• Вскрытие водоносных горизонтов и оборудование скважин фильтрами при вращательном бурении


    Бурение скважин для воды. Монтаж оборудования для бурение скважин на воду. Киев. Киевская область.


    Вскрытие водоносного горизонта при вращательном бурении является важным технологическим приемом, от правильности выбора которого зависят достоверность получаемой гидрогеологической. Информации и дебит скважины. На эффективность вскрытия водоносного горизонта влияют:

    1) тип и способ установки фильтра в скважину:

    2) способ, режим промывки вид очистного агента.


    Типы, фильтров. Под фильтром обычно понимают специализированное устройство, устанавливаемое в скважине против водоносного горизонта, которое обеспечивает свободный доступ внутри скважины   чистой,   без   примесей,   воды   и   одновременно   предохраняет ствол скважины от обрушения.


    Фильтры устанавливают только в рыхлых не устойчивых породах. В скважину опускают фильтровую колонну, которая состоит из надфильтровой части, рабочей части, или собственного фильтра, и отстойника с пробкой. Отстойник служит для осаждения прошедших через рабочую часть фильтра частиц породы.


    Все  существующие  фильтры  могут  быть разделены  на: а)   дырчатые, или щелевые; б) сетчатые; в) гравийные; г) гравитационные.

    Для различных водоносных горизонтов рекомендуется выбирать фильтры в соответствии со снип-11-31 - 74 (табл)


    Выбор конструкции фильтра производят, исходя из условия при котором водозахватная способность фильтра f превышала ожидаемый дебит скважины q, т. Е.

    F>q       при       f = |v|f

    Где [v] - допускаемая скорость фильтрации при входе воды в фильтр, м/с;

    F - рабочая поверхность фильтра, м2; kф - коэфициэнт фильтрации пород водоносного горизонта, м/сут.

     

    Область применения фильтров по снип-п-31-74

    Водоносные породы

    Применяемые фильтры

    Полускальные неустойчивые, щебенистые и галечниковые породы с преобладающей  крупностью частиц щебня и гальки от 20 до 100 мм, более 50 % Гравий, гравелистый песок с крупностью частиц от 1 до 10 мм с преобладающей крупностью частиц от 2 до 5 мм, более 50 %.

     

     

     

     

    Пески крупные с преобладающей круп-ностью частиц 1-2 мм, более 50%.

     

     

     

     

     

     

     

    Пески средние с преобладающей крупностью   частиц   0,25-0,5 мм,   более 50%.

     

     

    Пески мелкие с преобладюащей крупкрупностью   частиц   0,1-0,25 мм,   более 50%.

    Трубчатые фильтры с круглой и щелевой перфорацией. Стержневые фильтры

     

     

     

    Трубчатые фильтры с круглой и щелевой перфорацией, с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или из штампованного стального листа. Стержневые фильтры с обмоткой проволокой  из  нержавеющей стали из штампованного листа

     

    Трубчатые фильтры с щелевой перфорацией, с водоприемной поверхностью из проволочной, обмотки, штампованного листа или сетки квадратного плетения.

    Стержневые фильтры с водоприе-мной поверхностью из проволочной обмотки, стального штампованного листа или сетки квадратного плетения

     

    Трубчатые и стрежневые фильтры из сеток гладкого (галунного) плетения. Трубчатые и стержневые фильтры с однослойной гравийной обсыпкой (гравийные фильтры).  

    Трубчатые и стержневые фильтры с однослойной, двух или трехслойной песчаной или песчаногравийной обсыпкой (гравийные фильтры).

     


    Значения коэффициента фильтрации £ф

    • Песок мелкозернистый        2-5
    • Песок среднезернистый      6-15
    • Песок крупнозернистый       16-30
    • Гравий                                       31-70
    • Галечник мелкий                    71-300
    • Галечник средний                  300-500
    • Галечник крупный                 >500


    Оборудование скважин фильтрами может производиться: а) одновременно с процессом вскрытия водоносного горизонта; б)  последовательно, при этом вначале вскрывается водоносный пласт, а затем устанавливается фильтр. Обычно первый способ применяется, когда водоносный горизонт представлен мелкими и среднезернистыми песками, в том числе и глинистыми.


    Вскрытие водоносного горизонта с одновременной установкой фильтра может осуществляться с применением гидромеханического и гидравлического способов.


    Гидромеханический способ основан на использовании специальных долот-расширителей лопастного типа (рис. 9.4, а, б), спускаемый в скважину фильтр подвешивается с помощью переходника-отсоединителя на бурильных трубах и при спуске последних не вращается. Разбуриваемая долотом-расширителем порода выносится из скважины водой по зафильтровому пространству или с помощью специального сальника по фильтровой трубе.


    Бурильные  трубы  соединяются   с  отсоединителем   полым поршнем с помощью заклепок. После установки фильтра в скважине на поршень сбрасывается шаровой клапан, и под давлением промывочной жидкости заклепки срезаются. При подъеме долота вместе с бурильными трубами лопасти долота складываются при упоре их в башмак отстойника.


    Гидравлический способ     установки фильтра в водоносный пласт может производиться традиционным способом гидроразмыва, дополнительно с сочетанием расхаживания фильтров колонны или с применением гидравлического трубного расширителя.


    При  посадке  фильтра  с  расхаживанием,  надфильтровая  труба оборудуется самоуплотняющимся сальником, снабженным плоской пружиной, прижимающей его к внутренней поверхности эксплуатационной колонны труб. Спуск и расхаживание фильтра производятся с помощью бурильных труб, которые через резьбовой (левый) отсоединитель связаны с гидромониторной насадкой. При спуске и расхаживании сальник закрыт цилиндрическим кожухом, который извлекается вместе с бурильными трубами из скважины после окончания всех бот, связанных с установкой фильтра.


    Гидравлический способ установки фильтра с помощью гидротурбинного расширителя производится в рыхлых песках под гравийную обсыпку. Спуск фильтровой колонны в скважину осуществляется на бурильных трубах при одновременной работе расширителя. Выход его из-под башмака отстойника должен быть не более чем на 0,25 м вода, поступающая в расширитель, размывает стенки скважины в зоне водоносного горизонта, образуя искусственную камеру. После установки фильтра в зафильтровое пространство (камеру) загружается песчано-гравийный материал. Отсоединение бурильных труб от фильтра производится с помощью левого переходника после чего они вместе с.гидротурбинным расширителем извлекаются из скважины.

    При большой глубине скважин и при  вскрытии  водоносного горизонта, характеризующегося высокими дебитом и напором, расширитель оставляется в скважине. В этом случае

     

    Схема гидромеханического способа установки фильтра:

     

    Переходник-отсоединитель бурильных труб устанавливается и в башмаке отстойника.

    Устройство гидротурбинного расширителя показано на рис. 9.6. Расширитель используется также для разглинизации фильтра. Сменой сопел добиваются изменения направления и

     

    Схема гидротурбинного способа установки фильтра

     

     

     

    Давления струи воды, которое может достигать до 4 мПа иногда его применяют в комбинации с двойным тампоном для усиления эффективности действия.

    Известны и другие способы установки фильтров в скважину, с одновременным вскрытием водоносного горизонта.

     

    Установка фильтров в скважину после вскрытия водоносного, горизонта, вращательным способом с прямой или обратновсасывающей промывкой.

    Последняя применяется для вскрытия, рыхлых песчаных отложений без гравия, гальки и валов.

    Сущность этого способа заключается в том, что вода самотеком поступает из емкости в скважину в кольцевое пространство между колонной бурильных труб и стенками скважины и вместе с разбуренной породой отсасывается по бурильным трубам на поверхность центробежным насосом или эрлифтом. При этом способе: 1) сокращаются сроки освоения скважины; 2) создание скважины большого диаметра, позволяет значительно увеличить ее дебит за счет устройства надежной песчаной или гравийной обсыпки фильтра. Кроме того, всасывающий способ бурения позволяет получить высокие скорости проходки, особенно в рыхлых отложениях и скважинах диаметром до 600 мм. И настоящее время этим способом проходятся скважины на глубине 300 м. Практически возможно осуществлять бурение до глубины 500 м.


    В процессе проходки поддержание пород в стенках скважины в устойчивом состоянии достигается гидростатическим явлением воды. При этом необходимо, чтобы уровень воды все время поддерживался на отметке устья. Допустимой величиной разности напоров между статическим уровнем напорных под считается 3 м. Бурение этим способом ведется на малых оборотах. Запас воды при этом способе бурения определяется и основном потерей ее на фильтрацию; в среднем он устанавливается равным тройному объему скважины. Скорость движения промывочной жидкости в бурильных трубах обычно в пределах  3 м/с. Наиболее часто обратновсасывающий способ промывки обеспечивается эрлифтом.


    Глубина скважины, с которой может быть начато бурение е применением эрлифта,

    L= kh/1-h

    Где L - минимальная глубина погружения смесителя, м; k - коэффициент относительного погружения; h - высота подъема промывочной жидкости, м.

    Минимальный расход промывочной жидкости должен обеспечивать горизонтальную транспортировку шлама на забое и выбирается из следующих условий: при скорости бурения до 1,5 м/ч (Qж = 0,025 л; при скорости бурения более 1,5 м/ч (Qж = 0,0375 D где  диаметр скважины, м.


    Расход воздуха (м3) при нормальном давлении на 1 м3 промывочной жидкости:

     

    qb = 7.48 (3.28ah/clg[3.28aL+34/34])

     

    где с - постоянный коэффициент, зависящий от общей эффективности системы.

     

    Значения

    65

    70

    75

    Значения внутри колонны бури­льных труб

    308

    324

    338

    Значения по кольцевому прост­ранству

    348

    356

    364

     

    q - отношение плотности промывочной жидкости, содержащей шлам, ршл к плотности воды, рв, кг/м3,

                                                  

    q = pшл/ pb  при pшл = (Gж + Gп)/(Qж + Qп)

    где Gж - массовый расход промывочной жидкости, кг/с; Qж и Qп - объем и масса выбуренной породы за 1с, соответственно.

    где рж - плотность промывочной жидкости, кг/м3.

     

    Qn = 0,785D2v/3600  и   Gп = Qпpn,

     

    где v - скорость бурения, м/с; рп - плотность горной породы, кг/м3.

    Общий расход воздуха при" нормальном давлении

     

    Qb = q Qж.   м3/с.  

     

     

     

    Основные требования к промывочным растворам, применяемым при вскрытии водоносного горизонта.

     

    При вскрытии водоносного горизонта вращательным способом с промывкой может произойти кольматация пласта (закупорка). Это вызывает снижение дебита скважины и требует дополнительных работ по удалению продуктов кольматанта из пор и трещин водоносного горизонта.


    Кольматация может происходить за счет:

    1) проникновения в пласт вместе с водой тонких твердых частиц, которые могут адсорбироваться породой продуктивного пласта или   механически ею удерживаться:

    2) образования глинистой корки на стенках скважины в зоне водоносного горизонта;

    3) проникновения фильтрата раствора в пласт.


    В настоящее время глинистые растворы широко применяются для вскрытия водоносных горизонтов в тех случаях, когда необходимо обеспечить устойчивость водозаборной части ствола скважины. Поэтому важно определить требования как к глинистому материалу, используемому для получения промывочных растворов, так и к параметрам последних.

    Известно, что кольматация песков определяется происходящими на границе раздела глинистые - песчаные частицы процессами физического и химического поглощения глинистого материала песком. Взаимодействие песков и глин можно оценить по показателю адсорбционной способности глин, определяемому по методике е. М. Сергеева. Только при снижении величин данного показателя может быть уменьшена степень адсорбции глин на песке. Это обеспечит облегчение удаления кольматирующего глинистого материала из пласта при его разглинизации.

     

    Это связано также с минеральным составом глин, который определяет глубину проникновения раствора в пласт. В. М. Алексеев по глубине проникновения глинистых частиц в мелкозернистый песок расположил глины в следующий ряд: монтморилюнитовые полиминеральные (в основном гидрослюды) > каошновые как в отношении 20:10:5 см, объясняя наибольшее проникновение монтмориллонитовых глин высокой степенью их дисперсности.

    С другой стороны, если в обменном комплексе глин находятся преимущественно ионы са2+, то такие частицы легче и с большей прочностью адсорбируются на поверхности песчаных частиц. При замене же ионов са2+ на ионы na+ мощность диффузного слоя вокруг глинистых частиц резко увеличивается. Силы взаимодействия между песчаными и глинистыми частиц уменьшаются, и последние легче могут быть вынесены потоком воды из песка. Таким образом, для вскрытия водоносного горизонта рационально применять бентонитовые глины е высоким содержанием минерала монтмориллонита, в обменном -комплексе которых были бы преимущественно ионы na+.


    Наилучшие результаты при вскрытии водоносного горизонта могут быть получены при бурении со сбалансированным давлением промывочной жидкости на пласт.


    Снижение плотности раствора можно получить за счет использования высокосортных' бентонитовых глинопорошков  расходом их на 1 м3 раствора до 5%.


    Другим способом снижения плотности раствора служит его аэрация. Хотя аэрированные растворы и характеризуются высокой   степенью   проникновения   фильтра  и  твердой   фазы в пласт, последняя может быть легче вынесена из пород продуктивного пласта. Для снижения проникновения аэрированных растворов следует применять пав, обладающие меньшими смачивающими свойствами по отношению к породе продуктивного горизонта.

    В зависимости от размера пор и трещин промывочная жидкость должна иметь достаточное начальное статическое напряжение сдвига снсь но не обладать высокими тиксотронными свойствами, т. Е. Снссосю, с тем чтобы облегчить работы по удалению гелеобразного материала раствора и пласта при его разглинизации.


    При вскрытии проницаемых пород водоносного горизонте на стенках скважины формируется глинистая корка. В настоящее время установлено, что в течение первых 10-15 мин отмечается резкое уменьшение проницаемости до 50-30 % для пород с начальной проницаемостью  100-500-ю-3 мкм2 и до 25-20 % с их проницаемостью до 1000-2000-10-3 мкм2. Создание глинистой корки на стенках скважины препятствует проникновению твердой фазы в пласт, хотя фильтрация дисперсной среды   может   продолжаться.   Фильтрат   раствора,   попадая в пласт, может: 1) изменять межкристаллические и внутри кристаллические расстояния глинистых пород водоносного горизонта,. Особенно при определенном рн фильтрата. Это снижает проницаемость пород и фильтрат используемых промывочных жидкостей не вызывает указанных изменений глинистого материала в продуктивном горизонте.

    Отметим, что толщина формирующейся на стенках скважины глинистой корки зависит от водоотдачи раствора, скорости движения его в скважине. Удаление глинистой корки при расглинизации тем труднее, чем она плотнее. Так, твердость плотной глинистой корки у поверхности песка составляет 49-и)4 -98-10* па по бринелю, а рыхлой - 9,8-104 Па.

    Для размыва плотной глинистой корки необходимо создавать высокие скорости потока жидкости, так как при у<0,8 м/| размыва корки может и не происходить. Видимо, более желательными в этом случае могут считаться тонкие, но рыхлые глинистые корки.


    Для сохранения большей проницаемости  пласта   необходимо строгое соблюдение определенного комплекса профилактических мер при вращательном бурении с промывкой. Метод вскрытия считают эффективным в том случае, если он обеспечивает наименьшую кольматацию пород водоносного горизонта

    info@burenie.net.ua

    тел. (067) 409-06-46
    тел. (044) 227-29-64
    тел. (067) 502-88-12

    Бурение скважин малогабаритными установками
    тел. (096) 463-65-52
    тел. (095) 465-36-19