Проект проводки скважины при предварительной разведке месторождения Белоусовское

месторождение геологический бурение скважина Гидрогеологические исследования при поиске и разведке подземных вод в Павлодарской области имеют огромное значение для возросшей потребности в расширении водоснабжения населенных пунктов. Данным проектом предусматривается бурение разведочных скважин для выявления месторождений подземных вод с целью водоснабжения населённого пункта Белоусовка Успенского района.

Скважины, вскрывающие пласты, содержащие подземные воды, имеют много преимуществ перед другими водозаборными сооружениями, и в связи с этим бурение их носит массовый характер.

Для добычи подземной воды бурят одиночные скважины или группы скважин. Поэтому все водозаборы подземных вод подразделяются на групповые и одиночные.

Необходимо отметить, что ранее проводились поисковые работы с целью водоснабжения населённого пункта п. Белоусовка.

Водоснабжение указанного населённого пункта осуществлялось за счёт глубоких артезианских скважин, пробуренных в 1970;80^х годах, на покурский водоносный горизонт нерасчленённого верхнего и нижнего мела. В связи с постепенным выходом из строя глубоких скважин водоснабжение их переводилось на эксплуатацию колодцев, воды которых и по количеству, и по качеству, не соответствовали современным требованиям.

1. Географо-экономическая характеристика работ

1.1 Физико-географические сведения. Местоположение

Город Павлодар — административный центр Павлодарской области Республики Казахстан, крупный промышленный и культурный центр, железнодорожной станции, узел магистральных автомобильных дорог, речной порт, организующий центр Павлодар-Экибастузского территориально-промышленного комплекса.

Населённый пункт — Белоусовка Успенского района расположен на северо-востоке Павлодарской области, на правобережье р. Иртыш (рис. 1).

Рельеф Рельеф района обусловлен расположением его в окраинной части Западно — Сибирской низменности и представляет собой расчлененную равину, полого наклонную на север и северо-восток, и долине р. Иртыша. Общее понижение поверхности равнины прослеживается с юга на север и северо-восток с изменением абсолютных отметок от 150 до 90 м. Долина р. Иртыша, представленная поймой и тремя надпойменными террасами, протягивается с юго-востока на северо-запад.

На левобережье выделяют три надпойменные террасы, на правобережье две.

Поверхность террас выровнена абсолютные отметки 120−105 м. Более расчленена поверхность поймы, пересеченная многочисленными озерами, старицами, протоками абсолютные отметки 90−98 м.

Гидросеть Гидрографическая сеть представлена рекой Иртыш и озерами. Река Иртыш пересекает район с юго-востока на северо-запад. Средний годовой расход Иртыша в г. Павлодаре равен 900 м³/с. В зависимости от водности года средний годовой расход изменяется от 1300 до 490 м³/с. На гидрологический режим реки резко влияет сброс воды Бухтарминской и Усть-Каменогорской ГЭС. Ширина русла реки 0,2−1,0 км. Глубина в межень 3−4 м. Средние скорости течения воды 0,6−1,3 м/с. Абсолютные отметки меженного уровня уменьшается с юго-востока на северо-запад от 86 до 102 м.

Аналогично изменяется уклон реки от 0,11−0,15 до 0,06−0,08. Вода в р. Иртыше пресная с минерализацией 0,1−0,2 гидрокарбонатного кальциевого состава.

Климат Климат Павлодарского Прииртышья характеризуется резкой континентальностью, аридностью и недостаточным увлажнением. Летом климат формируется под влиянием южных циклонов приходящих из Южно-Казахстанских и Среднеазиатских пустынь, а зимой — охлажденных масс северных антициклонов, поступающих с севера Западно-Сибирской низменности.

Осадки в описываемом районе выпадают в малом количестве, неравномерно по площади и по сезонам года. Характерно, что в теплый период года выпадает до 80% годовой суммы осадков. Летом осадки обычно ливневые и расходуется на увлажнение почвы, а затем на испарение и транспирацию.

Высота снежного покрова составляет 20−30 см. К началу весеннего снеготаяния зоны воды в снеге составляет 40−70 мм. Благодаря сильным и постоянно дующим ветрам снег переносится с выровненных поверхностей в пойму р. Иртыша, которая пересечена многочисленными старицами и протоками и покрыта кустарником, что способствует задержанию и накоплению снега. Запасы воды здесь в 1,5−2 раза больше, чем на остальной территории.

Температура воздуха в году изменяется от -40−47⁰ зимой, до +35 +42⁰ летом. Средняя годовая температура за многолетие увеличивается с севера района на юг от +0,7 до +2,3 -+3,2. Продолжительность теплого периода составляет 190 дней.

Ветер является весьма характерной чертой местного климата. Преобладающее направление ветра юго-западное, средняя скорость 4,5 м/с, максимальная 15 — 25 м/с, что вызывает ветровую эрозию почв.

Испарение в несколько раз превышает годовую сумму осадков.

Среднее многолетнее испарение с водной поверхности (испаряемость) за период апрель-октябрь уменьшается с юга от 792 мм на север до 705 мм и северо-восток до 750−700 мм. Испарение с почвы составляет за год 250−300 мм. Как видно, величина годового испарения с почвы превышает сумму осадков, что отрицательно сказывается на инфильтрации, которая составляет 13−25,7 мм.

Растительность Значительные площади территорий распаханы. Степная растительность отличается небольшим участками вокруг понижении и из окраинах населенных пунктов. Небольшие лиственные леса из ивы и тополя имеются лишь в пойме Иртыша, высота деревьев 50 18. м, толщина 0,15−0,40 см. Здесь же встречаются кустарники высотой 3−6 м, который по берегам реки Иртыш местами образуют густые заросли. Лесополосы высотой 1−7 м расположены, в основном, в правобережной части.

1.2 Географо — экономические данные

Население Село Белоусовка Успенского района с населением более 400 человек.

В селе проживают много национальностей — казахи, русские, немцы, украинцы и много других.

Экономическое развитие.

В Павлодарской области развиты электроэнергетика, цветная металлургии, машиностроение, производство строительных материалов, химическая, нефтеперерабатывающая, пищевая и легкая промышленности. В районных центрах в основном развито сельское хозяйство и пищевая промышленность по переработки продуктов сельского хозяйства.

Транспортные условия района Дорожная сеть в области хорошо развита. Железная дорога Кулунда-Ерментау электрофицирована двухпутная. Автострады имеют две полосы шириной 8 м каждая, покрытие — асфальт во все районные центры области. Автомобильные дороги без покрытия к населённым пунктам района к проселочные дороги во время снеготаяния и дождей труднопроходимы для автотранспорта.

Обеспеченность участка работ энергией, топливом, стройматериалами Все населённые пункты районного центра электрифицированы. Дома жителей села отапливаются самостоятельно — углём, который доставляется автотранспортом из местной месторождений Экибастуза. В государственные учреждения отопление централизованное из местной отопительной котельни. На участке работ отсутствует электроснабжения.

Все коэффициенты, которые будут использованы в проектно — сметной документации, сведены в таблицу 1.

Таблица 1 — Коэффициенты, влияющие на сметную стоимость проектируемых работ

2. Геолого-гидрогеологическое строение участка работ

2.1 Геологическое строение участка

Геологическое развитие района связано с многообразными направлениями различных складчатостей, сопровождающихся внедрениями интрузий.

В верхнепротерозойское время в геосинклинальных прогибах, вытянутых на сотни километров, отложились породы акдымской и ерементауской серий, сопровождающихся излияниями лав среднего и основного состава. В конце верхнего протерозоя проявилась мощная ерементауская фаза складчатости, когда были созданы Майкайн-Екибастузский и Алхамерген-Джиландинский антиклинории.

В начале нижнего кембрия салаирского этапа развития антиклинории продолжали подниматься, а срединные прогибы в условиях трансгрессии моря служили областью аккумуляции.

К началу мезозоя на исследуемой территории господствовали континентальные условия. Здесь происходило накопление пород киялинской свиты готерив-баррема и осадков покурской свиты.

В конце мела начале палеогена происходит сокращение морского бассейна. Неогеновое время характеризуется сравнительно спокойной тектонической жизнью.

Основные этапы геологического развития террасы в верхнечетвертичное время связаны с оледенением Западной Сибири и Алтая. Начало среднечетвертичнего времени характеризуется оживлением тектонической деятельности Алтая, что вызвало широкий плоскостной размыв и накопление песчано-глинистых отложений.

Во второй половине верхнечетвертичнего времени заканчивается формирование первой надпойменной террасы р. Иртыша. Современная эпоха характеризуется продолжением развития долины р. Иртыша, эоловых и делювиальных процессов. Формируется современные озерные осадки. Аридность климата постепенно возрастает. При формировании долины р. Иртыша на различных ее участках проявилась неотектоника. В целом большая часть долины р. Иртыша формировалась в условиях медленного опускания поверхности.

Ниже приводится краткое описание комплексов образований от меловых до современных.

Меловая система (К)

Киялинская свита (К1−2 kls).

Киялинская свита осадки киялинской свиты выполняют наиболее углубленные участки фундамента. Свита сложена красноцветными, коричневыми песчаными глинами, полимиктовыми песками. Мощность отложений 100−150 м.

Покурская свита (К₂ pk)

Покурская свита залегает непосредственно на отложениях киялинской свиты. Разрез свиты, представлен переслаиванием горизонтов полимиктовых разнозернистых песков и плотных жирных глин. Глубина залегания составляет 500−750 м. Мощность отложений 200-350 м.

Кузнецовская свита (К₁₋₂kz).

Кузнецовская свита глубина залегания кровли изменяется от 450 м на западе - юго-западе до 700 м на востоке района. Мощность отложений составляет 10-40 м. Представлена, свита алевристыми глинами серыми, темно-серыми алевритистыми, мелкозернистыми глинистывми кварцевыми песчаников, песков с гнездами чешуйками рыб.

Ипатовская свита (К₂ ip)

Ипатовская свита залегает на осадках кузнецовской свиты и вскрывается на глубине 500−650 м. На юго-западе района отложения свиты выклиниваются, а на северо-востоке, востоке участка мощность их достигает 70 м. Литологически они представлены кварцево-глауконитовыми песками с прослоями алевристых глин.

Славгородская свита (К₂ sl)

Славгородская свита залегает на песках ипатовской свиты, а на юго-западе района на глинах кузнецовской свиты. Глубина залегания изменяется от 350 — 600 м. Мощность отложений составляет 45-100 м. Представлена, свита серыми глинами с прослоями глауконитовых песчаников и алевритов.

Ганькинская свита (К₂ gn)

Ганькинская свита залегает на отложениях славгородской свиты на глубине 300−500 м. Сложена глинами серыми, алевритистыми известковистыми с прослоями глинистых алевролитов, иногда мергелей и песчаников Мощность отложений 50-100 м.

Палеогеновая система (Р).

Люлинворская свита (P₂ ll)

Люлинворская свита залегает на отложениях верхнего мела на глубине 200−400 м. Мощность 30-90 м. Литологически свита, представлена опоковидными глинами и опоками с маломощными прослоями песков.

Чеганская свита (P₂₋₃ cg)

Чеганская свита согласно залегает на осадках люлинворской свиты на глубине 150−250 м, мощность 90-150 м. Свита сложена алевритовыми глинами с прослоями тонкозернистого песка.

Атлымская свита (P₃ at)

Атлымская свита залегает на чаганской свиты на глубине 125−200 м. Мощность отложений составляет 20-60 м. Разрез свиты, представлен переслаиванием кварцевых, полевошпатовых песков и каолиновых глин.

Новомихайловская свита (P₃ nm)

Новомихайловская свита залегает на отложениях атлымской свиты. Глубина залегания 75−150 м, мощность 30-70 м. Литологически свита представлена глинами, алевритами и кварцево-полевошпатовыми песками.

Чаграйская свита (P₃ cgr)

Чаграйская свита залегает на отложениях новомихайловской свиты на глубине 20-40 м. Свита представлена алевритовыми и мелкозернистыми песками.

Неогеновая система (N).

Калкаманская свита (N₁ klk)

Калкаманская свита согласно залегает на отложениях палеогена на глубине 15-60 м. Мощность отложений 5-40 м. Для правобережья описываемого района характерны большие мощности (30-40 м), а левого берега небольшие мощности калкаманской свиты (5-7 м). Литологически отложения представлены зелеными, зелено-серыми, реже серыми глинами с известковистыми конкрециями, пятнами ожелезнения.

Павлодарская свита (N₁₋₂ pv)

Павлодарская свита залегает на глубине 10-15 м под четвертичными отложениями долины р. Иртыша, а на юго-западе и северо-востоке района выходят на поверхность. Отложения свиты, представлены красно-бурыми, коричнево-серыми, зелено-серыми глинами и полимиктовыми песками. Причем горизонты песков прослеживаются только на правом берегу р. Иртыша, а для левобережья характерно подавляющее преобладание глинистых фации.

Четвертичная система (Q).

Четвертичные отложения, залегающие на отложениях неогена с резким размывом, имеют широкое распространение в описываемом районе.

Качирская свита (Q_I-II kcr)

Распространена на отдельном участке в эрозионном углублении неогенового ложа. Представлена она иловатыми глинами с прослойками слюдистого песка, ила. Мощность отложений достигает 15 м.

Сладководская свита (laQ_II-III sld).

Озерно-аллювиальные отложения сладковдской чановской свиты, встречены на юго-западе района. Литологически свита, представлена сугликами с линзами и прослоями мелкозернистых песков. Мощность отложения достигает 10-15 м.

Чановская свита (Q_II cn).

Аллювиальные отложения чановской свиты, распространены в северо-восточной части района. Представлена, свита мелко-тонкозернистыми глинистыми песками и прослоями супесей, суглинков и глин. Мощность отложений достигает 15 м.

Аллювиальные отложения третьей надпойменной террасы р. Иртыша (a₃Q_II-III).

Третья надпойменная терраса распространена на левом берегу р. Иртыша полосой шириной от 2 до 30 км. Отложения представлены крупно — разнозернистыми песками с примесью гравийно-галечных отложений, супесями, суглинками. Мощность 10-15 м.

Аллювиальные отложения второй надпойменной

террасы р. Иртыша (a₂Q_III).

Аллювиальные отложения второй террасы распространены по обоим берегам р. Иртыша полосами шириной от 2 до 20 км. Литологически терраса представлена разнозернистыми песками, переходящими к подошве в гравийно-галечные отложения. Мощность отложения составляет 10-15

Аллювиальные отложения первой надпойменной

террасы р. Иртыша (a₁Q_III).

Аллювиальные отложения первой террасы распространяются прерывистыми полосами шириной 1−5 км по обоим берегам реки. Представлены отложения разнозернистыми песками с прослоями суглинков, глин, песчано-гравийными отложениями. Мощность их составляет 10-15 м.

Аллювиальные отложения пойменной террасы (аQ_IV)

Отложения представлены разнозернистыми песками, супесями, суглинками, глинами, песками с примесью гравия и гальки. Мощность составляет 10−20 м.

Современные аллювиальные отложения (lQ_IV).

Озерные и хемогенные отложения низких озерных террас сложены продуктами переотложения окружающих пород. Представлены озерные террасы суглинками, супесями, иловатыми глинами, илами. Мощность 4−8 м.

2.2 Тектоника

Описываемая территория расположена в пределах южной части Западно-Сибирской низменности, в структурном отношении приурочена к западному крылу Прииртышской впадины.

В тектоническом строении района принимают участие 2 структурных этажа. Породы складчатого фундамента слагают нижний этаж, почти горизонтально залегающие отложения платформенного чехла образуют структурный верхний этаж.

Строение фундамента обусловлено положением района в зоне сопряжения Северо-Казахстанской (левобережье Иртыша) и Обь-Зайсанской (правобережье) геосинклинальных областей. При этом на левобережье реки Иртыша развиты в основном каледониды, а на правобережье — герциниды, граница между которыми проводится вблизи современной долины Иртыша.

Развитие складчатых структур фундамента отразилось на тектонической жизни мезозой-кайнозоя.

Как правило, выступам фундамента соответствуют положительные формы структур платформенного чехла, а прогибам отрицательные.

Казахское нагорье, ступе необразно погружаясь под чехол осадков мезо-кайнозоя, образует Приказахстанскую моноклиналь которая в центральной части Павлодарского Прииртышья переходит в Прииртышскую впадину-структуру первого порядка.

В тектоническом строении Прииртышской впадины участвуют прогибы поднятия и валы.

2.3 Гидрогеологическая характеристика участка

Район работ расположен в юго-восточной части Иртышского артезианского бассейна, прилегающей к Казахскому мелкосопочнику, и характеризуется разнообразием физико-географических, геоморфологических и геолого-структурных особенностей, что в свою очередь предопределяет и гидрогеологические условия.

По данным гидрогеологической съемки масштаба 1:200 000 в пределах описываемого района подземные воды встречаются в четвертичных, неогеновых, палеогеновых, меловых отложениях.

На территории района выделяют водоупорные породы с прослоями песка миоценовых отложений, верхнеэоценовые и нижнеолигоценовые отложения чаганской свиты и верхнемеловые отложения, представлены преимущественно глинами.

Водоносный горизонт верхнеплиоценовых аллювиальных отложений кулундинской свиты (N₂kln). Водовмещающие породы представлены разнозернистыми песками с гравием и галькой в подошве, мощность горизонта 0,6-21,0 м. Подземные воды безнапорные либо обладают незначительным местным напором. Глубина залегания вод 2,2-5,4 м. По качеству воды пресные с минерализацией 0,2-1,0 г/л. Водообильность пород высокая. Дебиты скважин изменяются от 0,1 до 18, л/с при понижении на 0,8-11 м. Коэффициент фильтрации 10-30 м/сут. Подземные воды используются для хозяйственно питьевого водоснабжения.

Водоносный горизонт, местами воды спорадического распространения верхнеплиоценовых — нижнеплиоценовых отложений павлодарской свиты (N₁₋₂pv). Водовмещающие породы представлены разнозернистыми песками, супесями, залегающими в виде линз, прослоев и горизонтов среди глин.

Мощность горизонта от 2−3 до 70 м. Качество подземных вод закономерно ухудшается с погружением водовмещающих пород. Подземные воды от пресных до умеренно-солоноватых с минерализацией 0,2−3,1 г/л. Дебиты скважин изменяются от 0,01 до 8,0 л/с при понижениях на 1−30 м. Подземные воды используются для водоснабжения.

Подземные воды нижне-среднемиоценовых отложений таволжанской (калкаманской) свиты (N₁tv). Водовмещающими породами являются прослои и линзы песков, алевролитов, мощностью 0,5−6,0 м. среди глин. Вода обладает напором 3−18 м. Водообильность пород неодинаковая по всей области, дебиты скважин 0,01−8,0 л/с при понижении на 5,8−11 м. По качеству воды от пресных до слабосоленых с величиной общей минерализации 1,0−33 г./л. Большого практического применения подземные воды имеют только в северо-восточной части района работ.

Водоносный комплекс средне-верхнеолигоценовых отложений некрасовской серии (Р₃nk). В данный комплекс объединены подземные воды атлымской, новомихайловской и чаграйской свит, приуроченные к прослоям и горизонтам песчано-глинистых отложений мощностью от 2−3 до 90−120 м. На юго-западе воды имеют свободную поверхность, а по мере погружения становятся напорными. Водообильность пород разнообразная, дебиты скважин изменяются от 0,01 до 14,7 л/с при понижениях уровня на 0,4−5,0 м. По качеству воды от пресных до солоноватых с величиной преобладающей минерализации 1−5 г./л. Подземные воды спорадического распространения верхнеэоценовых-нижнеолигоценовых отложений чеганской свиты (P₂-₃cg). Обводнены линзы и прослои песков, алевролитов мощностью 2−10 м., залегающих среди глин. Подземные воды напорные, величина напора достигает 50−250 м. Водообильность пород незначительна, дебиты скважин 0,1−0,6 л/с при понижении уровня на 0,4−2,4 м. По качеству воды от пресных до солоноватых с минерализацией 1−9 г./л.

Водоносный горизонт верхнемеловых отложений ипатовской свиты (К₂ip). В Павлодарском Прииртышье горизонт имеет широкое распространение. Воды приурочены к толще песков мощностью 50−123 м. Глубина залегания кровли от 5−10 м до 600−840 м. Напор подземных вод достигает 700 м и более. Обводненность песков высокая. Дебиты скважин изменяются от 3−5 л/с до 40−65 л/с при понижении уровня на 10−65 м. Коэффициент фильтрации 10 м/сут. Водопроводимость достигает 400−700 м²/сут. По качеству воды от пресных до солоноватых с минерализацией 0,5−5,9 г/л.

3. Технико-технологическая часть

3.1 Обоснование способа и вида бурения

Буровые скважины по целевому назначению подразделяются на семь типов (табл. 3.1).

Таблица 3.1 — Типы скважин

В нашем проекте проектируемая скважина относится второму типу — разведочной скважине. Проводится предварительная разведка подземных вод для водоснабжения населенного пункта Белоусовка.

В настоящее время основным способом бурения скважин является вращательное бурение с прямой промывкой. На долю способа приходится около 90% всех объёмов бурения.

В числе факторов, оказывающих влияние на оценку эффективности различных способов бурения, приняты: целевое назначение скважин; гидрогеологическая характеристика водоносного пласта; глубина скважины; диаметр скважины; технологическая сложность бурения; эффективность последующих работ по освоению пласта; трудоёмкость производства работ и металлоёмкость скважин; транспортабельность оборудования; наличие унифицированного оборудования и инструмента; сложность организационных условий; коммерческая скорость бурения; стоимость 1 м. бурения; стоимость 1 м³/ч удельного дебита поднятой воды.

Для бурения и опробования разведочных скважин, выбираю вращательное бурение с прямой промывкой. Для данного проекта такой способ бурения является самым эффективным, экономичным и обеспечивает высокую производительность буровых работ.

Рисунок 3.1 — Геологический разрез скважины В проектируемой скважине мощность горизонта 30 м. Качество подземных вод закономерно ухудшается с погружением водовмещающих пород. Дебит скважин 11,0 м³/ч при понижениях на 1−30 м. Коэффициент фильтрации 10 м/сут. Подземные воды используются для водоснабжения.

3.2 Разработка конструкции скважины

Факторами, определяющими конструкцию скважины, являются:

— Диаметр и длина водоприемной части

— Диаметр погружного насоса и глубина его спуска

— Наличие в разрезе неустойчивых и проницаемых пород

— Глубина скважины

3.3 Водоприемная часть скважины

Таблица 3.2 — Рекомендации по выбору типа водоприемной части

Примечания:

*Средний размер зерна

** В песчаных водоносных горизонтах при дебитах более 30 м³/ч, и возможности бурения достаточно большим диаметром следует предусмотреть гравийную обсыпку. Толщина обсыпки 0.2 м.

Выбрав тип водоприемной части, рассчитывают ее длину и диаметр.

В случае, если мощность водоносного горизонта m < 10 м, расчетный диаметр водоприемной части находят по формуле

(3.1)

где Q — проектный дебит в м³/ч, а с — скважность фильтра. В первом приближении в формулах (3.1) и (3.5) принимается с = 1, т.к. это считается справедливым при фактической скважности с > 0.25. Фактическая скважность и ее соответствие данному неравенству устанавливаются в разделе «Расчет фильтра» проекта.

Допустимая скорость фильтрации, м/ч:

(3.2)

где K_ф — коэффициент фильтрации, м/сут.

Значение представляет собой либо диаметр ПРИ, которым вскрывают продуктивный горизонт (в бесфильтровых скважинах), либо наружный диаметр фильтра. При наличии фильтра в зависимости от приведенных в таблице 3.2 конкретных условий, измеряется либо только по каркасу (когда необходимость в остальных элементах отсутствует), либо по покрытию (при его наличии и отсутствии обсыпки), либо по обсыпке. Расчетное значение диаметра фильтрового каркаса:

(3.3)

где — толщина покрытия (таблица 3.2), — толщина гравийной обсыпки. В качестве фактического диаметра каркаса принимается ближайшее большее значение диаметра обсадной трубы согласно таблице 3.5. Минимально-допустимый диаметр каркаса (для дебитов до 5 м³/ч) равен 89 мм, в остальных случаях — 108 мм. Установив, корректируют диаметр водоприемной части, фактическое значение которого

(3.4)

Если мощность водоноса m > 10 м, то рассчитывают длину фильтра

(3.5)

где Q — проектный дебит скважины м/час

d_ф — диаметр фильтра, м

— средняя скорость фильтрации, л/сут где К_ф — кофициент фильтрации пород водоносного горизонта.

(3.6)

где m — мощность водоносного горизонта

Q — дебит скважины.

В данном дипломном проекте мощность водоносного горизонта 30 м рассчитываем длину фильтра по формуле 3.5.

В процессе эксплуатации фильтр забивается кусочками пород отложениями солей поэтому если позволяет мощность водоносного горизонта.

Принимает длину фильтра 13 метров Диаметр бурения под фильтр осуществляется долотом которое свободно проходит внутри колонны где — зазор между долотом и внутренней стенки эксплуатационной колонны =5−10 м Применяем диаметр фильтра 168 мм Длину фильтра выбирают, исходя из конкретных гидрогеологических условий, принимая её равной мощности водоносного пласта. Для оборудования разведочной скважины принимаю диаметр фильтра 168 мм, длиной 13,0 м. На рисунке 3.2 показан сетчатый фильтр.

1 — труба перфорированная; 2 — проволока; 3 — сетка.

Рисунок 3.2 — Фильтр сетчатый Результат расчета приведен в таблице 3.3.

Таблица 3.3 — Результаты расчета

3.4 Водоподъемное оборудование

Предварительная откачка воды производится эрлифтом.

В скважину монтируется воздухоподающая труба диаметром 50 мм на глубину 60 м. Наверху обсадной трубы устанавливается привентор. Воздух подается от компрессора ПР — 10 через шланг производительностью до 10 м³/мин. Воздух при движении вверх захватывает воду и таким образом откачивается вода из скважины. Продолжительность откачки составляет 5 бр/см.

Для эксплуатационной откачки применением центробежный насос с погружным электродвигателем насос выбирается исходя из динамического уровня, проектного дебита и напора воды при подачи воды к потребителю.

Необходимый напор

(3.7)

Рисунок 3.1 — Схема эрлифтной установки

где hu — расстояние от устья скважины. До излива, при подачи воды в водоприемную башню nu=15

h-заглубления насоса под динамический уровень учитывая возможность снижение статического и динамического уровня воды.

Существует несколько видов водоподъемников для добычи воды из эксплуатационных скважин:

1. Эрлифтная установка;

2. Поверхностный центробежный насос типа «Кама», «Агидель»;

3. Ленточный водоподъемник;

4. Погружной насос типа ЭЦВ.

В связи с низким динамическим уровнем воды в скважине выбираем погружной насос ЭЦВ 6 — 6,5 — 60.

Общие сведения о погружном насосе типа ЭЦВ.

Погружной центробежный насос ЭЦВ предназначен для подъема воды из артезианских скважин с целью осуществления водоснабжения, орошения и других подобных работ и соответствует техническим условиям АМТЗ.246.001ТУ.

Электронасос ЭЦВ представляет собой агрегат, состоящий из электрического двигателя, насоса и других вспомогательных узлов.

Электронасос ЭЦВ предназначен для подъема воды с общей минерализацией (сухой остаток) не более 1500 мг/л, с водородным показателем (рН) от 6,5 до 9,5, температурой до 25 ^оС, массовой долей твердых механических примесей — не более 0,01%, с содержанием хлоридов — не более 350 мг/л, сульфатов — не более 500 мг/л, сероводорода — не более 1,5 мг/л.

Насосы приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 — Насосы ЭЦВ (погружные, электрические, центробежные)

Первая цифра после сокращения ЭЦВ - наружный диаметр насоса в дюймах, вторая - его производительность, третья - напор.

По таблице 3.4 насос выбирают так, чтобы его производительность и напор были не меньше, чем проектные дебит и динамический уровень.

Выбор водоподъемного насоса. В нашем проекте при проектном дебите 11 м³/ч выбираем насос ЭЦВ 6−16−50. Минимальный размер эксплуатационной колонны, в которой такой насос может разместиться — 168 мм (таблица 6).

3.5 Число обсадных колонн и глубина их спуска

Башмаки всех колонн, обязательно должны находиться в устойчивых породах с заглублением в них на 3 — 5 м. Конструкция скважины может включать несколько видов обсадных колонн.

Эксплуатационная колонна служит для размещения в ней водоподъемного оборудования. Минимальная глубина ее спуска

(3.8)

где — динамический уровень (см. формулу (1.З), длина водоподъемного насоса (обычно не более 2 м), а — запас на случай возможных (например, сезонных) колебаний пластового давления (5 м).

Фильтровая колонна является самой нижней. Она спускается «впотай» в вышерасположенную колонну и состоит (снизу вверх) из отстойника, фильтра и надфильтровых труб. Если мощность водоносного пласта m < 10 м, то башмак фильтровой колонны углубляют в водоупор подошвы продуктивного пласта не менее, чем на 5 м. Сам фильтр располагается от подошвы до кровли продуктивного пласта.

Если m > 10 м, то верхнюю границу фильтра располагают на 10% от мощности водоносного пласта ниже его кровли. В нашем проекте мощность водоносного горизонта составляет 30 м.

В безнапорных горизонтах фильтр устанавливается в интервале от подошвы водоносного пласта до предполагаемого динамического уровня, а фильтровая колонна совмещается с эксплуатационной.

Таблица 3.5 — Рекомендуемая длина отстойника

Длина надфильтровых труб равна увеличенному на 2-5 м расстоянию от фильтра до башмака вышерасположенной колонны.

В скважинах, где водоносный горизонт представлен устойчивыми трещиноватыми породами, длина необсаженной части соответствует длине фильтровой колонны (без ее «потайной» части).

В самоизливающих скважинах количество и длина колонн не связаны с необходимостью размещения водоподъемного насоса, а зависят только от параметров водоприемной части, необходимости изоляции нерабочих водоносных горизонтов, а также перекрытия неустойчивых интервалов.

Количество обсадных колонн при ударно-канатном способе бурения зависит от глубины скважины и «выхода» колонн (максимально — возможного расстояния башмака предыдущей колонны от башмака последующей). Выход колонн может находиться в пределах 20 — 100 м. Он зависит от диаметра колонны и свойств перекрываемых пород. Выход колонн относительно малого диаметра (168, 219, 273 мм) может быть в данных конкретных условиях максимальным. Выход колонн большого диаметра (более 426 мм) — минимальным. Ограничивают величину выхода такие породы, как валунно-галечники, а также плотные и вязкие глины. Башмаки колонн необходимо оставлять в устойчивых водоупорах.

С помощью самой нижней (последней) обсадной колонны проходят рабочий водоносный горизонт и углубляются в водоупор. Внутрь последней колонны на бурильных трубах спускают фильтровую колонну. Затем для обеспечения непосредственного контакта водоносного горизонта с фильтром последнюю колонну поднимают на необходимую высоту, и бурильные трубы от фильтровой колонны отсоединяют с одновременной установкой на ее верхнем конце уплотнения.

Лишние колонны (кроме фильтровой, эксплуатационной, и колонн, обеспечивающих изоляцию нерабочих водоносных пластов) извлекают.

3.6 Выбор начального диаметра бурения

При вращательном бурении с промывкой глинистым раствором устанавливается кондуктор, он должен быть установлен в устойчивых породах, обычна длина 5−15 м.

Принимаем направляющую трубу длиной 8 м, внутренний диаметр трубы определяем по формуле

(3.9)

где

Выбираем направляющую трубу диаметром 273 мм, толщиной стенок 9 мм, наружный диаметр муфты 298 мм.

Выбираем долото под направляющую трубу

(3.10)

гдезазор между муфтой и станками скважин Выбираем долото III — 349МЗ-ГН.

3.7 Выбор эксплуатационной колонны и долот для бурения

При предварительной разведке месторождений подземных вод широко применяются обсадные трубы стальные, бесшовные, муфтовые. Трубы муфтового соединения позволяют сократить время на обсадку эксплуатационной фильтровой колонны, что важно при сооружении скважин на воду. Для бурения и сооружения скважины выбирают эксплуатационную колонну диаметром 168 мм, толщиной стенки 7 мм муфтового соединения.

Минимальный расчетный диаметр бурения для размещения эрлифта определяя по формуле

(3.11)

где: Дм — диаметр муфты водоподъемной трубы Д=121

2 — зазор между водоподъемными трубами эрлифта и обсадной колонны, необходимо для размещения приборов при проведении геологоразведочных исследований

D_вн=121+25=146 мм Для размещения эрлифта выбираем эксплуатационную колонну 168 мм, толщиной стенок 7 мм, диаметром муфты 188 мм.

Диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну определяют по формуле

(3.12)

где Дмэ — диаметр муфты эксплутационной колонны, мм

— зазор между скважиной и муфтой

Д_дэ =188+30=218 мм.

Выбираем долото диаметром 244 С-ГНУ.

Геологический разрез представлен породами мягкой и средней твердости, т. е. III-V категории по буримости, поэтому выбираю трех шарошечное долото типа М и С диаметром 349 мм для бурения под кондуктор, обсаживается кондуктор трубами диаметром 273 мм. Для бурения под фильтровую колонну диаметром 168 мм выбирают трех шарошечное долото 244 С — ГНУ.

Г — гидромониторная промывка;

Н — на одном подшипнике скольжения;

У — маслонаполненные опоры.

Техническая характеристика обсадной трубы

Наружный диаметр трубы — 168 мм;

Толщина стенки — 7,0 мм;

Вес 1 метра трубы с муфтами, кг:

короткая резьба — 29,82;

длинная резьба — 30,02;

Общая длина резьбы, мм:

короткая резьба — 79,38;

длинная резьба — 98,42.

3.8 Выбор глубины скважины

На основании предложенного проектного гидрогеологического разреза, где водоносный горизонт представленный мелкозернистыми песками вскрывается на глубине 102−115 м, поэтому фильтр будет установлен в данном интервале.

Таблица 3.6 — Конструкция скважины

3.9 Выбор буровой установки

Выбор марки буровой установки производят в зависимости от принятой конструкции скважины. Установка должна обеспечивать бурение на заданную глубину и с заданными начальным и конечным диаметрами. Кроме того, буровая установка должна обеспечивать крепление ствола скважины обсадными трубами.

Выбор способа бурения и типа буровой установки в значительной степени характеризует основные технико-экономические и качественные показатели выполняемых работ.

На эффективность строительства скважины оказывает влияние не только способ бурения, но и технология вскрытия и освоения пласта.

Необходимо свести к минимуму кольматацию пласта и обеспечить получение максимальных для данных гидрогеологических условий удельных дебитов. Поэтому под выбором способа бурения мы понимаем также выбор типа буровой установки и технология вскрытия и освоения водоносного пласта.

Для выбранного разреза скважины глубиной 120 м. наиболее целесообразно применить буровую установку УРБ-3АМ предназначенную для бурения роторным способом с прямой промывкой забоя вертикальных скважин для водоснабжения в районах, доступных автотранспорту.

Основные технические параметры буровой установки УРБ-3АМ:

— грузоподъемность, т. -13

— основной способ бурения — вращательный с промывкой

— рекомендуемая глубина бурения, м. — 600, трубами диаметром 60 мм.

— рекомендуемые диаметры скважин, мм начальный — 394

конечный 194

— транспортная база — МАЗ-500

— силовой привод, тип — дизель А-41Г

— мощность, л.с. — 90

— частота вращения, об/мин — 1750

— мачта — секционная складная

— высота до оси кронблока, м. — 18

— длина бурильной трубы/ свечи, м. — 6/12

— механизм вращения — ротор

— проходное отверстие стола, мм. — 410

— частота вращения, об/мин. — 75, 150, 285

— механизм подъема — лебедка

— диаметр каната, мм. — 18

— емкость барабана, м. — 150

— буровой насос — НБ-32

— подача максимальная, л/с. — 12,25

3.10 Выбор состава бурового снаряда и породоразрушающего инструмента

При бурении на воду в основном применяют стальные бурильные трубы нефтяного сортамента по ГОСТ 631–75.

Бурильная колонна выполняет следующие функции: предает вращение от ротора к долоту; создает осевую нагрузку на долото; обеспечивает подачу промывочной жидкости на забой; обеспечивает доставку долота на забой и его извлечение.

Для бурения проектной скважины применяем бурильные трубы с высаженными наружу концами муфто-замкового соединения наружный диаметр 60,3 мм.

Разрез проектной скважины представлен породами 2−5 категории пород.

Поэтому для бурения скважины выбираем трехшарошечные долота 349 МС и 244С-ГНУ. Долота этого типа имеют смещение осей цапф шарошек относительно оси долота, что ведет к проскальзыванию зубьев шарошек и скалыванию породы.

3.11 Выбор вспомогательного оборудования и инструмента

Для проведения буровых и опытных работ по проектной скважине необходимо следующее буровое оборудование:

— глиномешалка типа МГ2−4

— прицеп для ГСМ и инструмента,

— компрессор ПР-12 (для прокачки скважин)

— электростанция УД-1

— погружной насос БЦП-4

Потребуется следующий вспомогательный буровой инструмент:

— вилка подставная

— вилка отбивная

— элеватор 60,3 элеваторы служат для захвата и удержания бурильных труб

— ключи шарнирные, трубные 273,168 для свинчивания и развинчивания обсадной муфтовой колонны

— хомуты 273,168 для удержания и подъема обсадной колонны

— подъемники 273,168

— привентер — 168 для проведения опытной откачки

— сваб (деглинизация водоносного горизонта)

— водоотводные трубы

3.12 Выбор промывочной жидкости

В качестве промывочных жидкостей при бурении применяются: техническая вода и специальные растворы (глинистые или безглинистые, солевые, аэрированные и эмульсии), а также естественные растворы, образующиеся в процессе бурения скважин.

При вращательном бурении скважин на воду в породах слабоустойчивых чаще всего используют глинистые растворы, применение которых обеспечивает:

— закрепление пород в стенках скважин за счет их глинизации и создания повышенного гидростатического давления;

— временную изоляцию водоносных пластов;

— удержание частиц выбуренных пород во взвешенном состоянии при прекращении циркуляции жидкости;

— уменьшение потерь жидкости при пересечении водопоглощающих пластов.

Основными свойствами глинистого раствора, связанными с нахождением глинистых частиц во взвешенном состоянии, являются: плотность, коллоидальность, статическое напряжение сдвига, удерживающая способность, вязкость и динамическое сопротивление сдвигу, водоотдача, толщина и липкость глинистой корки, содержание песчаных частиц, водородный показатель.

Для проектного разреза принимаем раствор плотность 1,3 г/см³ при вскрытии водоносного горизонта понижаем плотность до 1,4, 1,15 г./см³.

3.13 Расчет цементации

Для изоляция водоносного горизонта проводится цементация затрубного пространства между стенками скважины и эксплуатационной колонной.

(3.13)

где k — коэффициент увеличения объема за счет каверн, трещин и разработки ствола скважин.

Д_дэ — диаметр долота под эксплуатационную колонну Д_дэ =0,349 м Д — диаметр эксплуатационной колонны Д = 0,273 м

h — глубина цементирования h = 15 м

d — внутренний диаметр эксплуатационной колонны d=0.86 мм

— высота цементного стакана

Масса сухого цементного раствора для приготовления определяется по формуле:

(3.14)

где — коэффициент учитывающий потери цементного раствора при растворении

В/ц — водоцементное число

S — плотность цементного раствора кг/м³

(3.15)

где — плотность цементного раствора с_ц= 3100−3200 кг/м³

с_в — плотность воды; с_в=1000 кг/м³.

Объем, необходимый для затворения цемента при приготовлении цементного раствора.

(3.16)

Объем продавочной жидкости

(3.17)

где — коэффициент учитывающий сжатие жидкости Давление необходимое для цементации

(3.18)

где с_ж — плотность промывочной жидкости; с_ж — 1200 кг/м³

Р =9,81· (10−5,7) (1937,5−1200)•10^-6 + 5,7•10^-3+0,8=0,9 мПа Продолжительность цементирования

(3.19)

где Q — производительность насоса Q =16 м³/с

резерв времени

3.14 Технологический режим бурения

Показатели бурения зависят от осевой нагрузки, частоты вращения и расхода промывочной жидкости. При бурении мягких и средней крепости пород трехшарошечными долотами пропорциональна количеству жидкости подаваемой на забой в пределах 100−300 л/мин. Вынос шлама лучше обеспечивается при промывке скважины качественным глинистым раствором, а не водой.

Для создания необходимой нагрузки на долото и обеспечения нормальных условий работы бурильных труб, а также для предотвращения искривления ствола скважины необходимо применять утяжеленные бурильные трубы.

Для установления оптимальной осевой нагрузки необходимо довести нагрузку до максимально рекомендуемой, а затем несколько снизить ее. Если при снижении нагрузки механическая скорость уменьшается, то нагрузку следует повысить до первоначальной величины.

Мягкие породы и породы средней твердости следует разбуривать с постоянной в течении всего рейса нагрузкой, обеспечивающей максимальную рейсовую скорость бурения. В течении рейса механическая скорость бурения может колебаться в зависимости от характера изменения буримых пород. При переходе долота в более мягкие и вязкие породы повышается давление на насосе. В этом случае следует несколько уменьшить осевую нагрузку, увеличить подачу промывочной жидкости, а затем увеличить и частоту вращения снаряда. Если долото переходит в более твердые породы и давление на мониторе насоса не повышается, то следует плавно увеличить осевую нагрузку; механическая скорость бурения при этом должна возрастать. В случае возникновения больших вибраций инструмента нужно изменить осевую нагрузку.

Расчет технологического режима бурения

Основными параметрами является:

1. Осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент

2. Частота вращения

3. Расход промывочной жидкости

1) Осевая нагрузка определяется на формуле:

; kH (3.19)

где Р₀ — нагрузка 1 см диаметра долота кН

D_д - диаметр долота;

Первый интервал 0−10 м Р = 1 • 0,349 = 34,9 кН;

Второй интервал 10−120 м Р = 1,5 • 0,244 = 36,6 кН;

2) Частота вращения

об/мин (3.20)

где V - окружная скорость вращения долота

D_д — диаметр долота мм;

Первый интервал 0−10 м

об/мин;

Второй интервал 10−120 м

об/мин;

3) Расход промывочной жидкости определяется по формуле

Q = 0,785 (D²_д — d²_бт) • V_вп м³/с (3.21)

где

D²_д — диаметр долота, м;

d²_бт — диаметр бурильных труб, м;

V_вп - скорость восходящего потока, м/с;

Первый интервал 0−10 м

Q = 0,785 • (0,349² — 0,60²) • 0,2 = 0,019 м³/с;

Второй интервал 10−120 м

Q = 0,785 • (0,244² — 0,60²) • 0,2 = 0,09 м³/с;

Рекомендуемый режим бурения:

Для долот типа 349 М

— диаметр УБТ 146; осевая нагрузка — 30−40 кН; частота вращения 102−237 об/мин; расход промывочной жидкости — 450−500 л/мин.

Для долот 244-ГНУ

— диаметр УБТ-127; осевая нагрузка — 40−60 кН; частота вращения 102−277 об/мин;

расход промывочной жидкости — 300−400 л/мин.

Для повышения жесткости и увеличения массы нижней части бурильной колонны (создание осевой нагрузки) используем утяжеленные бурильные трубы (УБТ).

Наружний диаметр УБТ ориентировочно находят по соотношению

d_убт=0,8•D

где D — диаметр скважины на данном интервале. Далее выбирают фактический диаметр.

d_убт=0,8•0,244=0,195 м Выбираем УБТ диаметром 203 мм.

Таблица 3.7 — Техническая характеристика УБТ

Длина УБТ определяется условием обеспечения нахождения нулевого сечения бурильной колонны внутри УБТ (для предотвращения обрывов) где С — осевая нагрузка в Н, q _убт — масса 1 м УБТ в кг, g — 9,81 м/с², с_ж и с_с — соответственно плотности промывочной жидкости и стали в кг/ м³.

3.15 Освоение скважины

Применение различных способов восстановления проницаемости водоприёмной части скважин позволяет:

1. удалять глинистую корку со стенок скважины и с непроницаемого или слабопроницаемого защемлённого экрана, находящегося между стенкой скважины и наружной поверхностью фильтра (в практике этот процесс называется наружной разглинизацией);

2. удалять глинистые частицы и шлам, проникшие в поры пласта (процесс внутренней разглинизации);

3. очищать фильтрационные отверстия в рабочей части фильтра от глинистых частиц и шлама.

После установки фильтровой колонны в скважину глинистый раствор удаляют обычным методом промывки водой по зафильтровому пространству. Промывка таким способом ведётся до осветления воды. Признаком «оживления» водоносного пласта является вынос песка и поглощение воды.

Способы промывки с помощью гидроершей

Конструкция гидроерша применяется не только для разглинизации скважин при освоении, но и при восстановлении водопропускной способности фильтра после кольматации фильтрующей поверхности в процессе эксплуатации. Конструкция гидроерша позволяет использовать его так же, как сваб, что очень важно при разглинизации водоносных пластов. Устройство состоит из следующих основных узлов:

1. поршней с грузом для создания гидравлического удара в рабочей части фильтра. Поршни выполняют функции сваба;

2. приёмного клапана для тартания воды из скважины со взвешенными частицами и глинистым раствором;

3. механического ерша для очистки внутренних стенок рабочей части фильтра;

4. гидроерша, гидравлические насадки которого (форсунки) позволяют под большим давлением нагнетать воду или химический раствор в участок фильтра, изолированный между двумя поршнями.

Разглинизацию скважины проводят в следующем порядке. Устройство на тросе с нагнетательным шлангом или на бурильных трубах опускают в скважину. Без установки верхнего поршня и гидронасадок проводят свабирование скважины. С установленным поршнем и гидронасадками устройство работает как гидроёрш, промывая рабочую поверхность фильтра и заглинизированные стенки скважины в изолированном участке между двумя поршнями. Давление струи жидкости, выходящей из гидронасадок, может колебаться в пределах от 3 до 30 — 40 кгс/см².

Фильтр рекомендуется промывать сверху вниз.

3.16 Монтаж водоподъемника

При предварительной прокачке скважины эрлифтом, монтаж водоподъемника производится буровым станком УРБ-3АЗ. Внутрь эксплуатационной колонны 168 мм спускаются воздушные трубы Ш50 мм, наверху эксплуатационной колонны устанавливается привентор. На водоотводной ерш привентора с помощью хомута соединяется шланг трубы Ш100 мм, который отводит воду в эрлифтную емкость. Все операции по монтажу эрлифта производятся лебедкой и талевой системой бурового станка силами буровой бригады.

Нагнетательный шланг от компрессора ПР-12 соединяется с воздушными трубами с помощью ерша и хомута, дополнительно страхуется.

При опытной откачке погружным насосом ЭЦВ 6−6,5−60 монтаж производится также буровым станком УРБ-ЗАЗ силами буровой бригады и электриком. Погружной насос ЭЦВ 6 опускается на водоподъемных трубах Ш60 мм. Кабель ВПВ-6 крепится к водоподъемным трубам Водоподъемные трубы устанавливаются на эксплуатационной колонне с помощью плиты с отводом. Водоотводный шланг Ш70 мм крепится к отводу на хомутах.

При замене погружного насоса демонтаж и монтаж можно производить с помощью автокрана.

3.17 Автоматизация работы водоподъёмника

Станция управления СУЗ (в дальнейшем станция) предназначена для автоматического (по уровню и по давлению, в режиме водоподъёма или дренажа), дистанционного и местного управления трёхфазными электродвигателями погружных насосов и защиты их от перегрузок по току, короткого замыкания, неполнофазного режима работы и сухого хода.

В автоматическом режиме станция обеспечивает управление по сигналам датчиков верхнего и нижнего уровней, установленных в резервуаре, от электроконтактного манометра (тип контактов 3, 4, 5, 6) или от реле давления.

В режиме дистанционного управления станция обеспечивает управление по двухпроводной линии (до двух километров).

В режиме местного управления станция включается и выключается тумблером.

Станция имеет встроенный имитатор перегрузки по току, позволяющий настраивать станцию по току электродвигателя без использования дополнительных приборов.

В станции предусмотрена блокировка на время воздействия гидроудара. Время блокировки регулируется.

В станции предусмотрена возможность передачи аварийного сигнала за пределы устройства.

Все управляющие цепи имеют гальваническую развязку.

Во всех режимах станция обеспечивает:

v отключение электродвигателя при обрыве любой из 3-х фаз;

v отключение электродвигателя при перегрузке по току (в одной или в трёх фазах);

v отключение электродвигателя при отсутствии воды в скважине;

v световую сигнализацию перегрузки по току, неполнофазного режима работы, режима сухого хода, пониженного напряжения и включенного состояния электродвигателя, а в автоматическом режиме уровень воды в накопительной ёмкости (относительно датчиков уровней);

v восстановление режима работы после прекращения аварийного воздействия, время задержки включения регулируется;

v индикатор потребляемого тока в одной из фаз электродвигателя.

v Станция предназначена для эксплуатации в закрытых помещениях без искусственно регулируемых климатических условий:

v температура окружающего воздуха от минус 45^оС до плюс 40^оС;

v относительная влажность воздуха до 98% при температуре плюс 25^оС;

v высота над уровнем моря до 1000 м;

v окружающая среда невзрывоопасная, не содержит токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров.

Таблица 3.8 — Технические характеристики

3.18 Проверочные расчеты

Проверочный расчет прочности бурильной колонны и мощности буровой установки при бурении на жидкие полезные ископаемые (ПРОГРАММА РТG)

Расчетные формулы:

Расчетные формулы приводятся в порядке их использования в программе.

Угловая скорость вращения вращения бурильной колонны

(3.22)

где — частота вращения.

Мощность, расходуемая на забое скважины на разрушение породы:

(3.23)

где С — нагрузка на долото, а — диаметр скважины у забоя.

Дополнительная мощность (за счет трения о стенки скважины сжатой части бурильной колонны)

(3.24)

где — наружный диаметр УБТ.

Площадь сечения бурильной колонны

(3.25)

где и — наружный и внутренний диаметры бурильной колонны соответственно.

Момент инерции сечения бурильной колонны

(3.26)

Площадь сечения и момент инерции УБТ — и определяются по формулам, аналогичным (4) и (5), но вместо диаметров бурильных труб в них участвуют соответствующие диаметры УБТ — и .

Масса одного метра бурильной колонны

(3.27)

Масса одного метра УБТ

(3.28)

где — плотность материала УБТ (стали) Длина колонны УБТ

(3.29)

где — плотность промывочной жидкости, — зенитный угол скважины.

Длина сжатой части бурильной колонны

(3.30)

Вес бурильной колонны

(3.31)

где — длина скважины.

Далее вводится расчет параметров бурильной колонны применительно к ее трем характерным сечениям.

Определяются расстояние каждого сечения до «нулевого» (т.е. второго) сечения

(3.32)

где — расстояние от устья скважины до «нулевого» сечения, а — расстояние от устья скважины до любого характерного сечения

. (3.33)

Для второго сечения, при >0

(3.34)

Если же, то

(3.35)

Для третьего сечения если :

(3.36)

Теперь определяем продольное усилие в бурильной колонне.

В первом сечении

(3.37)

Если, то

(3.38)

В третьем сечении при :

(3.39)

Мощность, расходуемая на холостое вращение бурильной колонны:

В первом сечении

(3.40)

где — коэффициент, зависящий от кривизны скважины Во втором сечении если ,

(3.41)

В третьем сечении если ,

(3.42)

Суммарная мощность

(3.43)

В третьем сечении при первое и второе слагаемое в этой формуле отсутствуют. Чтобы учесть боковое трение породоразрушающего инструмента о стенки скважины принимается

. (3.44)

Если же, то используется выражение (3.30)

Стрела прогиба бурильной трубы в характерных сечениях:

(3.45)

Длина полуволны изгиба бурильной колонны для этих сечений

(3.46)

где — ускорение свободного падения, а — модуль Юнга.

(В третьем сечении если, вместо ипринимается и).

Продольное напряжение

(3.47)

Напряжение кручения

(3.48)

Напряжение изгиба

(3.49)

Суммарное напряжение

(3.50)

Запасы прочности в сечениях I и III равны

(3.51)

где — предел текучести материала труб при продольной деформации.

Запасы прочности в сечениях II определяются следующим образом:

Если >0, то находят запас прочности по напряжениям изгиба

(3.52)

где — предел выносливости материала бурильных труб.

Запас прочности по напряжениям кручения

. (3.53)

Итоговое значение запаса прочности в сечениях II

. (3.54)

Если же, то в выражении (3.39) вместо используют суммарное напряжение :

. (3.55)

Таблица — 3.9 Исходные данные

Результаты расчета приведены в таблице 3.10.

Таблица — 3.10 Результаты расчета

Вывод: так как запас прочности не превышает допустимую величину в 1,7, буровая установка удовлетворяет всем требованиям.

Проверовный расчет расхода и давления промывочной жидкости (программа QPN)

Расход промывочной жидкости Необходимый расход определяется из условия полного выноса шлама с забоя скважины:

(3.56)

где — наибольший диаметр скважины (принимается по внутреннему диаметру обсадной трубы у устья скважины); - наружный диаметр бурильных труб; - необходимая скорость восходящего потока.

Необходимая скорость восходящего потока:

(3.57)

где — скорость падения частиц шлама расчетного размера в промывочной жидкости, а — необходимая скорость выноса шлама с забоя.

Скорость падения частиц:

(3.58)

где — коэффициент, учитывающий вязкость жидкости, принимается:

(3.59)

— коэффициент вязкости воды;

— коэффициент вязкости бурового раствора;

— коэффициент формы частиц, принимается равным 2,5;

— плотность частиц породы (=2800 кг/м³);

— плотность промывочной жидкости;

— расчетный размер частицы;

— угол наклона скважины к горизонту.

Чем больше расчетный диаметр частицы и чем больше изометричную форму она принимает, тем труднее такая частица уносится с забоя. Чтобы подаваемый расход полностью уносил шлам с забоя, необходимо, чтобы скорость потока жидкости была не меньше, чем скорость падения в этой жидкости наиболее крупных частиц, попадающих на забой.

Необходимая скорость выноса частиц определяется исходя из условия недопущения создания слишком большой концентрации шлама в восходящем потоке жидкости, так как при остановке насоса шлам может осесть и прихватить колонковую трубу. За счет шлама плотность жидкости в восходящем потоке больше, чем в нисходящем. Максимально допустимое увеличение плотности раствора принимает равным 10 кг/м³ для воды и 30 кг/м³ для глинистого раствора (глинистому раствору соответствует большее значение, так как принимается в расчет его способность образовывать структуру, препятствующую падению частиц на забой).

Скорость выноса определяется:

(3.60)

где — коэффициент выхода керна;

— скорость бурения;

— разность плотности восходящего и нисходящего потоков;

— наружный диаметр бурильных труб;

— коэффициент, учитывающий вращение бурильной колонны.

Потери давления в циркуляционной системе Суммарные потери давления складываются из составляющих, образующихся на следующих участках:

— в гладкой части бурильных трубах — P₁;

— между колонковой трубой и керном — P₂;

— между колонковой трубой и скважиной — P₃;

— между бурильными трубами и скважиной в ее нижней самой узкой части — P₄;

— между соединениями бурильных труб и стенками скважины в ее наиболее узкой (нижней) части — P₅;

— между бурильными трубами и скважиной на втором снизу участке — P₆;

— между бурильными трубами и скважиной на третьем снизу участке — P₇.

К потерям давления на участках 1−7 необходимо еще добавить потери внутри соединений бурильных труб — P_с, также потери давления, возникающие за счет разности удельных весов нисходящего и восходящего потоков промывочной жидкости P_?.

Таким образом, суммарные потери давления составят:

P_i =? P_i + P_c = P_? (3.61)

где i — номер участка (i = 1ч7)

Для нахождения потерь давления на участке 1−7 пользуются формулой Дарси-Вайсбаха:

(3.62)

где — скорость жидкости на данном участке;

— длина канала на этом участке;

— наружный диаметр кольцевого канала прохода жидкости;

— внутренний диаметр; - плотность жидкости;

— коэффициент гидравлических сопротивлений.

Скорость потока жидкости:

(3.63)

где — площадь канала, которая определяется по формуле:

. (3.64)

На различных участках и различны. На первом участке есть внутренний диаметр бурильных труб —, а, в этом случае:

(3.65)

На втором участке — внутренний диаметр колонковой трубы, а — диаметр керна.

На третьем участке — диаметр скважины на нижнем участке (), — наружный диаметр колонковой трубы.

На четвертом участке =, а — наружный диаметр бурильных труб, т. е. = .

На пятом участке определяется с учетом увеличения диаметра ствола скважины в ходе бурения (это существенно при малом зазоре между соединениями и скважиной):

(3.66)

где — скорость бурения.

Данная формула учитывает, что чем выше скорость бурения (мягкие породы), тем больше разработка. При = 0,0005 (1,8 м/ч) разработка принята равной 0,001, т. е. 1 мм. В качестве в данном участке принимается наружный диаметр соединения — .

На участках 6 и 7 значения и равны диаметрам скважины на втором и третьем снизу интервалах, а и равны .

Чтобы найти коэффициент гидравлического сопротивления определяют число Рейнолдса:

(3. 67)

где — коэффициент динамической (для воды) или структурной (для глинистых растворов) вязкости;

— динамическое сопротивление сдвига (для воды = 0).

При течении воды по каналу круглого сечения, если

a), то, (3.68)

b), то, (3.69)

c), то. (3.70)

При течении воды по каналу кольцевого сечения, если

a), то, (3.71)

где (3.72)

b), то, (3.73)

c), то. (3.74)

При течении глинистого раствора по каналу круглого сечения, если

a), то определяется по формуле (66) (3.75)

b), то, (3.76)

c), то. (3.77)

При течении глинистого раствора по каналу кольцевого сечения, если

a), то, (3.78)

b), то, (3.79)

c), то. (3.80)

Длина канала в формуле (4.4.2.7) зависит от участка, для которого производится расчет.

Для участка I (внутренний канал бурильных труб) определяется приведенная длина бурильной колонны с учетом длины нагнетательного шланга:

(3.81)

где — длина бурильной колонны;

и — соответственно длина и внутренний диаметр шланга;

— внутренний диаметр бурильных труб.

участков 2 и 3 (внутри и снаружи колонковой трубы)

(3.82)

где — длина колонковой трубы.

Для участков 4, 6 и 7 длина каналов, и представляет собой длины нижней, средней и верхней частей скважины.

Для участка 5 (между соединениями и скважиной в ее нижней части) определяется по формуле:

(3.83)

где — средняя длина одного соединения;

— число соединений в нижней части скважины.

(3.84)

где — длина замка бурильных труб;

— длина муфты;

— длина свечи;

— длина одной бурильной трубы.

(3.85)

где — длина колонковой трубы.

Потери давления в соединениях.

(3.86)

где — коэффициент гидравлического сопротивления соединений;

и — скорости жидкости соответственно внутри соединений и труб определяются по формуле (4.4.2.8);

— плотность жидкости;

— число соединений.

Коэффициент гидравлического сопротивления соединений и число соединений определяются:

(3.87)

(3.88)

где — длина бурильной колонны;

и — соответственно внутренний диаметры бурильных труб и соединений;

— коэффициент вида соединений (= 2 для муфтово-замковых и = 1,5 для ниппельных соединений).

Потери давления за счет разности плотностей восходящего и нисходящего потоков:

(3.89)

где — угол наклона скважины;

— ускорение свободного падения.

Максимальная потеря давления:

(3.90)

где — суммарная потеря давления согласно формулы (3.60), а 1,2 коэффициент, учитывающий возможные осложнения, вызванные скоплением шлама и сальникообразованием.

Гидравлическая мощность, необходимая для промывки Данная мощность определяется по формуле:

(3.91)

где — максимальное давление;

— расход жидкости.

С учетом КПД () полная мощность, расходуемая двигателем насоса:

(3.92)

Таблица — 3.11 Вводимые данные

Результаты расчета приведены в таблице 3.12.

Таблица — 3.12 Расход промывочной жидкости

Таблица — 3.13 Давление в циркуляционной системе

Вывод: Результаты расчета показали, что необходимые параметры расхода промывочной жидкости отвечают условию полного выноса шлама с забоя скважины.

4. Специальная часть

4.1 Освоение водоносных пластов

Освоение скважин на воду — заключительный этап их сооружения. На этом этапе проводятся работы по восстановлению водоотдачи пласта, нарушенной при вскрытии. Кольматация происходит за счет частичной закупорки трещин и пор водоносного горизонта продуктами разрушения горных пород и главным образом за счет глинизации стенок скважины. Степень уменьшения проницаемости пласта зависит от применяемого способа вскрытия. Если при ударном и вращательном бурении с промывкой водой или продувкой кольматация минимальна, то при вскрытии с промывкой глинистым раствором она резко повышается.

Глинизация ствола, проникновение фильтрата бурового раствора на значительное расстояние вызывают заиливание фильтрационных каналов и вследствие этого снижение дебита. Уменьшению последнего способствует также замазывание фильтра глиной при его спуске. Применяемые методы восстановления водоотдачи основаны на физическом, химическом или физико-механическом воздействии.

Физические методы восстановления водоотдачи. В эту группу входят методы, основанные на гидравлической и механической очистках фильтров, и импульсные методы.

Гидравлические методы основаны на размыве глинистой корки струёй воды и создании перепада давлений в системе пласт — скважина. В результате происходит обрушение заглинизированной зоны ствола. Гидравлические методы применяются для разглинизации высоконапорных пластов и осуществляются по следующим технологическим схемам.

Промывка зафильтрового пространства через башмак отстойника фильтра заключается в том, что вода нагнетается по бурильным трубам, соединенным с крышкой отстойника, в которую вмонтирован обратный клапан. В результате поток воды устремляется в кольцевой зазор между фильтром и стенками скважины, размывая и удаляя глинистую корку. По окончании разглинизации бурильные трубы вывинчивают, а дно отстойника засыпают гравием.

Гидроерши также используют для удаления глинистого раствора из пространства между рабочей частью фильтра и водоносным пластом и размыва глинистой корки.

Импульсные методы освоения скважин заключаются в воздействии ударных волн на вскрытый водоносный пласт. Средства для создания гидроимпульсов давления могут быть самыми различными: вибрации, откачка эрлифтом с прерывателем потока жидкости, электровзрыв, пневмовзрыв, взрыв заряда твердых ВВ, свабирование и т. д.

Вибрационный метод заключается в том, что одновременно с промывкой или откачкой на водоносный пласт и фильтр воздействуют гидравлические импульсы, которые возбуждаются в столбе жидкости рабочим органом (рис. представляющим собой трубу с дисками. Рабочий орган совершает продольные колебания с амплитудой 5−10 мм при частоте 10−14 Гц с помощью вибратора. Возникающие перепады давления в пределах 0,2−0,5 МПа достаточны для эффективной разглинизации зоны водоносного пласта и фильтра. Вибрационный метод используется при глубине залегания водоносного пласта до 200 м.

Метод освоения путем возбуждения гидроимпульсов с помощью прерывателя при откачке эрлифтом применяется для освоения водоносных горизонтов в трещиноватых породах. Эрлифт с концентрическим расположением труб опускают в скважину. Затрубное пространство между эксплуатационной колонной и водоподъемными трубами выше пласта герметизируют пакером. На выходе в трубопроводе для откачиваемой воды монтируют заслонку с приводом, обеспечивающим перекрывание потока с частотой 0,2−1 Гц. В результате на водоносный пласт действуют знакопеременные давления, способствующие раскрытию трещин, очистке их от шлама и глинистого раствора.

Электровзрывной (электрогидравлический) метод обработки скважин основан на импульсном выделении электрической энергии в виде искрового разряда. Для реализации метода используются генераторы импульсов тока с накопителем электрической энергии в виде конденсаторной батареи. При высоковольтном электрическом разряде внутри фильтра возникает ударная волна, которая, распространяясь в радиальном направлении, разрушает осадки на поверхности фильтра и стенках скважины. Последующее движение воды при захлопывании парогазового пузыря вызывает отделение разрушенных осадков и глинистых частиц и их вынос в ствол скважины.

Преимущества электровзрывного метода заключаются в возможности многократного воспроизведения электрических разрядов и плавного регулирования гидродинамических параметров путем изменения емкости и напряжения конденсаторов. Недостаток метода — сложность применяемого оборудования.

Пневмовзрывной способ освоения водоносных пластов основан на применении скважинных пневмоснарядов, обеспечивающих быстрый выпуск сжатого до высокого давления (10−12 МПа) воздуха. В результате в жидкости возникают волны давления, разрушающие глинистые и химические осадки на фильтре и стенках скважины. Существенное преимущество пневмовзрывного способа — возможность регулирования частоты и интенсивности выхлопов сжатого воздуха, доступность и безопасность рабочего тела — воздуха.

Взрыв заряда твердых взрывчатых веществ применяется для освоения водоносных горизонтов, представленных как неустойчивыми, так и крепкими трещиноватыми породами. Возникающая при взрыве ударная волна очищает рабочую поверхность фильтра и, распространяясь далее в пространстве за фильтром, деформирует глинистую зону водоносного пласта. При разрыве газового пузыря возникает депрессия на пласт, и смесь глинистого раствора с песком устремляется внутрь фильтра. Пульсация газового пузыря способствует интенсивной разглинизации пласта.

Для проведения взрывных работ изготовляют специальные торпеды, представляющие собой цилиндр с центрирующими фонарями. Внутри цилиндра находится заряд взрывчатого вещества.

Для разглинизации водоносных песков в качестве ВВ используется детонирующий шнур. Торпеду опускают в скважину на электрическом кабеле. С помощью электродетонатора торпеда взрывается, и скважина очищается от разрушенной породы.

Свабирование заключается в том, что при возвратно-поступательном перемещении сваба (поршень 4 с клапаном 3 на рис. 12.9) жидкость порциями перемещается в надпоршневое пространство. В результате создается депрессия на водоносный пласт, вызывающая приток воды из пласта в скважину, очистку фильтра и стенок скважины от глинистой корки, осадков и загустевшего раствора. Свабирование наиболее эффективно при освоении напорных водоносных пластов при глубине их залегания свыше 100 м.

Механические методы освоения водоносных пластов заключаются в разрушении зоны глинизации лопастным расширителем, установленным под башмаком фильтра. Образовавшаяся каверна заполняется гравийной обсыпкой. Для очистки рабочей поверхности фильтра от осадков применяются механические ерши.

Химические методы восстановления водоотдачи. Эти методы широко распространены в отечественной и зарубежной практике. Сущность их заключается в воздействии на фильтр и прифильтровую зону реагентов, растворяющих кольматирующие вещества. Кроме того, реагенты могут воздействовать на более удаленную зону пласта, формируя в породе новые фильтрационные каналы. В качестве химических реагентов применяют соляную кислоту, глинокислоту (смесь плавиковой и соляной кислот), дитионит натрия Na₂S₂О₄, триполифосфат натрия Na₅P₃О₁₀ и др.

Наиболее часто применяется солянокислотная обработка пластов, представленных карбонатными породами. В результате химической реакции образуются растворимые в воде соли СаС1₂ и MgCL₂, которые удаляются из пор и трещин пласта при откачке воды. Для разглинизации используется 10−15%-ный раствор НСl, нагнетаемый в скважину по трубам, перфорированным в нижней части. Химическая обработка закольматированных водоносных горизонтов может осуществляться по трем технологическим схемам: создание реагентной ванны в водоприемной части скважины; обработка прифильтровой зоны с однократным вытеснением реагентного раствора из ствола в пласт; многоцикличная схема с периодическим перемещением раствора от ствола в прифильтровую зону и в обратном направлении.

Для химической обработки скважин используется типовое химическое оборудование (резервуары, насосы), защищенное специальными покрытиями. Работы с химическими реагентами ведутся после инструктажа по технике безопасности в спецодежде: резиновый костюм, перчатки, сапоги, противогаз. Химическую обработку скважины следует выполнять в строгом соответствии с проектом работ и требований охраны природы.

Физико-химические методы восстановления водоотдачи. К этой группе относятся термореагентный, кислотоструйный, вибро-реагентный, термовиброреагентный и другие методы.

Термореагентный метод основан на интенсификации процесса растворения кольматирующих соединений путем использования разогретого раствора, поступающего в водоприемную часть скважины. При солянокислотной обработке в качестве термореагента (вещество, взаимодействующее с химическим реагентом с выделением тепла) обычно используется металлический магний.

Кислотоструйный метод основан на сочетании химической активности реагента и действия струи химического раствора, выбрасываемых с большой скоростью из гидромониторных насадок. Кислотоструйная обработка применяется в скважинах с открытой (бесфильтровой) водоприемной частью.

Виброреагентный метод основан на одновременном воздействии химической активности реагента и вибрационного воздействия на прифильтровую зону. В результате интенсифицируется процесс растворения в зоне контактирования реагента с кольматантом. Технологическая схема декольматации этим методом заключается в том, что в скважину, оборудованную вибратором с рабочим органом обычного типа (см. рис. 12.10), через устье подается реагентный раствор, затем осуществляется вибрирование. Применение виброреагентного метода позволяет увеличить удельные дебиты скважин в 1,5−1,7 раза. Метод весьма перспективен для широкого использования в практике восстановления водоотдачи водозаборных скважин.

Термовиброреагентный метод усиливает эффект применения вибро-реагентной обработки скважин за счет подогрева реагентного раствора в призабойной части до температуры 60−80°С. Подогрев осуществляется скважинными электронагревателями или с помощью термореагентов.

Пневмореагентный метод представляет собой рациональное сочетание химической обработки и пневмовзрыва. В результате пульсирующее воздействие газовой полости на закольматированную зону дополняется растворяющим воздействием химического реагента.

Электрогидроударное воздействие на фильтры и прифильтровые зоны скважин основано на импульсном выделении электрической энергии между электродами разрядника, установленного внутри фильтра. При подаче импульсов тока высокого напряжения на электроды разрядника, погруженного в воду, происходит пробой жидкости в межэлектродном промежутке, который сопровождается выделением значительного количества энергии, накопленной ранее в конденсаторной батарее. Интенсивный разогрев образующейся плазмы разрядным током приводит к повышению давления в разрядном канале и его расширению с сильным сжатием прилегающих слоев жидкости, в которой возникает ударная волна. Разрядный канал при этом трансформируется в быстро увеличивающуюся в размерах парогазовую полость, пульсация которой вызывает серию следующих одна за другой акустических волн сжатия — разрежения и знакопеременные гидропотоки. Декольматация фильтра и прилегающих слоев обсыпки при электрогидравлическом ударе достигается в основном под действием ударной волны, акустических волн и гидропотоков.

Метод электрогидравлического удара применяется в широком диапазоне гидрогеологических и эксплуатационных условий, как в пористых, так и в трещиноватых коллекторах, чаще всего для восстановления производительности скважин, находящихся в процессе эксплуатации и оборудованных фильтрами различных конструкций. Наиболее эффективно применение метода при очистке фильтров, закольматированных плотными конгломератовидными осадками различного состава.

В состав электрогидроударной установки входят устройство для зарядки конденсаторной батареи до рабочего напряжения (повышающий трансформатор, выпрямитель высокого напряжения и зарядное сопротивление) и устройство для преобразования электрической энергии в механическую (батарея импульсных конденсаторов, воздушный разрядник для разъединения разрядной цепи при зарядке конденсаторов и подключения конденсаторов к нагрузке, жидкостный разрядник, рабочий кабель).

Эффективность декольматации фильтров электрогидроударным методом зависит от давления на фронте ударной волны, длительности ее воздействия на фильтр, количества создаваемых импульсов. Исследованиями установлено, что давление на фронте ударной волны р увеличивается с ростом напряжения разрядного контура u и емкости конденсаторов с, уменьшается по мере увеличения расстояния r от канала разряда и длины рабочего кабеля L_k, возрастает (до некоторой оптимальной величины) с повышением межэлектродного промежутка L_э, в жидкостном разряднике. Установлено, что эффективность очистки фильтра возрастает по мере увеличения давления на фронте ударной волны и энергии разряда, хотя и в разной степени. При одной и той же энергии разряда кольматант разрушается более эффективно при более высоких напряжениях разрядного контура u и соответственно меньших значениях емкости конденсаторов с.

Длительность воздействия ударной волны определяется главным образом емкостью конденсаторной батареи, однако с ее увеличением возрастает опасность разрушения конструктивных элементов фильтра.

Таблица 4.1 — Технические характеристики электрогидроударных установок

Таблица 4.2 Технические характеристики электрогидроударных установок

Для выполнения электрогидроударных обработок используют различные типы установок, характеристики которых приведены в табл. 26. В их числе преобладают специализированные установки типа СЭУ, разработанные СКБ НПО «Агроприбор» в г. Николаеве. В последнее время появились также различные модификации электрогидроударных установок, с помощью которых можно выполнять сопутствующие спуско-подъемные операции без привлечения буровых установок, автокранов или другого грузоподъемного оборудования (РА-СЭУ-1, ЭРА-300−50/1).

Работоспособность установок для электрогидроударной обработки в значительной мере зависит от эксплуатационных характеристик рабочих кабелей, которые должны иметь минимальную индуктивность и высокую электрическую прочность. Этим требованиям отвечают коаксиальные кабели типов РК 50−17−12, РК 50−24−15, РК 50−24−17, РК 50−24−16, РК 50−33−15, РК 50−44−16, РК 50−44−17 и некоторые другие, способные выдерживать напряжения до 50−80 кВ и имеющие индуктивность на 1 м 0,25 — 0,27 мкГн.

Наиболее ответственная часть электрогидроударной установки — жидкостный разрядник, который функционирует в жестких условиях больших динамических нагрузок, сильных электрических и магнитных полей, высоких температур. Конструкции жидкостных разрядников весьма разнообразны. Высокой надежностью при эксплуатации в различных условиях отличается, в частности, разрядник с дискообразным основанием отрицательного электрода. Особенность устройства состоит в том, что отрицательный электрод, представляющий собой два пересекающихся взаимно перпендикулярных диска, выполняет функции направляющего элемента при спуске разрядника в скважину и легко проходит места перехода диаметров, что облегчает, в частности, ввод разрядника в фильтры, установленные впотай.

Недостатком этой конструкции является то, что значительная часть энергии электрогидравлического удара распространяется вертикально вниз вдоль оси скважины, не оказывая декольматирующего воздействия на стенки фильтра.

Более эффективно энергия разряда расходуется при использовании разрядника с электродами, расположенными в вершинах конических поверхностей, с помощью которых достигается перераспределение выделяемой энергии в направлении стенок фильтра.

Разработаны также некоторые другие конструкции разрядников. В большинстве случаев они оснащаются ловушкой (приспособлением для сбора части кольматанта, отбрасываемого со стенок фильтра на забой скважины при обработке). Ловушка обычно представляет собой цилиндрический или конусообразный сосуд, открытый сверху и подвешиваемый на тросе под разрядником. Исследование содержимого ловушки после каждого цикла обработки — важный источник информации о составе кольматанта, закупоривающего фильтр, и об эффективности очистки его поверхности.

При выборе оптимального режима обработки, согласно рекомендациям ВНИИ ВОДГЕО, следует исходить из предполагаемой прочности кольматирующих осадков, обычно по превышающей 1 -1,5 МПа, и допустимого давления ударной волны для конкретного фильтра, установленного в обрабатываемой скважине. Для регулирования давления ударной волны p, согласно тем же рекомендациям, следует прибегать к изменению только одного параметра — межэлектродного промежутка в жидкостном разряднике L_э. С этой целью составлены соответствующие графики зависимости между р и L_э, для фильтров разного диаметра при различной длине кабеля. Для регулирования длительности воздействия ударной волны, от которой зависит не только эффективность декольматации, но и сохранность фильтра, рекомендуется изменять в небольших пределах емкость конденсаторной батареи с (от 1 мкФ при обработке фильтров с покрытием из непрочных материалов типа латунных, винипластовых сеток и т. п. до 2 мкФ при обработке более прочных фильтров в виде перфорированных стальных каркасов без сетчатого покрытия). Для полной декольматации 1 м фильтра рекомендуется производить от 300 до 500 разрядов.

Согласно рекомендациям Николаевского СКБ «Агроприбор», для достижения оптимального технологического режима процесса следует регулировать высокое напряжение разряда и емкость батареи конденсаторов с и число разрядов па единицу длины фильтра n. При этом рекомендуются иные оптимальные значения перечисленных параметров (табл. 4.3).

Таблица 4.3 — Режимы электрогидроударной обработки

Оптимальное значение межэлектродного промежутка в жидкостном разряднике, согласно рекомендациям СКБ «Агроприбор» и В. А. Романенко, определяется из соотношения

Lэ = (0,7ч0,8)х, (4.1)

где Lэ — межэлектродный промежуток, мм; х — напряжение разрядного контура, кВ.

Учитывая расхождения в рекомендуемых значениях параметров процесса, при выборе оптимального технологического режима обработки конкретной скважины, существующие рекомендации следует рассматривать как ориентировочные. При практическом выполнении обработок необходимо учитывать опыт проведения аналогичных работ на других скважинах в конкретных условиях данного объекта или региона, а при отсутствии такового — принимать минимальные рекомендуемые значения основных параметров. В ходе первых обработок следует как можно чаще контролировать эффективность воздействия по содержимому ловушки разрядника и результатам откачки из скважины после каждого цикла обработки. На основе получения данных вносят необходимые коррективы в режим процесса при последующих циклах обработки той же скважины или обработках других скважин в идентичных условиях.

Таблица 4.4 — Режимы электрогидроударной обработки по В.А. Романенко

Метод электрогидроудара допускает возможность управления параметрами процесса и доступен для освоения в условиях производственных организаций. Основной его недостаток заключается в неполной очистке фильтрующих каналов от остатков разрушенного и диспергированного кольматанта, что приближает момент повторной закупорки фильтра и прифильтровой зоны. Для более полной декольматации после электрогидроудара целесообразно выполнять реагентную обработку.

В настоящее время накоплен опыт практического применения метода на водозаборных и дренажных скважинах в Белгородской, Кировской, Ленинградской, Ростовской областях, во многих районах Литвы и Украины. В большинстве случаев достигнуто существенное увеличение дебитов (до 60−70% от первоначальной производительности скважин).

В настоящем проекте для расширения трещин, увеличения возможного дебита и очистки фильтра закольматированного шламом применяется электрогидроударная установка ЭГУ-69 с использованием разрядника с электродами, расположенными в вершинах конических поверхностей, с помощью которых достигается перераспределение выделяемой энергии в направлении стенок фильтра. Также он оснащен ловушкой для сбора отбрасываемого кольматанта.

Заключение

В процессе проектирования гидрогеологической скважины на месторождении Белоусовка глубиной 120 м был выполнен геологический раздел в котором даны общие сведения о месте расположения скважины, описан стратиграфический разрез, даны сведения о водоносности месторождения. На основании этих данных была выполнена техническая часть проекта, а именно выбрана и принята конструкция скважины, произведен расчет параметров бурения и выбраны породоразрушающие инструменты под каждый интервал бурения.

Так же была выбрана буровая установка. На основе имеющихся фактических данных для каждого интервала бурения были выбраны долота. Для выбранных долот на каждый интервал бурения были определены оптимальные параметры режима бурения. В главе посвященной расчету фильтра был рассчитан диаметр и тип водоприемной части. Для того чтобы обеспечить доступ воды в приемную часть скважины, и, прежде всего, восстановить естественную проницаемость прискважинной зоны продуктивного пласта проводим промывку приемной части скважины водой с последующим понижением уровня с помощью эрлифта.

В экономической части, которая является заключительной составлена нормативная карта на бурение, на основе которой произведены расчеты скоростей бурения, рассчитана сметная стоимость строительства скважины.

Разработанный проект является заключительной частью обучения по специальности «РТ» и оценивает знания приобретенные в процессе обучения знания студента.

Список использованных литератур

1 Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду. М. Недра, 1988.

2 Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду. М. Недра, 1972.

3 Справочник по бурению скважин на воду. М. Недра, 1979.

4 Технология и техника разведочного бурения. М. Недра, 1983.

5 Билецкий М. Т. Расчет бурильной колонны с применением ЭВМ. Алма-Ата, КазПТИ, 1987.

6 Лиманов Е. Д., Билецкий М. Т., Танатаров Т. Т. Расчет расхода и давления промывочной жидкости в скважине с применением ЭВМ ЕС-1022. Алма-Ата, КазПТИ, 1988.

7 Бирюков В. И., Куличихин С. Н., Трофимов Н. Н. «Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых» — М.: Недра, 1979.

8 Калинин А. Г., Левицкий А. З. Технология бурения разведочных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые. Учебник для вузов. — М.: Недра, 1988., Технология и техника разведочного бурения (учебник)

9 Шамшиев Ф. А., Тараканов С. М., Кудряшов Б. Б. и др. 3-е изд. перераб. И допол. — М.: Недра, 1983.,

10 Сердюк Н. И., Куликов В. В., Тунгусов А. А., и др. Бурение скважин различного назначения — М.: РГГРУ, 2007;611 с.,

11 Д. Н. Башкатов, С. Л. Драхлис, В. В. Сафонов, Г. П. Квашнин «Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду», М.: Недра, 1988