Проектирование скважин на воду

 

    Производительность  насоса, м³/с

     (16)

где    D_д - диаметр скважины, м;

       - диаметр бурильных труб, м;

    V - скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/с;

     - коэффициент, учитывающий неравномерность скорости потока по стволу скважины из-за наличия каверн и других расширений. (1,1 – 1,3)

    Если    производительность   насоса   буровой   установки    меньше

расчётной величины, то надо предусмотреть применение либо другого более мощного насоса, либо двух параллельно включённых насосов. 

    Выбор параметров режима колонкового бурения  изложен в работах [2], глава VII и [5], стр.119,152.

    Выбор параметров режима ударно-канатного  бурения изложен в работах [2], стр. 446, [10], стр. 127, и [1], стр. 50.

    Выбор параметров режима бурения вращательным способом с обратной промывкой скважин большого диаметра изложен в работе [1], стр.86. 

3.11 Вскрытие и освоение  водоносного пласта

    На  качество вскрытия водоносного пласта наиболее сильно оказывает влияние выбор очистного агента.

    Применение  глинистого раствора при вскрытии пласта приводит к его кольматации и  требует в дальнейшем работ по освоению пласта.

    При вскрытии водоносных горизонтов, представленных мелко- и среднезернистыми песками с коэффициентом фильтрации (табл. 5) до 20 м/сут, и при глубине уровня воды от устья скважины до 3 м применяют техническую воду. Крупнозернистые и грубообломочные породы вскрываются с промывкой водным раствором гипана (3 - 5%) плотность такого раствора 1,02—1,06 г/ . 

    Разнозернистые  пески вскрываются с промывкой  стабильным глинистым раствором, получаемым из высококачественных бентонитовых глин (4-6%), с добавкой реагента стабилизатора (например 2%КМЦ).

    Для   мелко-   и   разнозерннстых   песков   с   включением   гравия

рекомендуются меловые растворы следующего состава 30%-мела, 10%-УЩР, 0,8%-КМЦ и имеющие плотность 1,06-1,2 г/см³. Достоинством их считается простота удаления кольматанта при солянокислотной обработке.

    Для вскрытия слабонапорных среднезернистых  песков применяют самораспадающиеся  растворы, например крахмальные, содержащие модифицированный крахмал в количестве 4-5%.

    Все виды вскрытия водоносных пластов достаточно полно приведены в работе ([9], стр.488). 

Освоение  пласта

    Процесс освоения должен начинаться сразу после  установки фильтра.

    Если  при вскрытии пласта применяется  техническая вода, то процесс освоения сводится к прокачке. Для прокачки целесообразно использовать эрлифты или струйные насосы так как они могут перекачивать воду с большим содержанием твёрдой фазы. На практике чаще всего используют центробежные насосы (после прокачки буровым насосом), которые имеют два преимущества - автономность и большой напор.

Расчёт  эрлифта

    Расчёт  эрлифта производится в два этапа: вначале определяются ориентировочные   значения   параметров,   по   которым   выбирается подходящий компрессор, а затем приближённые значения уточняются.

1. Коэффициент погружения смесителя эрлифта под динамический уровень ориентировочно принимается по табл.19. 

Соотношение коэффициента погружения смесителя (К) и глубины динамического уровня (п)

Таблица 19

 

2.  Гидравлический коэффициент полезного действия (КПД) эрлифта.

(17)

К - коэффициент погружения смесителя. 

3.  Глубина погружения смесителя Н, м (рис. 6)

, (18)

h - глубина динамического уровня, м, Н Н₁  - рекомендуемое условие погружения смесителя, например,

- расстояние до фильтра, м.

4.  Удельный расход воздуха ( на 1 воды)

(19)

5. Полный расход воздуха (м³/мин)

,

Q - проектный дебит скважины, /ч. 

6. Давление сжатого воздуха (МПа) необходимое для пуска эрлифта.

(21)

для работы эрлифта.

(22)

Р_о - пусковое давление. МПа,

Р - рабочее давление, МПа,

- глубина статического уровня, м.

7. По максимальному из значений давления (P_о, Р) и полному расходу воздуха (W) выбирается компрессор и приводится его техническая характеристика (табл. 20). 

Техническая характеристика компрессора

Таблица 20

 
 
 

8. Максимальное значение величины К для выбранного компрессора. 

     Если  то , (23)

       Если  то , (23а)

       где Рк - МПа.

9. Параметры работы эрлифта уточняются для выбранного компрессора по формулам (17) - (22).

    Следует убедиться, что уточнённые значения W,     Р_о    и    Р    не превышают возможности компрессора.

10. Для расчёта сечений водоподъёмных труб определяют расход смеси ( /с) у смесителя 
, (24)

и на изливе.

, (25) 

11. Площадь сечения (м²) водоподъёмных труб у смесителя

     , (26)

на изливе

     , (27)

    где v₁ и v₂ - скорость движения смеси (м/с) у смесителя и на изливе табл.21.

    

    Рис. 6. Схема эрлифта. 

Рекомендуемые скорости движения смеси

    Таблица 21

 

12. Если не планируется применение ступенчатой водоподъёмной колонны, то из   рассчитанных значений F₁ и  F₂ выбирается максимальное - F.

    Тогда внутренний диаметр водоподъёмной колонны (м)

     (28)

D - Диаметр воздухопроводных труб, м (33, 42, 50 или 63,5 мм).

    По  расчётной величине d подбираются ближайшие по внутреннему диаметру стандартные трубы (желательно обсадные геологоразведочного сортамента).

Струйные  насосы

    Струйные  насосы в настоящее время всё  шире внедряются в практику бурения  скважин на воду ([7]).

Эрлифты  обеспечивают  откачку  тогда,   когда  воздухопроводные трубы можно  опустить на глубину в 1,5 раза превышающую  глубину расположения динамического уровня, что не всегда возможно, особенно, в безнапорных водах.

    Струйные  насосы (рис. 7) могут обеспечить проектную  производительность откачки и в  напорных и в безнапорных водах, если правильно выбраны рабочий  насос и размеры основных элементов  струйного насоса: насадки, смесительные камеры и др.

    

Рис. 7. Схема струйного насоса.

1 - колонна рабочего потока; 2-насадка; 3 - приёмная камера;

4 - смесительная камера; 5 - диффузор;

6 - канал, связывающий приемную камеру с внешней средой;

7 - водоподъёмная колонна; 8 - рабочий насос 

3.12.Цементирование обсадных колонн

    Цементирование  проводят для изоляции водоносных пластов, вскрытых при бурении скважин, удержания  обсадной колонны в подвешенном  состоянии, защиты обсадной колонны  от коррозии, ликвидация поглощения промывочной жидкости.

    Из  существующих способов цементирования (рис. 8) в практике бурения скважин  на воду чаще всего применяют наиболее простой способ одноступенчатого цементирования. 
 

    

Рис. 8. Классификация способов цементирования 

    Цементирование  можно осуществлять с одной или  двумя разделительными пробками. Разделительные пробки исключают смешивание цементного раствора с продавочной  жидкостью. Смешивание цементного раствора с продавочной жидкостью тем  больше, чем больше диаметр скважины.

    При бурении скважин на воду всегда рекомендуется проводить цементирование с двумя разделительными пробками ([9], стр. 379).

    При отсутствии цементировочного агрегата или достаточно мощного

насоса  можно применить цементирование с помощью заливочных трубок (рис.9).