книги из ГПНТБ / Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин

него времени не находил широкого применения, то толь­ ко из-за большой трудоемкости сооружения высокоде­ битных скважин ударно-канатным способом и роторным способом с прямой промывкой забоя глинистым раство­ ром. Внедрение роторного способа с обратной промыв­ кой позволяет преодолеть эти трудности и открывает широкие возможности для использования вертикально­ го дренажа в ирригационном строительстве.

Опыт применения обратной промывки при строи­ тельстве водопонизительных скважин на орошаемых массивах можно показать на нескольких конкретных примерах.

Сооружение дренажа на орошаемом массиве Камен­ ский Под. Массив площадью 15 759 га расположен на левом берегу Каховского водохранилища в КаменскоДнепровском районе Запорожской области. Территория представляет вторую надпойменную террасу Днепра с равнинным рельефом и отметками поверхности 13— 24 м.

Грунтовые воды залегают в древнеаллювиальных песчаных отложениях и перекрывающих их тяжелых суглинках и лессовидных породах. Водоупором водонос­ ного горизонта служат харьковские глины, кровля кото­ рых имеет отметки 12—15 м. Мощность песков (тонко­ зернистых, разнозернистых, местами гравелистых) в нижней части достигает 15—25 м, а суглинков — 4—9 м. Коэффициенты фильтрации песков составляют 5— 30 м/сут. Глубина залегания грунтовых вод в бытовой период равнялась 3—10 м.

Массив площадью 678 га начали орошать в 1952 г. К 1957 г. общая площадь орошаемых земель достигла 15 134 га (Каменская, Ивановская и Благовещенская оросительные системы). Забор воды на орошение прово­ дится насосными станциями из Каховского водохрани­ лища и частично из Белозерского лимана. Вода посту­ пает в магистральные каналы, а затем в сеть оросите­ лей. Потери воды на инфильтрацию из магистральных каналов ежегодно составляли, по данным исследований В. А. Шкаруно и Н. А. Орловой (УкрНИИГиМ), 18— 30% водозабора. Кроме того, потери воды на фильтра­ цию из распределительной и хозяйственной сети дости­ гали 50—70% водоподачи.

Эксплуатация водохранилища, рост площадей оро­ шаемых земель вызвали резкий подъем уровней грунто­

141

вых вод. Сокращение норм полива и облицовка каналов не привели к существенному изменению гидрогеологиче­ ской обстановки орошаемого массива.

К 1967 г. процессам вторичного засоления подверга­ лась площадь 1438 га, оказавшаяся непригодной для сельскохозяйственного использования. Территория с глу­ бинами залегания грунтовых вод менее 3 м увеличилась до 7142 га.

Укргипроводхоз запроектировал водопонижающую сеть из 48 скважин для всей территории массива, нахо­ дящейся ниже абсолютной отметки 19 м.

Скважины проходили ударно-канатным способом (начальный диаметр 529 мм, конечный — 426 мм) и обо­ рудовали проволочными фильтрами (диаметр 325 мм) с гравийной обсыпкой Оъо—2,7—3,5 мм, коэффициентомнеоднородности 3—4, толщиной 50 мм. Каркасом филь­ тра служили трубы, в которых просверлены отверстия (1440 на 1 пог. м) диаметром 15 мм. К перфорированному трубчатому -каркасу по окружности припаяно 20 опор­ ных ребер из медной проволоки (диаметром 3 мм), по­ верх которых навита проволока из нержавеющей стали (диаметром 2 мм с шагом 3,2—3,5 мм).

Расход гравия на одну скважину составлял около 3 м3' при высоте обсыпки 12—18 м. Скважины оборудовали насосами 12 СП (скважину № 26 — насосом 10 АП.В).

Полная сметная стоимость строительства одной сква­ жины равнялась 4880 руб. (скважина 2800 руб., нанос 1300 руб., монтаж технологического, электросилового оборудования, электроосвещения и автоматического уп­ равления 780 руб.).

Согласно проекту, производительность скважин со­ ставляла 120 м3/ч, а на площади 7500 га обеспечивалось общее понижение грунтовых вод до 4—6 м от поверх­ ности земли. Ожидалось, что в процессе последующего орошения произойдет саморассоление засоленных ранее участков. В условиях проведения промывок с устройст­ вом временной дренирующей сети каналов рассоление этих земель должно было намного ускориться.

Бурение вели станками УКС-22 и УКС-30 СМУ-21 Укрводстроя. Время на бурение одной скважины состав­ ляло от 6 до 49 дней (в среднем 12 дней), продолжи­ тельность откачки 6,5—36 смен.

142

После введения скважин в эксплуатацию выясни­ лось, что они не обеспечивали проектного водоотбора, многие из них песковали. В связи с этим скважины были переведены на рекомендованный Укргипроводхозом облегченный режим эксплуатации с дебитом 60— 110 м3/ч (в среднем 85 м3/ч). Попытки увеличить водо­ отбор из скважин путем установки насосов в отстойник и понижения динамического уровня привели к тому, что часть насосов вышла из строя.

Ввиду низкой производительности скважин, прой­ денных ударно-канатным способом, была предпринята попытка сооружения высокодебитных скважин ротор­ ным способом с прямой промывкой забоя глинистым ра­ створом. Однако, несмотря на длительный период от­ качки (свыше 1 месяца), пескование не прекратилось и скважина была ликвидирована.

Наблюдения Каховской гидрогеолого-мелиоративной экспедиции за гидрогеолого-мелиоративным состоянием земель в зоне влияния скважин вертикального дренажа подтвердили его эффективность. Вертикальный дренаж стал основным фактором, определяющим гидрогеолого­ мелиоративную обстановку и ее изменение во времени.

Сведения о числе работающих дренажных скважин

Количество откаченной воды скважинами вертикаль­ ного дренажа за 1968 г. составило 20 091 119 м3, за 1969 г.— 16 637 690 м3. Радиус влияния водопонижаю­ щих скважии составлял 400—800 м, а в радиусе 200— 300 м наблюдалось уменьшение содержания солей в почвогрунтах.

К 1971 г. ввиду пескования, уменьшения производи­ тельности было перебурено 10 скважин. Кроме того,

143-,

нуждалось в перебуривании еще шесть скважин. Таким образом, за 5 лет эксплуатации третья часть пробурен­ ной сети практически вышла из строя.

Перебуриваиие скважин выполняли роторным спосо­ бом с обратной промывкой чистой водой. Диаметр бурения составлял 800—1000 мм. Ввиду отсутствия клас­ сифицированного гравия скважины оборудовали сетча­ тыми фильтрами диаметром 12". Зафильтровое прост­ ранство засыпали гранитной крошкой размером 1— 15 мм. Время на сооружение одной скважины состав­ ляло 12—18 ч, на прокачку—-2—6 ч, что меньше, чем при ударном бурении в среднем в 10—20 раз. Бурение вели станками УРБ-ЗАМ с комплектом навесного обо­ рудования, с удалением из забоя породы эрлифтом.

Выдерживалась следующая технологическая схема: размер отстойников 1,1 —1,5 объема проходимого ствола скважины; подача воды на бурение осуществлялась из ликвидируемых низкодебитных скважин. После проход­ ки верхней суглинистой толщи вода, обогащенная гли­ нистыми и пылеватыми частицами, заменялась в отстой­ никах и стволе на чистую воду. Общий расход воды на сооружение скважины глубиной 35 м составлял 150— 200 м3. Максимальное поглощение в процессе проходки по разнозернистым пескам достигало 10 л/с. После ос­ тановки бурения водопоглощение резко уменьшалось и спустя 3—5 минут доходило до 0,1—-0,5 л/с.

Удельные дебиты скважин № 21, 28, 45, пройденных ударным способом, составляли 3,02 л/с, 2,5 и 6,12 л/с, а пройденных роторным способом с обратной промывкой чистой водой соответственно 5,63 л/с; 7,65 и 7,1 л/с. Из приведенных данных видно, что производительность скважин, пройденных методом обратной промывки, вы­ ше, чем при ударном бурении в 1,15—3 раза. Скважи­ ны эксплуатировали с расходами, равными произ­ водительности насосов от 150 до 180 м3/ч и за наблю­ даемый период дебит скважин существенно не умень­ шался.

При проходке скважии № 22 и 36 была нарушена вышеприведенная технологическая схема. Скважины проходили от поверхности до забоя без замены образо­ вавшегося после проходки суглинистой толщи коллоид­ ного раствора на чистую воду. Удельные дебиты сква­

144

Из этого видно, что несоблюдение основных правил сооружения скважин большого диаметра методом обрат­ ной промывки приводит к значительным фильтрацион­ ным сопротивлениям в прнфильтровоіі зоне и уменьше­ нию их производительности.

Для улучшения гидрогеолого-мелиоративной обста­ новки на орошаемом массиве институт «Укргипроводхоз» разработал проект сооружения дополнительно 54 водопонижающих скважин и реконструкции существую­ щих малодебитных. Проектом предусмотрено сооруже­ ние скважин диаметром 900 мм с установкой каркасностержневых фильтров диаметром 12" с обсыпкой грави­ ем расчетной крупности. Способ бурения — роторный с обратной промывкой чистой водой.

Сооружение дренажа на орошаемом массиве о. Турунчук. Остров Турунчук, образованный протоками р. Днестра, находится в Одесской области. Поверхность острова ровная, возвышается над уровнем воды в реке в меженный период на высоту около 1 м, а в период паводка — затапливается.

Массив сложен аллювиальными отложениями, пред­ ставленными до глубины 14—20 м супесями и суглинка­ ми различной плотности, а ниже, до глубины 28—32 м. гравийно-галечниковыми отложениями с включением ва лунов диаметром до 200 мм и песчаным заполнителем. Между супесчано-суглинистыми и гравийно-галечни­ ковыми отложениями находится слой мелкозернистых песков с включениями гравия и ракушек, мощность ко­ торого составляет 1,5—2 м. Гравийио-галечниковые от­ ложения подстилаются плотными серо-зелеными гли­ нами.

В пределах острова расположены земли совхоза «Троицкий». Учитывая высокое плодородие этих земель, было принято решение об организации на острове ин­ тенсивного орошаемого земледелия (1200 га). С этой целью остров обвалован для защиты от затопления в период паводка, а для дренирования грунтовых вод, за­ легающих на глубине около 1 м, построен вертикаль­ ный дренаж. Дренажные воды по напорным трубопро­ водам подаются на полив.

Вертикальный дренаж состоит из 18 скважин глуби­ ной 28—32 м, расположенных в две линии, вытянутые вдоль острова и отстоящие друг от друга в среднем на 1—1,5 км. Расстояние между скважинами одной линии—

изводительностью 10—12 м3/мнн могут выноситься ва­ луны весом до 3,5 кг.

В подавляющем большинстве случаев для обсыпки фильтров применяли гравийный материал весьма низ­ кого качества, соответствовавший более или менее толь­ ко верхней части разреза, по не гравийно-галечниковым отложениям.

Обсыпка содержала около 70% частиц с диаметром 0,5—2,5 мм, поэтому увеличение контура обсыпки при­ водило к снижению дебита скважин. Тем не менее удель­ ные дебиты скважин, пройденных роторным способом с обратной промывкой, в значительной степени превышали удельные дебиты скважин, пройденных диаметром 498 мм роторным способом с прямой промывкой (для первых он составляет в среднем 8,5 л/'с, а для вторых — только 3,0 л/с). Скважины № 1 п №13, пройденные ро­ торным способом с обратной промывкой, где для обсып­ ки фильтра на участке гравийно-галечниковых отложе­ ний использован гравийный материал с диаметрами частиц 3—10 мм, имеют удельные дебиты соответствен­ но 15,1 и 29 л/с. В то же время единственная сква-

146

ние процесса бурения в гравпйио-галечнпковых отложе­ ниях без заполнителя влечет за собой только стабилиза­ цию поглощения, не вызывая его ослабления. Таким об­ разом, при бурении чистой водой кольматажа стенок скважины на участке этих пород не происходило.

Сооружение скважин вертикального дренажа в Го­ лодной степи Узбекской ССР. В Узбекистане борьба с засолением орошаемых земель наиболее эффективно осуществляется при помощи вертикального дренажа. Такая система нашла широкое применение в Голодной степи, в Ферганской долине, в Бухарском оазисе и др.

До 1968 г. сооружение скважин вертикального дре­ нажа проводили станками ударно-канатного бурения, а также роторными станками с прямой промывкой забоя глинистым раствором.

До недавнего прошлого Узбекский пастбищно-мелио­ ративный трест при сооружении скважин вертикального дренажа применял следующую технологию. Роторными станками АБВ-400, УРБ-ЗАА'І с применением шестиша­ рошечных долот на штангах диаметром 114 мм бурили скважины диаметром 1000 мм. По достижении проект­ ной отметки в скважину на колонне 426 мм устанавли­ вали щелевой фильтр. После этого в затрубное про­ странство вместе с глинистым раствором подавали гра­ вий крупностью от 5 до 20 мм с одновременной прокач­ кой фильтра эрлифтом. Подача воздуха осуществлялась от двух-трех компрессоров КС-9 и по некоторым скважи­ нам составляла до 30 м3/мпн. Сооружение скважин та­ ким методом требовало много времени на откачку (до 30—40 машнносмен). При этом также расход гравия на обсыпку увеличивался против расчетного до 30—50%. В некоторых скважинах, пробуренных данным методом, максимальный дебит достигал 147,5 л/с, однако затра­ ты труда на сооружение оставались достаточно высо­ кими.

В 1968 г. САНИИРИ совместно с институтом «Узгипроводхоз» начал проводить работы по бурению скважии с применением роторных станков при обратной про­ мывке забоя чистой водой. Для того чтобы получить сравнительные результаты и определить, как влияет технология бурения на производительность скважин вер­ тикального дренажа, были поставлены специальные ис­ следования, сущность которых изложена в трѵдах САНИИРИ за 1971 г.

148

Для решения поставленной задачи были выбраны два участка в Голодной степи Шурузякском и Сардобииском массивах, где водоносные горизонты пред­ ставлены средиезернистымп и мелкозернистыми пес­ ками.

На Шурузякском массиве глубина скважин равня­ лась 65—78 м. Кровля водоносного горизонта представ­

песками с гравием, галькой и прослойками глин. Мощ­ ность этой толщи достигает 45 м и более. Основная масса песков представлена частицами 0,25—0,40 мм до 30—50%, но в их толще встречаются линзы гравия и гальки диаметром 10—40 мм (до 80%)- Коэффициент фильтрации этих песков достигает 40—50 м/сут.

Сардобинский массив находится в менее благоприят­ ных условиях. Здесь в кровле залегают суглинки мощ­ ностью 18—25 м, которые подстилаются среднезернисты­ ми песками с включением гравия (до 15—20%). Сред­ ний диаметр песков водоносной толщи колеблется от 0,16 до 0,20 мм. Коэффициент фильтрации составляет

20—28 м/сут.

На этих массивах проводилось бурение скважин оте­ чественным станком УРБ-ЗАМ с прямой промывкой за­ боя глинистым раствором и румынским станком ФА-12 с обратной промывкой забоя чистой водой.

При бурении скважин станком ФА-1'2 применяли крестообразные и ромбические долота диаметрами 470, 610, 1016 и 1270 мм, а также эксцентрическое долото «Цублино» на трубах диаметром 150 мм с удалением пѵльпы из забоя эрлифтом. Подача воздуха в колонну осуществлялась по трубкам, расположенным с наруж­ ной стороны бурильной колонны.

Забуривание скважин до водоносного горизонта про­ водили при помощи вакуумного центробежного насоса. Для бурения станок УРБ-ЗАМ оборудовали шарошеч­ ными долотами по обычно принятой схеме.

Всего было пробурено 1S опытных скважин, из них

7выполнено станком ФА-12 и 4 — станком УРБ-ЗАМ. Большой интерес представляют данные, опублико­

ванные А. Абировым о скорости и затратах времени на бурение скважин двумя способами (табл. 16).

149

150