Бурение водяных скважин на породы различной трещиноватости

Бурение водяных скважин – процесс, требующий высокого профессионализма, опыта и немного везения. Как минимум, в половине районов Днепропетровской области водяные скважины бурятся на гранит. Гранит далеко не всегда монолитен, а имеет разломы, трещины, поры. Хотя «трещиноватость гранита» – это просто наиболее актуальный пример, лежащий на поверхности, поскольку такое понятие, как пористость и трещиноватость характерна и для других горных пород. Далее, более подробно.

Итак, горные породы, как по образованию, так и в связи с происходящими с ними вторичными процессами, такими, как тектонические движения, выветривания, уплотнения, цементация и прочие, не имеют монолитную структуру. В них находятся трещины, разломы, пустоты, поры самых различных размеров и форм. И эти трещиноватость, пористость, тектоническая нарушенность и обуславливают гидрогеологические свойства горных пород. Или, проще, наличие воды в этих породах в том или ином объеме. По мере углубления пористость парод уменьшается, потому что увеличивается давление и проявляется такое явление, как цементация пор и трещин.

Пористость бывает различна и классифицируется в зависимости от размера и вида трещин, пустот, пор следующим образом:

некапиллярная пористость или скважность – образована крупными порами, трещинами, кавернами и пр. – более 1,0 мм,
капиллярная пористость – образована трещинами менее 0,25 мм или порами менее 1,0 мм

В зависимости от размера трещины и поры классифицируются таким образом:

сверхкапиллярные - ширина трещин более 0,254 мм, размер пор более 0,5 мм,
капиллярные – ширина трещин 0,254—0,0001 мм, размер пор 0,5—0,002 мм,
субкапиллярные – и ширина трещин менее 0,0001 мм, размер пор менее 0,0002 мм.

Эта классификация необходима для рассмотрения условий движения подземных вод в горных породах. Для эффективного бурения водяных скважин необходимо наличие достаточного количества сверхкапиллярных трещин и пор в буримой породе, по которым происходит свободное перемещение воды. Менее значимо, но тоже приемлемо, наличие капиллярных пор – свободное перемещение воды по ним затруднено, это происходит, в основном, уже при помощи капиллярных сил. Наличие субкапиллярных трещин и пор в буримой породе практического значения уже не имеет – какое-либо движение воды по ним крайне затруднено ввиду их непроницаемости для жидкостей и газов. Примером горных пород с субкапиллярными трещинами и порами могут служить глины и глинистые сланцы.

Вообще, понятие пористости присуще всем горным породам – осадочным, магматическим, метаморфическим, различие в происхождении этой пористости.

Образование пор в магматических породах вызвано тем, что при затвердевании магмы внутри отдельных кристалликов возникают пустоты, особенно много пустот появляется в верхней ее части под воздействием поднимающихся газов и водяного пара; и эти пустоты заполняются этими газами и водяным паром.

В метаморфических породах поры появляются путем перекристаллизации первичных осадочных пород. На этот процесс влияют те или иные виды метаморфизма – минеральных и структурных изменений пород.

В осадочных породах поры возникают, как следствие условий их образования и в результате определенных вторичных процессов, происходивших с этими породами, таких как цементация, уплотнение и другими.

Трещины существуют в тех же осадочных, магматических и метаморфических породах и обусловлены такими процессами, как тектонические, физическое выветривание, перекристаллизация, диагенез, карст, различные химические преобразования и другими.

Трещиноватость горных пород возникает под влиянием разных факторов и, в зависимости от них, а также в зависимости от структуры этой самой трещиноватости, от ее текстуры, минералогического состава и происхождения в горных породах возникают самые разные трещины по длине и пространственному расположению. Поэтому затруднительно давать какие-то прогнозы при бурении водяных скважин относительно трещинных коллекторов воды. На сегодняшний день эти коллекторы описывают тремя типами:

Коллекторы кавернозного типа, приуроченные в основном к карбонатным породам с кавернами и карстом, которые связаны между собой микротрещинами, по которым осуществляется фильтрация воды.
Коллекторы трещинного типа, приуроченные к карбонатным породам, плотным песчаникам, хрупким сланцам и другим, пронизанным трещинами.
Коллекторы смешанные, представляющие собой сочетания и переходы по площади.

Какой же вывод можно сделать из вышесказанного? Как было обозначено в начале статьи, трещиноватость пород наиболее актуальна и наглядна при бурении водяных скважин на гранит. В каждом случае решение по бурению водяной скважины принимается индивидуально с учетом среднестатистических данных по району. При этом надо понимать, что параметры скважин «на гранит», расположенных всего в 100-150 метрах друг от друга могут существенно отличаться как раз ввиду большей трещиноватости гранитных пород в одной скважине и, соответственно, ее большей водности и меньшей трещиноватости гранита при бурении второй скважины, и меньшей производительности последней. Решением может быть либо дальнейшая проходка и увеличение глубины скважины, либо предваряющий процесс бурения скважины поиск воды на участке, целью которых как раз и является поиск разломов, трещин в горной породе.