|
| ||
| Бурение скважин на воду | Технология | Оборудование | Цены | Фото и видео | Техническая литература | ||
 | ||
|
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 С ПРЯМОЙ ПРОМЫВКОЙ ВОДОЙОглавление книги - Бурение скважин на водуГ лава VIВСКРЫТИЕ И ОСВОЕНИЕ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ БУРЕНИЕ СКВАЖИН С ПРЯМОЙ ПРОМЫВКОЙ ВОДОЙ Главный недостаток вращательного способа бурения с глинистым раствором — трудность восстановления проницаемости прифильтровых зон. Этот процесс, как известно, требует применения специальных методов и средств, которые в большинстве случаев весьма трудоемки, дорогостоящи и не всегда обеспечивают положительный результат. Поэтому во многих организациях переходят на бурение с прямой промывкой водой. Если в устойчивых породах это не вызывает каких-либо осложнений, то при проходке рыхлых отложений на первых порах довольно часты случаи обвалов стенок скважины и прихватов бурового снаряда. Д. Н. Башкатовым, Г. П. Квашниным и другими было предложено вскрывать рыхлые водовмещающие породы с противодавлением на пласт. Суть предложения сводилась к тому, что при бурении поддерживалось определенное противодавление на пласт за счет долива воды через устье скважины Бурение скважин в рыхлых отложениях с водой проводилось и ранее в Курской, Воронежской и Саратовской областях, в Западной Сибири и других районах. Данное предложение отличалось тем, что бурение проводили либо в устойчивых песках, либо в слабонапорных водоносных горизонтах, либо при использовании естественных растворов, когда вскрытие пласта осуществлялось естественным глинистым раствором. Напряжения, возникающие в породе, с достаточной точностью определяют по уточненной формуле Кулона: где уп — ф — А — °* = (Т- К - А)^ - \] + А - Ар тР. (84) плотность породы, глубина залегания, угол внутреннего трения; пластовое давление; высота и плотность промывочного раствора. Устойчивость стенок скважины наблюдается при о"2 сгп, где [оп^ — предел прочности породы при одноосном сжатии. На основании решения В. Г. Березанцева, уточненного Г. М. Мариупольским, Н. Д. Бессоновым и Ю. М. Носовским, радиальное давление, которое должно быть уравновешено гидростатическим давлением столба промывочной жидкости, определяют по следующей формуле: где ф1 и фг — углы внутреннего трения породы соответственно для двух слоев пород, С\ и С2 — коэффициенты бокового распора соответственно для двух слоев пород, Я — глубина залегания водоносного слоя; т — мощность водоносного слоя. Анализ показывает, что наибольшие напряжения возникают в слабонапорных пластах и при снижении уровня промывочной жидкости в стволе скважины. Последнее обстоятельство следует особенно тщательно учитывать в процессе бурения и при спуско-подъемных операциях проводить постоянный долив воды, не допуская снижения уровня ниже установленного шачения (1,5— 3,0 м). Исследования по данной технологии были выполнены на опытном полигоне ВСЕГИНГЕО в 1970—1972 гг. Бурение проводили буровой установкой УРБ-ЗАМ. Давление на забой осуществлялось массой бурильной колонны. Количество промывочной жидкости, подаваемой на забой, было постоянным. Для долива использовали специальную емкость объемом 1 м3, оснащенную мерной рейкой. Расход промывочной жидкости замерили в отстойнике размером 1,65X1,65X1,15 м с помощью мерной рейки, проводили также замеры потерь промывочной жидкости. Применяемый способ учета потерь промывочной жидкости обеспечивал точность измерений с ошибкой до 10%. Перед каждым наращиванием бурового снаряда скважину промывали до прекращения выноса песка в течение 5—7 минут. Спуск фильтровой колонны также проводили при постоянном доливе воды и поддержании гидростатического напора на отметке устья скважины. Всего было пробурено 15 скважин. После окончания первых экспериментальных работ с целью всесторонней проверки данного способа вскрытия водовмещающих пород были пробурены скважины, в которых установили следующие фильтры: сетчатый диаметром 108 мм при длине рабочей части 4 м, тарельчатый диаметром 108 мм при длине рабочей части 2,62 м. Две скважины были оборудованы фильтрами с коническими отверстиями (ФКО) диаметром 108 мм. Бурение скважины прошло без осложнений. Результаты опытных откачек приведены в таблице 28 и на рисунке 61. Эффективность данного способа подтвердилась при производстве работ в Саратовской, Тамбовской, Новосибирской и других областях. Так, по разработанной методике в Волжской экспедиции Гипроводхоза было пробурено около 100 скважин глубиной от 50 до 135 м. Скважины бурили трехшарошечными долотами № 10 и 5. До кровли водоносного горизонта бурение вели на естественном глинистом растворе, через каждые 5 м проходки раствор разбавляли водой и полностью его заменяли на воду при вскрытии водоносного пласта. Мощность водоносного горизонта, вскрытая скважинами, различная (54,0; 38,1; 30,0 и 10,0 м). В процессе бурения по водоносным пластам проводили замер расхода воды на бурение всего горизонта. Расход воды составил: при мощности 54,0 м — 4,4 м3; при 38,1 м — 3,80; при 30,0 м — 2,04; при 10,0 м — 0,55 м3. В процессе бурения проводили хронометраж механической скорости бурения и расхода воды. Расход воды на бурение всей скважины составлял 4—-10 м3. Механическая скорость колебалась от 15 до 100 м/ч. Сравнительные данные по скважинам приведены в таблице 29. Таблица 29 Сравнительные данные результатов бурения скважин с водой и глинистым раствором Характеристика водоносных пород В Тамбовской ПМК треста «Бурводсельстрой», в ПМК-П треста «Курскмелиоводстрой» вскрытие водоносных горизонтов проводят с промывкой водой. Водоносные горизонты Тамбовской и Курской областей представлены разнозернистьши песками, в основном мелко- и среднезернистыми. Мощности водоносных горизонтов от 7 до 30 м со статическим уровнем от 5 до 70 м от поверхности земли. Дебиты скважин колеблются от 5 до 50 м3/ч. Глубина залегания водоносных пластов от 30 до 150 м. В Тамбовской области применяют одноколонную конструкцию скважин, в Курской — двухколонную с извлекаемым кондуктором. Диаметры эксплуатационных колонок 168—325 мм. Фильтры устанавливают впотай. 8 Тамбовской области используют фильтры с гравийной обсыпкой, в Курской — сетчатые. Расходы воды для условий этих областей при вскрытии и оборудовании водоносного пласта фильтром составляют от 3 до 10 м3. До водоносного пласта бурение ведут с промывкой глинистым раствором, затем устанавливают технические (эксплуатационные) колонны с цементацией до устья. Водоносный горизонт вскрывают и бурят с промывкой водой. По данным Т. И. Ставиновой, на Ростовском участке Ивановской геологоразведочной экспедиции бурение скважин с водой при постоянном доливе воды на устье позволило увеличить удельные дебиты скважин с 0,15 л/с в случае применения глинистого раствора до 1,85 л/с при новой технологии. Лабораторные исследования показали, что устойчивость стенок скважин при прочих равных условиях в крупнозернистых песках выше, чем в мелкозернистых. Это, очевидно, объясняется несколько большим фильтрационным давлением на частицы песка со стороны фильтрующегося в пласт потока. Исследования показали, что при перепаде давления на пласт М>1,5—3,0 м устойчивость стенок скважины сохраняется. При бурении скважин с водой наблюдения за ее поглощением позволяют получить данные о фильтрационных свойствах водоносных пород, что бывает необходимо при выборе наиболее благоприятных участков установки фильтра. В первом приближении такие расчеты выполняют по формуле (Башкатов и др., 1972): Г=1,2 70, (86) где Т — водопроводимость пород, м2/сут; с70—водопоглощение при понижении уровня 5=1 м, м3/сут. гце К — коэффициент фильтрации, m — мощность пласта, м Расчеты, выполненные по этой методике, показали хорошую сходимость показателя коэффициента фильтрации с данными опытных откачек В тресте «Молдбурвод» разработан и успешно применяется (Башкатов, Оноприенко, 1973) оригинальный способ вскрытия и освоения мелкозернистых водоносных песков, требующих наличия контура рыхлой обсыпки Попытки получить воду из этих пород приводили либо к устойчивому пескованию скважин, либо в случае применения фильтров со значительными сопротивлениями к ничтожно малым дебитам Сущность данного способа заключается в том, что до водоносного пласта скважину бурят под оосадную колонну диаметром 273 или 324 мм, затем проводят обсадку скважины и затрубную цементацию (рис. 62). Бурение до водоносного пласта ведут по обычной технологии с применением глинистого раствора. Водоносный пласт вскрывают пилот-скважиной диаметром 112— 140 мм После этого в скваж'ине проводят стандартный геофизический каротаж и уточняют границы и зоны повышенной водообильности Пласт вскрывают с применением гидравлического способа разрушения и удаления продуктов разрушения горных пород Эксплуатационную колонну с фильтром в нижней части опускают на бурильных трубах По бурильным трубам подается вода, которая через обратный клапан попадает в затрубное пространство и поднимается к устью скважины Гравийную смесь засыпают в восходящий поток воды, и вокруг фильтра сетчатого типа образуется песчано-гравийная смесь. Чтобы предотвратить смещение эксплуатационной (фильтровой) колонны в стволе скважины и получить равномерное распределение песчано-гравийной смеси на трубах, устанавливают центрирующие фонари из полос железа шириной не менее 50 мм через каждые 5—10 м длины фильтровой колонны Г. Ф. Овчинников предложил упростить этот способ за счет того что скважина не крепится обсадной колонной до водоносного пласта, установить лишь кондуктор в верхней части ствола (рис 63)  Рис 62 Метод бурения скважин с применением гидравлического размыва пласта и песчано гравийной обсыпки фильтра а — бурение и обсадка скважины до вскрытия водоносного горизонта, б — вскрытие водоносною горизонта и песчано гравийная обсыпка фильтра, в — конструкция скважины, подготовленной к эксплуатации, / — водоносный пласт, 2 -с ствол скважины, пробуренной малым диаметром (53Л—73/«"), 3 — обсадные трубы диаметром 10—12", 4 — цементация затрубного пространства, 5 — фильтровая колонна труб диаметром 6—8", 6 — фильтр сетчатый, 7 — бурильные штанги, 8 —. левое резьбовое соединение муфты штанг с донной частью фильтра, 9 — обратный клапан, 10— направление циркуляции воды при разглини-зации водоносного пласта, // — направление движения песчано гравийной смеси при обсыпке фильтра, 12 — зафильтровое пространство, 13 — песчано гравийный фильтр, 14 — пеньковый сальник, 15 — герметизирующее приспособление После промывки в затрубное пространство засыпают песчано-гравийную смесь на 5—10 м выше кровли водоносного пласта. Песчано-гравийная смесь отделяется от оставшегося интервала ствола скважины цементным мостом. В устье скважтшы также устанавливают цементную пробку. Преимуществом этой схемы является экономия обсадных труб. Однако ее применение возможно, если ствол скважины не вскрывает другие водоносные пласты, так как  Рис 63 Метод бурения скважин с применением гидравлическою мыва пласта и песчано гравийной обсыпки фильтра (II вариант) ловные обозначения те же что на рисунке 62 в этом случае может происходить переток подземных ВОД по стволу Дебиты скважин, оборудованных по такой технологии, составляют 7—15 м3/ч Мощность водонос ных песков колеблется от 7 до 15 м, глубина статических уровней достигает 100—150 м В таких условиях могут возникнуть интенсивные поглощения промывочной жидкости Исследования (Башкатов, Оноприенко, 1973) по казали, что поглощение зависит от литологии пород и вида работ Наиболее интенсивное поглощение наблюдается при угл /бке, проработке ствола и спуско-подъемных операциях (рис 64) Весь объем поглощенной жидкости за период от начала вскрытия пласта и до окончания подъема бурового инструмента колеблется от 1,8 до 3,8 м3, что составляет 2,75—9,3% объема скважины В процессе углубки интенсивность поглощения изменяет ся от 3,5 до 6,7 л/мин, а объем поглощенной жидкости со ставляет 40—70% общего объема поглощенной жидкости за весь период работ Результаты наблюдений за по глощением воды в интервале скважины 265—276 м при диаметре бурения 450 мм и глубине статического уровня 100 м приведены в таблице 30 При избыточном гидростатическом давлении на пласт более 1 МПа поглощение не превышает 1—1,5 л/мин. Удельное водопоглощение оказалось меньше полученного при пробной откачке удельного дебита в 400 раз. Это объясняется тем, что в процессе бурения происходят поглощение промывочного раствора и кольматация пласта за счет наличия шлама в растворе и частиц глины При откачке же наблюдается удаление продуктов кольматации При вращательном и поступательном движениях бурового инструмента поглощение увеличивается более чем в 3 раза, а при проработке ствола, особенно при наличии сальника из породы над долотом, в несколько десятков раз В этом случае создаются благоприятные условия для гидравлического разрыва пласта. Чем выше гидродинамические давления на промывочный раствор, тем выше поглощение. Причем интенсивность его зависит от количества энергии, передаваемой от бурового инструмента промывочной жидкости, и ог степени совершенства гидравлической системы пласт — скважина, т. е. от проницаемости вскрываемого пласта н призабойной зоны  Рис 65 Формирование структуры гравийно обсыпного фильтра в во сходящем потоке воды а, б — начальная и конечная стадии, / — фильтровый каркас, 2 — стенки скважины, 3 — зафильтровое пространство, 4—направление движения воды в про цессе осаждения гравия, 5 — внутренний контур обсыпки, 6 — средний контур обсыпки, 7 — наружный контур обсыпки, 8~ участки максимальной крупности частиц В процессе углубки скваж'ины в водоносных песках обе величины динамически изменяются. Экспериментальные исследования и теоретические расчеты показывают, что распределение гидродинамического давления в скважине при движении колонны труб подчиняется волновым законам. Возникшие колебания постепенно затухают. Поглощение воды существенно не влияет на фильтрационные свойства призабойной зоны. Однако при бурении вода обогащается разбуренными частицами породы и глинистым материалом. Вскрытая часть пласта, поглощая воду, обогащенную частицами выбуренной породы, частично кольматируется последними и уменьшает поглотительную способность пласта. Поэтому интенсивность поглощения почти не зависит от вскрытой мощности водоносных пород. Из рисунка 64 видно, насколько существенное влияние оказывают литология пород и характер работ в стволе скважины на поглотительную способность пласта. При вскрытии водоносных песков на скважине № 171 в тресте «Молдбурвод» наблюдалось поглощение воды, равное 4 л/мин. Дальнейшая углубка скважины в подстилающие водоносный пласт глины привела к кольматации и полному прекращению поглощения при бурении, промывке и проработке ствола. При вскрытии (скважина № 558 в том же тресте) глинистых песков в подошве водоносного пласта интенсивность поглощения уменьшилась с 6 до 1,5 л/мин. Таким образом, интенсивность поглощения при вскрытии водоносных пластов с промывкой водой в значительной степени зависит от наличия глинистых минералов и прослоев глин в толще вскрываемых пород, режимов бурения и технологии спуско-подъемных операций. При проведении гравийной обсыпки в восходящем потоке воды М. Г. Оноприенко было отмечено, что поток воды, выходящий из канала в башмаке, в основном движется в затрубном пространстве между бурильными трубами и внутренними стенками каркаса фильтра (рис. 65). Меньшая часть потока воды проходит через слой гравийной обсыпки. В силу того что мелкие частицы гравия вымываются и не достигают зоны пласта, конечный состав гравийной обсыпки в зоне пласта весьма отличается от состава, который использовался при ее обсыпке. Учет этого фактора позволяет обоснованно проектировать и проводить гравийные обсыпки в скважинах. |
|