книги из ГПНТБ / Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин

В районе города Мозырь в долине р. Припять на обширной площади разными организациями пройдено 57 скважин глубиной до 110 м.

Все скважины, заложенные в долине р. Припять, вскрыли четвертичные аллювиальные образования мощ­ ностью до 49 м, подстилаемые верхнепалеогеновыми от­ ложениями. Аллювии представлен разиозернистыми пес­ ками (от тонкозернистых до крупнозернистых) с вклю­ чением мелкого гравия. В толще аллювиальных песков встречаются маломощные прослои суглинков и сильноглинистых песков. При бурении ударно-канатным спо­ собом водоносные пески-плывуны создают «пробку» высотой до 3—4 м.

Ниже залегают верхнепалеогеновые отложения, представленные мелко-, средне- и крупнозернистыми пес­ ками с прослоями тонкозернистых глауконитовых песков. Мощность отложении палеогенового возраста достигает 75 м. Они подстилаются меловыми отложениями. В пес­ ках четвертичных и палеогеновых отложений залегает горизонт грунтовых вод, уровень которых вскрывается на глубине 2—3 м от поверхности земли. Отмеченный водоносный горизонт гидравлически связан с водами р. Принять. Максимальная мощность водоносного гори­ зонта достигает 110 м.

Т а б л и ц а 21

из нержавеющем проволоки квадратного плетения с ячейками 1,8X1.8 мм с г,равниной обсыпкой с размером частиц 2—6 мм.

В таблице 21 приведены суммарные данные по сква­ жинам, пробуренным в долине р. Припять различными организациями.

Дебит скважин, пробуренных роторным способом с обратной промывкой, был в 5 раз выше, чем у скважин, пробуренных роторным способом с глинистым раство­ ром и в 1,5 раза выше по сравнению с ударно-канатным способом.

При этом в скважинах, пробуренных роторным спо­ собом с глинистым раствором, имеют место суффознонные процессы (пескование), в результате чего времена­ ми их необходимо перебурнвать или очищать ствол скважины от осевшего песка. Постоянное наличие песка в откачиваемой воде приводит к повышенному износу насосного оборудования. В меньшей мере эти же недо­ статки присущискважинам, пробуренным удар'но-іка- натным способом.

Эффективность применения роторного способа буре­ ния с обратной промывкой наглядно проявилась на опы­ те проектирования водозабора подземных вод для хозяй­ ственно-питьевого водоснабжения г. Мозыря. Ранее основываясь на результатах бурения опытных эксплуата­ ционных скважин ударно-канатным способом, для полу­ чения всего необходимого количества воды намечалось пробурить 22 скважины. Но в результате бурения на этом водозаборе нескольких скважин способом обратной промывки представилась возможность отбирать задан­ ное количество воды только 16-ю скважинами. Экономия

Еще больший эффект получен по водозаборам, экс­ плуатируемым в районе тг. Слуцк и Солигорск. Здесь во­ доносный горизонт мощностью 90—95 м заключен пре­ имущественно в тонкозернистых плывунных песках с редким включением гравия. На этих объектах про­ бурено 37 скважин, данные по которым приведены в таб­ лице 22.

Из общего числа скважин большая их часть пробу­ рена на водозаборах, обеспечивающих хозяйственно­ питьевое водоснабжение Солигорского района.

Интересно отметить, что вначале на водозаборе бы­ ли пробурены скважины роторным способом с глинис­ тым раствором. В процессе эксплуатации скважин дебит их при динамических понижениях до 50 м не превышал

162

скважины, пройденные роторным способом, были ликви­ дированы и рядом с ними были пробурены скважины ударно-канатным способом. Дебит этих скважин ока­ зался значительно выше (до 11,9—13,8 л/с) при дина­ мических понижениях уровня воды до 26—45 м.

Однако все скважины сильно песковали, в результате чего приемные резервуары и водоводы заполнялись пес­ ком, иасосы выходили из строя, что в делом затрудняло эксплуатацию водозабора. В связи с этим в 1970— 1971 гг. на водозаборах рядом с существующими сква­ жинами, пробуренными ударно-канатным способом, бы­ ли пробурены скважины способом обратной промывки. При диаметре бурения 630 мм на всю глубину (до 100— ПО м) представилась возможность установить в сква­ жинах фильтры из перфорированных труб диаметром 325 мм с сеткой из нержавеющей проволоки с мощным контуром песчано-гравийной обсыпки (толщиной 180— 190 мм).

Дебит скважин указанной конструкции, пробуренных способом обратной промывки, оказался в 3 раза выше дебита скважин, пройденных ударно-канатным спосо­ бом. В результате представилась возможность обеспе-

чить водоснабжение района меньшим количеством экс­ плуатационные сківажн'іі, сокіратить длину всех .коммуни­ кации водозабора, что в конечном счете дало значи­ тельный экономический эффект.

В заключение следует еще раз отметить, что приме­ нение роторного способа бурения с обратной промыв­ кой, позволяющее увеличить толщину слоя гравийной обсыпки фильтра, целесообразно не только для увели­ чения дебита скважин, но и для продления срока их эксплуатации. Как отмечалось, увеличение слоя обсыпки позволяет также исключить или свести к минимуму пескование скважин, которое в ряде случаев усложняет и удорожает эксплуатацию водозаборов.

Особенно большой экономический эффект следует ожидать при бурении скважин в водоносных горизонтах, заключенных в грунтах с невысокими фильтрационными свойствами.

Бурение скважин для сельскохозяйственного водо­ снабжения в Краснодарском крае и на Северном -Кав­ казе. Краснодарский край расположен на территории Приазово-Кубанской впадины, которая на юге ограниче­

ным морями.

Приазово-Кубанская впадина характеризуется глубо­ ким погружением пластов пород, представленных глав­ ным образом отложениями третичного возраста, прикры­ тых сверху четвертичными отложениями. Водовмещаю­ щими породами этих отложений являются пески раз­ личного состава по крупности, заключенные в глинистой толще. Ввиду синклинального залегания пород во впа­ дине многие водоносные горизонты обладают напорностыо.

Водоснабжение Краснодарского края, в основном, базируется на артезианских скважинах, отбирающих во­ ду из пород четвертичных и третичных отложений Азо­ во-Черноморской впадины.

Подземные воды в большинстве случаев хорошего качества, обладают большим напором и удовлетворяют хозяйственно-бытовые потребности населенных пунктов. Наряду с этим в северной части Краснодарского края аіртезианюк-ие воды содержат в большом количестве се­ роводород и другие химические компоненты, обладают

164

большой агрессивной способностью и пе отвечают сани­ тарным нормам.

Воды неудовлетворительного качества встречаются также в Армавирском районе н на Таманском полуост­ рове. В некоторых предгорных районах водоснабжение затрудняется из-за небольшой мощности водоносных го­ ризонтов, плохой водоотдачи и малых напоров. Там на­ ряду со скважинами используют родниковые воды и во­ ды подрусловых отложений.

До 1937 г. бурение скважин в Краснодарском крае проводилось ударным способом желонками на штангах или на канате. С 1890 по 1937 гг. было пробурено 302 артезианские скважины с глубиной от 50 до 400 м. На­ чиная с 1937 г. в связи с возросшими потребностями хозяйств в воде, бурение проводили роторными станками с прямой промывкой забоя глинистым раст­ вором.

Дри поступлении станков БА-20, МВА-800 и АБВ-3100 к концу 1951 г. ударное бурение почти полностью было заманено роторным.

С 1947 г. буровые организации применяли для сель­ скохозяйственного водоснабжения две основные конст­ рукции скважин: крепление трубами 10" при средней глу­ бине скважин до 80 м и трубами 6" — до 213 м; крепле­ ние трубами 8" до 80 м и трубами 5" до 213 м.

При роторном бурении применяли конструкции фильтров из буровых дырчатых труб, покрытых сеткой из латуни и нержавеющей стали, а также из проволоки нержавеющей стали.

Такие конструкции скважин, пробуренные за период с 1947 по 1972 гг., обеспечивали подачу воды в среднем около 30 м3/ч. Наряду с положительной работой сква­ жин в Краснодарском крае имеет место их длитель­

доводов.

В борьбе за повышение качества буровых скважин, увеличение их дебита, сроков эксплуатации, использова­ ние вод верхних водоносных горизонтов Краснодарский трест «Меливодстрой» провел большую работу по внед­ рению роторного способа с обратной промывкой забоя чистой водой. Начало этому способу бурения было по­ ложено в ноябре 1971 г., когда были пробурены первые три скважины.

165

На первом этапе бурение скважин с обратной про­ мывкой проводили станком УРБ-ЗАМ с навесным обо­ рудованием, а затем — станком ФА-12. Дело в том, что проходное отверстие в раме станка УРБ-ЗАМ даже при снятом роторе не позволяет опускать трубы для крепления скважин диаметром 720—820 мм без пере­ мещения станка, а это затрудняет производство работ. В станке ФА-12 этот недостаток устраняется.

Бурение скважин с обратной промывкой проводили трехлопастными коническими долотами диаметром 670—495 мм. Глубина трех скважин, пробуренных стан­ ком УРБ-ЗАМ, составляет 65—127 м при креплении скважин одной и двумя колоннами труб. Глубина четы­ рех скважин, пробуренных станком ФА-12, колеблется в пределах от 78 до 182 м.

Техническая характеристика пробуренных скважин приведена в таблице 23.

Все пробуренные скважины оборудованы каркасно­ стержневыми фильтрами диаметром 146, 219 и 273 мм с проволочной обмоткой из нержавеющей стали диамет­ ром 2 и 3 мм, с зазором между витками проволоки 0,5— 1 мм.

Для обсыпки фильтров применяли гравий следующе­ го механического состава: с частицами от 7 до 10 мм —

10,5%; 5—7 мм — 18%; 3—5 мм — 26%; 2—3 мм — 18,5%; 1—2 мм — 18,5%; 1 мм и менее — 8,5%.

При таком составе гравийной обсыпки зазор между витками проволочной спирали можно было увеличить до 2—3 мм без опасения за длительность пескования. Как показал опыт, прокачка скважин и прекращение пескования при данном составе и толщине гравийной обсыпки наступает через несколько часов и скважины в дальнейшем работают без пескования.

До бурения скважин новым способом пескование в районах, где водоносные горизонты представлены тон­ козернистыми песками, наблюдалось не только в пери­ од освоения скважин, но и в дальнейшем при эксплуата­ ции. Это приводило к необходимости систематической очистки фильтров от заиления и песчаных пробок. По этим причинам в Краснодарском крае многие скважи­ ны оборудовали эрлифтами, а для приема воды необхо­ димо было сооружать промежуточные емкости с после­ дующей подачей воды потребителям насосами второго подъема.

166

167

168

Бурение скважин роторным способом с обратной про­ мывкой не только обеспечило увеличение дебита сква­ жин, сократило сроки прокачки, но и позволило обору­ довать скважины глубинными погружными насосами, которые в несколько раз сокращают потребление электроэнергии на подъем воды. Отпала также не­ обходимость в подкачке воды насосами второго подъема.

'Впервые в истории сельскохозяйственного водоснаб­ жения Краснодарский трест «Мелиоводстрой» начал

10лет.

В1971 г. были начаты работы по внедрению ротор­ ного способа бурения и в других районах Северного Кавказа. Институт ПНИИИС в Чечено-Ингушской АССР проводил работы по бурению скважин на воду способом обратной промывки станком УКС-22М-РПМ.

Скважины проходили на напорный водоносный го­ ризонт, заключенный в нижнечетвертичных морских от­

ризонт вскрывали скважинами на глубинах от 145 до 440 м. В отложениях бакинского яруса водовмещающи­ ми породами являются мелкозернистые пески, слабые, песчаники и конгломераты, залегающие в виде отдель­ ных прослоев в толще глин. Мощность водоносных сло­ ев изменяется от 2 до 40 м. Пьезометрические уровни в пределах речных террас устанавливаются выше по­ верхности земли, в предгорьях ниже, на глубине до 40— 60 м.

Питание водоносного горизонта происходит за счет перетока из вышезалегающих подземных вод, заклю­ ченных в древнеаллювиальных отложениях (долины рр. Терек, Малка и др.). Воды отложений бакинского яруса в западной части области распространения прес­ ные, в восточной — солоноватые, сухой остаток равен

1,9 г/л.

Дебит скважин, вскрывающих бакинский водонос­ ный горизонт, в значительной степени определяется кон­ струкцией скважин и в еще большей степени способом бурения.

Скважины, пробуренные роторным способом с гли­ нистым раствором и малым диаметром, повсеместно

169

имеют низкую производительность, преобладающий удельный дебит равен 1 л/с.

Бурение скважин ударно-канатным способом на этот водоносный горизонт не проводили. Препятствием для этого служит чередование водоносных (плывунных) пес­ чаных прослоев в толще глин, которое вызывает необ­ ходимость в частом переходе на меньший диаметр скважины, лишает возможности устанавливать фильт­ ры с гравийной обсыпкой, без которой скважины «пескуют».

В отмеченных условиях особенно эффективна ока­ залась проходка скважин способом обратной промывки.

Данные, позволяющие сопоставить эффективность бу­ рения скважин в долине р. Терек способом обратной промывки, по сравнению с бурением роторным способом с прямой промывкой глинистым раствором, приведены в таблице 24.

Т а б л и ц а 24

Производительность скважин в зависимости от способа бурения

* Фильтр трубчатый с перфорацией, с сеткой квадратного пле­ тения из стальной нержавеющей проволоки с ячейками 1,8x1,8 мм с гравийной обсыпкой (2—5 мм).

170