ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Выбор способа и разновидности бурения скважины.

Методические указания

По проектированию бурения и сооружения

Гидрогеологических скважин

(для студентов РГ)

Введение

В своей производственной деятельности специалисты гидрогеологи и инженерные геологи практически постоянно в той или иной форме сталкиваются с проектированием, бурением, освоением и использованием буровых скважин.

Без бурения скважин невозможно проводить инженерно-геологические исследования.

Водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий в значительной части обеспечивается за счет подземных вод, добываемых на поверхность с помощью водозаборных скважин.

Для контроля за работой водозаборных скважин бурятся наблюдательные скважины.

Разведка поземных вод выполняется бурением разведочных скважин.

Исследование возможных водопроявлений в геологическом разрезе, необходимое при проектировании горных предприятий и крупных строительных и инженерных сооружений, обеспечивается бурением гидрогеологических, дренажных, понизительных скважин.

Во всех работах по проектированию, бурению и освоению таких скважин самое деятельное участие принимают гидрогеологи.

В процессе освоения курса «бурение скважин» студент гидрогеолог должен составить проект на бурение и освоение гидрогеологической разведочной или водозаборной скважины. При этом, кроме обычных водозаборных скважин, гидрогеологи должны уметь участвовать в составлении проекта на бурение глубоких водозаборных скважин на рассолы, минеральные и термальные воды.

Курсовой проект выполняется по заданию, выдаваемому преподавателем, в котором приводится: назначение скважины, геологический разрез, предполагаемый дебит скважины, возможное понижение, а также характеристика других пластов, в которых возможны водопроявления.

Проект выполняется в следующей последовательности.

Содержание курсового проекта на бурение скважины для РГ.

1. Назначение скважины, цель и заданные параметры. Глубина скважины. Планируемый дебит возможное понижение. Анализ продуктивного горизонта, других пластов с водопроявлениями. Необходимость или нет наблюдательных скважин. Срок службы для эксплуатационных скважин.

2. Подробная характеристика геологического разреза с анализом зон возможных водопроявлений и зон возможных осложнений.

Характеристика продуктивного горизонта с позиций его вскрытия, оборудования и эксплуатации. Возможные способы вскрытия водоносного горизонта

3. Выбор способа и разновидности бурения

4. Обоснование конструкции скважины

4.1 выбор фильтровой или безфильтровой скважины;

4.2 при выборе безфильтровой скважины расчет водоприемной полости;

4.3 выбор типа и параметров фильтра

4.4. Выбор погружного насоса или другого водоподъемного средства

4.5. Определение конечного диаметра скважины

4.6. Построение конструкции скважины

5. Выбор очистного агента

5.1. При выборе промывочной жидкости выбор ее параметров и способов ее обработки

5. 2. При выборе пены ее параметры и способы ее получения и разрушения

6 Выбор буровой установки и бурового инструмента

7. Выбор параметров режима бурения.

8. Выбор способов изоляции горизонтов, способы цементации колонн обсадных труб

9. Способ вскрытия водоносного горизонта.

10. Способы освоения водоносного горизонта, расчет эрлифта или водоструйного насоса..

11. Способ ликвидации скважины.

12. Выполнение экологических требований, связанных с бурением и эксплуатацией скважины. Обоснование санитарной зоны.

13 Составление геолого-технического наряда на бурение скважины

Характеристика геологического разреза с анализом зон возможных водопроявлений.

В этом разделе надо оценить свойства пород каждого пласта с точки зрения их буримости, устойчивости водопроницаемости и водонасыщенности.

Оценить возможные осложнения при бурении скважины: устойчивость стенок скважины, возможные поглощения, разбухание породы и сужение ствола скважины. Особое внимание уделить зонам водопроявлениний с оценкой их пористости, проницаемости, скорости фильтрации, возможности использования для водоснабжения или необходимости изоляции.

Характеристика продуктивного горизонта с позиций его вскрытия, оборудования и эксплуатации.

Подробная характеристика пород самого продуктивного пласта и пород кровли и подстилающих. Параметры продуктивного горизонта – гранулометрический состав, пористость, проницаемость, скорость фильтрации, возможный дебит скважины, возможное понижение уровня. Такой же анализ надо сделать и для промежуточных пластов с водопроявлениями с оценкой возможности их использования для водоснабжения при необходимости

Оценить потребительские свойства вод продуктивного и промежуточных горизонтов, пригодность вод для питьевого и технического применения. Оценить коррозионную способность вод.

Выбор способа и разновидности бурения скважины.

			С двойной колонной труб	Для бурения геологоразведочных и гидрогеологических скважин с гидротранспортом керна или шлама	Получение качественной геологической и гидрогеологической информации. Высокая скорость бурения.	Требуется специальное оборудование.
С продувкой или с ГЖС	Вращательное	С использованием аэрированной жидкости	Для борьбы с поглощением при статическом уровне немного ниже устья скважины	Ликвидация поглощения промывочной жидкости	Необходимость компрессора
С продувкой воздухом	В устойчивых породах без водопроявлений выше водоносного пласта	Не нужны вода и дорогие реагенты; высокая скорость бурения; хорошее опробование и вскрытие водоносного пласта; хорошо в мерзлых породах	Не закрепляет стенки скважины; осложнения при водопроявлениях, не удерживает шлам при остановке циркуляции
С использованием пены	В устойчивых породах при наличии небольших водопроявлений	Те же что и с продувкой, плюс улучшает вынос шлама и не боится слабых водопроявлений	Требуется дополнительное оборудование и химреагенты.
Ударно-вращательное	Пневмоударником с продувкой воздухом	Тоже, что и с продувкой, но при наличии прослоек твердых скальных пород	Те же что и с продувкой плюс выше скорость бурения в твердых породах	Требуется дополнительный инструмент.
Пневмоударное с применением пены	То же плюс возможность бурения при небольших водопроявлениях	Те же и лучший вынос шлама	Требуется дополнительное оборудование

4. .Выбор варианта вскрытия водоносного горизонта – фильтровой или безфильтровой вариант. При фильтровом варианте выбрать тип фильтра.

Исходя из анализа состояния и свойств пород продуктивного пласта и пород пласта кровли водоносного горизонта, обосновать возможность или невозможность создать водоприемную часть скважины без установки фильтра. Сооружение безфильтровой скважины возможно в двух случаях. Первый - если водоносный горизонт представлен твердыми скальными трещиноватыми или пористыми породами, в которых сохраняется устойчивость стенок скважины. В таких породах водоприемная часть скважины может оставаться открытой. В твердых породах, в которых возможно обрушение стенок скважины, может устанавливаться перфорированная труба с крупными круглыми или щелевыми отверстиями.

Второй случай, когда водоносный горизонт представлен обломочными породами – песок, песчаногравийные породы, а кровля водоносного пласта представлена устойчивыми к обрушению породами, может быть создана безфильтровая приемная часть скважины, за счет размыва и выноса сыпучего материала из водоносного пласта и образования воронки с устойчивыми откосами. (Рис. 1)

При выборе варианта оборудования водоприемной части скважины надо учитывать, что фильтры, кроме первоначального сопротивления пропуску воды, со временем кальматируются и их пропускная способность снижается.

При невозможности устройства безфильтровой скважины в продуктивном пласте в скважине устанавливается фильтр.

В зависимости от гранулометрического состава, состояния и других физико-механических свойств породы водоносного пласта, для приема воды в продуктивном горизонте устанавливается фильтр той или иной конструкции. В рекомендуемой литературе [ 1. стр. 442 – 472] приводятся характеристики и условия применения 23 типов фильтров.

Выбранный фильтр может быть с гравийной отсыпкой или без нее. В настоящее время в большинстве случаев применяются фильтры разных конструкций и из разных материалов, но с гравийной обсыпкой. Гравийная обсыпка позволяет значительно улучшить фильтрационные свойства и тем самым повысить дебит скважины, но, главное, гравийные и гравийно-засыпные фильтры значительно меньше подвергнуты кальматации и, следовательно, более долговечны в эксплуатации. Дополнительную информацию о типах фильтров можно получить в литературе [2 стр. 215 - 259] В данной главе только обосновывается выбор типа фильтра. Расчет параметров фильтра выполняется в главе 4. Подробно технология установки фильтра и выполнение гравийной отсыпки приводятся в главе 10.

4. Расчет размеров фильтра или полости зоны питания при безфильтровой скважине.

4. 1. Расчет размеров фильтра производится в начальной стадии проектирования бурения водозаборной скважины, поскольку от наружного диаметра фильтра зависит конечный диаметр скважины и построение конструкции скважины. От конструкции скважины зависит выбор технических средств и технологии бурения скважины.

Длина и диаметр фильтра определяется в зависимости от мощности продуктивного пласта, состава и фильтрационных свойств пород водоносного слоя, заданного дебита скважины и возможного понижения уровня. При установке фильтра в пластах мощностью менее 10 метров, фильтр рекомендуется устанавливать на всю мощность пласта. В водоносных горизонтах мощностью более 10 метров длина рабочей части фильтра определяется с учетом водопроницаемости пород, производительности скважины и конструкции фильтра. Рабочую часть фильтра следует устанавливать против участков, обладающих наибольшей водопроницаемостью. Рабочая часть фильтра должна устанавливаться на расстоянии не менее 0,5 – 1 м от кровли и подошвы водоносного пласта.

При наличии в скважине нескольких продуктивных водоносных горизонтов рабочие части фильтров устанавливаются в каждом водоносном горизонте и соединяются между собой глухими трубами.

При установке фильтра «впотай», верхняя глухая часть фильтра должна находиться выше башмака обсадной колонны не менее чем на 3 м. Между обсадной колонной и надфильтровой трубой должен быть установлен сальник или кольцевой тампон. Длина отстойника принимается не менее 1 – 2 м.

По условиям ремонта скважин минимальный диаметр каркаса фильтра следует принимать не менее 80 – 100 мм.

Наружный диаметр должен обеспечивать его свободный спуск внутрь обсадной колонны с зазором не менее 10 мм. Зазор между стенками скважины и фильтром должен быть не менее 30 – 50 мм.

Ориентировочный расчет диаметра фильтра производится по формуле:

D = αQ/L,

где D – диаметр фильтра, мм;

α – коэффициент, характеризующий фильтрационные свойства водоносного пласта;

Q– Проектный дебит скважины, м^3//ч;

L – длина фильтра, м.

Для слабопроницаемых пород (мелкие пески, слаботрещиноватые породы) α = 80;дляпород средней проницаемости (пески среднезернистые, трещиноватые скальные породы) α = 50; для сильнопроницаемых пород (песчано-гроавийные отложения, сильнотрещиноватые скальные породы) α = 30.

Если выбран сетчатый фильтр, то его конструкция состоит из каркаса (трубы стандартного размера) проволочной обмотки и сетки. Расчетный диаметр фильтра будет

Dф. = Dтр. + 2dпр.

Гдеdпр. –диаметр проволоки, мм (толщиной сетки можно пренебречь)

Если выбран фильтр с гравийной обсыпкой, формируемый на забое, то его конструкция и диаметр определяется выражением:

Dф. = Dтр. + 2dпр +2δгр.

где: δгр. толщина слоя гравийной обсыпки - не менее 50 мм до 200 мм.

4. 2. Расчет параметров бесфильтровой скважины.

Расчет бесфильтровой скважины проводится для определения размеров полости, обеспечивающей необходимую пропускную способность и выяснения устойчивости кровли сформированной полости:

Q = F ∙ Vф ,

где:

Q –дебит скважины, м³/ч

Vф –скорость фильтрации, м/ч.

F –площадь боковой поверхности полости. м²

F = π∙ R∙ j = π∙ R² / cosα

где α – угол естественного откоса (α = 20-25^о)

Входная скорость фильтрации Vф = η₁ ∙η₂ ∙ К (1 - p)(γп - 1), м/сутки, (м/24час)

Где: η₁ –коэффициент запаса (= 0,7 – 0,8);

η₂ –коэффициент уменьшения скорости фильтрации в песках в зависимости от угла естественного откоса, равный для мелкозернистого песка 0,9, среднезернистого песка – 0,8, крупнозернистого песка – 0,74;

p - пористость, для песков (0,3 – 0,4);

К - коэффициент фильтрации, м/сутки;

γп -относительная плотность пород водоносного пласта (γп = 2-2,5)

Отсюда радиус полости: R =

Устойчивость пород кровли определяется следующим образом:

h1 = R/ƒ, м,

где: h1 –высота свода естественного равновесия пород кровли, м.

ƒ –коэффициент крепости пород, (ƒ = ).

Породы кровли обрушаться не будут, если давление воды снизу на непроницаемую кровлю будет больше силы тяжести столба породы в пределах свода естественного равновесия

h1 ∙ γк ≤ (H – S)γв

где:

Н –превышение статического уровня воды над кровлей водоносного горизонта, м;

S –понижение уровня в скважине при откачке, м;

γк –Относительная плотность породы кровли (γк = 2,5 – 3,0).

(Н – S) –динамический уровень, м.

Отсюда условие устойчивости кровли водоносного пласта в бесфильтровой скважине:

R < , м

Дополнительным условием устойчивости пород кровли является условие:

h₁ ≤ 0,75 L, м

гдеL –мощность устойчивых пород кровли, м.

Если оба приведенных неравенства выполняются, породы кровли (в случае их непроницаемости) не обрушаются и бесфильтровую скважину проектировать можно.