2.11. Технология вскрытия водоносного пласта

Вскрытие водоносного пласта является наиболее ответственной технологической операцией, от правильности реализации которой зависят достоверность полученной гидрогеологической информации и дебит скважины. На эффективность вскрытия водоносного горизонта влияют способ проходки продуктивного пласта, режим бурения, способ и вид промывочных среды. К вскрытию водоносного горизонта приступают после завершения всех работ, связанных с сооружением скважины до кровли водоносного пласта. После крепления этого интервала колонной обсадных труб, цементирования затрубного пространства, разбуривании цементной пробки и тщательной промывки скважины, с целью удаления продуктов цементирования и ранее применяемого промывочного раствора, приступают к бурению водоносного горизонта.

Определяющим фактором при вскрытии водоносного горизонта является промывка. При бурении вращательным способом с промывкой раствором с вяжущими свойствами возможна 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: проникновения в пласт вместе с водой вместе с водой тонких твердых частиц, которые могут абсорбироваться породой продуктивного пласта или механически ею удерживаться, путем образования глинистой корки на стенках скважины в зоне водоносного горизонта или за счет проникновения фильтрата раствора в пласт. Во избежание кольматации, проектом предусмотрено при вскрытии водоносного пласта использовать техническую воду.

2.12. Специальная глава: Оборудование фильтра с гравийной обсыпкой

Фильтр – один из важнейших элементов конструкции скважин, в конечном счете, определяющий эффективность буровых работ и качество гидрогеологических исследований при разведке и оценке запасов подземных вод, а также при получении достоверных сведений о режиме водоносных горизонтов. Фильтр предотвращает вынос твердых часть водоносной породы в эксплуатационную колонну и предохраняет водоприемную часть ствола от разрушения.

При освоении пород водоносных пластов, представленных неустойчивыми породами, мелко- и среднезернистыми песками, а также слабоустойчивыми породами, например песчаниками, наиболее широкое применение в отечественной и зарубежной практике нашли фильтры с гравийной обсыпкой. Гравийная обсыпка в значительной мере предотвращает пескование скважины, улучшает фильтрационные свойства пород в прифильтровой зоне, позволяет увеличить размер проходных отверстий, а следовательно, и скважность фильтровых каркасов. Таким образом, гравийная обсыпка повышает водоотбор и увеличивая срок эксплуатации фильтра.

К основным параметрам гравийных фильтров относятся:

- качество гравия;

- гранулометрический состав гравия;

- размер отверстий каркаса фильтра;

- толщина гравийного фильтра и его диаметр.

2.12.1. Расчет гравийной обсыпки

Для обсыпки фильтра проектом предусматривается использовать гравий однородного состава с коэффициентом однородности 1,5 – 3 [5,8]. Это поможет значительно снизить расслоение гравия в процессе засыпки в скважину и получить однородный по высоте фильтр. Также на пропускную способность фильтра влияет окатанность гравия. Угловатые частицы способствуют снижению количества пропускаемой воды, поэтому будет использоваться окатанный гравий.

Гранулометрический состав гравия находится по соотношению:

, (2.50)

где - размер зерен гравия, содержание которых по массе составляет 50% (средний диаметр зерен гравия), мм; - средний диаметр частиц песка, мм.

Водоносный пласт, рассматриваемый в проекте, сложен мелкозернистым слабосцементированным песчаником со средним размером частиц песка . Находим средний размер зерен гравия:

.

Минимальную толщину обсыпки следует выбирать в зависимости от размеров гравия. При размере зерен 0,75 – 4 мм, толщина слоя обсыпки составляет 60 мм [5,8]. Наиболее надежны в работе фильтры с толщиной обсыпки 100 – 200 мм [5]. Большая толщина обсыпки при имеющихся размерах частиц водоносной породы может повлиять на увеличение выноса песка. Поэтому выбирается однослойная гравийная обсыпка толщиной 100 мм. Так как может произойти проседание или вынос обсыпки, проектом предусматривается запас столба гравия над верхнем краем рабочей части фильтра. Высота слоя обсыпки на 3 м больше длины рабочей части фильтра, гравием засыпается интервал 147 – 167 м. Кроме того, столб гравия, расположенный выше рабочей части фильтра между надфильтровой трубой и трубой эксплуатационной колонны выполняет роль сальника.

Поскольку водоносные породы представлены мелкозернистыми слабосцементированными песчаниками, каркас фильтра предусматривается обтягивать сеткой. С учетом размера частиц выбирается сетка галунного плетения номер 16/100, размер ячейки 0,23 мм, диаметр проволоки 0,5 мм [5]. Скважность фильтра составляет 30 %. Перед натягиванием сетки на каркас фильтра по спирали наматывается проволока диаметром 3 мм.

Объем засыпки рассчитывается по формуле:

, (2.51)

где D_c – диаметр скважины, м; d_ф– наружный диаметр фильтра, м;l- длина фильтра, засыпаемая гравием, м; - коэффициент растекания (принимаем ) [8].

Объем засыпки для надфильтровой части:

D_c = 0,221 м; d_ф =0,189 м; l=3 м.

.

На 1 м надфильтровой части понадобится .

Объем засыпки для остальной части фильтра:

D_c = 0,221 м; d_ф =0,189 м (с учетом проволоки и сетки); l=40 м.

.

На 1 м фильтра понадобится .

Всего необходимо гравия: .

Отверстия каркаса круглые. С учетом размера частиц водоносной породы, применения сетки, удобства изготовления отверстий, обеспечения достаточной водопропускной способности фильтра размер отверстий принимается равным 12 мм [6]. Отверстия располагаются в шахматном порядке.

Расстояние между центрами отверстий по длине трубы:

, (2.52)

где - диаметр отверстия, мм.

.

Расстояние между центрами отверстий по окружности:

. (2.53)

.

Техническая характеристика разработанного фильтра представлена в табл. 2.13.

Таблица 2.13

Техническая характеристика фильтра

Диаметр фильтра, мм	189
Надфильтровая часть, м	3
Рабочая часть, м	40
Отстойник, м	6
Наружный диаметр каркаса, мм	181
Диаметр отверстий каркаса, мм	12
Расстояния между центрами отверстий по длине трубы, мм	30
Расстояния между центрами отверстий по окружности, мм	20
Сетка номер 16/100:
плетение	галунное
размер ячейки, мм	0,23
диаметр проволоки, мм	0,5
Проволока на каркасе:
диаметр, мм	3
шаг навивки по спирали, см	10
Гравийная обсыпка:
толщина, мм	100
объем гравия, м3	6,04
Скважность, %	30