Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В процессе эксплуатации дебит многих скважин вначале сни­жается, а затем они полностью выходят из строя. Уменьшение и прекращение подачи воды из скважин происходит вследствие пескования: а) сквозь сетчатый фильтр; б) через пеньковые сальники; в) из-ва отсутствия цементации башмака обсадных труб; г) в результате отсутствия глухих частей и пеньковых саль­ников на фильтровых колоннах; д) из-за некачественного произ­водства гравийных засыпок; е) в результате неправильного под­бора фракций гравийной засыпки.

Метод восстановления водоотдачи выбирается в зависимости от причины, вызвавшей выход скважины из строя.

Пескование скважин сквозь сетчатый фильтр

Сетчатыми фильтрами в большинстве случаев оборудуются скважины, эксплуатирующие водоносные пески. Сетку фильтров обычно выбирают с таким расчетом, чтобы через нее проходила 60—80% мелких фракций водоносной породы.

После установки фильтра производится пробная откачка. От­качку следует вести до полного прекращения выноса песка в скважину. При. пробной откачке воды мелкие франции водонос­ных песков вымываются и выносятся водой на дневную поверх­ность, а более крупные фракции отлагаются вокруг стенок фильтра, образуя естественный фильтр, препятствующий прони­канию мелких фракций песка в ствол скважины.

Пескование скважин, оборудованных сетчатыми фильтрами, наблюдается в следующих случаях:

1) когда сетка галунного плетения не соответствует грануло­метрическому составу водоносных песков. В этом случае следует вести длительную интенсивную пробную откачку воды до полного прекращения пескования, создав вокруг сетчатого фильтра есте­ственный фильтр;

2) когда водоносные пески мелко — или тонкозернисты и одно­родны тю своему составу. В этом случае даже самые мелкие сетки галунного плетения не в состоянии предотвратить проника­ние песка в ствол скважины; это отрицательно отражается на ра­боте погружных центробежных насосов и быстро выводит их из строя. Во избежание консервации • таких скважин вследствие пескования необходимо применять гравийные фильтры;

3) когда — дебит пробной откачки воды не превосходит макси­мального расчетного расхода воды из скважины.

Я. С. Суреньянц рекомендует после установки фильтра в сква­жине производить пробную интенсивную откачку воды с расхо­дом, на 10—20% превышающим максимальный расчетный рас­ход. Однако на практике почти всегда дебит ‘пробных откачек воды бывает намного меньше производительности устанавливае­мых в скважине стационарных водоподъемников.

Пробная откачка воды из скважин производится штанговыми насосами и эрлифтами, при этом производительность штанговых насосов колеблется от 10 до 25 мъ! час и эрлифтов от 10 до 80 м3/час. Между тем производительность погружных центробеж­ных насосов в зависимости от их типа колеблется в очень широ­ких пределах (от 30 до 400 м3/час). Поэтому в процессе эксплуа­тации скважины с помощью центробежных насосов сквозь сетку фильтра вместе с водой часто проникает и песок. Чем интенсив­нее откачка, тем больше песка выносится из скважины. С обра­зованием вокруг ствола скважины естественного фильтра ее пескование со временем прекращается.

Чистка засоренных песком скважин на воду производится желонкой или эрлифтом.

Пескование скважин через пеньковые сальники

В большинстве скважин сетчатые фильтровые колонны труб опускаются на штангах при помощи ключа и замка на муфте надфильтровой трубы. Под верхней замковой муфтой надфильт — ровой трубы ставится пеньковый сальник, не допускающий про­никания песка в ствол скважины по кольцевому зазору между надфильтровой и обсадными трубами.

42

Ввиду того что пеньковые сальники не могут герметически- закрыть кольцевой зазор между сетчатым фильтром и обсад­ными трубами, а также вследствие износа пеньковых сальников,, песок постепенно начинает проникать в ствол скважины и засо­рять ее (рис. 22).

Рис. 22. Схема ли­квидации пескова­ния скважины че­рез зазор между фильтровой и об­садными трубами

Основным признаком пескования сква­жины через пеньковый сальник является засорение песком надфильтровых труб до верха замковой муфты или на 2—3 м вы­ше ее. Чистка фильтровых труб почти ни­когда не дает положительных результа­тов, так как очень быстро скважина вновь заполняется песком.

Установив причину пескования сква­жины, приступают к ее восстановлению.

Прежде всего очищают надфильтровую трубу от песка до верха замковой муфты.

Затем на водопроводных трубах 1 диа­метром 2" спускают деревянную пробку

2 с коническими концами, которая плот­но закрывает устье надфильтровой трубы.

Через трубы диаметром 2" в кольцевое пространство над пеньковым сальником 4 наливают цементный раствор 3 в количе­стве 200—250 л. Спустя два-три часа де­ревянную пробку вместе с водопровод­ными трубами извлекают из скважины, а через два-три дня начинают очистку ствола скважины от песка.

Если очистка ствола скважины не даст положительных результатов, цементацию следует повторить. После очистки ствола скважины от песка приступают к пробной откачке воды. Почти во всех случаях вос­становление скважин описанным способом дает положительные результаты. Реко­мендуется одновременно с оборудова­нием скважин сетчатыми фильтрами це­ментировать пространство над пеньковы­ми сальниками.

Как правило, пеньково-цементные сальники герметически за­крывают кольцевой зазор между надфильтровой и обсадной тру­бами, что в дальнейшем предохраняет скважину от пескования.

Пескование скважин из-за отсутствия цементации башмака обсадных труб

В большинстве случаев при бурении скважин ударным мето­дом с целью эксплуатации устойчивых водоносных пород ограни­

чиваются задавливанием башмака последней колонны обсадных труб в твердые породы без производства цементации затрубного пространства.

При вращательном бурении скважин проектами иногда не предусматривается цементация водозакрывающей колонны об-

Рис. 23. Схема ликвидации Пескова ния скважины из-под башмака обсадных труб

садных труб, устанавливаемой над устойчивыми водоносными породами. Из-за отсутствия цементации нередко происходит про­рыв верхних водоносных песков в ствол скважины, и скважина выходит из строя. В этих случаях приходится очищать ствол скважины от песка и изолировать верхнюю неустойчивую зону пород от нижней—водоносной.

44

Примером может служить скважина, пробуренная станком вращательного бурения РА-400 до глубины 100 м на одной из станций Московско-Рязанской ж. д. (рис. 23). Здесь верхние во­доносные горизонты четвертичных и меловых образований были изолированы от среднекаменноугольных водоносных извест­няков колонной обсадных труб 1 диаметром 12". Башмак этих труб был задавлен в водоносные известняки без цемента­ции. Толща водоносных известняков фильтром не оборудовалась. После производства пробной откачки эрлифтом скважина была сдана в эксплуатацию.

Спустя пять лет дебит скважины стал заметно уменьшаться, и скважина вышла из строя. При проверке оказалось, что ствол скважины заполнен песком от забоя до глубины 51 ж от поверх­ности земли. При помощи станка ударного бурения и желонки ствол скважины не удавалось очистить от песка ниже глубины 54 м. Тогда восстановление скважины было начато станком вра­щательного бурения АВБ-100 с применением глинистого раст­вора. Скважину пробурили до глубины 59 м и на метр утрамбо­вали глиной 2. При помощи заливочных трубок на забой был налит цементный раствор 3 удельного веса 1,88. Через заливоч­ную головку 4, установленную на устье труб диаметром 12", це­ментный раствор был продавлен за башмак обсадных труб. После затвердения цементного раствора скважина была вновь пробурена шарошечным долотом диаметром 113/4" до глубины 100 м. Пробной откачкой был получен дебит 55 м3/час при удель­ном дебите 2,63 м31час. Спустя 32 ‘часа вода полностью осветли­лась. Первоначальный дебит скважины был восстановлен, и она вновь была сдана в эксплуатацию.

Пескование скважин в результате отсутствия глухих частей и пеньковых сальников на фильтровых трубах

В водосодержащих породах часто встречаются небольшие неустойчивые пропластки суглинков, глин и песков. Непреду­смотренные в процессе составления проекта и незамеченные при бурении эти пропластки в водоносных породах ‘Перекрываются бессетчатыми фильтрами. Проникание в скважину песка этих прослоев осложняет пробные откачки, вызывая необходимость неоднократных чисток ствола и даже извлечения на поверхность фильтровых труб и повторного монтажа фильтровой колонны. Во избежание излишних работ необходимо производить электро — кароттаж или в процессе бурения скважины тщательно следить за литологическим составом пород и с самого’.начала правильно осуществлять монтаж фильтров.

При переслаивании устойчивых пород с породами, подвер­женными размыву, необходимо чтобы фильтровая колонна труб 1 (рис. 24) имела глухие участки с пеньковыми сальниками 2

45

против. каждого неустойчивого пропластка, а над нижним пень­ковым сальником полезно ставить простой манжет 3.

//77//У/77/у/^/у/ Рис. 25. Схема засыпки гравия с поверхности земли

Рис. 24. Фильтр для эксплуатации водоносных гори­зонтов с прослой­ками неустойчи­вых пород

Пескование скважин из-за некачественного производства гравийных засыпок

Правильное производство гравийных засыпок является важ­ным условием предупреждения пескования скважин. При произ­водстве бурения на транспорте гравийная засыпка с поверхности земли осуществлялась при максимальной глубине скважин 120 ж.

Производится она только в скважинах ударного бурения. Схема осуществления засыпки показана на рис. 25. До водоупора скважину обсаживают колонной труб 1, после чего на ключе и замке спускают фильтровую колонну труб 2 с направляю-

46

щими ребрами 3, центрирующими ее в обсадных трубах. Верх фильтровой колонны закрывают конической деревянной пробкой 4, спускаемой в скважину на штангах, и приступают к засыпке гравия (разница между двумя смежными диаметрами колонн труб должна быть не менее 100 мм). Засыпку гравия производят небольшими, равномерным’и порциями с одновременным подъё­мом обсадных труб 1. В практике бурения нередки случаи, осо­бенно при однослойных засыпках, когда обсадные трубы подни­мают выше верхней границы гравия. Это приводит к соприкос­новению фильтра с окружающей обсадную трубу водоносной породой и пескованию скважины в процессе откачки. Соприкос­новение фильтра с водоносными песками может произойти также и в случае, когда гравий застрянет в междутрубном простран­стве, не достигнув расчетной глубины. Поэтому рекомендуется тщательно производить замеры гравийной фракции, засыпаемой в кольцевой ‘зазор.

Рис. 26,а и б иллюстрируют пример восстановления сква­жины, пескующей вследствие некачественного производства гра­вийной засыпки.

В аналогичных условиях бурились две скважины на воду до глубины 120 В первой скважине все циклы работ по бурению и засыпке гравия шрошли без осложнений; по окончании пробной откачки скважина была сдана в эксплуатацию. Вторая скважина в процессе пробной откачки воды сильно песковала, что вызвало необходимость в проведении работ по ликвидации пескования. Скважина имела следующую конструкцию (рис. 26,а).

Первая колонна труб 1 диаметром 18" была обсажена на глу­бину 55 м, вторая колонна 2 диаметром 14"—на глубину 90 м и третья колонна 3 диаметром 10"—на глубину 120 м.

Затем на глубину 44,8—120 м на ключе и замке в скважину была спущена фильтровая колонна труб 4 диаметром 6", которая состояла (рис. 26,6) из: ,

от 44,8 до 46 м—глухой части с замком; от 46 до 52 м — каркаса, опаянного сеткой квадратного пле­тения размером 3X3 мм; диаметр зерен гравийной засыпки 6— 10 мм;

от 52 до 64 ж — каркаса, опаянного сеткой галунного плетения № 6/70; диаметр зерен гравийной засыпки 1—3 мм;

от 64 до 75 м — каркаса, опаянного сеткой квадратного плете­ния размером 3X3 мм; диаметр зерен гравийной засыпки 6— 10 мм;

от 75 до 83 м — глухой части труб;

от 83 до 90 м — каркаса, опаянного сеткой галунного плетения № 6/70; диаметр зерен гравийной засыпки 1—3 мм; от 90 до 93 м — глухой части труб;

от 93 до 98 м — каркаса, опаянного сеткой галунного плетения № 6/70; диаметр зерен гравийной засыпки 1—3 мм; от 98 до 120 м — глухой части труб.

И ІІ Л

! Г §

Описание пород

1 г з

/лина серо-бурая

/лина темно серая с граби ем и галькой

14

Песок серий кварцебьш однород­ный мелкозернистый, водонос­

ный

16

/лина серовато-зеленая

РЄС0К йоШОСНЫО

Лесок серий разназернис/т/й

/лина серая с гравием

гі Ж гв 30

46

-ІГ

Глина

Ж

Песок серый кАарцедый[ однород­ный мелкозернистый

Ю

65

Песок кварцевый разноэернистый с содержанием гравия и гальки, 3 нижней части глинистый

12

77 Ж

Ілина серая’

Пеш кворцеЗый мелкозернис­тый пылеватый

/г?

& Ж

Рійна сероТ

ІІесок тонкозедн^стый пылева — глинд пеодя

2227

Песок серый пылеватый

т

н

Песок кварцевый, средне ■ и крупнозернистыйу8одонасный

Г-1

112 іго

/лина серая очень плотная

Рлина черная очень плотная

• а

Рис. 26. Схема ликвидация песковаяия скважины вследствие некачест­венного производства гравийной засыпки

а—конструкция скважины

От глубины 120 до 90 м гравийная засыпка была произве­дена в кольцевое пространство / между трубами диаметром 10"

б Рис. 26. б-схема ликвидации пескования

и 6". Загем обсадные трубы диа­метром 10" были подняты до глубины 47 м.

От глубины 90 до 55 м гравий­ная засыпка была произведена в кольцевое пространство II между трубами диаметром 6" и 14".

Затем трубы диаметром 14" из скважины были полностью извле­чены.

От глубины 55 до 47 м гравий­ная засыпка была произведена в кольцевое пространство III между трубами диаметром 6" и 18",

после чего трубы диаметром 18" были подняты до глубины 47 м. От глубины 47 до 42 м гравий- Ш 47м ная засыпка была произведена в кольцевое пространство между трубами диаметром 10" и 18",

после чего трубы диаметром 18" из скважины были полностью извлечены.

Ввиду сильного пескования

скважины пробная откачка воды была прекращена. Замером было установлено, что ствол скважины занесло песком до глубины 80 ж от поверхности земли.

Для ликвидации пескования скважины и очистки ее ствола от песка на глубину 44,8 м в сква­жину была дополнительно спу­щена обсадная колонна труб 5 диаметром 6 ", нижний конец ко­торой был заведен в замковую муфту 6 фильтровой трубы 4. Затем была смонтирована эрлифт — ная установка из водоподъемных труб 7 диаметром 4" и воздуш­ных труб 8 диаметром {и". Одновременно с откачкой воды в кольцевое пространство между трубами диаметром 10" и 6" засыпался гравий. Под действием собственного веса гравий постепенно осаждался, замещая водо­носный песок, соприкасавшийся с фильтром. Ствол скважины

«был очищен от песка постепенным опусканием водоподъемных труб диаметром 4" до забоя скважины.

В течение 7 дней пескование скважины было ликвидировано, и она была сдана в эксплуатацию с дебитом 40 м?/час.

Пескование скважин в результате неправильного подбора фракций гравийной засыпки

При устройстве гравийных фильтров важными условиями являются знание гранулометрического состава водоносной по­роды и соответствующий ему подбор фракций гравийной засып­ки. Неправильный подбор фракций гравийной засыпки ведет к заилению ее пор водоносной породой, снижению пропускной способности фильтров и длительному пескованию скважин. Институт ВОДГЕО рекомендует отношение диаметров частиц породы к диаметру частиц засыпки принимать равным 1 : 8 или 1 : 10.

Подбор фракций гравийной засыпки в водоносных песках рекомендуется производить в соответствии с данными табл. 3.

Таблица 3 Наименование пород Содержание преобладающих частиц в породе в % Диаметр зереи гравийной засыпки в мм Песок крупнозернистый с преобладанием частиц от 2 до 1 мм…………………………………….. 80 10—8 Песок среднезернистый с преобладанием частиц от 1 до 0,5 мм………………………………….. 60 5-4 Лесок мелкозернистый с преобладанием частц от 0,5 до 0,25 мм…………………………………………. 50 2,5—2,0 Песок очень мелкий с преобладанием ча­стиц от 0,25 до 0,05 мм…………………………………………… 30-40 1-0,5

Исследования, проведенные институтом ВОДГЕО в 1949 г. при внедрении новых конструкций фильтров, подтвердили воз­можность применения гравийной засыпки разнозернистого со­става.

На основании ‘проведенных исследований институтом ВОДГЕО сделан вывод, что длительное пескование скважин происходит

в том случае, если отношение где й—средний диаметр

частиц засыпки, а й—средний диаметр частиц породы.

При отношении средних диаметров зерен засыпки и зерен породы 10: 1 пескование происходит только в первые часы от­качек, а также при толчках прерывистой откачки (прокачка эрлифтом). При дальнейшей откачке и в процессе эксплуатации наблюдается устойчивый дебит без выноса песка. Таким образом, указанное отношение может быть рекомендовано для подбора гравийных засыпок разнозернистого состава. Осуществление гра — •50

вийных засыпок при ‘бурении скважин на транспорте показало, что для предупреждения пескования скважин в водоносных пе­сках разнозернистого состава достаточно слоя гравия в 50 мм.

Исправление искривленных скважин

При ударно-канатном способе бурения скважин на воду их искривление в основном связано с пересечением при проходке наклонно залегающих пластов и изменением твердости пород. Встречая наклонно залегающий пласт большей твердости, чем пробуренный, долото начинает бурить твердую породу лишь од­ной стороной и постепенно отклоняется от вертикали. При зна­чительной разнице величин диаметров долота (133/4") и желон­ки 6" искривления скважин обнаруживаются с запозданием. Поэ­тому рекомендуется применять желонки возможно больших диа­метров и длин.

Обычно для ликвидации искривления скважины ее заполняют утрамбованной глиной, кирпичом и щебнем до того. места, где началось искривление, после чего ствол скважины вновь разбу­ривают. Указанный способ не всегда дает положительные ре­зультаты, так как при вторичном разбуривании долото часто продолжает идти по искривленному стволу. Во избежание этого скважину приходится заполнять материалом, по твердости не уступающим естественным породам. Эта операция весьма тру­доемка и длительна.

Автором предложен новый метод, позволяющий исправлять искривленные скважины, пробуренные ударным способом в изве­стняках различной твердости. Рис. 27,а иллюстрирует исправле­ние скважины по данному способу. В этой скважине до глубины 40 м бурение производилось в плотных глинах, и по окончании бурения на указанную глубину скважина была обсажена колон­ной труб 1 диаметром 14". На глубине 40—45 м бурение по гли­нам производилось без обсадки трубами; на глубине 45—100 м скважина бурилась в известняках повышенной твердости дву­тавровым долотом 2 диаметром 133//’ и трубами не обсажива­лась. По проекту на глубине 35—100 м скважину следовало обо­рудовать фильтровой каркасной колонной труб диаметром 10". Однако при спуске в скважину фильтровой колонны последняя остановилась на глубине 55 м и все попытки осадить ее ниже не дали результатов. Стало очевидным, что искривление сква­жины началось при переходе из глин в известняки.

Исправление скважины производилось следующим образом. К ударной штанге 3 диаметром 5" прикрепили направляющие планки 4, размер которых соответствовал внутреннему диаметру обсадных труб (10"). Затем в забой I опустили двутавровое до­лото диаметром 133/4" с ударной штангой, а трос б диаметром 1" размотали с барабана ударного станка. Далее в скважину (рис. 27,6) спустили обсадные трубы 6 диаметром 10" и длиной
40 м, в которые предварительно пропустили свободный конец троса 5, а к внешней поверхности труб приварили натравляющие планки 7, центрирующие их в трубах диаметром 14"".

Свободный конец троса вновь намотали на барабан ударного станка и долото вместе с ударной штангой подтянули к башмаку труб диаметром 10". Благодаря направляющим планкам буро-

У5м

ЮОм.

Рис 27. Схема исправления искривленной скважины «—искривление, б—исправление

вой инструмент располагался строго по центру скважины и изме­нить своего вертикального направления в процессе бурения уже не мог. При спуске в скважину обсадных труб диаметром 10" с находящимся в них буровым инструментом кол он« а останови­лась на глубине 50 м.

Таким образом, была установлена глубина, с которой необхо­димо было забурить новый ствол скважины. Одновременно с бу­рением нового вертикального ствола скважины II производилась 52
обсадка колонны труб диаметром 10". Для заправки долота и чистки забоя скважины из нее в процессе бурения приходилось извлекать буровой инструмент и обсадные трубы. После за­правки или смены долота, а также после очистки скважины от шлама все операции повторялись. До проектной глубины 100 м скважина была добурена за 10 суток. Спущенные в нее фильтро­вые трубы диаметром 10" беспрепятственно достигли забоя.

Комментарии запрещены.