9. Бурение скважин на воду

При проходке скважин на воду могут применяться любые из рассмотренных выше видов бурения. Поэтому ниже излагаются специфические требования к гидрогеологическим и водозаборным скважинам и особенности их проведения.

В зависимости от того, где будет использоваться вода, к ней предъявляются те или иные требования. Так, подземные воды, используемые для водоснабжения и орошения, питьевые воды не должны содержать в растворенном виде заметного количества солей различных элементов. С другой стороны, воды со значительным содержанием таких элементов, как радий, йод, бром и др., могут служить источником добычи этих элементов. Подземные минеральные воды являются одним из важных лечебных средств. Горячие и перегретые воды находят применение для теплофикации городов, обогревания теплиц, для выработки электроэнергии.

Однако не всегда наличие подземных вод является положительным фактором. В ряде случаев они весьма осложняют строительство гидротехнических сооружений, проходку горных выработок, эксплуатационные работы: прорывы вод в горные выработки влекут за собой катастрофические последствия. Поэтому на сильно обводненных месторождениях до начала горных работ проводят дорогостоящие мероприятия по снижению напора подземных вод и по предотвращению обводнения горных выработок.

1. Особенности бурения скважин на воду

   1. Вращательное бурениескважин на воду

Наиболее распространенным способом разведки и эксплуатации подземных вод до настоящего времени остается бурение скважин и колодцев.

Выбор способа бурения определяется многими факторами: а) степенью гидрогеологической изученности района, б) характером водоносного горизонта, в) целью работ – городское или сельскохозяйственное водоснабжение, орошение, гидронаблюдение, осушение; г) степенью достоверности геолого-гидрогеологической информации, получаемой при данном способе бурения; д) технико-экономическими показателями рассматриваемого способа бурения.

Наибольшее распространение имеет вращательное бурение без отбора и с отбором керна. При этом может быть использовано «сухое» бурение: шнековое и ковшовыми бурами; с продувкой, но наиболее часто – с промывкой водой, глинистым раствором или безглинистыми промывочными жидкостями.

Для бурения до глубины 500 м с целью водоснабжения и мелиорации применяется специализированный агрегат БА-15В, укомплектованный оборудованием, необходимым для выполнения всего комплекса работ по сооружению скважин на воду. Кроме того, используются буровые установки типа УРБ-2,5А, УРБ-3АМ и др. Бурение глубоких скважин на минеральные воды, гидроминеральное сырье и др. осуществляется агрегатами Уралмаш-3Д, 5Д, 6Э, БУ-85Бр и др.

Технология бурения скважин на водудо встречи водоносного горизонта осуществляется в соответствии с выбранным способом и по методике, рассмотренной в предыдущих главах.

Наиболее ответственным при вращательном бурении с промывкой является процесс вскрытия водоносного горизонта.

1. Когда водоносный горизонт представлен малодебитными мелкозернистыми породами, при вскрытии его особую опасность представляет возможная глинизация стенок скважин и закупорка (кольматация) пор пласта. В этих условиях обычно применяют безглинистые промывочные жидкости или в отдельных случаях высококоллоидный глинистый раствор с минимальной водоотдачей и минимальной толщиной глинистой корки. Возможная глубина проникновения глинистого раствора в пласт будет тем меньше, чем выше его структурные свойства: величина предельного статического напряжения сдвига и его вязкость. Такой же раствор применяют для вскрытия водоносного горизонта, представленного скальными слабо трещиноватыми породами.

При вскрытии песчаных и песчано-гравийных водоносных горизонтов с промывкой глинистым раствором может происходить интенсивная кольматация прифильтровой зоны. В этих условиях иногда глинистый раствор заменяют на карбонатный.

Возникающую при этом кольматацию пород легко устраняют соляно-кислотной обработкой. При воздействии соляной кислоты на карбонатную корку в присутствии пенообразующих веществ типа КССБ и других в прифильтровой зоне образуется значительное количество пены, способствующей более эффективному удалению шлама, глинистых и песчаных частиц.

Удельный дебит скважин, пробуренных с промывкой карбонатными растворами, более чем в два раза выше удельных дебитов скважин, пробуренных с использованием глинистых растворов.

В сильно трещиноватых водоносных породах бурение можно вести чистой водой или с местной призабойной циркуляцией.

При бурении скважин на воду часто применяется вращательное бурение с обратной всасывающей промывкой. Сущность этого способа заключается в том, что вода самотеком поступает из емкости в скважину в кольцевое пространство между колонной бурильных труб и стенками скважины и вместе с разбуренной породой отсасывается центробежным насосом или эрлифтом (см. разд. 9.2.2) по бурильным трубам на поверхность.

При этом способе: 1) сокращаются сроки освоения скважины, т. к. бурение производится с водой, а не с глинистым раствором; 2) создание скважины большого диаметра позволяет значительно увеличить ее дебит за счет устройства надежной песчаной или гравийной обсыпки фильтра. Кроме того, всасывающий способ бурения позволяет получить высокие скорости проходки, особенно в рыхлых отложениях и скважинах диаметром до 600 мм. Этим способом проходятся в основном скважины до глубины 300 м. Практически возможно осуществлять бурение до глубины 500 м.

Для бурения скважин с обратной всасывающей промывкой до глубины 100 м применяется установка УВД-100.

В процессе проходки скважины с обратной промывкой поддержание пород в стенках скважины в устойчивом состоянии достигается гидростатическим давлением воды. При этом необходимо, чтобы уровень воды все время поддерживался на отметке устья. Допустимой величиной разности напоров между статическим уровнем и уровнем напорных вод считается 3 м. Бурение этим способом ведется на малых оборотах (1-я скорость).

Запас воды для промывки при этом способе бурения определяется в основном потерей ее на фильтрацию; в среднем он устанавливается равным тройному объему скважины. При бурении скважин диаметром 1 м до глубины 100 м объем отстойника принимают около 240 м³. Перед пуском всасывающего насоса скважина должна быть заполнена водой до устья. Скорость движения промывочной жидкости в бурильных трубах обычно в пределах 3 м/с.

При вскрытии неустойчивых водоносных горизонтов, представленных сильноминерализованными водами, прибегают к применению специальных промывочных жидкостей (глинистых, сапропелевых, распадающихся полимерных и т. д.), обработанных химическими реагентами.

Выбор конструкции скважины при бурении на воду (одно- или многоколонная, с фильтром или без него и т. д.) определяется в основном гидрогеологическими условиями, в соответствии с которыми задают: 1) глубину скважины, 2) уровень воды в ней, 3) размеры и конструкцию фильтра.

Однако конкретные параметры: диаметр обсадных труб, глубина их спуска и интервалы ствола скважины, пройденные без крепления, зависят еще от целого ряда факторов: 1) особенностей геологического разреза, свойств горных пород; 2) типа водоподъемного насоса, который будет использоваться; 3) способа бурения и необходимости проведения цементации затрубного пространства колонн обсадных труб; 4) способа крепления и материала используемых обсадных труб; 5) возможного срока службы данной скважины.