Дебит скважины: что это такое и как его рассчитать

Расчет производительности

Расчет дебита скважины производят, исходя из ее габаритов и расстояния находящегося в ней водного уровня от поверхности. Причем надо учитывать, что указанное расстояние может изменяться. Его величина определяется временем года, погодой и техническим состоянием скважины.

Формула расчета дебита скважины носит имя ученого Дюпюи. Причем ею пользуются не только при расчетах скважин на воду, но и газовых и нефтяных стволов. Кроме того, существует и упрощенный метод расчета. В принципе, его точность вполне достаточна, чтобы вычислить производительность насоса. Вычисляя расход, определяют дебет как удельный, так и реальный.

Однако знание только величины уровней недостаточно для расчета дебита. Для этого также необходимо знать производительность насоса (P). Ее можно определить по паспорту агрегата или по маркировке на его шильдике.

Если эта информация отсутствует, производительность можно установить, используя расходомер или счетчик. Это также можно сделать, пользуясь мерным сосудом и секундомером следующим образом:

  • берут канистру какой-то определенной вместимости, например, 20 л;
  • запускают насос, чтобы он откачивал воду из скважины;
  • струю воды направляют в канистру и запускают секундомер;
  • секундомером определяют продолжительность заполнения емкости.
Дебит скважины - производительность

Определение дебита скважины с помощью канистры

20:50=0,4 л/с

0,4×3600:1000=1,44 м³/ч

Производительность является одним из более важных для пользователя параметров скважины, ведь он отвечает за обеспечение необходимым количеством жидкости. На него влияют вышеперечисленные характеристики. Наиболее глубокие из источников, артезианские – наиболее мощные (5 литров в минуту, чего вполне хватит для водоснабжения 3 – 5 семей). На них влияет низкое гидравлическое сопротивление воды во время прохождения через пористый слой известняка.

Другие виды скважин меньшей производительности:

  • на песок – 10 – 20 литров в минуту. Этого вполне хватит для водообеспечения одной семьи. Производительность зависит также от водозабора, чем он больше, тем больше выше она становится.
  • абиссинский колодец – 10 – 25 литров в минуту.

Количество воды в минуту зависит от геологических условий почвы. В случае если почва не отвечает этим условиям, производительность может быть менее десяти литров или пропасть вообще, если дно заилится. Данную характеристику надо узнать до бурения.

Расчет дебита скважины осуществляют приблизительно спустя сутки после завершения бурения. Для этого уровень воды должен стать максимальным. Для вычислений потребуются следующие данные:

  • глубина скважины;
  • значение статического и динамического уровней;
  • расположение фильтровой зоны;
  • интенсивность водозабора.

Dt = V*Hв/(Hдин-Hстат), где

Hдин, Hстат – статический и динамический уровни воды;

V – скорость откачки,

Hв- высота столба.

Этот расчет содержит определенную неточность. В соответствии с ним производительность оборудования и падение водяного столба должны происходить строго пропорционально. На самом деле при возрастании мощности насоса наблюдается значительное падение уровня воды.

Дебит скважины: что это такое и как его рассчитать

Dу = (V2-V1)/(h2-h1), где

Dу –удельное значение дебита;

V2-скорость водозабора при повторном измерении;

V1-интенсивность водозабора при первичном измерении;

h2,h1 – разность между динамическим и статическим уровнями при различных исследованиях.

Динамический и статический уровни

Дебит скважины рассчитать можно, если известны определенные исходные данные. Этими данными являются:

  • урез воды статический;
  • уровень воды динамический;
  • высота поднимающегося в водозаборе водяного столба.
Дебит скважины - уровни

Статический и динамический уровни

Чтобы установить данные параметры, необходимо произвести соответствующие замеры. Для этого используются: шнур, грузик и рулетка.

Как правило, замеры производятся с соблюдением следующего алгоритма:

  1. Статический уровень (Hст) определяют по истечении 2 часов после отключения откачивающего насоса. Данный замер, впрочем, как и определение уровня динамического, дает возможность установить расстояние от водяного зеркала в водозаборной шахты до поверхности земли. Измерение производят путем опускания шнура с грузиком. Причем гайку опускают на самое дно скважины. А на шнуре делают отметку, соответствующую устью выработки. Достав шнур, замеряют его сухую часть. Ее длина соответствует искомой величине Hст.
  2. Динамический уровень (HДН) определяют при работающем насосе. Причем следует подчеркнуть, что уровень этот зависит от производительности агрегата. В ходе замера насос опускают по скважине, следуя за падением уровня воды. Опускание помпы прекращают, как только урез стабилизируется. И в этот момент шнуром замеряют глубину залегания зеркала. Чтобы повысить точность замера, операцию повторяют, используя насос другой мощности.
  3. Высоту водяного столба (Hв) определяют путем вычитания величины статического уровня из общей глубины скважины.

Разница уровней позволяет оценить дебит скважины: чем меньше она, тем больше уровень водоотдачи скважины. Водозабор считается высокопроизводительным, если разница составляет не превышает 1 м. Для артезианских источников характерно совпадение статического и динамического уровней.

Час спустя после простоя скважины измеряют статический уровень воды. Его суть состоит в том, что пластовое давление жидкости внутри водоносного горизонта и давление водного столба уравновешивают друг друга. При этом появляется равновесие, препятствующее поднятию влаги.

Динамический уровень определяется в период откачивания, когда приток жидкости совпадает с ее оттоком. В процессе откачки водяной столб снижается, но на определенном уровне его падение прекратится. Эта величина может изменяться в зависимости от производительности насосного оборудования. Динамический уровень устанавливается, когда дебит скважины на воду совпадает с производительностью работающего насоса.

Знать эту величину необходимо, чтобы правильно подобрать и установить оборудование. Она также вносится в паспорт скважины. Оба уровня измеряются в метрах от земной поверхности. Чем выше водяной столб, тем эти показатели меньше.

Внутренний диаметр обсадных труб

В параметры скважины так же включают диаметр обсадных труб, которые нужны для блокировки верхних и грунтовых вод. Для артезианских колодцев используются обсадки. Оптимальным вариантом для источника является диаметр трубы 133 мм, длина доходит до первого водоносного слоя. Последующие трубы идут вглубь, каждая из них в диаметре меньше предыдущей. Вторая будет диаметром 125 мм, непосредственно в нее устанавливают насос.

Основные параметры для расчета дебита

Дебит воды относится к основным параметрам скважины, так как от него зависит выбор насосного оборудования. Дебит определяется количеством жидкости, которое выдает источник за единицу времени. Для того чтобы узнать этот показатель, определяется статистический и динамический уровень воды.

Статистический уровень – это отметка нахождения жидкости в неэксплуатируемом состоянии. Он измеряется от зеркала воды до поверхности земли при выключенном насосе. Измерение можно проводить спустя 2 часа после бурения.

Динамический уровень жидкости – это отметка ее уровня при непрерывной работе насоса. Динамический уровень ниже статистического на метр, в артезианских колодцах точка остается на одной отметке. Разница между ними и является дебитом воды. Если вода со статического уровня опускается быстро, это означает, что дебит низкий и, возможно, дно заилено, если медленно или не опускается вообще, то дебит высокий.

К остальным параметрам относятся:

  1. Срок службы. Разные источники имеют особый срок службы: артезианский – от 50 лет; на песок – 5 – 15 лет; абиссинский – 5 – 35 лет, в зависимости от зоны его расположения.
  2. Качество и чистота жидкости.

Артезианский источник чистый, не содержит органических загрязнений, но может быть перенасыщение какими-либо отдельными минералами, это также зависит от местности. Абиссинский практически не отличается от артезианского, он не перенасыщен минералами, его употребляют в питье. Вода из водопесчанного колодца тоже хороша, песок – отличный фильтр, но она может содержать большое количество железа. Нужно использовать фильтр.

Все важные параметры скважины должны быть указаны в паспорте на нее, так же как и параметры оборудования. Их знание дает возможность максимально и долго использовать скважину.

Значение этих терминов нужно изучить, чтобы понять, как определить дебит скважины. Это основные показатели эффективности скважины в процессе водоснабжения. Измерить их до того, как рассчитать дебит скважины. На основании полученных данных определяется мощность насосного оборудования.

Под статическим уровнем понимают глубину шурфа, заполненного водой, при условии, что забор жидкости не производится. Чтобы определить его, нужно обеспечить простой источника в период не менее 60 минут. Динамическим уровнем именуется величина глубину водяного столба, который установится, если забор жидкости будет равным притоку. Величина необходима для расчета дебита скважины.

А под высотой водяного столба предполагают расстояние от дна до отметки статического уровня. При измерении есть одна особенность. Этот параметр определяется от дна, в то время, как остальные – от нулевой отметки (от поверхности земли). А чтобы лучше понять, что такое дебит скважин, нужно рассмотреть принцип проведения расчетов и разобраться в особых требованиях к процедуре.

Если вы не знаете, как рассчитать дебит скважины, то можете обратиться к специалистам или же произвести расчеты, которые помогут определить статические и динамические уровни.

  • Статический уровень, Hст – расстояние от верхнего слоя почвы до уровня подземных вод.
  • Динамический уровень, Hд – определяется при откачке воды насосом и замера уровня воды, которая генерируется природным путем.
  • D – дебит;
  • V – производительность насоса;
  • H – высота водного столба;
  • Hд, Hст – уровни по динамике и статике.

Как рассчитывается дебит скважины по упрощенной методике

Дебит скважины: что это такое и как его рассчитать

Д=P:(Hдн-Hст)×Hв

Причем значение символов соответствует ранее использованным.

Например, возьмем конкретную ситуацию со следующими исходными данными:

  • величина статического уровня Hст равняется 20м;
  • величина динамического уровня Hдн равняется 23 м;
  • глубина скважины составляет 30 м;
  • величина водяного столба Hв равняется 10 м;
  • производительность насоса (P) равна 1,44 м³/ч.

Д=1,44:(23-20)×10=4,8 м³/ч

В результате с достаточной точностью можно определиться и с мощностью скважинного насоса.

Насос в скважине

С выбором скважинного насоса не случится ошибки, если дебит скважины определен верно

Удельный дебит скважины

Дебит водяной скважины: что это и как рассчитать

Вполне понятно, что если скважину оснастить более мощным насосом, то динамический уровень упадет. А это влечет за собой снижение и фактического дебита. Чтобы оценка водозабора была более объективной, пользуются таким понятием, как удельный расход.

Удельный расход – это объем откачанной жидкости, обусловливающий опускание водяного зеркала на 1 м.

Чтобы вычислить величину данного показателя, требуется заново определить динамический уровень, используя насос иной производительности.

ДУД=(P2-P1):(h2-h1),

  • P2, P1 – производительность первого и второго насоса;
  • h2-h1 – разность понижений водного зеркала при обеих процедурах.

ДУД=(2,5-1,44):(26-23)=0,38 м³/ч

То есть отдача скважины возрастет на эту величину, если HДН увеличится на 1 м.

Дебит скважины на участке

Итак, если средний дебит скважины на дачном участке составляет 2,0 м³/ч, то при его увеличении на 0,38 м³/ч зеркало спустится на 1 м. Следовательно, для обеспечения постоянства подачи воды скважинный насос следует опустить на 1 м ниже отметки динамического уровня.

Скважина на дачном участке

Расчет удельного дебита позволяет обеспечить постоянство водоснабжения из скважины

Реальный дебит скважины

ДР=ДУД×(HФ-HСТ)

ДР=0,38×(28-20)=3,04 м³/ч

В результате упрощенного расчета мы получили Д=4,8. Однако величина реального дебита оказалась меньше размера дебита, вычисленного первым способом, на 37%. Выбирая насос для установки на скважину, его производительность следует принимать меньшей на 20%. То есть менее 2,4 м³/ч. Иными словами, менее 58 м³ в течение суток.

Снижение дебита

По мере эксплуатации скважины ее характеристики постепенно падают. Это происходит в результате причин как естественного, так и технического характера. К ним, в частности, относятся:

  1. Сезонность. Уровень подземных вод реагирует на сильные заморозки и засухи. Однако изменение водоотдачи, как правило, бывает незначительным и непродолжительным.
  2. Износ узлов и отдельных элементов насоса. Но надо помнить, что выполнение профилактических работ продлевает его долговечность.
  3. Засорение фильтра. Однако проводя его периодическую очистку от песка и известковых отложений, заменяя элементы конструкции, можно обеспечить восстановление дебита в изначальном объеме.
  4. Выработка запасов, содержащихся в водоносном горизонте.

В рамках последнего случая продлить жизнь источника можно, установив на устье скважины герметичный оголовок. В принципе, это позволяет нейтрализовать противодавление атмосферы. А оно равняется 10 м водного столба. Повысятся оба уровня – динамический и статический. А дебит скважины возрастет.

Дебит скважины - устройство

Установка оголовка позволяет избежать сокращения дебита скважины

Итак, вы узнали, как определить дебит скважины. Надеемся, что данная информация поможет вам при обустройстве собственного источника водоснабжения.