книги из ГПНТБ / Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин

15210

Рис. 32. Схема буровой установки ФА-12:

51

52

Станками ФА-12 бурилидренажные скважины на строительстве плотины водохранилища лі для сельскохо­ зяйственного водоснабжения в Краснодарском крае в Голодной степи, а также на объектах орошаемого зем­ леделия Украины и на территории Туркменской ССР.

Несмотря на некоторые конструктивные недостатки, станки ФА-12 находят достаточно широкое применение в практике бурения водозаборных скважин и в мелиора­ тивном строительстве.

53

Г Л А В А III'

ОРГАНИЗАЦИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО БУРЕНИЮ СКВАЖИН РОТОРНЫМ СПОСОБОМ С ОБРАТНОЙ ПРОМЫВКОЙ

Условия применения роторного способа с обратной промывкой. Этот скоростной метод сооружения скважин большого диаметра можно применять для водоснабже­ ния, водопонижения, при строительстве дренажных соо­ ружений, свай, барражных стенок, фундаментов и дру­ гих объектов.

Область применения роторного способа бурения сква­ жин большого диаметра с использованием отечествен­ ных станков ограничена следующими условиями.

Глубина до статического уровня подземных вод должна быть не менее 3 м. В этом случае величина из­ быточного гидростатического давления (0,3 атм) совме­ стно с фильтрационным давлением воды удерживает стенки ствола скважин от обрушения. Можно соору­ жать скважины на участках с глубиной залегания ста­ тического уровня подземных вод и меньше 3 м, но для этого следует предварительно провести подготовитель­ ные работы (создание насыпей, специальных эстакад, кондукторов и т..д.).

Вусловиях, где уровень подземных вод залегает па глубине менее 3 м, скважины можно бурить станком УКС-22М-РПМ с установкой ротора (на высоте 3—4 м)

икондуктора, в котором создается напор 0,3—0,4 атм, или использовать установку УБШМ-16.

Скважины сооружают на участках, где воду для про­ мывки можно подвозить водовозками из близлежащих скважин, водоемов, каналов и т. д. Иногда рентабельно для создания высокодебитной скважины пробурить и оборудовать скважину малого диаметра с последующей ликвидацией.

Вгеологическом разрезе не должно содержаться валунов диаметром более 0,4 м. Валуны меньшего раз­ мера выбирают при помощи специальных буровых на­ конечников.

Литологический разрез должен быть представлен осадочными породами I—IV категорий. При бурении

54

крепких скальных пород используют шарошечные доло­ та, переделанные для бурения с обратной промывкой. В зарубежных странах для этих целей применяют спе­ циальные долота II утяжеляющие штанги.

Условия, обеспечивающие устойчивость скважин от обрушения. Устойчивость стенок скважины при бурении всасывающим способом поддерживается некоторым из­ быточным давлением воды в ней. Для создания этого давления нужно, чтобы уровень подземных вод находил­ ся на определенной глубине. Если он расположен очень близко к поверхности земли, то необходимое противодав­ ление создают путем поддержания уровня в кондукторе, который устанавливают с определенным превышением над устьем скважины.

Вопрос об устойчивости ствола скважины возникает главным образом в связи с проходкой рыхлых песчаных отложений, которые характеризуются в горных выра­ ботках наименьшей устойчивостью.

При бурении скважин большего диаметра условие сохранения их устойчивости выражается так:

а— радиальное давление грунта в наименее устойчивом слое (в слое, характеризую­ щемся наименьшим коэффициентом внут­ реннего трения).

Величину радиального давления породы можно вычислить по формуле, полученной на основе решения В. Г. Березанцевым осесимметричной задачи предельно­ го равновесия с использованием методического приема,

предложенного Г. М. Мариупольским для однородного строения грунта:

где го — радиус скважины;

55

Фі = 2 tg cpi tg(45° + cp1/2); ^2=2 tg ф2 tg (45°+срг/2); /-і = г0 + Я tg(45° —фі/2); Гг = Го + in tg (45°—фг/2);

С — коэффициент горизонтального распора;

Ci = tg2(45° —срі/2)— верхнего слоя (слоев);

С2= tg2(45°—фг/2) —слабого слоя;

Значения ус и ф для некоторых грунтов приведены в таблице 4. Там же даны соответствующие значения коэффициента горизонтального распора.

56

Расчеты показывают, что при самых неблагоприят­ ных условиях, когда и нижний (слабый) и перекры­ вающие его слои характеризуются минимальными зна­ чениями углов внутреннего трения (соответственно 16° и 20°), получаемые значения радиального давления грун­ та не превышают 0,3—0,4 кГ/см2. В таких условиях устойчивость ствола скважины создается противодавле­ нием столба воды высотой 3—4 м над уровнем подзем­ ных вод. Эти данные соответствуют практическим реко­ мендациям применения всасывающего способа бурения, которые имеются в литературе.

Таким образом, если уровень грунтовых вод в районе бурения находится иа глубине не менее 3 м от поверх­ ности земли, возможность обрушения скважины в про­ цессе бурения исключается.

Если же до уровня подземных вод меньше 3 м, сле­ дует провести расчеты по формулам (1) и (2) для оцен­ ки устойчивости скважин. Для выполнения расчетов, кроме данных, приведенных в таблице 5, нужно знать геологические условия района работ, в частности, глуби­ ну залегания и мощность песчаных отложений и харак­ теристику переигрывающих слоев для определения фср. Выбор слоев для проверки устойчивости зависит от их мощности, глубины залегания и литологического соста­ ва грунтов. При необходимости молено провести провер­ ку нескольких слоев.

Кроме геотехнических условий, как это видно из фор­ мулы (2), существенное влияние на устойчивость оказы­ вает ее диаметр, увеличение которого приводит к сниже­ нию устойчивости пород. Поэтому в процессе проходки скважины нельзя допускать (особенно в слабых грун­ тах) разработки каверн (при нарушении технологии бурения).

Отечественная практика уже имеет большое число скважин, пробуренных в толще рыхлых отложений на глубину до 50 м, при положении статического уровня подземных вод в 1,5—2,5 м от поверхности земли. Это можно объяснить только благоприятными геологически­ ми условиями, устойчивостью песчаных отложений и вы­ сокими скоростями проходки.

Подготовительные работы. Местоположение сква­ жин, указанное гидрогеологами, согласовывают с геоло­ гическим контролем, а также с органами санитарного надзора, если скважины бурятся для питьевых целен.

57

Буровой бригаде сообщается предварительный геологи­ ческий размер скважины и данные о статическом уров­ не воды.

Для безнапорных горизонтов сведения об уровне во­ ды можно получить путем забуривания неглубоких сква­ жин (4—5 м) при помощи буровой ложки, змеевика и других наконечников.

Перед установкой станка следует расчистить пло­ щадку размером 25X25 м, срубить окружающий кустар­ ник и обеспечить свободные подходы к агрегату. Затем станок устанавливают на точку, монтируют мачту, за­ крепляют ее тросами. Необходимо подвести освещение и установить дополнительно 2—3 прожектора, так как существующая система освещения станков явно недо­ статочна, особенно при оборудовании скважины фильт­ рами и при устройстве гравийной обсыпки.

Для предупреждения механических повреждений устья рекомендуется разгрузить роторную часть станка на большую опорную площадь. Это достигается при по­ мощи тавровой балки (длиной 7—8 м), расположенной

Рис. 33. Схема устройст­ ва для разгрузки давле­ ния роторной части стан­ ка на устье скважины:

У— балка; 5 — домкрат; 3 — ротор; 4 — лебедка; 5—шланг

для вакуумной зарядки вса­ сывающей системы; 9 — ве­ дущая штанга (квадрат).

58

под рамой и опирающейся на шпальную выкладку, как это показано на рисунке 33.

Для облегчения подвозки оборудования, труб и фильтров к станку целесообразно проложить легкую узкоколейную железную дорогу с двумя тележками

(рис. 34).

Отстойник промывочной жидкости обычно открывав ют на расстоянии 5—7 м от буровой установки. Объем' отстойника должен превышать геометрический объем выработки с учетом разуплотнения породы в 1,5—2 ра­ за. Его можно уменьшить, если на площадке есть эскаваторы, которые проводят периодическую очистку отстойника от шлама. В тех случаях, когда бурение сква­ жин с обратной промывкой ведут на территориях с плот­ ной застройкой и отрыть отстойник невозможно, пульпу сбрасывают в металлические передвижные емкости, установленные на трейллерах, с последующей их тран­ спортировкой для очистки. Котлован для отстоя породы отрывают экскаватором с ковшом или лопатой, а также бульдозером.

Сохранение воды в отстойниках осложняется, если породы представлены сухими песками с большой прони­ цаемостью. Для уменьшения фильтрационных потерь применяют глинистый раствор или тонкую полиэтилено­ вую пленку, которыми вначале изолируют отстойники для сброса промывочной жидкости.

В целях предупреждения размыва устья скважины водой, протекающей из отстойника, целесообразно про­ ложить к скважине переливную трубу или деревянный короб на глубине 0,3—0^5 м. Следует иметь в виду, что

59

в процессе бурения это переливное устройство может заиливаться породой н потребуется его очистка.

В Югославии отстойники для шлама устраивают большой площадью и относительно малой глубиной (около 1 м ), что способствует лучшему очищению про­

мывочной жидкости.

Вода как промывочная жидкость и ее влияние на производительность скважин. При данном способе буре­ ния в качестве промывочной жидкости применяют чистую воду, а в необходимых случаях и глинистый рас­ твор. Промывочная жидкость удерживает стенки сква­ жины от обвала и транспортирует из забоя разбурен­

ную породу.

Глинистый раствор с использованием бентонитовых и местных глин применяют при бурении в неустойчивых породах, залегающих в кровле водоносного горизонта.

Промывочная жидкость, обогащенная глинистыми коллоидальными частицами, образуется в тех случаях, когда в кровле залегают мощные и мелкие пропластки глин и суглинков. Их проходка повышает вязкость и удельный вес промывочной жидкости.

При вскрытии водоносных горизонтов, представлен­ ных песками различной крупности, промывочная жид­ кость может влиять на их проницаемость. Установлено резкое понижение проницаемости мелкозернистых и гли­ нистых песков при разбуривании их водой, обогащенной глинистыми частицами. По этим причинам при входе бурового инструмента в породы водоносного горизонта рекомендуется сменить промывочную жидкость на чи­ стую воду как в стволе самой скважины, так и в емко­ сти (отстойнике).

Обеспечение водой буровой установки зависит от местных условий. Можно подавать воду в емкость авто­ цистернами либо подкачивать ее насосами из соседних скважин, открытых водоемов или каналов.

При неограниченной подаче воды и в тех случаях, когда имеется возможность сбрасывать пульпу на тер­ риторию без опасности ее заболачивания, бурение ведут чистой водой (без оборота).

Степень деформации пород в призабойных зонах в зависимости от состояния промывочной жидкости иссле­ довалась на участках Каменского и Знаменского верти­ кальных дренажей Каховского водохранилища. Во вре­ мя опытов изучали изменения проницаемости пород в

60