротажных диаграмм скважин, которые можно сопоставлять. Система состоит из методологии записи данных скважины на воду в едином подходе для гидрологической интерпретации.

Обсуждается в третьей главе Подземные воды и скважины, Третье издание, которое называется «Разведка недр и гидрогеологический каротаж».

HCSWB также обеспечивает основу для хранения и сортировки данных в цифровом формате, поскольку описания и идентификаторы унифицированы и могут быть оцифрованы, чтобы можно было сортировать записи по дескрипторам.

HCSWB включает важные аспекты геологического описания для различения характеристик пласта/водоносного горизонта и документирует важные гидрологические характеристики, которые контролируют поток подземных вод.

Важно определить и правильно описать атрибуты водоносных пластов, которые контролируют поток воды. Способность формации пропускать воду может сильно различаться. Рыхлые образования, состоящие из глины и ила, и коренные породы, такие как гранит, дают мало воды и образуют барьеры для потока.

С другой стороны, рыхлые грунтовые материалы, состоящие из крупнозернистого песка, гравия и кавернозного известняка, могут быть богатыми водоносными горизонтами. HCSWB был создан для описания водопропускной способности водоносных пластов.

Двумя основными частями HCSWB являются система классификации и полевой справочник (рис. 1), позволяющие быстро идентифицировать материалы водоносных горизонтов в полевых условиях. На рис. 2 представлена блок-схема с процедурами регистрации и категориями системы классификации.

Сбор образцов

Первым шагом в создании согласованного гидрогеологического каротажа является сбор репрезентативной выборки для описания. Метод бурения, глубина скважины, скорость проходки и тип бурового раствора будут иметь значительное влияние на образец.

Пробы следует отбирать последовательным образом, и следует позаботиться о том, чтобы захватить репрезентативное значение пройденного интервала.
Образцы следует мыть и описывать во влажном состоянии для более точной идентификации цвета. Во время промывки следует соблюдать осторожность, чтобы не смыть значительное количество мелких частиц.
Рекомендуется записывать серию проб вместе, а не отдельные пробы, потому что можно отметить и записать геологические переходы (например, оттачивание восходящей среды осадконакопления).

Образец Описание

Глубина: Это верх и низ описываемого интервала глубин. Длина описываемого интервала будет зависеть от однородности пласта или водоносного горизонта и уровня детализации, подходящего для каждой скважины. Обычно образцы собирают и описывают через каждые 5 футов или 2 метра.

Водоносный горизонт/пласт: Названия формаций могут быть получены из опубликованных данных и обычно доступны в местных, государственных и федеральных геологических службах. Важные водоносные горизонты также будут иметь формальные названия, довольно часто имитирующие название формации (например, формация Денвер или водоносный горизонт бассейна Денвера), и помогают лучше понять протяженность и региональные характеристики водоносной зоны/формации. Если название водоносного горизонта или пласта недоступно, это поле можно оставить пустым.

Неконсолидированные/коренные породы: Этот тип информации будет первым дескриптором, который даст информацию о контактах с коренными породами и аллювиальными водами, которые важны для многих регулирующих органов при управлении поверхностными и подземными водоносными горизонтами и которые легко идентифицировать в каротаже. В некоторых областях это может быть не важно.

Неконсолидированные материалы: При описании шлама из рыхлого материала лучшее понимание характеристик водоотдачи дает описание меньшей 20% фракции материалов, контролирующих поток. Например, формации, описанные как «Песок и гравий», указывают на то, что не менее 20% формации составляют песок. Полевое руководство поможет в обеспечении согласованных описаний размера зерна.

Клей: Глины классифицируются, когда большая часть пласта представляет собой глину, при этом менее 10% пласта составляют другие материалы, такие как песок или ил. Глины легко отличить от ила, потому что их можно скатать в жгут диаметром 0.25 (¼) дюйма (6 мм).
Ил: Илы внешне похожи на глину, но их нельзя скатать в веревку диаметром 0.25 (¼) дюйма (6 мм). Для этого обозначения будет только 10% или меньше пласта, состоящего из песка или гравия.
Песок с глиной или илом: Для этого обозначения 20% или более формации составляют глинистый или алевритовый материал, а 80% или менее формации составляют пески и гравий. Это будет смесь материалов, которая на первый взгляд может показаться проницаемой, но если это хорошо отсортированный пласт, то она будет иметь низкую проницаемость.
Песок, мелкий и средний: Наименьшие 20% или более образования имеют размер от 0.02 до 0.08 дюйма (от 0.5 до 2 мм). Остальная часть пласта может состоять из более крупного песка, но в материалах будет более 20% гравия при почти полном отсутствии алевритов и глин.
Песок от среднего до крупного: Наименьшие 20% образования имеют диаметр от 0.08 до 0.2 дюйма (от 2 до 5 мм). Менее 20 % пласта может быть гравийным при почти полном отсутствии алевритов и глин.
Песок с гравием: Наименьшие от 20% до 50% формации составляют песок, но более половины формации (более 50%) составляют гравий.
Гравий: Самые мелкие 20% или более пласта имеют диаметр более 0.2 дюйма (5 мм). Этот гравий, возможно, будет перемешан с булыжником или валунами. В пробе будет менее 5% песка.

Читайте также:

Как сделать фанеру красивой ⋆

Тип коренной породы: Описание выемок коренных пород может быть затруднено в полевых условиях. Тонкие различия, такие как алевролит/сланцы или магматические/
метаморфические породы, особенно граниты, может быть трудно определить по буровому шламу, но другие дескрипторы, такие как твердость, наличие трещин или идентификация пласта/водоносного горизонта, предоставят дополнительную информацию.

Типы горных пород и их метаморфические эквиваленты были сгруппированы в общие категории, которые можно легко идентифицировать в полевых условиях по выбуренной породе. Довольно часто поток будет зависеть от вторичной проницаемости материалов коренных пород, что указано в столбце «Влагосодержание». Некоторые типы коренных пород, такие как уголь, могут служить маркерами или индикаторами возможных проблем с качеством воды.

Алевролит/сланцы: Алевролиты и сланцы представляют собой очень тонкозернистые осадочные образования, а также сланцы и их эквиваленты. Степень уплотнения зависит от глубины залегания, где сланцы являются метаморфическим эквивалентом сланцев. Сланцы обычно считаются водоупорами и барьерами для потока.
Песчаник: Песчаники представляют собой консолидированные эквиваленты песков, которые могут иметь первичную и вторичную проницаемость. Водоносные горизонты песчаника формируются из отложений, которые были отложены в виде рыхлых песков, которые были погребены, уплотнены и зацементированы. Степень уплотнения и тип цементации будут контролировать первичную проницаемость. Кварциты являются метаморфическим эквивалентом; будучи очень твердыми, они образуют хорошие маркерные грядки.
Известняк: Водоносные горизонты карбонатных пород состоят из известняка, доломита и мрамора. Выход карбонатных водоносных горизонтов может сильно варьироваться от водоупорных слоев до продуктивных источников воды из-за вторичной проницаемости, которая является результатом растворения известняка. Карбонат
буровой шлам часто можно идентифицировать в полевых условиях по его реакции на слабые кислоты (например, 10%-ную соляную кислоту), которая заставляет его вскипать.
Конгломерат: Конгломераты представляют собой консолидированные эквиваленты песка и гравия. Эти водоносные горизонты и формации являются отличными ориентирами для стратиграфической интерпретации и часто представляют собой базальные единицы многих формаций.
Каменный уголь: Угли могут быть хорошими водоносными горизонтами, в зависимости от количества трещин, но в некоторых районах они важны для выявления областей с плохим качеством воды или метановым газом. Угли также являются хорошими маркерами.
Гранит: Граниты представляют собой магматические интрузивные (гранитоиды) и метаморфические (например, гнейсы, сланцы и пегматиты) кристаллические породы. Цвет гранитов зависит от содержания минералов. Магматические и метаморфические гранитные водоносные горизонты, как правило, представляют собой низкодебитные образования, из которых вода поступает через трещины. Очень часто эти породы выступают в роли водоупоров.
Вулканический: Вулканические породы представляют собой тонкокристаллические и экструзивные образования (например, андезиты, риолиты), за исключением базальтов, которые выделены в отдельную гидрогеологическую классификацию. Подземные воды текут, как правило, через трещины в вулканических породах.
Базальт: Базальты могут иметь значительную первичную и вторичную проницаемость и в некоторых районах являются важными водоносными горизонтами. Базальтовые водоносные горизонты формируются в слоях с различной проницаемостью, определяемой течением.
Дополнительно : Эту категорию можно использовать для добавления любого типа горных пород, которые могут помочь в описании выемок, являющихся важным региональным водоносным горизонтом.

Твердость: Твердость – это относительный термин, который необходимо стандартизировать, чтобы обеспечить согласованность и смысл описания пласта/водоносного горизонта. Для проверки твердости в полевых условиях можно провести простые полевые испытания:

Очень сложно: Черенки, которые трудно сломать молотком
Жесткий: Резка, которую легко сломать молотком или более 30 ударов на фут
Плотный/жесткий: Порезы, которые можно сломать пальцами или от 10 до 30 ударов на фут
Свободный: Шлам, который не консолидирован или менее 10 ударов / фут

Цвет: Цвет предоставляет информацию, которую можно использовать для корреляции различных образований. Красные и оранжевые цвета могут указывать на окисление или поток насыщенной кислородом воды через водоносный горизонт. Цвета, представленные в полевом справочнике, являются наиболее распространенными цветами, которые будут распознаваться в полевых условиях.

Содержание воды: На обозначения содержания воды будут влиять методы и буровые растворы, используемые для бурения скважины. Данные о содержании воды помогут определить зоны образования воды и положение водного зеркала. Ниже приведены дескрипторы, используемые для содержания воды:

Сухой: Отсутствие влаги в черенках
Влажный: Черенки влажные, но воды не видно
Влажный: Черенки имеют видимую воду
Высокая производительность: Места трещин или крупнозернистых материалов, которые дают значительно больше воды, чем соседние материалы водоносного горизонта.
Утраченный тираж: Зона значительной потери бурового раствора или шлама.

Если скважина бурится с использованием тяжелого бурового раствора, не позволяющего определить содержание воды в пробах, этот столбец следует оставить пустым.

Дополнительно : Другая область в журнале дает возможность добавлять любые дополнительные комментарии, которые улучшат описание пласта/водоносного горизонта. Это позволит модифицировать каротаж скважины для конкретного применения. Можно включить описание угловатости или округлости, органического содержания, условий бурения или любые другие комментарии, которые улучшат бревно.

Заключение

Метод гидрогеологической классификации скважин на воду позволяет специалистам по подземным водам делать подробные, краткие и корреляционные каротажи на основе выбуренной породы из скважин на воду. Он также решает серьезную отраслевую проблему в эпоху цифровых технологий, заключающуюся в том, как каталогизировать, сортировать и извлекать данные, чтобы сделать скважинные данные легко доступными для всех специалистов по подземным водам. Метод HCSWB является гибким,
подробное и упрощает документирование соответствующих гидрогеологических данных из скважин на воду.

Благодаря включению этой методологии в качестве минимального стандарта регистрация скважин на воду будет единообразной, а полученные данные будут интерпретированы всеми специалистами по подземным водам.

Полевые карточки и книга, описывающая, как описывать бурение водяной скважины с помощью HCSWB.
можно приобрести в книжном магазине NGWA. Карта также входит в Подземные воды и скважины, Третье издание, которое также можно приобрести, нажав здесь.

Подземные воды и скважины, Третье издание, из года в год является самым продаваемым справочником. Этот огромный ресурс должен быть у вас на столе, если вы серьезно относитесь к индустрии подземных вод.

В нем представлены 20-летние достижения в области технологий и знаний, накопленных в этой области. Включены новые скважинные геофизические методы, информация о бурении на депрессии и горизонтальном бурении, новые подходы к разработке скважин, а также подробная информация о ASR, мониторинге и восстановлении грунтовых вод, предварительные экраны для интерактивного проектирования скважин с водой и программы обслуживания скважин для подрядчиков и инженеров-проектировщиков. .

Томас М. Ханна, PG, является техническим директором по оборудованию для водяных скважин/гидрогеологом компании Johnson Screens, где он работает в области проектирования, разработки и восстановления скважин. Он является зарегистрированным профессиональным геологом в Аризоне, Кентукки и Вайоминге и работал в нескольких консалтинговых фирмах по вопросам грунтовых вод. С Ханной можно связаться по адресу thom.hanna@johnsonscreens.com.

Завершено строительство скважин подземных вод

Национальная информационная система по водным ресурсам Геологической службы США (NWIS) содержит обширные данные о подземных водах для тысяч участков по всей стране.

Колодцы чрезвычайно важны для всех обществ. Во многих местах колодцы обеспечивают надежный и достаточный запас воды для домашнего использования, орошения и промышленности. Там, где поверхностных вод мало, например в пустынях, люди не могут выжить и процветать без грунтовых вод, и люди используют колодцы, чтобы добраться до подземных вод.

Скважины подземных вод

Возможно, вы знаете, что подземные воды служат многим целям во всем мире. Конечно, питьевая вода и бытовое использование воды являются основными компонентами этого использования. Пути доступа к подземным водам различаются в зависимости от местных подземных условий. Вода может быть в изобилии всего в 10 футах ниже поверхности земли, или, возможно, придется пробурить глубокую скважину на многие сотни футов, чтобы получить более скудную воду, заполняющую трещины между плотными частицами породы. Насосы часто нужны, чтобы выкачивать воду на поверхность земли. Но этому маленькому парню повезло, так как его колодец находится в месте, где грунтовые воды неглубокие и обильные. Таким образом, он с помощью родителей может просто вручную опустить ведро на несколько футов вниз и вывернуть ведро, наполненное водой, обратно на поверхность. На этом снимке не показан действующий колодец, но именно такие колодцы обслуживали потребности людей в воде на протяжении многих веков и обслуживают до сих пор.

Предоставлено: Говард Перлман, Геологическая служба США.

Есть большая вероятность, что обычный человек, которому приходилось копать колодец в Древнем Египте, вероятно, делал эту работу своими руками, лопатой и ведром. Он продолжал бы копать, пока не достиг уровень грунтовых вод, где все пространства между камнем и частицами грязи заполнены водой, и вода заполнила дно отверстия. Некоторые колодцы до сих пор копают вручную, но доступны более современные методы.

Колодцы чрезвычайно важны для всех обществ. Во многих местах колодцы обеспечивают надежный и достаточный запас воды для домашнее использование, орошениеи промышленности. Где поверхностная вода мало, например, в пустынях, люди не могли бы выжить и процветать без грунтовая вода.

Типы скважин

Рытье колодца вручную сегодня устаревает, поскольку автоматизированные методы бурения заменяют методы ручного труда. Современные скважины чаще бурят с помощью автомобильной буровой установки. Тем не менее, есть много способов установить колодец — вот некоторые из распространенных способов.

КОРПУСНЫЕ КОЛОДЦЫ

Копание земли киркой и лопатой — один из способов вырыть колодец. Если земля мягкая, а уровень грунтовых вод неглубокий, можно использовать вырытые колодцы. Исторически сложилось так, что выкопанные колодцы выкапывались вручную лопатой ниже уровня грунтовых вод до тех пор, пока поступающая вода не превышала скорость черпания землекопа. Колодец был выложен камнями, кирпичом, черепицей или другим материалом, чтобы предотвратить обрушение, и был закрыт колпаком из дерева, камня или бетона. Их нельзя выкопать намного глубже уровня грунтовых вод — точно так же, как вы не можете выкопать очень глубокую яму, находясь на пляже. он постоянно наполняется водой!

Пример конфигурации насоса и водопровода, используемой в системах водоснабжения общего пользования.

Предоставлено: Роланд Толлетт, Геологическая служба США.

Вырытые и пробуренные колодцы имеют большой диаметр и обнажают большую площадь водоносного горизонта. Эти скважины могут получать воду из менее проницаемых материалов, таких как очень мелкий песок, ил или глина. Некоторые недостатки этого типа колодцев заключаются в том, что они неглубокие и не имеют сплошной обсадной колонны, что делает их подверженными загрязнению из близлежащих поверхностных источников, и они пересыхают в периоды засухи, если уровень грунтовых вод опускается ниже дна колодца.

ЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ

Забивные скважины все еще распространены сегодня. Их строят, вбивая трубу небольшого диаметра в мягкую землю, такую как песок или гравий. К низу трубы обычно прикрепляют сетку для фильтрации песка и других частиц. Проблемы? Они могут использовать воду только на мелководье, а поскольку источник воды находится так близко к поверхности, загрязнение могут возникнуть поверхностные загрязнители.

БУРЕНИЕ СКВАЖИН

Большинство современных скважин бурят, для чего требуется достаточно сложная и дорогая буровая установка. Буровые установки часто устанавливаются на большие грузовики. Они используют роторные буровые долота, которые разгрызают камень, ударные долота, которые разбивают камень, или, если грунт мягкий, большие шнековые долота. Пробуренные скважины могут быть пробурены на глубину более 1,000 футов. Часто насос помещают в колодец на некоторой глубине, чтобы вытолкнуть воду на поверхность. Скважины и откачка

Уровень воды в колодцах

Пользователям подземных вод было бы легче жить, если бы уровень воды в водоносный горизонт которая снабжала их скважиной, всегда оставалась неизменной. Сезонные колебания количества осадков и случайные засуха влияют на «высоту» уровня подземных вод. Забор воды из колодца приводит к снижению уровня воды вокруг колодца. Уровень воды в колодце также может быть понижен, если другие колодцы рядом с ним забирают воду. Когда уровень воды упадет ниже уровня водозаборов насосов, тогда скважины начнут качать воздух — они «высохнут».

Откачка колодца снижает уровень воды вокруг колодца, образуя конус депрессии на уровне грунтовых вод. Если конус депрессии распространяется на другие близлежащие колодцы, уровень воды в этих колодцах будет понижен. Конус развивается как в мелководных, так и в более глубоких системах напорных водоносных горизонтов. В более глубокой системе замкнутого водоносного горизонта на конус депрессии указывает снижение давления, и конус распространяется на гораздо большую площадь, чем в системе с грунтовыми водами. При заданной скорости отбора конус депрессии простирается глубже в низкодебитных водоносных горизонтах, чем в высокодебитных.

Несмотря на то, что вода присутствует на некоторой глубине почти в любом месте, успех получения адекватного внутреннее снабжение (обычно 5 галлонов в минуту) воды из колодца зависит от проницаемости породы. Там, где проницаемые материалы находятся вблизи поверхности земли, может быть достаточно неглубокой скважины. В других местах, например, там, где глинистый материал находится непосредственно над коренной породой, может потребоваться глубокая скважина, уходящая в коренную породу.

Частные скважины

Схема того, как работает типичная домашняя водопроводная скважина.

Кредит: Агентство по охране окружающей среды США.

Многие люди в Соединенных Штатах и во всем мире снабжают свои дома водой сами, часто в сельской местности, где нет больших водопроводов. общественное снабжение водопроводные системы для подачи воды. Вот базовая диаграмма, показывающая, как функционируют эти скважины. Хотя на этой диаграмме показан один дом, большие колодцы, которые снабжают водой большее количество потребителей, в целом работают одинаково.

КОМПОНЕНТЫ КОЛОДЦА

Ниже приведены описания основных компонентов, которые можно найти в частном колодце. (Источник: Национальная ассоциация подземных вод)

Обсадная колонна представляет собой трубчатую конструкцию, размещаемую в скважине для сохранения отверстия скважины от целевых грунтовых вод до поверхности. Наряду с цементным раствором обсадная труба удерживает грязь и избыток воды в колодце. Это помогает предотвратить попадание загрязняющих веществ из менее желательных грунтовых вод в колодец и их смешивание с питьевой водой. В некоторых штатах и местных органах власти действуют законы, требующие минимальной длины корпуса. Наиболее распространенными материалами для обсадных труб являются углеродистая сталь, пластик и нержавеющая сталь. Местная геология часто диктует, какой тип обсадной трубы можно использовать.
Крышки скважин Устанавливаются поверх обсадной трубы колодца, чтобы предотвратить попадание мусора, насекомых или мелких животных в колодец. Крышки колодцев обычно изготавливаются из алюминия или пластика. Они включают в себя вентиляционное отверстие для контроля давления во время откачки скважины.
Скважины экраны крепятся к днищу обсадной трубы, чтобы предотвратить попадание слишком большого количества осадка в скважину. Наиболее распространенными скважинными фильтрами являются сплошные щелевые, щелевые трубы и перфорированные трубы.
Адаптер без ямы представляет собой соединитель, который позволяет трубе, по которой вода поступает на поверхность, оставаться ниже линии промерзания. Обеспечивает сохранение санитарной и морозостойкой герметизации.
Реактивные насосы являются наиболее часто используемыми насосами для неглубоких скважин (глубина 25 футов или меньше). Струйные насосы устанавливаются над землей и используют всасывание для забора воды из скважины.
Погружные насосы являются наиболее часто используемыми насосами для глубоких частных колодцев. Насосный агрегат размещается внутри обсадной колонны скважины и подключается к источнику питания на поверхности.