2.2.13. Пример проектирования конструкции скважины на воду

Исходные данные. Задан ожидаемый геологический разрез и гидрогеологическая характеристика водоносности пласта (приложение 1). Требуется: выбрать способа бурения скважины на воду и составить ее конструкцию.

Решение:

1. Выбор способа бурения. Анализ ожидаемого геологического разреза позволяет установить, что кровля намеченного к эксплуатации пласта (водоносного горизонта) залегает на отметке 200 м. С учетом глубины вскрытия пласта ожидаемая глубина скважины будет, более 200 м. Из задания также следует, что район работ в гидрогеологическом отношении хорошо изучен, т.е. нет необходимости его уточнения путем дополнительного отбора образцов (керна) из вмещающих пород. С учетом рекомендаций разд. 1 для бурения проектируемой скважины предусматривается применить роторный способ бурения. Выбранный способ обеспечивает высокую скорость проходки скважины и небольшую металлоемкость ее конструкции.

2. Проектирование конструкции скважины. Проектом предусматривается после сооружения скважины проведение предварительной и пробно-эксплуатационной откачки. При получении положительных результатов скважина оборудуется водоподъемником, предназначенным для эксплуатационной откачки, и передается заказчику. Поэтому скважина (ны) будет оборудована двумя типами водоподъемников: при проведении предварительной и пробной откачки – эрлифтом, при эксплуатационной откачке – электронасосом с погружным двигателем. Выбор эрлифта в качестве временного водоподъемника обуславливается тем, что он способен откачивать загрязненную воду с большим дебитом (до 200 м³ в час), при динамическом уровне до 50-60 м, т.е. вполне обеспечивает проектируемый дебит и необходимый напор, указанные в задании. Обоснование выбора для эксплуатационной откачки насоса с погружным двигателем заключается в высоком КПД водоподъемников этого типа, их компактности и простоте обслуживания. Для определения внутреннего диаметра эксплуатационной колонны необходимо установить, поперечны размеры водоподъемников, т.е. рассчитать основные параметры эрлифта и выбрать марку погружного электронасоса. Результаты расчета эрлифта, трубы которого расположены по схеме «внутри» по формулам (2.1) – (2.17), приведены ниже: коэффициент погружения смесителя К = 2; глубина погружения смесителя под динамический уровень Н = 74 м; полный расход воздуха W = 6,32 м³/мин; пусковое давление воздуха Р₀ =0,478 МПа; рабочее давление воздуха Р = 0,412 МПа; внутренний диаметр трубы расчетный d = 149 мм; внутренний диаметр воздухопроводной трубы расчетный d₁ = 50 мм; производительность компрессора расчетная W_к = 7,58 м³/мин; рабочее давление компрессора Р_р = 0,462 МПа; мощность на валу компрессора N_k = 47,3 кВт; КПД Ϟ = 0,169. По расчетным диаметра d и d₁ , по таблицам 2.6, 2.8 выбираем стандартные размеры насосно-компрессорных и осадных труб и заносим их в таблицу:

Водоприемная колонна			Воздухопроводная колонна
Dнар мм	Dвнутр мм	Dм мм		dнар мм	dвнутр мм	dм мм
168 мм	154,3 мм	188 мм		60,3 мм	50,3 мм	78 мм

По давлению Р_р , расчетной производительности W и мощности N_k выбираем для привода эрлифта компрессор ДК-9М. Для выбора погружного насоса предварительно по формуле (2.18) вычисляется требуемый манометрический диаметр Н_м = (37+1)+0,1(37+1+5) ≈ 42 м.вод.ст. По проектному дебиту выбирается погружной электронасос марки ЭЦНВ 10-120-60; (АТН) имеющий следующую техническую характеристику: производительность 120 м³/час; напор воды м. вод. ст. – 50; минимальный диаметр эксплуатационной колонны, необходимой для размещения насоса, мм – 250. Минимальный внутренний диаметр эксплуатационной колонны для размещения эрлифта определяется по формуле (2.20) D^э _внр = 188+30 = 218 мм.

Так как, необходимый внутренний диаметр колонны для размещения насоса – 250 мм, в соответствии с табл. 2.8. окончательно выбираются стандартные обсадные трубы для эксплуатационной колонны, имеющие параметры: D_н = 273 мм; D _внр = 299 мм; q = 45,9 кг/м. Затем по формуле (2.21) определяется расчетный диаметр D^r _q = 299 + 2 × 20 = 339 мм. Полученная величина округляется по нормальному ряду применяемых долот до стандартного, равного 345 мм.

Так как водоносный пласт представлен рыхлыми породами (мелкозернистые пески), предусматривается оборудование фильтром. Формирование бесфильтровой части путем образования каверны исключается, т.к. в кровле водоносного пласта залегают недостаточно прочные породы (глины). В соответствии с рекомендациями табл. 2.9 выбирается сетчатый фильтр с двуслойной гравийной обсыпкой. В качестве каркаса фильтра принимается обсадная труба, диаметром 146 мм в (табл. 2.8). С учетом толщины стержней и сетки диаметр сетчатого фильтра будет порядка 154 мм. Для надежной работы фильтра толщина обсыпки принимается равной 150 мм. Тогда его наружный диаметр по контуру обсыпки будет d_ф =154+2 ×150 ≈ 455 мм. По формуле (2.24) определяется коэффициент фильтрации пород водоносного пласта K_ф = = 10,6 м/сутки, а по формуле (2.24) скорость фильтрации v_ф = 65³ = 143 м/сут.

Длина рабочей части фильтра вычисляется по формуле (2.2)

l_p = 7,643 × = 9,3 м. Принимаем параметры l_p = 10 м. Водопропускная способность фильтра определяется по формуле (2.25)

ƒ = = 79,3 м³/час Так как запроектированный дебит равен 79,2 м³/час, то ƒ > Q выполнено. В каркасе фильтра (обсадной трубы диаметром Ø-146 мм) сверлятся 720 отверстий на 1м длины. Вдоль каркаса устанавливаются 8 прутков диаметром Ø-3-4 мм. Затем каркас обматывается сеткой квадратного плетения. Материал обсыпки состоит из двух слоев. Наружный слой толщиной 70 мм состоит из крцпных частиц гравия резмером D₁ = 10 d₅₀ . Внутренний слой толщиной 80 мм состоит из частиц гравия размером D₂ = 5 d₅₀. Так как в задании отсутствуют данные о среднем размере частиц водоносного пласта, то этот параметр будет определен после вскрытия горизонта и определения гранулометрического состава. Гравийная обсыпка будет создаваться после спуска каркаса фильтра на забой засыпкой с поверхности. Отстойником фильтра будет служить обсадная труба диаметром Ø-146 мм длиной 3 м. Надфильтровая часть будет установлена в „впотой“ с вхождением внутрь эксплуатуационной колонной на 5м. Кольцевой зазор между фильтровой и эксплуатационной колонной герметизируются пеньковым сальником. Так как внутренний диаметр выбранной эксплуатационной колонны составляет 258 мм, то фильтр выбранного диаметра свободно пройдет внутри нее монтаж. Для создания расширения скважины в пределах водоносного пласта (горизонта) под гравийную обсыпку предусматривается применить гидротурбинный расширитель. Фильтр будет установлен в срединной части плоскости власта (горизонта). Тогда в соответствии с формулой (2.34) глубина вскрытия будет

l_вскр = 0,5×(30+10)+3 = 23м; проектная глубина скважины - Н_скв = 200+23 = 223,0 м. Так как разрез представлен слабоустойчивыми размываемыми породами, эксплуатационная колонная должна перекрыть всю их мощность с углублением башмака на 0,3 м., ниже кровли. Таким образом, длина колонны составит 201,0 м., (с учетом ее возвышения над устьем скважины на 0,7 м). Учитывая относительно небольшую глубину скважины, предусматривает установку только кондуктора. Последний должен перекрывать первые да слоя неустойчивых пород (суглинки и пески с валунами) с углублением в другие породы (глины) на 5 м. Таким образом, длина кондуктора принимается 30 метров. Расчетный диаметр кондуктора: D^н _конд = 273+100 = 373 мм. По табл. 2.8. в качестве кондуктора выбираются обсадные трубы следующих стандартных размеров: D^н _конд = 377 мм; D^н _конд = 359 мм; D^н _конд = 402 мм. Учитывая небольшую глубину спуска кондуктора, можно принять соответствующий диаметр бурения D _q = 445 мм. Устье скважины закрепляется направлением, представляющий отрезок обсадной трубы диаметром Ø-508 мм (внутренний диаметр Ø-485 мм), который опускается в шурф глубиной 2,5 м с последующим бетонированием. Затрубное пространство кондуктора цементируется на всю длину. Так как в разрезе присутствует пласт песчаников с минерализованной водой, для исключения перетоков эксплуатационная колонна также цементируется от башмака до устья. На основании полученных данных выполняется гелого-технический разрез проктируемой скважины представленный на рис. 2.6.

рис. 2.6.