Проектирование скважин на воду

Вводные сведения

    Все буровые скважины по целевому назначению подразделяются на:

- поисково-картировочные,

- разведочные,

- разведочно-эксплуатационные,

- наблюдательные.

Поисково-картировочные  скважины бурятся на стадии съёмочных  работ и имеют целью уточнить геолого-гидрогеологическое строение изучаемой территории, наметить перспективные участки для более детальных исследований. Разведочные скважины позволяют изучить водоносные горизонты или комплексы. Из этих скважин отбираются образцы пород, в них проводятся опытно-фильтрационные и геофизические исследования. Если скважина после завершения разведочных работ сдаётся в эксплуатацию, то такие скважины называются эксплуатационными. Параметры таких скважин должны обеспечивать оборудование их насосом соответствующей производительности. Если разведочные скважины применяются на стадии предварительной разведки, то разведочно-эксплуатационные - на стадии детальной и эксплуатационной разведки. Наблюдательные скважины предназначены для измерения уровней во время проведения опытно-фильтрационных работ. Конструкция скважины зависит от её целевого назначения и горно-геологических условий. Поисково-картировочные скважины имеют простые конструкции, лишь верхний участок у устья крепится обсадной трубой, остальной ствол скважины трубами не обсаживается. В редких случаях, например, с целью изолирования интервалов интенсивного поглощения промывочной жидкости, ствол скважины может обсаживаться одной обсадной колонной. Диаметры поисково-картировочных скважин колеблются от 76 до 132 мм. Изоляция водоносных горизонтов осуществляется методами временного (глинистыми шариками) и постоянного тампонажа (цементным раствором).

    В конструкции скважины различают  направление (кондуктор), промежуточную (техническую) и эксплуатационную колонну. В неглубоких (до 100-150 м) скважинах техническая колонна может отсутствовать. Обсадные колонны эксплуатационных скважин обязательно цементируются. 

1. Цель проектируемых работ.

    Проект  бурения скважины на воду составляется на основании технического задания заказчика. В техническом задании заказчик должен точно указать место расположения скважины (на топографической карте района изысканий в масштабе 1 : 25 000 и крупнее), заявленную потребность в воде скважины, требования к качеству воды и сроки службы водозабора. Заказчик может оговорить так же предпочтительный материал обсадных и водоподъемных труб (нержавеющая сталь, пластик и т.д.),

    Пример1: необходимо пробурить две артезианские скважины (рабочая и резервная) для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Проектный дебит рабочей скважины с учётом расхода воды на наружное пожаротушение 40 . Скважины располагаются на расстоянии 8м друг от друга в одном помещении насосной станции. Вода должна соответствовать СанПиН 2.1.4.1074-01. 

2. Геологические сведения о районе проведения работ. 

2.1. Физико-географические условия участка изысканий и местоположение проектируемой скважины.

    В разделе "Физико-географические условия  участка изысканий и местоположение проектируемой скважины" следует  приводить краткую характеристику рельефа и геоморфологических особенностей участка, намечаемого для размещения скважины,     влияющих на гидрогеологические условия; обоснование выбора участка и места заложения скважины с учетом гидрогеологических условий и санитарных требований (удаленность от источников загрязнения, зон затопления и др.); абсолютную отметку и координаты точки заложения скважины (по топографическим картам 1: 25 000 и крупнее), расстояние от скважины до объекта водоснабжения; хозяйственное использование и техногенные изменения территории. 

2.2. Геологическое строение участка.

    В разделе "Геологическое строение участка" необходимо приводить характеристику геолого-литологического строения участка (предполагаемый разрез в намечаемой точке бурения) в стратиграфической последовательности сверху вниз с наибольшей детальностью в пределах проектной глубины скважины: условия залегания, мощность, строение, литологический или петрографический состав отдельных горизонтов (слоев) пород с выделением водовмещающих горизонтов пород и водоупорных слоев, а также других элементов геологической среды, влияющих на степень и характер обводненности пород. 

2.3. Гидрогеологические условия участка.

    В разделе "Гидрогеологические условия  участка" следует приводить характеристику выделенных в разрезе водоносных горизонтов, особенно детально - намечаемых к эксплуатации: глубину залегания кровли, подошвы, состав пород (процентное содержание преобладающей фракции рыхлых грунтов, степень трещиноватости скальных пород), предполагаемый (по фондовым материалам) дебит, удельный дебит, коэффициенты фильтрации, положения уровня и возможные их сезонные изменения, условия питания и другие данные, в том числе ориентировочные (по предварительным расчетам) границы зон санитарной охраны, а также химический и бактериологический состав подземных вод. В заключении делается краткий обзор опыта бурения и эксплуатации скважин на воду в изучаемом районе.

    При составления учебного проекта по бурению скважин на воду используется упрощённый план, первый и второй разделы проекта выдаются студенту в виде проектных данных, а третий разрабатывается в соответствии с содержанием учебного проекта. Важнейшей целью учебного проекта является составление геолого-технического наряда (технологической карты), основного документа по которому ведётся бурение, а также плана-графика работ. 

Содержание  учебного проекта.

1. Проектные данные.

2. Выбор способа бурения.

3- Выбор типа и конструкции фильтра.

4. Расчёт фильтра или полости бесфильтровых скважин.

5. Подбор насоса и диаметра эксплуатационной колонны.

6. Выбор конструкции скважины.

7. Выбор буровой установки.

8. Выбор бурового инструмента

9. Выбор типа промывочной жидкости.

10. Выбор параметров режима бурения.

11. Вскрытие и освоение водоносного горизонта (расчёт эрлифта).

12. Цементирование обсадных колонн.

13. Организация работ.

При бурении  разведочных скважин вместо пункта 11 следует включить раздел «Опробование водоносных пластов в процессе бурения». 
 
 

3. Специальная часть. 

3.1. Проектные данные.

Проектные данные включают в себя: геологический разрез, назначение скважины (эксплуатационная или разведочная), параметры водоносного горизонта (коэффициент фильтрации,  проектный дебит, статический уровень и понижение). 

3.2.Выбор способа бурения.

    В зависимости от целевого назначения и конкретных условий буровые скважины на воду сооружаются следующими способами: вращательным с прямой и обратной промывкой; вращательным без промывки (шнековым и ковшовыми бурами); ударно-канатным способом.

    В настоящее время наибольшее распространение получило вращательное бурение, производительность которого в 3-5 раз выше производительности ударно-канатного. Его рекомендуется применять в районах с изученными гидрогеологическими условиями. Но вращательное бурение с промывкой имеет весьма существенный недостаток - может вызвать закупорку пор и трещин водоносного горизонта, что требует дополнительных затрат времени и средств на возбуждение притока воды к скважине. Однако применение специальных растворов и новой технологии вскрытия водоносных горизонтов делает данный способ бурения скважин на воду наиболее эффективным.

В районах, недостаточно изученных в гидрогеологическом отношении, с низким пластовым давлением  и высокой проницаемостью (валуны, галечники, щебень), а также при  бурении скважин с большим  начальным диаметром (500-9О0мм) применяется ударно-канатное бурение на воду. Преимущество этого способа в том, что вскрываемые водоносные не засоряются и не кольматируются циркулирующим по скважине промывочным раствором. При этом легко устанавливаются все вскрываемые водоносные горизонты, обеспечивается высокое качество опробования водоносного пласта. Ударно-канатный способ позволяет получить большие дебиты, чем вращательный способ с  промывкой глинистым раствором.

    К недостаткам способа можно отнести: большой расход обсадных труб (что объясняется малой величиной выхода последующей колонны из-под башмака предыдущей, обычно 25-30 м); относительно малые глубины бурения (100-150м); низкие техническую и коммерческую скорости бурения; опасность уплотнения пород в зоне водоносного горизонта при неправильно выбранной технологии бурения, что может вызвать на снижение дебита скважины. Иногда, допускается комбинирование указанных способов бурения. 

3.3 Выбор типа и конструкции фильтра

    Скважины  на воду могут быть фильтровыми и бесфильтровыми. Фильтровые скважины применяют в неустойчивых рыхлых и скальных породах. Бесфильтровые скважины создают в скальных трещиноватых, но устойчивых породах (рис. 1 а). Сооружение бесфильтровых скважин возможно также в рыхлых неустойчивых породах, при наличии в кровле водоносного пласта устойчивых пород (рис. 1 б).

    Под фильтром обычно понимают специальное  устройство, устанавливаемое в скважине в интервале водоносного горизонта, которое обеспечивает свободный  доступ внутрь скважины чистой воды без механических примесей, и одновременно предохраняет ствол скважины от обрушения. Фильтры обычно устанавливают только в неустойчивых породах.

    В скважину опускают 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 условно  разделить на дырчатые или щелевые, сетчатые, гравийные и гравитационные. Типы и конструкции фильтров выбираются в зависимости от характера породы водоносного пласта и глубины скважины в соответствии со СниП-11-31-74 (табл. 1).

    В агрессивные воды с большим содержанием  углекислоты, сероводорода и кислорода  каркасы фильтров изготавливаются  из нержавеющей стали или неметаллических труб.

Применение  различных типов  и конструкций  фильтров

Таблица 1.

 

    Каркасы фильтров изготавливаются из стальных обсадных труб нефтяного сортамента (табл.7) ([9], стр.349, табл.VIII.I), геологоразведочного сортамента (табл.10), стальных насосно-компрессорных труб ([9], стр.357, табл. VIII.9), труб из нержавеющей стали (ГОСТ 9940-62), а также винипластовых, полиэтиленовых, стеклопластиковых, асбестоцементных и других ([9], стр.360).