Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

К вскрытию водоносного горизонта присту­пают после завершения всех работ, связанных с сооружени­ем скважины до его кровли, т. е. после крепления этого интер­вала колонной обсадных труб, цементирования затрубного пространства (если в этом есть необходимость), разбуривания цементного стакана и тщательной промывки скважины для удаления продуктов цементирования и ранее применяемо­го бурового раствора. От правильного выбора технологии вскрытия водоносного горизонта при вращательном бурении зависят достоверность получаемой гидрогеологической ин­формации и дебит скважины. На эффективность вскрытия водоносного горизонта влияют тип и способ установки фильт­ра в скважине, способ и режим промывки, вид очистного агента.

Под фильтром обычно понимают специальное устройство, устанавливаемое в скважине против водоносного горизонта, которое обеспечивает свободный доступ внутрь скважины чистой, без примесей, воды и одновременно предохраняет ствол скважины от обрушения. Фильтры устанавливают толь­ко в неустойчивых породах. В скважину спускают фильтро­вую колонну, состоящую из надфильтровой части, собственно фильтра (рабочей части) и отстойника с пробкой. Отстойник служит для осаждения прошедших через рабочую часть фильтра частиц породы.

Все существующие фильтры можно разделить на дырча­тые, или щелевые, сетчатые, гравийные и гравитационные. Для различных водоносных горизонтов рекомендуется подби­рать фильтры в соответствии с СНиП-11-31-74 (табл. 20.2).

Выбор конструкции фильтра производят-из условия, при котором его водозахватная способность (максимально допус­тимый дебит жидкости через фильтр) превышала бы ожидае­мый дебит скважины.

Скважины можно оборудовать фильтрами как одновремен­но с процессом вскрытия водоносного горизонта, так и после-

Рис. 20.1. Схема установки фильтра:

1 — отсоединитель; 2 — фильтровая колонна; 3 — долото-расширитель; 4 — бурильные трубы; 5 — упорный под­шипник

довательно — вначале вскрывают водоносный пласт, затем ус­танавливают фильтр.

Вскрытие водоносного горизонта с одновременной уста­новкой фильтра обычно применяют, когда водоносный гори­
зонт представлен мелкими и среднезернистыми песками, в том числе и глинистыми; это можно осуществлять гидромеха­ническим, гидравлическим способами и др.

Гидромеханический способ основан на использовании спе­циальных долот-расширителей лопастного типа (рис. 20.1). Спускаемый в скважину фильтр подвешивают с помощью пе — реходника-отсоединителя на бурильных трубах, и при спуске последних он не вращается. Разбуриваемая долотом-расшири — телем порода выносится из скважины водой по зафильтрово — му пространству или по фильтровой трубе (при использова­нии специального сальника). Бурильные трубы соединяются с соединителем полым поршнем с помощью заклепок. После установки фильтра в скважине на поршень сбрасывают шаро­вой клапан, и под давлением промывочной жидкости заклеп­ки срезаются. При подъеме долота вместе с бурильными тру­бами лопасти долота складываются при упоре их в башмак от­стойника.

Гидравлический способ можно осуществлять традицион­ным гидроразмывом, дополнительно с расхаживанием фильт­ровой колонны или с применением гидравлического турбин­ного расширителя.

При посадке фильтра с расхаживанием надфильтровую трубу оборудуют самоуплотняющимся сальником, снабжен­ным плоской пружиной, прижимающей его к внутренней по­верхности эксплуатационной колонны труб. Спуск и расхажи­вание фильтра проводят с помощью бурильных труб, связан­ных через резьбовой (левый) соединитель с гидромониторной насадкой. При этом сальник закрыт цилиндрическим кожу­хом, который извлекают вместе с бурильными трубами из скважины после окончания всех работ по установке фильтра (рис. 20.2).

Гидротурбинный расширитель применяется в рыхлых пес­ках под гравийную обсыпку. Фильтровую колонну спускают в скважину на бурильных трубах при одновременной работе расширителя. Выход его из-под башмака отстойника должен быть не более чем на 0,25 м (рис. 20.3, а) Вода, поступающая в расширитель, размывает стенки скважины в зоне водоносно­го горизонта, образуя искусственную камеру. После установ­ки фильтра в зафильтровое пространство (камеру) загружают песчано-гравийный материал. Бурильные трубы отсоединяют от фильтра с помощью левого переходника, после чего вместе с гидротурбинным расширителем их извлекают из скважины.

При большой глубине скважин и вскрытии водоносного горизонта, характеризующегося высоким дебитом и напором,

Рис. 20.2. Схема спуска фильтра с размывом и расха­живанием:

а — до установки фильтра: /,

3 — бурильные и обсадные тру­бы соответственно; 2 — винт;

4 — кожух; 5 — сальник; 6 — фильтр; 7 — гидромониторная насадка; б — после установки фильтра

расширитель оставляют в скважине. В этом случае переход — ник-отсоединитель бурильных труб устанавливают в башмаке отстойника.

Устройство гидротурбинного расширителя показано на рис. 20.3, б. Расширитель используют также для разглиниза- ции фильтра. Сменой сопел добиваются изменения направле­ния и давления струи воды, которое может достигать 4 МПа. Иногда его применяют в комбинации с двойным тампоном для усиления эффекта.

Установку фильтров в скважину после вскрытия водонос­ного горизонта вращательным способом с прямой и обратнов — сасывающей промывкой применяют для вскрытия рыхлых песчаных отложений без гравия, гальки и валунов. Сущность 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 по бурильным трубам на по­верхность центробежным насосом или эрлифтом. При этом сокращаются сроки освоения скважины; создание скважины большого диаметра позволяет значительно увеличить ее дебит за счет устройства надежной песчаной или гравийной обсып­ки фильтра. Бурение с обратновсасывающим способом про­мывки обеспечивает высокие скорости проходки, особенно в рыхлых отложениях в скважинах диаметром до 600 мм. В на­стоящее время этим способом проходят скважины на глубину до 300 м, практически возможно бурение до глубины 500 м.

В процессе проходки поддержание пород в стенках скважи­ны в устойчивом состоянии достигается гидростатическим дав­лением воды. Уровень воды необходимо все время поддержи­вать на отметке устья. Допустимой разностью напоров между статическим и гидродинамическим уровнями воды считается 3 м. Бурение этим способом ведут на малых частотах вращения. За­пас воды определяется в основном потерей ее на фильтрацию; в среднем он устанавливается равным тройному объему сква­жины. Скорость движения промывочной жидкости в буриль­ных трубах обычно в пределах 3 м/с. Наиболее часто обратнов — сасывающий способ промывки обеспечивается эрлифтом.

В настоящее время глинистые растворы применяют для вскрытия водоносных горизонтов в тех случаях, когда необхо­димо обеспечить устойчивость водозаборной части ствола скважины. Однако при вскрытии водоносного гЬризонта вра­щательным способом с промывкой возможна кольматация (за­купорка) пласта вследствие проникновения в пласт с водой тонких твердых частиц, которые могут адсорбироваться поро­дой продуктивного пласта или механически ею удерживаться, а также в результате образования глинистой корки на стен­ках скважины в зоне водоносного горизонта и проникнове­ния фильтрата раствора в пласт. Это вызывает снижение де­бита скважины и требует дополнительных работ по удалению продуктов кольматанта для получения промывочных раство­ров, так и к параметрам последних.

Известно, что кольматация песков определяется происходя­щими на границе раздела частиц глины и песка процессами физического и химического поглощения глинистого материала песком. Взаимодействие песков и глин можно оценить по пока­зателю адсорбционной способности глин (методика Е. М. Сер­геева). Только снижением величины данного показателя может быть уменьшена степень адсорбции глин на песке, что облег­чит удаление кольматирующего глинистого материала из пла­ста при его разглинизации. Это связано также с минеральным составом глин, который определяет глубину проникновения раствора в пласт. В. М. Алексеев по глубине проникновения глинистых частиц в мелкозернистый песок расположил глины в следующий ряд: монтмориллонитовые, полиминеральные (в ос­новном гидрослюды), каолиновые в отношении 20:10:5 см, объ­ясняя наибольшее проникновение монтмориллонитовых глин высокой степенью их дисперсности. В то же время, если в об­менном комплексе глин находятся преимущественно ионы кальция, то такие частицы легче и с большей прочностью ад­сорбируются на поверхности песчаных частиц. При замене же Сег+ на №+ мощность диффузионного слоя вокруг глинистых частиц резко увеличивается. Силы взаимодействия между пес­чаными и глинистыми частицами уменьшаются, и последние легче могут быть вынесены потоком воды из песка. Таким об­разом, для вскрытия водоносного горизонта рационально при­менять бентонитовые глины с высоким содержанием минерала монтмориллонита, в обменном комплексе которых были бы преимущественно ионы натрия.

Для уменьшения расстояния и интенсивности проникнове­ния жидкости в пласт необходимо снижать плотность раство­ра и увеличивать его структурные показатели.

Плотность раствора можно снижать, используя высоко­сортные бентонитовые глинопорошки с расходом их на 1 м3 раствора до 5 %. Другой способ уменьшения плотности рас­твора — его аэрация. Хотя аэрированные растворы и характе­ризуются высокой степенью проникновения фильтрата и твердой фазы в пласт, последняя легче выносится из пород водоносного горизонта. Для снижения проникновения аэри­рованных растворов следует применять ПАВ, обладающие меньшими смачивающими свойствами по отношению к поро­де продуктивного горизонта.

Промывочная жидкость должна иметь достаточное для раз­ных по размерам пор и трещин начальное статическое напря­жение сдвига СНС1 и обладать низкими тиксотропными свой­ствами, т. е. СНС1»СНСю, с тем, чтобы облегчить работы по удалению гелеобразного материала из пласта при его разгли­низации.

При вскрытии проницаемых пород водоносного горизонта на стенках скважины формируется глинистая корка. Установ­лено, что в течение первых 10-15 мин резко снижается про­ницаемость — до 50-30 % для пород с начальной проницаемо­стью 0,1-0,5 мкм2 и до 25-20 % с проницаемостью 1-2 мкм2.

Глинистая корка на стенках скважины препятствует проник­новению твердой фазы в пласт, хотя фильтрация дисперсион­ной среды может продолжаться. Фильтрат раствора, попадая в пласт, может изменять межкристаллические и внутрикри — сталлические расстояния глинистых пород водоносного гори­зонта, особенно при определенном pH фильтрата.

Толщина формирующейся на стенках скважины глинистой корки зависит от показателя фильтрации раствора и скорости движения его в скважине. Удаление глинистой корки при разглинизации тем труднее, чем она плотнее. Твердость плот­ной глинистой корки у поверхности песка составляет 490- 980 кПа по Бриннеллю, рыхлый — 98 кПа. Для размыва плот­ной глинистой корки необходимо создавать высокие скорости потока жидкости, так как при V < 0,8 м/с размыва корки мо­жет и не происходить. Видимо, более желательны в этом слу­чае тонкие, но рыхлые глинистые корки.

Для сохранения большей проницаемости пласта необходи­мо строгое соблюдение определенного комплекса профилак­тических мер при вращательном бурении с промывкой. Ме­тод вскрытия считают эффективным в том случае, если он обеспечивает наименьшую кольматацию пород водоносного горизонта.

Комментарии запрещены.