Бурение скважин на воду | Технология | Оборудование | Цены | Фото и видео | Техническая литература
    
   




КОНСТРУКЦИИ ПЛАСТМАССОВЫХ ФИЛЬТРОВ
 

Техническая литература:

Колодцы

Схема гидрогеологических областей и районов СССР

Словарь по гидрогеологии А-Г

Словарь по гидрогеологии Д-О

Словарь по гидрогеологии П-Я



Справочник по бурению скважин на воду

Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин

 

Книга БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ

Оглавление книги - Бурение скважин на воду

Глава IV
ПЛАСТМАССОВЫЕ фильтры БУРОВЫХ СКВАЖИН

ПЛАСТМАССОВЫХ фильтров В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ И ИХ ВНЕДРЕНИЕ
Цель испытаний заключалась в проверке практической пригодности пластмассовых фильтров МГМИ в действующих скважинах водоснабжения, водопонижения и вертикального дренажа, пробуренных в различных гидрогеологических условиях страны. Опытно-производственные испытания включали: разработку технологических операций по сборке, монтажу и установке фильтров в скважины; определение производительное ти скважин и их дополнительных сопротивлений при разных схемах установки фильтров; долговременные исследования эффективности действия скважин и химической стойкости фильтров; определение их технико-экономических характеристик. Испытания фильтров и их внедрение проводили с 1963 г. Опытно-производственные скважины с фильтрами МГМИ были построены на стационаре ВНИИВОДГЕО на Горьковской ГЭС, в новой зоне орошения Голодной степи, в Армянской, Латвийской и Белорусской ССР, в Новосибирской и Куйбышевской областях.
Бурение опытно-производственных скважин осуществляли ударно-канатным способом (Горьковская и Куйбышевская области, Латвийская и Армянская ССР), роторным с прямой и обратной промывкой (Новосибирская область, Голодная степь), комбинированным — роторным и ударным (Белорусская ССР). Глубина скважин от 11,5 до 107 м, диаметр бурения от 0,219 до 1 м, диаметр пластмассовых фильтров-каркасов от 150 до 310 мм, длина рабочей части от 2 до 22 м.
В полевых условиях уточняли технологию бурения скважин под пластмассовые фильтры, проводили испытания по сборке, монтажу и установке фильтров.
Сборка и установка фильтров в скважины. Сборку фильтров проводили на месте бурения, а также в механических мастерских или на заводах. Все операции при этом выполняли (без значительных затрат рабочего времени) следующим образом. На нижний опорный фланец с отверстиями и цилиндрическим патрубком укладывали резиновую прокладку, а в отверстия фланца вставляли стяжные болты, по которым как по направляющим монтировали пластмассовые элементы. Сверху укладывали прокладку и второй фланец с патрубком и звено равномерно стягивали гайками. Длина звена 2—3,5 м.
Звенья соединяли сваркой патрубками, а также фланцевыми и муфтовыми соединениями. Колонна, состоящая из нескольких звеньев, образовывала секцию. При бурении скважин в сложных гидрогеологических условиях и на глубину более 100 м монтаж фильтров выполняли на перфорированных трубах.
Некоторые секции фильтров были собраны с помощью металлических патрубков, имеющих защитное антикоррозионное покрытие полиэтиленом. Эксперименты по покрытию патрубков методом вихревого напыления полиэтиленом были выполнены Б. А. Лейдером и К. К. Поляковой (ВНИИметмаш).
Звенья фильтров диаметром 170/120 мм для некоторых гидрогеологических наблюдательных скважин соединяли с помощью пластмассовых фланцев ВСЕГИНГЕО.
Бурение скважин ударно-канатным способом выполняли станками УКС-22М и УКС-30. Глубина скважин от 11,5 до 80 м, при вскрытии водоносных горизонтов диаметр обсадных труб был от 219 до 578 мм. Минимальный кольцевой зазор между фильтрами и трубами 30 мм. При подъеме обсадных труб нарушений в конструкции фильтровых колонн ле было. Скважины, оборудованные гравитационно-щелевыми фильтрами и фильтрами с горизонтальными сужающимися отверстиями, с гравийными обсыпками и без них, были надежно защищены от пескования. На рисунках 41—45 показаны сборка фильтров, бурение и оборудование скважин пластмассовыми фильтрами гравитационно-щелевого типа и с горизонтальными сужающимися отверстиями.
Роторное бурение станками УРБ-ЗАМ и БА-15В применяли при строительстве скважин вертикального дренажа и водоснабжения глубиной от 54 до 107 м, диаметр бурения от 0,243 до 1,0 м. Чтобы предотвратить искривление скважин большого диаметра, использовали бурильные трубы диаметром 114 мм и утяжеленные трубы. Перед установкой фильтров проверяли чистоту выработки, проводили электрокаротаж. Фильтры устанавливали на сплошной колонне и впотай. Для промывки скважин в фильтровую колонну опускали бурильные трубы, верхнюю часть ее закрывали пробкой и включали насос. Концентрация раствора, выходящего из скважины, постепенно уменьшалась, следовал частичный вынос породы. На этом промывку заканчивали. При установке пластмассовых каркасов как гравийно-обсыпных фильтров отсортированный гравий засыпали непрерывно. Для предотвращения образования пробок гравия и для дополнительной промывки скважин от шлама включали насос, создавая через колонну циркуляцию воды (Оноприенко, 1974).
Роторное бурение с обратной промывкой применяли при строительстве дренажных скважин в Голодной степи станком УВД-100. Глубина скважин от 54 до 102 м, диаметр 1 м. Скважины 30, 31 и 33, пробуренные в совхозах 18 и 19 Голодной степи и оборудованные пластмассовыми фильтрами-каркасами с горизонтальными сужающимися отверстиями, отличались незначительным периодом освоения и высокой производительностью.
Комбинированное бурение использовали при строительстве скважины 61а в районе г. Слуцка в Белорусской ССР. До водоносного горизонта скважину бурили роторным способом. Водоносный пласт на глубине от 47 до 80 м вскрывали ударным способом бурения с обсадными трубами (рис. 46).
Установку фильтров начинали с опускания отстойника и закрепления его над устьем. К отстойнику предварительно приваривали направляющие фонари. К верхнему патрубку первого звена крепили обсадной хомут, лебедкой поднимали звено над устьем и присоединяли к отстойнику. Колонну спускали плавно, без рывков. В момент установки на забой колонну обратным ходом лебедки подтягивали и закрепляли на устье, затем выполняли засыпку гравия.
При роторном бурении разглинизацию дренажных скважин проводили методом обрушения глинистой корки при строительной откачке, а скважины водоснабжения разглинизировали через промывочные окна в отстойниках.
Исследование фильтров в различных модификациях. Гравитационно-щелевые фильтры в зависимости от гидрогеологических условий устанавливали по схеме гравитационного и корзинчатого, а также использовали в качестве каркасов обсыпных гравийных фильтров.
По схеме корзинчатого фильтр применяли в водоносных породах, сложенных пылеватыми, тонко- и мелкозернистыми песками, а также в супесях с прослойками песков. Водоприемные отверстия заполняли отсортированным крупнозернистым песком и гравием. При испытаниях следовало установить технологию монтажа фильтров в скважины при роторном и ударно-канатном бурении, надежность защиты их от пескования.
В 1964 г. скважина ЗВ была построена роторным способом в совхозе 4 в Голодной степи в водоносных породах, представленных тонкозернистыми песками с прослойками глин и суглинков (е?50=0,03; /6о = 0,07 мм, коэффициент неоднородности 35, проводимость 47 м2/сут). Глубина скважины 107 м, диаметр бурения 0,243 м, интервал установки фильтра от 79 до 101 м. Подземные воды по составу отличались повышенной минерализацией — 4 г/л, хлоридов содержалось 2,6 и сульфатов 1 г/л. Пластмассовый фильтр диаметром 170/120 мм монтировали на перфорированных трубах (см. рис. 42). Материал фильтра — пресс-порошок К-214-2. В водоприемные отверстия на поверхности земли засыпали отсортированный гравий. Крупность гравия подбирали по коэффициенту межслойности 6,65. При установке фильтра вода постепенно наполняла внутреннюю часть колонны через заполненные гравием отверстия. фильтр работал устойчиво, надежно защищая скважину от пескования. Испытания таких же фильтров, смонтированных без внутренней трубы на стяжных болтах, проводили в скважине 61а, построенной комбинированным способом в районе г. Слуцка. Геолого-технический разрез ее показан на рисунке 46. Водоносные породы представлены пыле-ватыми и мелкозернистыми песками: с/5О=0,27 мм, й10 — =0,06 мм, коэффициент неоднородности 5,8, проводимость 110м2/сут, коэффициент фильтрации 7,65 м/сут.
Описание пород
Абсолютная отметка устья
Бурение станком УРБ-ЗАМ сплошным забоем без отбора керна (супесчано-суглинистые отложения)
Суглинок серый моренный с мелким гравием до 10-15%
Глина темно-серая до черной, плотная, туголластиуная, с редкой плохообттанной галькой
Суглинок светло-серый с коричневатым оттенком, тяжелый, с тонними прослойками песка серого тонкозернистого
Песок серий тонко-и мелкозернистый, кварцевый с глинистым материалом. Порода водоносная
Супесь зеленовато - серая, глау-конитовая, очень плотная
В водоприемные отверстия засыпали отсеянный песок с диаметром зерен от 1,5 до 4 мм, коэффициент межслой-ности 10,4. После установки фильтра на забой подъем обсадных труб происходил без каких-либо осложнений. При откачке скважина работала устойчиво, без пескова-ния, дебит составлял 10,8 л/с, удельный дебит 2 л/с-м. Преимущество фильтров было особенно очевидным, так как соседние скважины, оборудованные сетчатыми фильтрами, песковали с образованием провальных воронок.
В крупнозернистых песках фильтры-каркасы применяли по схеме гравитационных фильтров. В 1966 г. з г. Ленинакане (скважина 48, молочный завод) впервые был установлен гравитационный фильтр, изготовленный из волокнита (рис. 43, а). Глубина скважины 31 м, диаметр обсадных труб 377 мм, диаметр фильтра 290/226 мм. Водоносный горизонт в интервале от 14 до 25 м представлен крупнозернистыми песками с галькой 5о=0,9, с?ю=0,28, коэффициент неоднородности 5,4, проводимость 1400 м2/сут, коэффициент фильтрации 148 м/сут. Геолого-технический разрез скважины 48 приведен на рисунке 47. На рисунке 48 показан график гранулометрического состава пород на глубине 19 и 22 м и выноса из скважины

После установки фильтра и подъема обсадных труб порода приходила в контакт непосредственно с наружной поверхностью фильтра. При откачке вначале отмечался вынос мелкозернистых фракций, который вскоре прекратился. В период эксплуатации скважина отличалась хорошими и устойчивыми показателями производительности:
1966 г. 1967 г. 1972 г .
Дебит, л/с 11,2 10,9 11,0
Удельный дебит, л/с-м . . 18,8 18,8 18,5
Представляет интерес сравнительная характеристика водозахватной способности этих скважин с другими скважинами водозабора, оборудованными сетчатым и каркасно-стержневыми фильтрами. Преимущество фильтров каркасно-стерж-невых из нержавеющей стали и пластмассовых фильтров-каркасов конструкции МГМИ по схеме гравитационных представлялось достаточно убедительным. В водоносных горизонтах в мелкозернистых песках (е?50 менее 0,15 мм) фильтры применяли в качестве гравийно-обсыпных. Их устанавливали по схеме гравитационных с гравийной засыпкой (с входом воды снизу вверх). Такие скважины были построены на стационаре ВНИИВОДГЕО (скважина 5), в Голодной степи (скважина 57), в Латвийской ССР: на острове Луцавас (скважины 1 и 2), на полуострове Колка (скважина 1), на водозаборах «Гауя-экспериментальная» (скважина 6а) и «Югла» (скважина 16), а также скважины в Новосибирской и Куйбышевской областях. Описание условий работы Колкского водозабора приведено в § 1. Водозабор обслуживает крупное рыбоконсервное предприятие. Здесь скважины выходили из строя через два года эксплуатации из-за коррозионного разрушения фильтров. Во время ремонтных работ на скважине 1 вместо извлеченного проволочного фильтра (см. рис. 17) применили пластмассовый фильтр-каркас диаметром 170/150 мм из декорро-зита. Глубина скважины 25 м. Водоносный горизонт в интервалах от 9,25 до 11,25 м и от 11,50 до 15,75 м представлен мелкозернистыми песками (50=0,16, к10 = =0,09, коэффициент неоднородности 2 проводимость 128 м2/сут, коэффициент фильтрации 16,3 м/сут). Длина рабочей части фильтра 6 м, диаметр обсадных труб 325 мм. Гравийная обсыпка: Е>50=1,3, Ею=0,35, коэффициент неоднородности 4, коэффициент межслойности 8,13. Наблюдения показали, что фильтр работает надежно, обеспечивая устойчивый дебит:
Дебит, л/с
Удельный дебит, л/с-м
1,4
0,54 2,0
0,52
В Новосибирской области (с. Боровое) скважина, оборудованная металлическим проволочным (на перфорированном каркасе) фильтром, через 1,5 года эксплуатации вышла из строя. Глубина скважины 50 м. Эксплуатационная колонна диаметром 273 мм зацементирована до глубины 35 м. фильтр диаметром 168 мм, длиной 6 м установлен впотай в интервале от 41 до 47 м. Состав подземных вод: бикарбонат-ионы 707,6 мг/л, хлориды 4,0, сульфаты 4,0, кальций 78, магний 43,5 и натрий 96,6 мг/л, жесткость общая 7,5 мг-экв/л, сухой остаток 561 мг/л, индекс насыщения отрицательный — 0,98. Из-за коррозионной активности слабоминерализованных подземных вод металлические фильтры и трубы разрушались.
В 1969 г. рядом с этой скважиной была построена новая с пластмассовым гравитационным каркасом конструкции МГМИ (см. рис. 44). Глубина скважины 54 м, конечный диаметр бурения 0,398 м, диаметр фильтра 290/226 мм, материал — волокнит. фильтр установлен в интервале от 42 до 51 м, длина рабочей части 7,5 м. Мелкозернистый водоносный песок отличался следующими показателями: й50=0,2, е?10=0,06, неоднородность 6,6, проводимость 550 м2/сут, коэффициент фильтрации 24 м/сут. Гравийная обсыпка: )5о=2,6, О10—1,2, коэффициент межслойности 13. Скважина дала устойчивый дебит:
1969 г.
1972 г.
Дебит, л/с Удельный дебит, л/с-м
22,4 2,76 11,1
2,78
Гравитационно-щелевые каркасы применяли с гравийной обсыпкой при установке их по схеме корзинчатых фильтров с входом воды в направлении сверху вниз. Известно, что при подъеме обсадных труб и откачке часто происходит сползание гравийной засыпки, обнажение каркаса и в результате пескование. В таких случаях целесообразно устанавливать каркас по схеме корзинчатого фильтра. Тогда подобные явления сводятся к минимуму, так как в наклонных водоприемных отверстиях накапливаются зерна породы или засыпки, препятствующие пескованию. Подобную установку фильтров успешно осуществляли в г. Ленинакане (скважина 49) и на стационаре ВОДГЕО (скважина 4).
Таким образом, опытно-производственными испытаниями гравитационно-щелевых фильтров была установлена возможность установки фильтров по схеме корзин-чатых. Гидравлическое сопротивление фильтров, установленных по схеме гравитационных, было незначительным, что обусловливало повышенный дебит скважин. Фильтры целесообразно применять также в качестве гравийно-обсыпных каркасов. При этом их можно устанавливать по схеме гравитационных с входом воды в направлении снизу вверх и по схеме корзинчатых каркасов с входом воды сверху вниз.
Фильтры с горизонтальными сужающимися отверстиями испытывали в основном в дренажных скважинах большого диаметра. Исследования фильтров были .начаты в 1965 г. в Голодной степи (скважина 52, совхоз 4), а в 1966 г. в совхозе 17 (скважина 556). В 1968 г. испытания фильтров проводили в Араздаянской степи (скважина 2). Затем опытно-производственные испытания фильтров выполняли на водозаборах Латвии. Глубина скважин составляла от 18 до 104 м, диаметр бурения от 0,3 до 1,0 м, диаметр фильтров 310/260 и 150/110 мм, материал — волокнит и пресс-порошок К-214-2. Длина рабочей части фильтров от 5 до 47,6 м.
В 1971 г. построена скважина 176/71 с пластмассовым фильтром. Диаметр фильтра 150/110 мм, длина рабочей части 6 м, материал — пресс-порошок К-214-2, глубина скважины 20 м, конечный диаметр обсадных труб 0,325 м. Водоносный песок имел следующие показатели: 50=0,38, 10=0,15, коэффициент неоднородности 2,74. Гравийная обсыпка подобрана с коэффициентом межслойности 7,1. Состав подземных вод отличался отрицательным показателем стабильности —0,8, высоким содержанием железа — 6,78 мг/л; содержание хлоридов составляло 98 мг/л, сульфатов — 81,8 мг/л, что обусловливало их повышенную коррозионную активность. Фильтры соседних скважин, установленные также с гравийной обсыпкой, вышли из строя. В то же время скважина 176/71 работала надежно, с устойчивыми показателями производительности:
1974 г.
Дебит, л/с 4,0 4,5
Удельный дебит, л/с-м 1,5 1,4
В 1972 г. в скважинах вертикального дренажа 30, 31 и 33 в Голодной степи в совхозах 18 и 19 были установлены пластмассовые фильтры-каркасы, изготовленные на Гулистанском заводе. Материал — волокнит, армированный стекловолокном. Глубина скважин соответственно 90, 54 и 97 м, длина рабочей части фильтров 47,7, 45 и 39 м, диаметр 310/260 мм, диаметр бурения 1,0 м. При бурении этих скважин роторным способом с обратной промывкой водоносные тонкозернистые пески, чередующиеся прослойками глин, суглинков и супесей, были вскрыты на глубинах от 25 до 40 м, от 62 до 75 м и от 80 до 100 м. Гравийную обсыпку подбирали по методике МГМИ, разработанной в предыдущие годы.
Продолжительность разглинизации и освоения скважин составляла 10—15 машино-смен, т. е. почти в 3 раза меньше скважин, построенных роторным способом с прямой промывкой. Были получены следующие результаты по скважинам:
30 33 31
Дебит, л/с 34 31 25
Удельный дебит, л/с-м . . 4,25 3 88 2
Испытания пластмассовых фильтров-каркасов с горизонтальными сужающимися отверстиями установили, что их гидравлические сопротивления за счет повышенной скважности незначительные.
Исследование эффективности работы скважин, оборудованных пластмассовыми фильтрами. Эффективность работы скважин изучали по опытным и эксплуатационным откачкам путем оценки удельного дебита, дополнительного сопротивления и изменения их во времени. Проводили сравнительную характеристику работы опытных скважин с соседними скважинами, оборудованными фильтрами других конструкций. Предварительно изучали гидрогеологические условия объектов, выбранных для испытаний. Бурение опытных скважин проводили с отбором проб грунта, определяли фильтрационные параметры пластов, химический состав подземных вод и т. п. По данным откачек строили индикаторные кривые, определяли удельные дебиты и дополнительные сопротивления скважин.
Общее дополнительное сопротивление С, обусловленное несовершенством скважин по степени и характеру вскрытия, находили с помощью замеров уровней при откачках в опытной и наблюдательной скважинах и из формулы:
где К — коэффициент фильтрации; М — мощность пласта; 5 — понижение;
N — безразмерное сопротивление, обусловленное движением жидкости к совершенной скважине и определяемое граничными условиями; С — общее дополнительное сопротивление, связанное с несовершенством и равное Ст + С2; здесь С— сопротивление, обусловленное несовершенством по степени вскрытия пласта, Сг — сопротивление на несовершенство по характеру вскрытия.

Сравнительные данные по сопротивлению гравитационных и гравийных фильтров были получены в результате опытных работ, проведенных на водозаборе г. Лени-накана. Скважина 48 пробурена для водоснабжения молочного завода (см. рис. 43). Геолого-технический разрез ее представлен на рисунке 47. Обе скважины пробурены ударно-канатным способом станком УКС-22 при конечных диаметрах 0,426 и 0,478 м. Расстояние между скважинами 200 м. Скважина 48 оборудована пластмассовым фильтром гравитационного типа (без обсыпки) диаметром 290 мм, длина его 9,4 м. Материал— волокнит. Скважина 41 оборудована дырчатым фильтром диаметром 325 мм, длина его 9,5 м с гравийной засыпкой толщиной 7,5 см. Перед пуском скважин в эксплуатацию была проведена откачка в течение 10 суток. Величину проводимости пласта определяли по результатам наблюдений за восстановлением уровня после остановки откачки: /СМ=1430 м2/сут. Коэффициент водоотдачи лв=0,117 (по Б. Кожерскому). График гранулометрического состава дан на рисунке 48. Результаты обработки данных приведены в таблице 17.
Скважина 48, оборудованная гравитационным фильтром, имеет большую производительность и минимальные сопротивления прифильтровой зоны.
Эффективность работы пластмассовых фильтров, работающих в качестве гравийно-обсыпных фильтров по схеме гравитационных и корзинчатых каркасов, исследовали на Горьковском стационаре ВНИИВОДГЕО, а также в Латвии, Новосибирской и Куйбышевской областях. Пластмассовые фильтры МГМИ удовлетворительно работали в агрессивных водах с неустойчивым химическим составом па стационаре ВНИИВОДГЕО в Горьков-ской области, Латвии, Голодной степи и в Куйбышевской области. Данные о работе пластмассовых фильтров-каркасов в условиях Горьковской области, где подземные воды гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, содержат закисное железо (до 12 мг/л) и сероводород, представлены в таблице 18 (по данным ВОДГЕО).
Фильтры МГМИ с горизонтальными сужающимися отверстиями прошли всесторонние опытно-производственные испытания на скважинах большого диаметра. Сведения о работе водозабора приведены на странице 62—64. В равных гидрогеологических условиях удельные дебиты старой, вышедшей из строя скважины с сетчатым фильтром и новой скважины были почти одинаковы. Но срок службы пластмассового фильтра МГМИ более чем в 4 раза выше металлического сетчатого каркаса. Новая скважина продолжает работать уже более восьми лет.
Долговременные испытания в Голодной степи (с 1964 г.), Латвии (с 1967 г.), в Новосибирской (с 1969 г.) и Куйбышевской (с 1971 г.) областях показали, что нарастание сопротивлений у пластмассовых фильтров-каркасов идет медленнее, чем у фильтров других конструкций из металла. Срок их службы выше сетчатых, кожуховых, щелевых, дырчатых и проволочных фильтров из металла.
При оценке экономической эффективности пластмассовые фильтры-каркасы МГМИ сопоставляли с дырчатыми и проволочными фильтрами из металла по минимуму затрат, приведенных к годовой размерности (по СН 423—71). Применение пластмассовых фильтров по сравнению с металлическими дает снижение приведенных затрат в среднем на 250 тыс. руб. (в расчете на 1,2 тыс. м фильтров). Пластмассовые фильтры МГМИ внедряются организациями Министерства геологии и охраны недр СССР и Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР. .
    

зеркало starda casino