Тема 1

5 6 7 8 9 10 11

Вводная.

Цель лекции: познакомить студента с основными понятиями и сооружения скважин на воду.

Вода является полезным ископаемым номер один и потребность в ней с каждым годом возрастает.

По условному назначению скважины на воду разделяются на:

· Поисковые;

· Разведочные;

· Разведочно-эксплуатационные;

· Эксплуатационные;

· Водопонизительные (дренажные);

· Наблюдательные;

· Нагнетательные.

Водоносным горизонтом называется пласт водопроницаемой породы, заполненный водой и способный отдавать ее.

Основными параметрами водоносного пласта являются:

· Статический уровень пласта, м;

· Динамический уровень пласта, м;

· Понижение, м;

· Дебит, м3/час;

· Удельный дебит, (л/с)/м.

Важным параметром является проектный дебит, который рассчитывается по уточненной формуле Дюпюи:

(м3/сут), (1)

Где: K – коэффициент фильтрации, м/сут;

L – длина фильтра, м;

S – понижение уровня при откачке, м;

hф – гидравлическое сопротивление фильтра, м;

hтр – гидравлическое сопротивление водоподъемных труб, м;

Rg – радиус влияния (депрессивная воронка), м;

r – радиус фильтра, м;

– коэффициент, учитывающий степень вскрытия пласта;

– коэффициент, учитывающий характер вскрытия пласта.

Параметры, входящие в формулу (1) поможет осознать рисунок 1 «Оборудования скважины на воду фильтром»

Трудоемкость лекции составляет 2 часа.

Литература

И.Д.Бронников, Т.И.Кудряшов. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Гриф УМО. М.: МГРИ-РГГРУ. 2014г.124с.

И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Наэлектронном носители в библиотеке МГРИ-РГГРУ. 2014г.,124с.

Тема 2

Цель лекции: изложение конструкций фильтров, выбор и расчет фильтров и бесфильтровых скважин.

Фильтры, устанавливаемые в скважину, выполняют следующие функции:

· Предохраняют стенки водоносного пласта от разрушения;

· Препятствуют проникновению мелких частиц породы внутрь водоподъемной колонны и тем самым предохраняют центробежные и погружные насосы от преждевременного износа.

В устойчивых горных породах, а также в бесфильтровых скважинах каркасы фильтров не устанавливают.

В зависимости от типа пород водоносного пласта рекомендуются различные типы конструкции фильтров.

В песках различного гранулометрического состава устройство фильтров с гравийной обсыпкой является гарантом надежной работы эксплуатационной скважины.

Расчет фильтра.

Диаметр каркаса фильтра определяется по формуле:

, (2)

Где: Dk – диаметр каркаса фильтра, мм;

Q – проектный дебит, м3/час;

L – длина фильтра, м;

α – коэффициент, характеризующий свойства водоносного пласта.

Расчет бесфильтровых скважин.

Для эксплуатации водоносных песков с достаточно прочными породами кровли мощностью не менее 2-3 метров целесообразно применять долговечные и надежные бесфильтровые скважины.

Расчет бесфильтровой скважины осуществляется с целью определения размеров полости, обеспечивающий необходимую пропускную способность, и выяснения устойчивости кровли сформированной полости. Пример расчета бесфильтровой скважины приводится в рекомендуемой ниже литературе.

В результате изучения лекции студента должен владеть методами расчета выбора фильтра, и бесфильтровой скважины.

Трудоемкость лекции составляет 2 часа.

Тема 3

Расчет конструкции скважины на воду.

Цель лекции: принципы расчета и проектирования скважин для напорных и безнапорных водоносных горизонтов, разведочных, ударно-канатных, для вращательного бурения с обратной промывкой.

При расчете конструкции скважины вначале рассчитывается диаметр каркаса фильтра. Расчет конструкции скважины производится снизу-вверх. Далее определяется диаметр долота под фильтрационную колонну (обсадную колонну) по ее наружному диаметру соединительной муфты с таким расчетом, чтобы обсадная колонна свободно проходила по стволу скважины с регламентируемым радиальным зазором δ.

, (3)

Где: – расчетный диаметр долота под фильтровую колонну (обсадную),мм;

Dм – наружный диаметр соединительной муфты обсадной колонны, мм;

2δ – разность диаметров скважины и муфты,мм.

Затем по расчетному диаметру находится по таблицам нормализованных диаметр D д. м.

По установленному нормализованному диаметру долота рассчитывают внутренний диаметр обсадной колонны, через которую это долото должно пройти:

(4)

Где: dвн – внутренний диаметр обсадной колонны, мм;

∆ - радиальный зазор. Обычно принимают = 5-10 мм (причем нижний предел для для труб малого размера)

По известному внутреннему диаметру dвн обсадной трубы по таблицам находим нормализованный (условный) диаметр обсадной колонны.

При выборе конструкции разведочной скважины конечный диаметр выбирают в пределах 76-93мм в зависимости от диаметра испытателя пластов.

Конструкция скважины при вращательном бурении с обратной-всасывающей промывкой, характерна тем, что имеет только два размера, - под эксплуатационную колонну и направление.

Конструкция разведочно-эксплуатационной скважины зависит от величины динамического уровня, проектного дебита, пород пласта, глубины скважины.

Необходимо, стремиться к сокращению числа обсадных колонн.

В связи с этим, в наше время, практически не применяются ударно-канатное бурение на воду, которое характеризуется большим числом обсадных колонн, нежели другие способы.

В результате усвоения лекционного материала студент должен владеть методами расчета конструкций скважин на воду.

Трудоемкость лекции - 4 часа

Литература

И.Д.Бронников, В.В.Куликов, Т.И.Кудряшов. Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. МГРИ-РГГРУ., 96с., Москва 2014г.

И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. МГРИ-РГГРУ. Учебное пособие, 124с., 2014г.

Тема 4

Буровые установки для бурения скважин на воду.

Выбор буровой установки.

Цель лекции: заключается в рассмотрение отечественных и зарубежных буровых установок для сооружения скважин на воду, методики выбора буровой установки.

В настоящие время в России применяются при бурении на воду самоходные буровые установки роторного типа и с подвижным вращетелем.

За рубежом применяются, главным образом, буровые установки с подвижным вращетелем. Ведущими фирмами-производителями являются,- шведская Atlascopco и немецкая,-ВИРТ.

Зарубежные буровые установки с подвижным вращателем имеют диапазон глубин бурения от 100 до 1500м. Отечественные буровые установки с подвижным вращателем имеют диапвзон глубин бурения от 50 до 200м.

Набольшие глубины применяют установки роторного бурения 1БА-15В(н)(до 1500м).

Буровые установки для вращательного способа бурения на воду должны выбираться по следующим основным требованиям:

· Грузоподъемность должна быть больше веса наиболее тяжелой колонны;

· Проходное отверстие ротора должно обеспечивать прохождение обсадной колонны наибольшего размера;

· Производительность буровых насосов должна обеспечивать транспортировку шлама из скважины;

· Самоходность.

Общий вес колонны бурильных труб (нагрузка на крюк) может быть определена по формуле:

, (5)

Где: Кпр – коэффициент прихвата;

δкр – нагрузка на крюк,Н;

Lубт – длина УБТ,м;

qубт вес 1 м УБТ,Н/м;

Lб.т – длина бурильных труб,м;

qб.т – вес 1 м бурильных труб, Н/м.

В рекомендуемой литературе приводится пример расчета.

В результате усвоения лекционного материала студент должен уметь правильно выбрать буровую установку.

Трудоемкость лекции составляет – 4часа.

Литература

Тема 5

Технология сооружения скважин на воду.

Цель лекции: изложение современных технологий сооружения скважин на воду в России и за рубежом.

В настоящее время в России наиболее распространенным способом сооружения скважин на воду является вращательный способ. На его долю приходится около 90% от общего объема бурения скважин на воду.

Шнековое бурение применяется в пределах, ограниченных глубиной скважины (до 50 м) и незначительными дебитами.

В странах, занимающих лидирующие позиции в разработке передовых технологий, значительное развитие ударно-вращательный способ бурения с помощью пневмоударных машин, когда порода разрушается за счет вращения долота и воздействия осевой и ударных нагрузок, что позволяет производительности бурения до 1500 м за 5 дней в известняках. Буровые установки, типа RD-20 (Швеция), имеют высокую степень механизации и автоматизации применяемых технологий сооружения скважин на воду.

Технология вращательного бурения скважин с прямой промывкой.

a) глинистым раствором

Применяется при вскрытии и освоении мощных водоносных горизонтов, где раскольмотация пласта эффективна и гарантирована.

b) с промывкой водой

Применяется в песках от мелко до среднезернистых с Кф<15 м/сут с поддержанием избыточного давления на пласт более 3 м. вод. ст.

c) с промывкой полимерными растворами

Применяется в рыхлых неустойчивых отложениях с Кф до 35 м/сут в любое время года, в том числе в многолетнемерзлых породах.

Технология вращательного бурения с обратной промывкой.

Применяется в породах в породах II-IV категорий по буримости для высокодебитных эксплуатационных, дренажных скважин диаметром до 1500 мм и глубиной до 150 м в летний период.

Технология бурения скважин ударно- канатным способом.

Применяется для бурения скважин большого диаметра до (1000 мм) глубиной до 150 м в рыхлых отложениях, в условиях ограниченного снабжения водой.

Данный способ применяется в настоящее время для бурения бесфильтровых скважин в Белгородской области.

Технология бурения скважин с пневмотранспорном керна.

Применяется в Швеции, США и др. странах для бурения разведочно- эксплуатационных скважин глубиной до 1500 м и конечным глубиной до 1500 м и конечным диаметром 190 мм.

Применяют компрессоры производительностью до 33,5 м3/мин и давлением 2,5 МПа.

Трудоемкость лекции часов.

Литература

И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. На электронном носители в библиотеке МГРИ-РГГРУ. 2014г.,124с.

Тема 6

Водоподъемное оборудование

Цель лекции: изучение принципов работы и условий применения водоподъемных средств.

Подъем воды из скважины осуществляется различным водоподъёмным оборудованием.

Можно выделить устройство, работающие краткосрочно, которые выполняют задачу по освоению скважины или проведению промывочно- эксплуатационной откачки перед сдачей скважины заказчику для эксплуатации подземных вод. Период работы таких устройств от нескольких суток до месяца. К упомянутым устройствам следует отнести эрлифты, желонки, водоструйные насосы.

К устройствам, которые используют при эксплуатации скважины в течение двух десятков лет и более, следует отнести горизонтальные центробежные насосы и погружные центробежные насосы, типа ЭЦВ и Grundfos.

Горизонтальные центробежные насосы применяются при высоких уровнях воды и устанавливаются на поверхности. Применяются как на этапе освоения, так и на этапе эксплуатации. Могут работать с любыми диаметрами и дебитами скважин.

Откачки, ведущиеся не более месяца, выполняются при помощи эрлифта.

Эрлифт (англ. air- воздух, lift- поднимать)- разновидность струйного насоса. Состоит из вертикальной трубы, в нижнюю часть которой, опущенную в жидкость, вводят газ под давлением. Образовавшаяся в трубе аэрированная жидкость (смесь воды и пузырьков воздуха) будет подниматься благодаря разности масс этой жидкости и воды.

Преимущество эрлифта,- можно работать в пульпе с высоким содержанием твердой фазы. Недостаток,- низкий КПД.

При низких уровнях вод применяют ступенчатые эрлифты.

Струйные насосы или гидроэлеваторы.

Действие струйных насосов основано на непосредственной передачи энергии одного потока, называемого рабочим, другому- всасываемому, обладающему меньшим запасом энергии.

Серийные водоструйные насосы предназначены для проведения откачек из скважины на уровне освоения и позволяют реализовывать дебит до 36 м3/ч при глубине динамического уровня до 70 м, при содержании твердых частиц в воде до 30%. Для добычи вод, как правило, не применяется из-за низкого КПД.

В настоящее время основным типом насоса, применяющегося для эксплуатации скважин на воду, является погружной центробежный насос с вертикальным валом и погружным электродвигателем. Должен работать на чистом воздухе. Допускается массовая доля твердых механических примесей не более 0,01%. Имеет высокий КПД.

В комплект поставки входит сам агрегат ЭЦВ (центробежный насос с вертикальным валом + электродвигатель), система автоматического управления, силовой кабель и пояса для его крепления на водоподъемной колонне.

Электронасосный агрегат опускается в скважину на колонне стальных водоподъемных труб, по которым откачиваемая насосом вода подается на поверхность. Могут применяться в скважинах любых диаметров и глубин, при любых дебитах.

Желонки используется, главным образом, на предварительных этапах откачки. Могут применяться в скважинах любых диаметров и глубин, поднимать пульпу с высоким содержанием твердой фазы. Имеют низкий КПД.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь правильно выбрать водоподъемной оборудование.

Трудоемкость 2 часа.

Литература:

1. Соловьев Н.В. и др. Бурение разведочных скважин. Учебник для Вузов. М.: Высшая шк. 2007- 904ст; ил.

2. И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. На электронном носители в библиотеке МГРИ-РГГРУ. 2014г.,124с.

3. И.Д.Бронников, В.В.Куликов, Т.И.Кудряшов. Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. Электронная версия. МГРИ-РГГРУ., 96с., Москва 2014г.

Тема 7

Опробование скважин на воду.

Целью лекции является изучение методов и средств определения параметров водоносного пласта, а также приборов для гидрологических исследований в скважинах.

Основными параметрами водоносного пласта являются: - дебит, статический уровень, динамический уровень.

Метод опережающего опробования применяется в рыхлых песчано- глинистых отложениях, составляющих пласт. При встрече водоносного пласта на бурильных трубах опускается фильтр опробователь пластов ОП, который внедряют в песок путем нагнетания в гидромониторный наконечник воды и расхаживания бурового снаряда. Данный метод позволяет отказаться от весьма трудоемких работ по установке стандартных фильтров, и их изоляций.

После вмыва ОП в водоносный пласт, проводят опытную откачку эрлифтом и определяют уровни и дебит пласта. Диаметр фильтра опробователя равен 76мм.

Съемный испытатель пласта СИП-3,также как и ОП, применяется на разведочном этапе работ.

СИП-3 устанавливают на забой таким образом, чтобы фильтр находился в зоне водоносного пласта. Устанавливается над фильтром резиновый пакер, который определяет столб воды над пакером и зону продуктивного пласта под пакером. Опробование водоносного горизонта производится эрлифтовой откачкой,- дебит и уровни.

Приборы для 2014 исследований.

В обычных условиях по принципу действия уровнемеры: электрические, микроволновые, механические, акустические.

При проведении исследований в сложных условиях (камни, пыль и др.) применяются чаще лазерные уровнемеры, являющиеся безопасными для глаз и обеспечивающие высокую прочность.

Измерение дебета.

Измерение подачи воды необходимо производить до скважины и при выходе воды из скважины (дебит). До скважины, подача измеряется различными расходомерами промывочной жидкости типа ЭМР-5 (м3/час, л/с).

При выходе из скважины наиболее точным методом измерения является объёмный способ. Он заключается в измерении времени заполнения t мерой емкости объема V. Расход определяется из выражения Q=V/t.

Измерение расхода с помощью водяных счетчиков.

Наиболее распространенным принципов работы водяных счетчиков является измерение частоты вращения вертушки («крыльчатки»), помещенных в трубопровод.

Принцип работы диафрагменных расходомеров основан на измерении перепадов давлении Δp в потоке воды до и после гидравлического сопротивления диафрагмы, помещенной в трубопровод.

Шариковые тахометрические расходомеры применяются для измерения в жидкостях, содержащих твердые включения.

Измерение температуры воды в скважинах.

В настоящее время широко используются скважинные электронные термометры (ТСЭ), измеряющие температуры в диапазоне от 0° до 50° на глубине до 500 м.

Измерение пластового давления.

В настоящее время применяется три способа измерения пластового давления:

1. По уровню воды в скважинах, вскрывающих исследуемых пласт;

2. По уровню воды или давления в тонкой пьезометрической трубке, установленной в исследуемом пласте;

3. По давлению воды в пласте специальным датчиком пластового (порового) давления, установленного в породах пласта.

Пробоотборники воды.

При сдаче скважины заказчику в обязательном порядке необходимо иметь химический, бактериологический, радиометрический, лабораторные анализы, отобранные из скважины воды.

Для забора воды из скважины применяются пробоотборник ПР-1,5, позволяющий отбирать пробы воды и раствора из скважины, глубиной до 200 м в объеме 1,5 л.

В результате освоения лекции студент должен иметь навыки по опробованию скважин на воду.

Литература

И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. МГРИ-РГГРУ. Учебное пособие, 124с., 2014г.

Трудоемкость- 4 часа.

Тема 8

Вскрытие водоносных горизонтов.

Целью лекции является изучение способов вскрытия водоносных горизонтов.

Под водоносным пластом следует понимать технологический процесс, при котором в водоносном пласте образуется выработка для оборудования водоприемной части скважины.

Главным фактором, определяющим качество вскрытия водоносного пласта, является вид промывочного агента, который подбирается в зависимости от пород водоносного пласта.

Раствор должен быть подобран таким образом, чтобы свести к минимуму кольматацию водоносного пласта.

Вскрытия на глинистом растворе.

Бурение в песчано- глинистом пласте на глинистом растворе позволяет вскрывать практически любые породы водоносного пласта с коэффициентов фильтрации более 20 м/сут в скважинах любой глубины.

Если использовался глинистый раствор, то необходимо применять схему раскольматации прифильтровых зон через промывочные окна.

Вскрытие песчаных глинистых пород на воде требует дополнительного гидростатического давления, более высокого, чем статический уровень пласта. Иными словами, статический уровень водоносного горизонта должен быть более 3 м.

При коэффициенте фильтрации kф > 20 м/сут (песчано- гравийные породы) промывочные насосы не обеспечивают вынос шлама, поэтому бурение скважин с прямой промывкой скважин не эффективно.

Вскрытие на воде при прямой промывке может быть осуществлено только обеспечении достаточного избыточного гидростатического давления, создаваемого за счет непрерывного подачи воды в скважину буровым насосом. Поэтому решающим фактором применения методом бурения с прямой промывкой водой является непрерывность водоснабжения скважины, как в процессе бурения скважины, так и при его остановках.

Вскрытие водогипановыми растворами в рыхлых песчаных и песчано-гравийных отложениях водоносного пласта при прямой промывке в настоящее время находит широкое применение благодаря:

-хорошая кольматация водоносных горизонтов, повышение устойчивости стенок, снижение фильтрационного расхода, улучшение выноса шлема, обеспечение быстрой декольматации горизонтов, дешевизна, не дефицитность, химическая и бактериологическая безопасность.

Перечисленные свойства позволяют применять ВГР в условиях:

-коэффициент фильтрации водовмещающих пород до 35 м /сут.;

-статический уровень водоносного горизонта 1-3 м и более;

-диаметр скважин- до 450 мм.

В результате усвоения лекционного материала студент должен приобрести навыки по выбору метода вскрытия водоносного пласта.

Цель лекции заключается в изучении методов освоения водоносного пласта.

Литература

1. Н.В. Соловьев и др. Бурение разведочных скважин. Учебник для Вузов. Москва. «Высшая шк.», 2007 г.,904 с.

2. А.М. Коломиец, Б.И. Зайцев, С.И. Голиков. Новые технические средства и технологии для бурения скважин на воду и на рудное сырьё. Москва. Геоинформмарк. 2010 г., 233 с.

3. И.Д. Бронников Бурение скважин на воду. Учебное пособие – М: МГРИ –РГГРУ, 124 с., 2014 г.

Тема 9. Освоение водоносных горизонтов.

Под освоением водоносного пласта следует понимать технологические операции, обеспечивающие оборудование водоприемной части скважины и восстановление естественной водоотдачи пласта или искусственное увеличение ее объема для достижения максимального дебита скважины.

При освоении зачастую требуется «раскольматировать пласт».

Копъматация (кольматаж) - Процесс естественного и искусственного вмывания мелких (главным образом глинистых и коллоидных) частиц в поры и трещины горных пород. Кольматация приводит к ухудшению фильтрационных свойств пород. Различают кольматацию механическую, химическую, термическую и биологическую.

В скважинах на воду кольматации в основном способствуют следующие факторы:

- шлам бурового раствора;

- частички глины пропластков разреза;

- соли Mg, Си, Fe, образовавшиеся в результате реакции нагнетаемой поды с водами пласт.

Глинистый раствор является сильнейшим кольматантом в связи с тем, что частички глины, проникая в поры и трещины пласта, набухают и вызывают снижение проницаемости пласта и соответственно добито скважины.

После оборудования приемной части скважины фильтровой колонной (и в некоторых случаях водоносный пласт оставляют, в скальных породах, без фильтра) приступают к освоению скважины. Операции освоения скважины сводятся к восстановлению естественных свойств пласта, то есть к различным способам и приемам очистки коллекторов водоносных пластов от твердых частиц, связанных с процессом бурения.

Операции по восстановлению проницаемости прифильтровой ЗОНЫ заключаются в удалении глинистого раствора, бурового шлама и закольматированой породы пласта, - это достигается путем создания в прифильтровой зоне давления, ниже пластового, для чего используются различные методы откачки.

Откачка воды является обязательной операцией при освоении скважин. При откачке воды на фильтр и прилегающий водоносный пласт воздействует поток воды, поступающий через водоприемную поверхность внутрь скважины при создании в ней пониженного давления с помощью эрлифта, водоструйного насоса, скважинного центробежного насоса или другого водоподъемного средства.

Откачка является наиболее эффективным методом раскольматации после обработки скважины другими методами, вызывающими нарушение структуры связей в закольматированой породе, разрушение и диспергирование глинистой корки.

Очистка коллекторов, пор пласта должна начинаться немедленно после установки фильтра.

Обязательная промывка скважины осуществляется через фильтр водой. Продолжительность промывки зависит от глубины и диаметра скважины и составляет от 2 до 24 часов. Затем необходимо обязательное откачивание при помощи эрлифта или погружного центробежного насоса. Продолжительность и тип откачки зависит от состава водоносного пласта, динамического уровня. Возможно также чередование циклов откачки и промывки.

После сооружения скважины обычно производится строительная откачка воздушным водоподъемником (эрлифтом) для удаления бурового шлама, глины, мелких фракций песка из прифильтровой зоны. Работа эрлифта основана на использовании сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором. В скважину помещается водоподъемная труба, на нижнем конце которой устанавливается смеситель - перфорированная труба, плотно опоясанная кожухом. К смесителю присоединяется воздухопровод от компрессора. Сжатый воздух по воздухопроводу подводится к смесителю, помещенному под динамический уровень на глубину, и, проходя через отверстия в нижнюю часть водоподъемной трубы, перемешивается с водой, образуя водоподъемную смесь. Плотность смеси меньше плотности воды, поэтому столб воды высотой вне водоподъемной трубы уравновешивается столбом воздушно-водяной смеси, имеющим большую высоту. При непрерывной подаче воздуха воздушно-водяная смесь выходит на поверхность земли.

При строительной откачке вода содержит большое количество взвешенных примесей, которые выносятся, и вода постепенно осветляется. Минимальный расход воды при строительной откачке должен быть не менее 75% расчетного эксплуатационного дебита скважины.

При строительной откачке водоподъемные трубы эрлифтной установки опускают в скважину до нижней части отстойника, а смеситель устанавливают выше — на глубине, соответствующей рабочему давлению компрессора. В этом случае проникшая в скважину порода и шлам будут вынесены водой на поверхность земли. Полное освобождение водоносной породы от шлама имеет особо важное значение при последующем оборудовании скважин центробежными насосами. При недостаточной откачке шлам проникает в насос, что может вызвать его быстрый износ.

Продолжительность строительной откачки зависит от свойств водоносной породы, интенсивности и способа откачки и не может быть заранее точно установлена. Признаками окончания строительной откачки являются полное осветление воды, прекращение выноса из скважины породы и шлама, установившийся режим с производительностью не менее 75% расчетной. Во время строительной откачки измеряют динамический уровень и дебит скважины. Обычно по мере осветления воды динамический уровень понижается, а удельный дебит возрастает.

Недостаток разглинизации скважин эрлифгной откачкой заключается в невозможности создания больших перепадов давления в системе водоносный пласт — скважина. Максимальное понижение уровня воды при откачке эрлифтом не может превышать 30—50% высоты столба воды в скважине. Гак, при глубине скважины 100 м перепад давления будет не более 0,3—0,5 МПа. Столь низкий перепад давления не может обеспечить достаточного разрушения продуктов глинизации даже при продолжительной откачке.

Для увеличения эффективности откачки рекомендуется выключать компрессор с одновременным выпуском воздуха из ресивера. При этом за счет перепада давлений в трубах и затрубном пространстве вода с большой скоростью движется вниз, проходит через водоприемную поверхность фильтра и ударяет в стенки скважины. Это способствует лучшей очистке фильтра и обрушению стенок скважины.

Расчет эрлифта

Расчет эрлифта заключается в определении глубины погружения

смесителя, расхода и давления воздуха, а также размеров иоздухопроиодящих и водоподъемных труб. Исходные данные для расчета: глубина скважииы z в м; высота уровня излива воды над поверхностью земли а в м; глубина статического уровня от уровня излива her м; глубина динамического уровня воды от уровня излива h в м; расчетный дебит скважины Q в м3/ч.

Освоение скважин при помощи водоструйных насосов.

В последние годы стали широко применяться в производстве водоструйные насосы, позволяющие силами буровой бригады производить откачки из скважин сразу после установки фильтра с использованием бурового станка и насоса без дополнительного оборудования.

Водоструйные насосы просты, надежны в эксплуатации и имеют небольшую массу. Эти обстоятельства их выгодно отличают от эрлифтов.

Из физических метолов восстановления проницаемости используют взрыв детонирующего шнура в фильтре. В результате происходит деформация пород призабойной зоны, а при последующей откачке удаляют продукты кольматажа.

Аналогичным образом эту задачу решают при использовании пневмоизлучателей установкой АСП –Т, которые от компрессора периодически передают на пласт и фильтр гидродинамические импульсы.

Желонирование или свабурование.

Этот метод освоения применяют в слабо нагорных горизонтах путем периодического применения вверх и вниз поршня-сваба внутри эксплуатационной колонны. Засчёт колебания давления при перемещении сваба происходит обрушение со стенок скважины глинистой корки. Последнюю немедленно удаляют при помощи откачки.

Кислотная обработка.

Способ основан на способности соляной кислоты растворять карбонатные породы. В трещиноватых коллекторах кислота очищает поверхность трещин и расширяет их.

Если кольматание содержит глинистые частицы, то его разрушение производят с помощью глинокислоты: смесь соляной и плавиковой кислоты.

Химический способ обработки скважин может применяться как при освоении скважин сразу после бурения, так и после их длительной эксплуатации. В последнем случае, как показала практика работ, данный метод увеличивает продолжительность межремонтного периода в среднем на 2-4 года и более.

Разрушение и удаление продуктов кольматации производится различными механическими устройствами, к которым относятся:

-Долота расширители;

-Гидрорасширители;

-Механические скребки и проволочные ерши.

После усвоения лекционного материала студент должен владеть навыками правильного выбора метода освоения водоносного пласта.

Трудоемкость темы 4 часа.

Литература

1. Н.В. Соловьев и др. Бурение разведочных скважин. Учебник для Вузов. М: ВЫсш. Шк. 2007 г.,904 с.

2. И.Д. Бронников Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Электронный вариант. М: МГРИ-РГГРУ. 124 с., 2014г

3. И.Д. Бронников, В.В. Куликов Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. Электронный вариант. М: МГРИ –РГГРУ, 96 с., 2014г.

Тема 10. Ликвидация скважин.

Цель лекции- изучение способов ликвидации скважин с целью охраны окружающей среды.

Ликвидация скважин различного назначения - это комплекс мероприятий, направленных на восстановление нарушенного в процессе производства буровых работ естественного состояния земельных участков и горных пород с целью охраны недр и окружающей среды.

Все скважины, выполнившие свое назначение, а также аварийные и вышедшие из строя по техническим и другим причинам, подлежат ликвидации, т.е. заполнению ствола скважин водонепроницаемым материалом с целью защиты водоносных горизонтов от загрязнения и смешения подземных вод, сохранения 2014 условий данного региона.

Действующие скважины также могут являться источником загрязнения водоносных горизонтов из-за неправильного оборудования устья, некачественного цементирования обсадных колонн, коррозии обсадных труб и их разгерметизации и т.д. Такие скважины также подлежат ликвидации.

Как показывает практика, более 25% пробуренных скважин после их ликвидации оказываются затампонированными некачественно и продолжают служить источником загрязнения подземных вод.

Для качественного проведения ликвидационных работ необходимо по каждой скважине иметь следующие сведения: время ее сооружения, конструкцию, геологический разрез и данные о водоносных горизонтах, техническое состояние на момент ликвидации (состояние устья, ствола, наличие в скважине посторонних предметов и т.д.).

На каждую ликвидируемую скважину составляется проект ликвидационного тампонирования, который включает:

- все сведения по скважине;

- способ тампонирования, места установки тапмонажных пробок, цементных мостов;

- наименование тампонажных материалов и расчеты потребного их количества;

- состав тампонажных растворов и смесей;

- способы доставки тампонажных материалов в скважину;

- применяемое оборудование, технические средства.

При упрощенном способе ликвидационного тампонирования скважин глубиной до 50 м, не вскрывших водоносные горизонты, допускается составление проекта для группы однотипных скважин.

В случае расположения ликвидационных скважин на площадях горного отвода действующих или строящихся предприятий, проект согласовывается с этими предприятиями. При расположении скважин в пределах первого и второго поясов зоны санитарной охраны действующих и проектируемых водозаборов или курортов, проект согласовывается с местными органами санэпиднадзора и с территориальными курортными управлениями.

По окончании ликвидационных работ на каждую скважину составляется акт о проведении ликвидационного тампонирования, включающий следующие сведения:

- состав ликвидационной комиссии;

- наименование и адрес объекта;

- тип скважины, ее номер, начало и окончание бурения, дата производства тампонажных работ;

- конструкция и состояние скважины перед тампонированием, анализы воды;

- данные о санитарной обработке скважины перед тампонированием;

- вид тампонирования, состав и количество тампонажных смесей, способы доставки их в скважину;

- количество, интервалы и способы установки цементных мостов;

-данные о межтрубной и затрубной цементации в момент тампонирования: интервалы и методы перфорации обсадных труб, способы цементации, количество и качество цементного раствора;

- интервалы частичного тампонирования;

- способы испытания скважины на герметичность и полученные результаты;

- затраты времени на ликвидационное тампонирование.

Упрощенный способ тампонирования применяется при ликвидации

скважин, не вскрывших горные выработки и не пересекших водоносные горизонты. Способ заключается в полном заполнении всего объема скважины тампонажной смесью (глиной или густым глинистым раствором).

Сложное ликвидационное тампонирование производится в скважинах, пересекших один или несколько водоносных горизонтов. Основными его задачами являются:

- восстановление водоупоров путем установки в них тампонажных мостов;

- восстановление естестветюго состояния пород водоносных горизонтов путем заполнения их интервалов фильтрующим материалом.

Перед проведением тампонажных работ обсадные трубы должны извлекаться из скважины для обеспечения надежного сцепления материала тампонажных мостов непосредственно с породой водоупоров. Это полностью исключит проникновение загрязняющих веществ в водоносные горизонты или сообщение последних по затрубному пространству.

При отсутствии такой возможности (обсадные трубы извлечь не удается, создается угроза обрушения стенок скважин) необходимо:

- засыпать скважину песчано-гравийной смесью до башмака обсадной колонны с трамбовкой;

- обсадную трубу выше башмака перфорировать на высоту 10-15 м 1 (10- 15 отверстий на 1 м трубы) и произвести цементацию затрубного пространства;

- залить в скважину цементный раствор на высоту 10-15 м выше башмака (на 1 м3 раствора необходимо 1,2 т цемента и 0,6 т воды);

- верхнюю часть скважины затампонировать глиной.

К тампонажным материалам, растворам и смесям, применяемым при ликвидационном тампонировании, предъявляются следующие требования:

- невысокая вязкость, хорошая прокачиваемость для предупреждения гидравлических разрывов пластов (водоупоров) при закачивании и нарушении изоляции водоносных горизонтов;

- быстрота загустевания (твердения) после закачивания с целью уменьшения проникновения в пласт;

- высокая механическая прочность камня;

- высокая коррозионная стойкость против агрессивных вод;

- малая фильтратоотдача, предупреждающая потерю текучести тампонажного раствора при его закачивании;

- хорошая сцепляемость с породой и обсадными трубами;

- минимальная водогазопроницаемость;

- совместимость с различными химическими реагентами.

Все тампонажные материалы, используемые при тампонировании скважин, должны пройти санитарно-гигиеническую и токсикологическую оценку и иметь качественные характеристики по следующим параметрам:

влияние на органолептические свойства контактирующих с ними пластовых вод;

качественный и количественный состав веществ, выделяющихся из тампонажных материалов, их биологическая активность и устойчивость.

При применении тампонажных материалов должны быть рекомендации по исключению или уменьшению загрязнения пластовых вод.

В настоящее время для ликвидационного тампонирования применяется множество тампонажных материалов, реагентов, растворов и смесей.

В результате усвоения лекции студент должен иметь навыки верного выбора способа ликвидации скважин.

Трудоемкость -2 часа.

Литература

1. И.Д. Бронников Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Электронная версия. М.: МГРИ-РГГРУ,124 с., 2014г.

2. Н.В. Соловьев, Н.В. Демин, Р.А. Гайджулян, И. Д. Бронников Учебное пособие. Гриф УМО. РГРРУ, Москва, 57с., 2005 г.

6.2. Методические рекомендации для студентов.

6.2.1. Методические рекомендации для студентов по дисциплине: «Бурение гидрогеологических и водозаборных скважин» (Бурение на воду). Изучение курса Бурение гидрогеологических и водозаборных скважин предусматривает выполнения курсового проекта на 7 семестре и завершается экзаменом.

Состав курсового проекта практически полностью отражает тематическое содержание первой части дисциплины «Бурение гидрогеологических и водозаборных скважин», поэтому предлагается следующие содержание курсового проекта:

· Общие сведения по бурению скважин на воду

· Цель проектируемых работ

· Геолого-гидрогеологическая характеристика участка бурения проектируемых скважин

· Геологический разрез, данные по проектному дебиту, динамическому и статическому уровню

· Выбор способа бурения

· Выбор и расчет фильтра

· Установка фильтра

· Расчет глубины скважины

· Выбор типоразмера водоподъемного устройства (насоса)

· Выбор и расчет конструкции скважины

· Выбор буровой установки

· Выбор типа промывочной жидкости

· Расчет режимов бурения

· Вскрытие водоносного пласта

· Освоение пласта

· Геофизические исследования в скважине

· Производство откачек

· Оборудование эксплуатационных скважин

· Крепление скважины

· Расчет цементирования обсадных колон

· Ликвидация скважины

· План график сооружения водозаборной скважины

Общие требования предъявляемые к оформлению курсового проекта.

Выполнение проекта осуществляется на основание задания на проектирование, выданного руководителем. Текстовая часть проекта дополняется таблицами (ГТН, план- график работ и др.),а также рисунками,- схема конструкции скважины, установки погружного насоса, работы эрлифта, циркуляции промывочной жидкости, размещение бурового оборудования, чертежи снарядов для взятия керна, графики и т.д.

Выбор способа бурения.

В настоящие время применяется для бурения скважин на воду следующие способ| ударно-канатный (Белгородская область для бурения ствола бесфильтровой скважины),роторное бурение, бурение скважин с подвижным вращателем, бурение скважин с обратной промывкой или продувкой.

Выбор и расчет фильтра.

При бурение в скальных породах продуктивная зона пласта, как правило, не оборудовается фильтром, при бурении в песках от крупно-зернистых до пылеватых применяются различные типы трубчатых фильтров с перфорированными отверстиями и защищенными сетками.

Кроме того в мелко-зернистых и пылеватых песках наилучшие результаты по надежности работы и качеству забираемой воды дают фильтры с гравийной обсыпкой,- среди которых есть фильтры собираемые на поверхности (опускные) и фильтры сооружаемые непосредственно в скважине.

В основу расчета фильтра положено соотношение: D_k= a*q/L,-

Где D_k - диаметр каркаса фильтра, мм.

Q - проектный дебит, м³/час.

L - длина фильтра, м.

а - коэффициент характеризующий свойства водоносного пласта.

При выборе диаметра фильтра стараемся выбрать минимальный размер, подбирая его засчет изменения параметра «длина фильтра».

Наружный диаметр фильтра при использовании проволки и сетки определяется по формуле:

D = D_k + 2_п_p + 2Δ, мм

Где: D_k - диаметр каркаса фильтра, мм.

d_np - диаметр проволки для обмотки каркаса фильтра, мм.

Δ - толщина фильтровой сетки, мм.

Наружный диаметр фильтра с гравийной обсыпкой при использовании проволки:

D = Dk + 2_п_p + 2Δ, мм.

Где: Δ - толщина гравийной обсыпки, мм.

Расчет глубины скважины.

Глубина эксплуатационных скважин определяется расстоянием до кровли водоносного пласта, расчетной длинной рабочей части фильтра и длиной отстойника.

Глубина разведочных скважин определяется расстоянием до кровли водоносного пласта, мощностью водоносного пласта и интервалом бурения в подстилающих породах

Выбор типоразмера насоса.

В настоящие время для подъема воды из эксплуатационной скважины применяется в основном погружные центробежные насосы. Погружные центробежные насосы типов: ЭЦВ, а также GRUNDFOS получили наибольшее распространение в практике работ на воду.

Диаметр и марка погружного центробежного насоса выбирается исходя из требуемого напора и величины проектного дебита и принимается по таблицам.

Внутренний диаметр эксплуатационной колонны должен быть больше диаметра насоса на 20-40 мм, для обеспечения его спуска подъема и безаварийной работы.

Выбор и расчет конструкции скважины.

В настоящее время при бурении скважин на воду самый распространенной в практике работ является трехколонная конструкция скважины, состоящая из направления, промежуточной колонны и эксплуатационной колонны.

Существенное отличие конструкции состоит в следующем: при бурении скважин на напорные водоносные горизонты фильтровая колонна устанавливается «впотай».

Когда водоносный пласт представлен без напорными водами фильтровая колонна устанавливается от подошвы водоносного горизонта до устья. Если порода водоносного пласта является монолитными, ненарушенными фильтровая колонна не устанавливается вообще.

Если водоносный пласт представлен песками от крупно-зернистых до мелко-зернистых пылеватых, то между фильтровой колонной и стенками скважины осуществляется гравийная обсыпка, которая продляет срок работы скважины до 20 лет.

Выбор буровой установки.

Выбор буровой установки должен отвечать следующим требованиям:

· Грузоподъемность на крюке должна быть больше веса наиболее тяжелой колонны

· Проходное отверстие ствола ротора должно обеспечивать пропуск обсадной колонны наибольшего размера

· Производительность буровых насосов должна обеспечивать транспортировку бурового шлама из скважины

Выбор режимов бурения.

Расчет частоты вращения долота, в данном случае переменным параметром является окружная скорость, которая принимается по таблицам в зависимости от твердости пород.

При расчете осевой нагрузки мы выбираем удельную нагрузку на долото в зависимости твердости пород.

При расчете подачи промывочной жидкости по таблицам выбираем скорость восходящего потока в зависимости от твердости горных пород.

Вскрытие водоносного пласта.

Главным фактором, определяющим качество вскрытия водоносного пласта, является вид промывочного раствора, который зависит от пород водоносного горизонта.

Крупно-зернистые и гравелистые горные породы водоносного пласта целесообразно водногипановым раствором с концентрацией 3-5%, плотностью 1,02-1,06 г/см '.

При вскрытии мелких и разнозернистых песков с включением гравия рекомендуются меловые растворы, состоящие из: 30% мела, 10% УЩР, 0,8% КМЦ. Достоинством этого состава является простота удаления кольматанта при соляно-кислотной обработке.

При бурении поглощающих разрезах эффективно применение аэрированных растворов плотностью 0,7 г/см³

Дебиты скважин которые сооружены при промывке аэрированным раствором существенно выше чем дебиты скважин сооруженных с применением иных растворов.

Освоение пласта.

Под освоением водоносного пласта следует понимать технологические операции, обеспечивающие оборудование водоприемной части скважины и восстановление естественной водоотдачи пласта или искусственное увеличение его объема для достижения максимального дебита скважины.

Операция освоения скважины сводится к применению различных способов и приемов очистки коллекторов водоносного пласта от твердых частиц, связанных с процессом бурения.

Для освоения скважины используется эффект понижения уровня жидкости внутри скважины по сравнению с пластовой жидкостью, что приводит к фильтрации жидкости из пласта в скважину. Это осуществляется за счет применения следующих технических средств и способов: эрлифта, струйных насосов, свабов, желонок, пневмо-взрывов и др.

Геофизические исследования в скважине.

Геофизические исследования предусматривают решение следующих задач:

· Литолого-стратиграфическое расчленение разреза скважины

· Выделение границ и мощностей водообильных зон

· Определение коэффициента и скорости фильтрации, минерализации пластовой воды и

других параметров

· Оценка кавернозности пород

Необходимо отметить, что границы установки рабочей части фильтра устанавливаются

после интерпретации геофизических работ

Производство откачек.

Применяют предварительную, пробно-эксплуатационную и опытною откачку.

Откачки производят для очищения воды от посторонних примесей: песка и промывочного раствора, опробования скважины, установления ее производительности и подготовки к постоянной эксплуатации.

Предварительная откачка чаще всего производится эрлифтом. Должна продолжаться до полного осветления воды при установившемся режиме потока, то есть при стабильном понижении и при постоянном дебите.

Опытная откачка осуществляется с дебитом больше на 40% чем проектный дебит.

Оборудование эксплуатационных скважин.

После бурения скважины и проведения всего комплекса опытно-фильтрационных работ каждая скважина оборудуется герметичным оголовком.

Для контроля производительности на скважине устанавливается водомер, скважина оборудуется краном для отбора проб воды.

Над скважиной сооружается павильон, после подведения энергии по постоянной схеме, скважина оборудуется эксплуатационным погружным электрическим насосом типа ЭЦВ.

Крепление скважины

При бурении водозаборных скважин применяют как правило металлические обсадные бесшовные муфтового соединения и электросварные прямошовные трубы.

Трубы муфтового соединения выпускаются диаметром от 114 до 508 мм, длиной от 6 до 13 м, кроме того в агрессивных водах применяется пластмассовые обсадные трубы, их недостатком является механическая прочность.

При сооружении скважин больших размеров обсадные колонны соединяются при помощи

сварки.

Расчет цементирования обсадных колонн.

Цементирование обсадных колонн,как правило, осуществляется при помощи метода одноступенчатого цементирования с двумя разделительными пробками.

Пример расчета цементирования обсадных колонн приведен в учебном пособии И.Д.Бронникова, В.В.Куликова, Т.И.Кудряшова «Проектирование скважин на воду» РГГРУ Москва 2014г. 96с.

Курсовой проект должен содержать план график сооружения водозаборной скважины, а также геолого-технический наряд.

Составители:

Доцент Бронников И.Д

Студент группы РТБ-10 Панков П.И.

6.2.2. Бланк задания для курсового проекта на 7 семестре

МГРИ-РГГРУ

КАФЕДРА СТБС

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тема: «Сооружение гидрогеологической скважины»

Вариант №

Исходные данные:

Назначение скважины - эксплуатационная;