2. Методика проектирования конструкции скважин при вращательном бурении

Проектирование осуществляется в следующей последовательности:

1. По требуемому дебиту и динамическому уровню, указанным в задании (Приложение 1), выбирается водоподъемники для проведения временной и эксплуатационной откачки и определяются поперечные размеры.

2. По габаритам выбранных водоподъемников определяется внутренний диаметр эксплуатационной колонны, в которой они будут размещаться. По внутреннему диаметру в соответствии с ассортиментом труб определяются наружный диаметр колонны и диаметр соединительных муфт.

3. Вычисляются наружный диаметр долота под эксплуатационную колонну, который затем округляется до стандартного размера применяемых породоразрушающих инструментов.

4. С учетом гидрогеологической характеристики водоносного пласта выбирается тип водоприемной части скважины, проводится расчет ее основных размеров и глубины вскрытия водоносного пласта

5. С учетом расстояния от поверхности до кровли водоносного пласта и глубины и его вскрытия определяется общая глубина скважины.

6. В зависимости от положения динамического уровня воды и типов применяемого водоприемного оборудования определяется длина эксплуатационной колонны.

7. С учетом характеристики пород разреза (наличие зон поглощения, используемых водоносных пластов и т.д.)устанавливается количество обсадных колонн (кондуктор, в необходимых условиях промежуточные колонны), их поперечные размеры и длина.

8. По диаметрам соединительных муфт выбранных обсадных труб определяются диаметры долот, обеспечивающие свободный спуск колонн в скважину.

9. Устанавливаются интервалы затрубной цементации обсадных колонн с целью надежного разобщения пластов.

1. Выбор водоподъемника для откачки

Откачка проводится для очистки скважины, определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта и подготовки его к постоянной эксплуатации. Различают предварительную, пробно-эксплуатационную и эксплуатационную откачки.

Принудительная откачка (прокачка) проводится с целью полного осветления воды от песка и мути, а также для восстановления водоотдачи водоносных пластов вскрытых глинистым раствором.

Пробно-эксплуатационная откачка осуществляется для установления опытным путем возможности получения запроектированного дебита, изучения стабильности расхода и качества воды во времени.

Опытная откачка необходима для определения основных гидрогеологических параметров водоносного пласта (зависимость дебита от понижения, определения коэффициентов фильтрации, взаимодействия скважин и т.д.).

Эксплуатационная откачка осуществляется при добыче воды с запроектированным дебитом. Предварительную откачку осуществляют водоподъемником, способным откачивать воду с большим содержанием механических примесей: желонками, эрлифтами, водоструйными насосами. Основной недостаток желонок и водоструйных насосов – их низкая производительность.

Наиболее часто применяются эрлифты дающие возможность откачивать до 200 м³/час воды при подъеме на высоту 60-80 м. При работе эрлифта отсутствуют движущиеся механизмы, что дает возможности откачивать загрязненную.

Пробно-эксплуатационная и опытная откачки осуществляется временными водоподъемниками, а эксплуатационная – водоподъемниками, предназначенными для откачки чистой воды, глубинными артезианскими насосами типа АТН с двигателями, установленными на поверхности, насосами с погружными двигателями, штанговыми и винтовыми насосами, насосами с горизонтальной осью и т.д.. Наиболее эффективными по эксплуатационным показателям являются насосы с погружными двигателями, которые выпускаются нескольких типов: ЭЦНВ, ЭПН, АПВ и др. Они обладают высоким коэффициентом полезного действия (КПД) и не большими поперечными размерами, просты в монтаже и управлении. Применение водоподъемников обоих типов осуществляется последовательно во времени. Следовательно, для определения необходимого внутреннего диаметра эксплуатационной колонны из условия размещения в ней указанных водоподъемников необходимо по проектному дебиту и динамическому уровню рассчитывать или выбрать их поперечные размеры.

В связи с тем, что в качестве водоподъемника первого типа наибольшее распространение получил эрлифт, ниже рассмотрен принцип его работы и методика расчета основных параметров. Принцип действия эрлифта основан на законе сообщающихся сосудов, согласно которому уровни жидкостей в них устанавливаются обратно пропорционально их плотностям. Схема устройства эрлифта приведена на рис. 2.4.

В скважину опущены две трубы: воздухопроводная диаметром d₁ и водоподъемная диаметром d . На практике применяются два основных варианта относительного расположения колонн: параллельное (трубы расположены по схеме «рядом») и концетричное (трубы расположены по схеме «внутри»).

При параллельном расположении воздухопроводная труба в нижней части соединяется с водоподъемной с помощью смесителя. Водоподъемная колонна в месте расположения последнего имеет перфорацию для прохода сжатого воздуха. При концетрическом расположения труб роль смесителя выполняет нижняя часть эрлифта в месте перфорации, причем последняя выполняется в воздухопроводной колонне. При работе эрлифта функцию сообщающихся сосудов выполняет водоприемная колонна и скважина, которая при вскрытии водоносного пласта заполняется водой до отметки статического уровня.

Работа эрлифта происходит следующим образом. Сжатый воздух от компрессора подается в воздухопроводную трубу и, проходя через отверстия смесителя, смешивается с водой, имеющейся в водоприемной колонне. До подачи сжатого уровня первоначальный уровень воды в последней равен статическому h_{0 .} При насыщении воды пузырьками воздуха плотность жидкости уменьшается, а ее уровень в водоприемной колонне в соответствии с законом сообщающихся сосудов повышается вплоть до излива из скважины. При откачке воды ее уровень в скважине понижается. Стационарный уровень воды h в скважине при откачке с постоянной производительностью называется динамическим.

Рис. 2.4. А) – трубы расположены по системе «рядом».

Б) – трубы расположены по системе «внутри»