книги из ГПНТБ / Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин

призабойной зоне скважин пропорциональна величине

&2п-

Исходные данные для расчета и полученные значе­ ния сопротивлений приведены в таблице 5. Сопротивле­ ния призабойных зон скважин, пробуренных роторным способом с обратной промывкой на воде, изменяются от 2,26 до —1,04. Характерно, что отрицательные значения t2n отмечались для скважин № 181, 182, 184, где в раз­ резе нет глинистых покровных отложений, а максималь­ ные значения сопротивлений наблюдались при наиболь­ шей мощности глин и суглинков над водоносным гори­ зонтом. Однако были случаи, когда при прочих равных условиях сопротивления существенно отличались (сква­ жины № 76 и 77).

В то же время фиксирование в некоторых случаях далее при наличии в разрезе глинистых пород отрица-

Т а б л и ц а 5

Сопротивления фильтров, обусловленные бурением скважин различными способами на участке Каменской дренажной завесы

Р о т о р н ы й с п о с о б с п р я м о й п р о м ы в к о й

г л и н и с т ы м р а с т в о р о м

62

тельных значений £2п свидетельствует о благоприятных перспективах в улучшении технологии бурения ротор­ ным способом с обратной промывкой.

Скважины, пробуренные роторным способом с гли­ нистой промывкой, характеризуются высокими значе­ ниями £гт иногда в десятки раз превышающими гидрав­ лические сопротивления пород в призабойных зонах скважин, пробуренных с обратной промывкой на чистой воде.

Очевидно, при залегании в верхней части разреза глинистых образований необходимо усовершенствовать технологию проходки скважин для предотвращения воз­ можности глинизации призабойных зон естественным глинистым раствором. Для этого на участках береговых вертикальных дренажей Каховского водохранилища проведены исследования возможности предотвращения кольматационных явлений путем замены образующегося естественного раствора перед вскрытием водоносного пласта на чистую воду.

Исходные расчетные данные и полученные значения сопротивлений приведены в таблице 6.

Отрицательные значения £2п свидетельствуют об улучшении фильтрационных свойств пород в призабой­ ной зоне в процессе освоения скважин.

Сопротивления призабойной зоны при вскрытии водоносного пласта с заменой естественного глинистого раствора на чистую воду

63

улучшение фильтрационных свойств пород в призабой­ ных зонах скважин. Поэтому нужно обязательно ис­ пользовать такой технологический прием при проходке скважин на воду.

Проведенные исследования позволяют заключить, что для предупреждения кольматации водосодержащих

проходки и выполнением строительной откачки необхо­ димо максимально сокращать.

Вода, потребная для бурения всасывающим способом. Основное условие для эффективного бурения с обрат­ ной промывкой — обеспечить буровую установку доста­ точным количеством воды.

Количество воды, потребное для бурения скважины всасывающим способом (с обратной промывкой), скла­ дывается из объема отстойника (1,5—2 объема ствола скважины в зависимости от местных условий) и потерь воды на фильтрацию из отстойника и через ствол сква­ жины.

1 м проходимых пород t-го слоя; піі — мощность отложений г-го слоя, м; ti — время проходки і-го слоя, ч.

Суммарная величина фильтрационных потерь из от­ стойника определяется размером отстойника, проницае­ мостью грунтов, в которых он отрыт, и временем, затра­ чиваемым на бурение скважины. Как показывает прак­ тика, потери из отстойника со временем уменьшаются

64

фильтрационных потерь (qo) при указанных выше гео­ метрических размерах, как правило, не превышает 0,2— 0,4 м3/ч.

При размещении отстойников в песчаных грунтах (обычно мелкозернистых) средняя величина потерь на фильтрацию может составлять в зависимости от прони­ цаемости песков от 3,0 до 7,0 м3/ч и более. Для сниже­ ния фильтрационных потерь из отстойников с песчаным" ложем целесообразно проводить их предварительную глинизацию в процессе заполнения водой. При глиниза­ ции бортов и дна отстойника потери на фильтрацию уменьшаются в 2,5—3 раза.

Потери воды на фильтрацию через скважину qc на­ ходятся в сложной зависимости от ряда параметров: проницаемости проходимых пород, их мощности, поло­ жения уровня подземных вод по отношению к поверхно­ сти земли (гидростатического напора в скважине), диаметра бурения, скорости проходки скважины, степе­ ни обогащения воды глинистыми частицами и степени подготовленности гравия и фильтровой колонны к спу­ ску в скважину.

й,п/мин-

Рис. 35. Графики снижения фильтрационных потерь из скважины после остановки ротора:

Как и в случае с потерями воды из отстойников, тео­ ретическое определение величины qc осложняется скинэффектом, возникающим в результате кольматации сте­ нок скважины глинистыми частицами, которые находят­ ся в промывочной жидкости. Закономерность же, с ко­ торой происходит уменьшение проницаемости стенки скважины, также зависит от многих факторов, что де­ лает невозможным выполнение аналитических расчетов.

Наибольшее поглощение воды скважиной наблюда­ ется при вращении долота в забое. При остановках рото­ ра происходит быстрое уменьшение фильтрационного расхода: примерно в 10 раз за 2,5—3 мим. (рис. 35). Это объясняется тем, что в процессе бурения движение воды по стволу скважины и вращение инструмента создают возмущения, которые разрушают пленку на стенках скважины, увеличивая ее проницаемость. Кроме того, фильтрационные потери существенно увеличиваются в результате поглощения воды через чистый забой. В свя­

6 6

4 м потери на фильтрацию не превышали 0,04 м3/ч на 1 м; при проходке мелкозернистых н оредінезертистых песков составляліи 0,1-=-0,2 м3/ч, а при бурении крупно­ зернистых песков и песчаноправийімых отложений —

0,2ч-0,3 м3/ч.

Как показывает опыт, до 50% общего объема воды, потребного на бурение скважины всасывающим спосо­ бом, расходуется на заполнение отстойника, а остальная часть — на периодические подкачки. В связи с этим осо­ бое значение приобретают средства для обеспечивания водой буровой установки в момент наполнения отстой­ ника водой. Если отстойники расположены в песчаных грунтах, для сокращения времени, потребного на их за­

обеспечивает подкачку воды в процессе бурения, так как отмеченная максимальная величина фильтрационных потерь в скважине при проходке гравийно-галечниковых прослоек не превышает 900 л/мин.

Общее время работы насоса при подкачке в процессе бурения скважины составляет в зависимости от мощно­ сти и проницаемости проходимых пород и скорости их бурения не более 0,5—2 часа, т. е. 10—15% общего вре­ мени, затрачиваемого на бурение скважины. Однако, учитывая, что в будущем возможно бурить скважины всасывающим методом с проходкой мощных толщ гра­ вийно-галечниковых отложений, целесообразно иметь в резерве насос для подкачки производительностью 100— 120 м3/ч. Кроме того, желательно иметь резервный насос с индивидуальным приводом от двигателя внутреннего сгорания на случай перерыва в подаче электроэнергии.

Поглощение воды в забое зависит от характера про­ ходимых пород, их фильтрационных свойств, степени обогащения воды глинистыми, коллоидными частицами, а также от скорости бурения скважины и ее диаметра. Например, при бурении дренажных скважин в г. Камен- ка-Днепровская и с. Б. Знаменка глубиной более 30 м и диаметрами 700—1000 м, пройденных в песчаных отло­ жениях, суммарный расход воды на одну скважину со­ ставлял 30—50 м3. Характер водопоглощения и суммар­ ный расход воды представлены на рисунке 37.

При бурении дренажных скважин в районе г. Скадовска глубиной 50—52 мм, диаметром 900 мм суммар-

Рис. 37. График водопоглощешія, суммарного расхода во­ ды и скорости бурения скважины № 21 (Каменка):

ныіі расход воды на одну скважину составлял 100— 115 м3. На рисунке 38 представлен график суммарного расходы воды и скорости бурения скважины № 8.

При проходке водопонизительных скважин глубиной 72 м, диаметром 700 мм на строительстве Киевского метрополитена суммарный расход воды каждой состав­ лял около 100 м3.

Основной объем воды требуется в начальной фазе бурения, когда заполняется отстойник, а затем только пополняется расход на фильтрацию.

В качестве источников водоснабжения при бурении можно использовать: соседние скважины с подачей во­ ды по трубопроводам или самотеком; открытые водое­ мы, каналы, арыки с подачей воды по легким алюминие­ вым разъемным трубам или трубам из винипласта, по­ лиэтилена; автомобильные водовозки емкостью — 3— 10 м3.

Забуривание скважины. Технология и глубина забу­ ривания определяется средствами откачки пульпы из забоя в процессе проходки скважины, а также характе­ ром пород, слагающих верхнюю часть геологического разреза.

6 8

При откачке пульпы центробежным насосом забури­ вание можно вообще не выделять в технологическом процессе проходки скважины. В данном случае отрыва­ ют лопатой шурф (с рыхлением грунта долотом) глуби­ ной 0,7—1 м. Таким образом, практически от нуля до проектной глубины скважину проходят методом обрат­ ной промывки при непрерывном процессе бурения, кото­ рый прерывается только при установке кондуктора; в этом случае забуривание осуществляется на глубину кондуктора.

При откачке пульпы эрлифтом забуривание неизбеж­ но, поскольку эрлифт начинает работать только, когда отношение глубины погружения смесителя к высоте подъема не менее единицы, то есть с глубины 6—8 м.

66 7* 82 90 98 ЮО 119 ,

Рис. 38. График суммарного расхода воды и ско­ рости бурения скважины № 8 (Скадовск):

1 — интегральная кривая подкачиваемой воды W=f(fi);

2 — график бурения скважины

69

До этого скважину следует пройти при забуривании с прямой промывкой или шнеком.

По геологическим условиям различают забуривание в устойчивых и неустойчивых породах. Если у поверхно­ сти залегают глины и суглинки, забуривание ведут либо шнековым наконечником (рис. 15), либо прямой про­ мывкой чистой водой с использованием центробежных насосов (4ПС-9, С-245) или насосов типа ГР, установ­ ленных на буровых агрегатах.

Очищают поднятый шнек вращением ротора на боль­ ших оборотах: под действием центробежных сил порода стряхивается.

В рыхлых песчаных отложениях забуривание ослож­ няется возможным размывом устьевой части и обвалом неустойчивых стенок скважины. Тогда забуривание можно проводить прямой промывкой глинистым раство­ ром с использованием насоса ГР. При этом устойчивость стенок скважины улучшается в результате их глиниза­ ции и образования глинистой корки.

В водонасыщенных грунтах забуривание для уста­ новки кондуктора ведут желонкой ударно-канатным спо­ собом.

Забуривание шнеком в песках возможно, если они не обводнены, причем пройденную часть скважины следует закрепить кондуктором.

Кондуктор имеет большое значение для предупреж­ дения размыва и обрушения устья, которые происходят под влиянием притока воды из отстойника в скважину. Кроме того, устье скважины иногда обрушивается под воздействием внешних механических нагрузок.

Кондуктор может быть из металлических сварных труб большого диаметра, а также из бетонных или асбе­ стоцементных общей минимальной длиной ■— 3—4 м.

В зависимости от диаметра установку кондуктора можно вести через раму при снятом роторе.

Проходка ствола скважины. Пульпу из бурильных труб в процессе проходки скважины откачивают центро­ бежным насосом, а также с помощью эрлифта.

Расход промывочной жидкости при бурении с обрат­ ной промывкой определяется внутренним диаметром бурильных труб (штанг). Наиболее эффективно вынос породы происходит при скорости движения пульпы около 2 м/с, что при диаметре бурильных труб 100 мм составляет расход промывочной жидкости 15—16 л/с, а

70