книги из ГПНТБ / Куличихин Н.И. Разведочное бурение учебник

качки из-за фильтровой зоны вместе с глинистым раствором обильно выносится заглинизированный песок. Постепенно глинистый рас­ твор разжижается водой, поступающей через фильтр, и вынос песка уменьшается. Частично песок оседает в колонне. Поэтому прокачка эрлифтом обычно чередуется с промывкой водоподъемной колонны 3—4 раза. После разглинизации ударом воздушных труб срезают шпильки и опускают закрывающее кольцо 5 (см. рис. 215). Окон­ чание разглинизации определяется полным переходом глинистого раствора в воду и отсутствием глинистого материала в песке, выно­ симом из пласта на поверхность.

Если бурение скважины осуществлялось без промывки глини­ стым раствором, то водоносный слой и частично подстилающая его порода перекрываются обсадными трубами. Затем в скважину опускается фильтровая колонна и устанавливается в зоне водосодер­ жащего слоя. После этого обсадная колонна приподнимается на­ столько, чтобы рабочая часть фильтра оказалась обнаженной. Кольцевой зазор между стенками обсадной и фильтровой колонн перекрывается тем или иным сальником, и работа по монтажу фильтра заканчивается.

Установка фильтров с засыпкой производится в зависимости от того, применяются ли фильтры, снаряженные засыпкой, на по­ верхности земли или же засыпка производится в забойную часть скважины (прифильтровая зона). При снаряжении фильтра засыпкой на поверхности он опускается в скважину на требуемую глубину, после чего обсадная колонна приподнимается для обнажения рабо­ чей части фильтра.

Когда засыпка осуществляется в прифильтровую зону, последо­ вательность работ следующая.

В пробуренную и закрепленную обсадными трубами скважину опускается каркасный фильтр или фильтр с тонким покрытием и устанавливается против водосодержащего слоя. Наружный диа­ метр фильтра должен быть меньше внутреннего диаметра колонны обсадных труб не менее чем на 100—150 мм. В кольцевое простран­ ство между каркасом фильтра и обсадными трубами с поверхности засыпается порция сортированного гравия или песка и затем под­ нимаются обсадные трубы на высоту по расчету объема засыпанного материала. После этого засыпается вторая порция заполнителя и снова частично поднимаются обсадные трубы, и в такой последовательности заполняется все кольцевое пространство на протяжении длины рабочей части фильтра.

Когда каркас фильтра опущен в скважину и обсадные трубы

нием породы из прифильтровой зоны. В то же время с поверх­ ности земли поступает отсортированный материал заполнителя (гравий).

•около входных отверстий и каналов фильтра (обсыпки); последняя зависит от соотношения крупности зерен выносимого песка и разме­ ров проходных каналов (отверстий) фильтра.

При устойчивых сводиках значения скорости гф могут быть значительно большими.

По величине гф и входной поверхности фильтра Fф = WnDl можно определить пропускную способность фильтра из выражения:

При заданном значении Q, параметрах водосодержащего пласта Ѵф и I и скважности фильтра W величину диаметра фильтра можно •определить из выражения

Длина фильтра выбирается с учетом мощности и структуры '(однородность, наличия водонепроницаемых прослоев и др). водо­ содержащего пласта.

Рассчитанный диаметр фильтра проверяется на соответствие габа­ ритным размерам водоподъемника, если последний устанавливается в фильтровой колонне (внутренний диаметр колонны должен быть •больше диаметра корпуса насоса не менее чем на 50 мм).

В табл. 38 приводятся значения допустимых входных скоростей фильтрации Ѵф.

§ 4. БЕСФИЛЬТРОВЫЕ ВОДОЗАБОРНЫЕ СКВАЖИНЫ

Около 70% скважин эксплуатируют песчаные водоносные гори­ зонты. Как правило, эти скважины оборудуются фильтрами. От пра­ вильного выбора типа и конструкции фильтра зависит срок эксплуа­ тации скважины без значительного снижения дебита.

В то же время производительность скважин, оборудованных фильтрами, постояннно, а иногда и быстро снижается в результате кольматиции фильтров, глинизации водоносного горизонта и ряда других причин.

За последние годы для эксплуатации напорных водоносных песков стали сооружать бесфильтровые скважины. Необходимым условием для строительства бесфильтровых скважин является на­ личие устойчивой кровли водоносного горизонта. В этом случае рабочая часть бесфильтровой скважины выполняется путем откачки песчаной пульты из-под кровли водоносного горизонта и создания водоприемной воронки.

Для сооружения бесфильтровых скважин обычно применяют роторное бурение с глинистой промывкой с помощью передвижных станков.

Конструкции скважин определяются геологическими условиями, их глубиной и габаритами погружного насоса.

Особое внимание должно быть уделено цементированию эксплуата­ ционной колонны. И. М. Крышовым разработаны три типовые схемы установки башмака эксплуатационной колонны в зависи­ мости от вида и мощности кровли водоносного горизонта (рис. 216).

Минимальная мощность прочной кровли 2 3 м.

При наличии кровли, подверженной размоканию, после форми­ рования водоприемной воронки создают в нижней части кровли

производительности до величины, превышающей на 20—30% про­ ектный дебит.

Следует иметь в виду, что во избежание заплывания воронки и создания песчаных пробок (особенно в мелкозернистых песках) перерывы в откачке не допускаются. Необходимым условием работы эрлифта, особенно в первоначальный период времени, является безостановочная его работа. В конце откачки путем накопления воздуха в рессивере и моментального выпуска его в скважину осу-

ществляются пневмоудары. Это ускоряет работу по созданию воро­ нок, так как импульсный режим способствует разрыхлению ее песчаных откосов. Как правило, после пневмоудара содержание песка в откачиваемой воде резко увеличивается. К концу откачки при созданной воронке увеличения содержания песка в откачиваемой воде не наблюдается.

Откачка пульпы для формирования воронки может осуществ­ ляться в первоначальный момент при одновременной работе насоса и эрлифта. При этом промывочная струя размывает песок, а эрлифт подхватывает пульпу и выносит ее на поверхность. Кроме того, подача воды насосом облегчает работу эрлифта, особенно в начале откачки, когда приток воды к скважине незначителен. Обычно для создания воронки затрачивается 3—5 сут, а вынос песка составляет 10-30 м3.

Накопленный опыт позволил разработать и внедрить наиболее простую конструкцию скважины. Применение обсадных труб диа­ метром 168 мм позволяет использовать их в качестве водоподъемных труб, а в качестве воздухоподающих — бурильные трубы. Такая схема позволяет производить откачку песка при формировании воронки без подъема бурильной колонны и дополнительного спуска водоподъемных труб.

Бесфильтровые скважины для эксплуатации водоносных песков имеют следующие преимущества:

1.Срок бесперебойной работы скважины определяется долговеч­ ностью эксплуатационной обсадной колонны (15—20 лет).

2.Дебит бесфильтровых скважин всегда больше, чем фильтровых.

3.Резко сокращается количество ремонтов и простоев.

Г Л А В А XXIII

СРЕДСТВА ДЛЯ ОТКАЧЕК ВОДЫ

ИЗ СКВАЖИН

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для откачки воды из скважин применяются водоподъемники трех основных типов. Первый тип — насосы и двигатели, устанав­ ливаемые вне самой скважины, на поверхности земли.

Второй тип — насосы или водоподающие агрегаты, устанавли­ ваемые внутри скважины, а двигатели на поверхности земли.

Третий тип — насосы и двигатели, устанавливаемые внутри скважины (погружные агрегаты, состоящие из мотора и насоса).

Применение того или иного типа насосов или той или иной раз­ новидности этих типов определяется: 1) положением динамичеческого уровня воды в скважине; 2) заданной производительностью откачки; 3) внутренним диаметром обсадных труб участка скважины, на котором устанавливается насос (в зоне заданного понижения динамического уровня).

Основным определяющим фактором среди указанных является положение динамического уровня, и по этому признаку водоподъем­

К этим водоподъемникам относятся обыкновенные поршневые и центробежные насосы. Поршневые насосы для откачек бывают как ручные, так и с механическим двигателем; центробежные же — исключительно с механическим двигателем.

Из теории центробежных насосов известно, что развиваемый насосом напор пропорционален квадрату числа оборотов, произво­ дительность — числу оборотов в первой степени, а потребная мощ-

ность — числу оборотов в третьей степени; каждый насос может работать с переменной производительностью и напором, что можно регулировать числом его оборотов, числом рабочих колес и вели­ чиной зазора между рабочими колесами и направляющим аппаратом; кроме того, производительность можно регулировать изменением напора дросселированием задвижкой.

В зависимости от развиваемого насосом напора различают насосы низкого давления (с высотой нагнетания 25—30 м) среднего (50—60 м) и высокого (свыше 60 м).

Насосы низкого и среднего давления изготовляются одноколес­ ными, а насосы высокого давления — многоколесными. В последних увеличение напора происходит вследствие того, что вода проходит последовательно все колеса, получая в каждом колесе дополнитель­ ный напор.

К наиболее употребляемым центробежным насосам относятся: консольные (К) и секционные (MC).

§ 3. ВОДОПОДЪЕМНИКИ ДЛЯ ГЛУБОКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ

Штанговые насосы

Главными частями насосной установки являются: опускаемый в скважину насосный цилиндр, колонна подвесных труб, колонна приводных штанг и верхний наземный приводной механизм.

Схема устройства насоса показана на рис. 217, а.

Насосный цилиндр 2, подвешенный на трубах 1, опускается в скважину настолько, чтобы клапан всасывающей трубы был во время откачки всегда ниже динамического уровня, а верхнее поло­ жение поршня не превышало 7—8 м над динамическим уровнем. Подвесные трубы удерживаются с помощью железных хомутов 3. На верхнем конце подвесных труб устанавливается сальниковая головка, в которой ходит уравнительный плунжер 4. Внутри под­

всасывающий клапан 7; при нижнем положении поршень не должен доходить до уровня всасывающего клапана на 150—200 мм. Штанги наверху соединяются с головкой балансира 9, приводимого в коле­ бательное движение от кривошипно-шатунного механизма 10.

Поршень — цилиндрическое тело с центральным каналом, за­ крываемым клапаном; на наружной поверхности имеются уплотни­ тельные манжеты 8. При движении вниз поршень вытесняет выше себя воду через клапан; при подъеме вверх он поднимает порцию воды, а в пространство под поршнем вследствие вакуума поступает вода из скважины.

Н а с о с н ы е ц и л и н д р ы бывают трех видов: простого

\действия, двойного действия с одной колонной и двойной колонной

'штанг.

Насосный цилиндр простого действия (рис. 217, б) представляет собой корпус 1, в котором помещается подвижной проходной пор­ шень 2 и неподвижный нижний всасывающий клапан 3. Эти насосы изготовляются с тарельчатыми и шариковыми клапанами, а поршни с манжетами 4. Число манжет оп­ ределяется высотой подъема воды.

При движении поршня вниз количество поступающей выше его воды определяется: fS м3 (/ — площадь поперечного сечения штанг в м2; £ — ход поршня в м). При ходе поршня [вверх количе­ ство поднимаемой воды будет

механизма. Для устранения неравномерной работы подъемных механизмов применяют уравновешиватели грузовые 11 (см. рис. 217, а) и масляно-пневматические. Недостатком штанговых насосов простого действия является их низкая производительность.

Для повышения производительности штанговых насосов приме­ няются насосные цилиндры двойного действия. Насосные цилиндры двойного действия изготовляются двух типов: с двумя поршнями и двумя колоннами штанг, и насосные цилиндры двойного дейст­ вия с одним поршнем и одной колонной штанг.

Н а с о с н ы й ц и л и н д р д в о й н о г о д е й с т в и я на одной колонне штанг (рис. 218). Насосный цилиндр 1 подвешивается

в воду вертикального центробежного насоса 1, подвешенного на водоподающих трубах 2, вертикального вала 3, вертикально стоя­ щего электромотора 4 (п = 1460 об/мин), верхней сальниковой коробки 5 с отводом 6 к напорному трубопроводу, всасывающей трубы 7 с фильтровым наконечником 8. Секции подвесных труб соединяются между собой муфтами или фланцами 9, снабженными внутренними крестообразными втулками, в которых помещаются подшипники 10 вертикального вала.

Насос имеет несколько секций, каждая из них состоит из рабо­ чего колеса и направляющего аппарата. Секции вертикального вала