МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ КАЗАХСКОЙ ССР

КАЗАХСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ В.И. ЛЕНИЯ

Б.В. Федоров

БУРЕНИЕ И ОБОРУДОВАНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН

Учебное пособие

Алма-Ата 1989

УДК 628.112.2(075.3)

Бурление и оборудование гидрогеологических скважин:

Учеб. пособие /Б.В. Федоров. – Алма-Ата: КазПТИ, 1989. – 96с

Предназначено для студентов специальности 0107 «Гидрогеология и инженерная геология», которые в соответствии с учебным планом выполняют курсовой проект по бурению скважин на воду. Также может быть использовано студентами специальности 0108 «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых», при изучении курса «Бурение скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые» и выполнение соответствующего курсового проекта.

Цель пособия – помочь студентам получить знания и приобрести навыки самостоятельного проектирования разведочно-эксплуатационных скважин на воду.

В работе подробно даны методика выбора способа сооружения и проектирования конструкции скважин на воду, рекомендации по выбору соответствующего бурового и водоподъемного оборудования, технология бурения вмещающих пород, вскрытия и освоения водоносных пластов. Пособие содержит также разделы, посвящённые расчетам выбранного бурового оборудования, и указания по охране труда и природы при проведении буровых работ.

Ил.8, таб.28, библиогр. 15 назв.

Рецензенты: к.т.н. М.Н. Елизаров, главный гидрогеолог тематической партии «Казрудгеология» В.А. Смоляр

Печатается по плану Минвуза Каз ССР на 1983 г.

Казахский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический

институт им. В.И. Ленина. 1989 г.

В В Е Д Е Н И Е

В соответствие с учебным планом студенты, обучающие по специальности «Гидрогеология и инженерная геология», выполняют курсовой проект на тему «Бурение и оборудование скважин на воду». Это учебная работа является частью реального проекта по сооружению разведочно-эксплуатационной скважины на воду.

Курсовой проект выполняется в соответствии с индивидуальным заданием, выдаваемым студенту. В задании приводятся исходные данные для проектирования: цельное назначение скважины, ожидаемый геологический разрез с описанием пород и указанием их мощности, характеристика водоносного горизонта (пласта), намечаемого к эксплуатации, гидрогеологические условия (статический и динамический уровни воды, заданный дебит, степень изученности участка работ). Форма задания, на проектирование приведена, в приложении № 1.

Кроме того, могут быть заданы интервалы наибольшей проницаемости пласта и гранулометрический состав последнего, наличие необходимого количества глины и воды (при использовании вращательного бурения с промывкой) и ряд других показателей, уточняющих условия буровых работ.

1. Обоснование способа бурения

СКВАЖИН НА ВОДУ

В соответствии с исходными данными задания выбирается наиболее рациональный способ бурения проектируемой скважины. В практике буровых работ применяются следующие способы проходки скважин на воду: вращательный с прямой промывкой, вращательный с обратной промывкой, вращательный с продувкой воздуха, ударно-вращательный с применением пневмоударников, вращательный шнековый, ударно-канатный.

Вращательное бурение с прямой промывкой является в настоящее время основным способом сооружения гидрогеологических скважин. С этой целью широко применяется разновидность вращательного бурения – роторное. Виду невозможности сооружения скважин больших диаметров вращательное колонковое бурение применятся редко и лишь при дебитах до 3-5 л/с. Роторное бурение с прямой промывкой применяется при хорошо изученном разрезе и обеспечивает высокую механическую скорость бурения, возможность бурения на большую глубину в породах различной твердости, малый расход обсадных труб. Основной недостаток роторного бурения – глинизация (кольматация) водоносного пласта и вследствие этого снижение его дебита. Применяемые методы восстановления водоотдачи водоносных пластов часто требуют значительных затрат времени и средств и не всегда дают должный эффект. Значительные трудности вызывает бурение этим способом валунно-галечных отложений, в особенности залегающих близко к поверхности. Основной недостаток роторного бурения можно в ряде случаев устранить путем использования при вскрытии пласта в качестве промывочной жидкости технической воды, специальных растворов, оказывающих минимальное кольматирующее воздействие на стенки скважины (см. раздел 7)

Вращательное (роторное) бурение с обратной промывкой эффективно применяется при бурении скважин большого диаметра (до 1500 мм.) и обеспечивает получение больших дебитов воды. Скорость бурения эти способом возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с роторным бурением с прямой промывкой. Недостатками роторного бурения с обратной промывкой является его применимость только в мягких породах I-IV категорий и ограничение скважин по глубине (до 200 м). При вскрытии водоносных пластов необходимо также использовать воду или специальные средства промывочной жидкости.

Роторное бурение с продувкой имеет скорости проходки, превышающие аналогичные показатели бурения с прямой промывкой в 1,5-2 раза. Упрощается организация работ, т.к., отпадает необходимости установки глиной и водой обеспечивается качественное вскрытие и опробование пластов. Область применения способа ограничивается бурение скважин глубиной до 200 м., (при использовании двухступенчатых компрессоров, рассчитанных на рабочее давление сжатого воздуха 0,6-0,7 МПа). Однако бурение с продувкой применятся лишь в устойчивых породах и при наличии водопритоков в скважину до 8-5 л/с.

Ударно-вращательный способ с применением пневмоударников обеспечивает увеличение производительности бурения в породах средней и высокой твердости в 2-2,5 раза по сравнению с вращательным бурением с продувкой и имеет аналогичную область применения. Следует отметить, что отечественная промышленность начала выпускать компрессоры высокого давления (до 2 Мпа) и производительности до 20м³/мин. Это позволит бурить скважины глубиной до 400-500 м.

Вращательное шнековое бурение как самостоятельный способ применяется при сооружении скважин глубиной до 50 м. в мягких песчано-глинистых породах. Недостатками способа является не совсем полная оценка параметров вскрываемого водоносного пласта, ограничение пород по крепости и глубине скважины.

Ударно-канатное бурение при сооружении скважин глубиной до 150 м. в основном в рыхлых неустойчивых породах. Хорошие результаты дает применение способа при проходке валунно-галечников, недостаточно эффективно бурящихся роторным способом и вызывающих большие поглощения промывочной жидкости. Ударно-канатное бурение обеспечивает возможность качественного вскрытия к опробованию водоносных пластов и вмещающих пород, что обуславливает его использование в малоизученных районах. Вместе с тем для ударно-канатного способа характерны более низкие способы скорости бурения и сложность конструкции скважины (большой расход обсадных), значительно возрастающие с увеличением ее глубины свыше 150-200 м.

Комбинированный способ бурения сочетает два или несколько методов, применяемых последовательно во времени при сооружении скважины. Наиболее часто применяются сочетания роторного бурения с прямой или обратной промывкой с ударно-канатным или последнего со шнековым. Комбинированный способом позволяет соединить достоинства применяемых методов бурения, что в свою очередь повышает качество опробования водоносных пластов и сооружения водозаборной скважины. Основные требования, которыми следует руководствоваться при выборе способа бурения следующие: целевое назначение скважины, гидрогеологическая характеристика водоносного пласта и глубина его залегания, объем работ по освоению пласта. Следует отметить, объективную оценку выбранного способа бурения могут дать его технико-экономические показатели (коммерческая скорость бурения, стоимости 1 м проходки и 1 м³ воды, поднимаемой из скважины в единицу времени, и их сравнение с аналогичными показателями других способов в тех же условиях). Однако такая оценка возможна только после выполнения расчетов сметной стоимости работ по сооружению скважины несколькими способами бурения. Поэтому способ бурения выбирается ориентировочно в соответствии с указанной выше областью рационального применения и рекомендациями /3, 9/. В зависимости от выбранного способа проходки проектируемой скважины определяются категории буримости разреза по классификациям для вращательного или ударно-канатного бурения /1, 2/.