Файл: Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин..pdf

улучшение фильтрационных свойств пород в призабой­ ных зонах скважин. Поэтому нужно обязательно ис­ пользовать такой технологический прием при проходке скважин на воду.

Проведенные исследования позволяют заключить, что для предупреждения кольматации водосодержащих

проходки и выполнением строительной откачки необхо­ димо максимально сокращать.

Вода, потребная для бурения всасывающим способом. Основное условие для эффективного бурения с обрат­ ной промывкой — обеспечить буровую установку доста­ точным количеством воды.

Количество воды, потребное для бурения скважины всасывающим способом (с обратной промывкой), скла­ дывается из объема отстойника (1,5—2 объема ствола скважины в зависимости от местных условий) и потерь воды на фильтрацию из отстойника и через ствол сква­ жины.

1 м проходимых пород t-го слоя; піі — мощность отложений г-го слоя, м; ti — время проходки і-го слоя, ч.

Суммарная величина фильтрационных потерь из от­ стойника определяется размером отстойника, проницае­ мостью грунтов, в которых он отрыт, и временем, затра­ чиваемым на бурение скважины. Как показывает прак­ тика, потери из отстойника со временем уменьшаются

64

фильтрационных потерь (qo) при указанных выше гео­ метрических размерах, как правило, не превышает 0,2— 0,4 м3/ч.

При размещении отстойников в песчаных грунтах (обычно мелкозернистых) средняя величина потерь на фильтрацию может составлять в зависимости от прони­ цаемости песков от 3,0 до 7,0 м3/ч и более. Для сниже­ ния фильтрационных потерь из отстойников с песчаным" ложем целесообразно проводить их предварительную глинизацию в процессе заполнения водой. При глиниза­ ции бортов и дна отстойника потери на фильтрацию уменьшаются в 2,5—3 раза.

Потери воды на фильтрацию через скважину qc на­ ходятся в сложной зависимости от ряда параметров: проницаемости проходимых пород, их мощности, поло­ жения уровня подземных вод по отношению к поверхно­ сти земли (гидростатического напора в скважине), диаметра бурения, скорости проходки скважины, степе­ ни обогащения воды глинистыми частицами и степени подготовленности гравия и фильтровой колонны к спу­ ску в скважину.

й,п/мин-

Рис. 35. Графики снижения фильтрационных потерь из скважины после остановки ротора:

Как и в случае с потерями воды из отстойников, тео­ ретическое определение величины qc осложняется скинэффектом, возникающим в результате кольматации сте­ нок скважины глинистыми частицами, которые находят­ ся в промывочной жидкости. Закономерность же, с ко­ торой происходит уменьшение проницаемости стенки скважины, также зависит от многих факторов, что де­ лает невозможным выполнение аналитических расчетов.

Наибольшее поглощение воды скважиной наблюда­ ется при вращении долота в забое. При остановках рото­ ра происходит быстрое уменьшение фильтрационного расхода: примерно в 10 раз за 2,5—3 мим. (рис. 35). Это объясняется тем, что в процессе бурения движение воды по стволу скважины и вращение инструмента создают возмущения, которые разрушают пленку на стенках скважины, увеличивая ее проницаемость. Кроме того, фильтрационные потери существенно увеличиваются в результате поглощения воды через чистый забой. В свя­

6 6

4 м потери на фильтрацию не превышали 0,04 м3/ч на 1 м; при проходке мелкозернистых н оредінезертистых песков составляліи 0,1-=-0,2 м3/ч, а при бурении крупно­ зернистых песков и песчаноправийімых отложений —

0,2ч-0,3 м3/ч.

Как показывает опыт, до 50% общего объема воды, потребного на бурение скважины всасывающим спосо­ бом, расходуется на заполнение отстойника, а остальная часть — на периодические подкачки. В связи с этим осо­ бое значение приобретают средства для обеспечивания водой буровой установки в момент наполнения отстой­ ника водой. Если отстойники расположены в песчаных грунтах, для сокращения времени, потребного на их за­

обеспечивает подкачку воды в процессе бурения, так как отмеченная максимальная величина фильтрационных потерь в скважине при проходке гравийно-галечниковых прослоек не превышает 900 л/мин.

Общее время работы насоса при подкачке в процессе бурения скважины составляет в зависимости от мощно­ сти и проницаемости проходимых пород и скорости их бурения не более 0,5—2 часа, т. е. 10—15% общего вре­ мени, затрачиваемого на бурение скважины. Однако, учитывая, что в будущем возможно бурить скважины всасывающим методом с проходкой мощных толщ гра­ вийно-галечниковых отложений, целесообразно иметь в резерве насос для подкачки производительностью 100— 120 м3/ч. Кроме того, желательно иметь резервный насос с индивидуальным приводом от двигателя внутреннего сгорания на случай перерыва в подаче электроэнергии.

Поглощение воды в забое зависит от характера про­ ходимых пород, их фильтрационных свойств, степени обогащения воды глинистыми, коллоидными частицами, а также от скорости бурения скважины и ее диаметра. Например, при бурении дренажных скважин в г. Камен- ка-Днепровская и с. Б. Знаменка глубиной более 30 м и диаметрами 700—1000 м, пройденных в песчаных отло­ жениях, суммарный расход воды на одну скважину со­ ставлял 30—50 м3. Характер водопоглощения и суммар­ ный расход воды представлены на рисунке 37.

При бурении дренажных скважин в районе г. Скадовска глубиной 50—52 мм, диаметром 900 мм суммар-

Рис. 37. График водопоглощешія, суммарного расхода во­ ды и скорости бурения скважины № 21 (Каменка):

ныіі расход воды на одну скважину составлял 100— 115 м3. На рисунке 38 представлен график суммарного расходы воды и скорости бурения скважины № 8.

При проходке водопонизительных скважин глубиной 72 м, диаметром 700 мм на строительстве Киевского метрополитена суммарный расход воды каждой состав­ лял около 100 м3.

Основной объем воды требуется в начальной фазе бурения, когда заполняется отстойник, а затем только пополняется расход на фильтрацию.

В качестве источников водоснабжения при бурении можно использовать: соседние скважины с подачей во­ ды по трубопроводам или самотеком; открытые водое­ мы, каналы, арыки с подачей воды по легким алюминие­ вым разъемным трубам или трубам из винипласта, по­ лиэтилена; автомобильные водовозки емкостью — 3— 10 м3.

Забуривание скважины. Технология и глубина забу­ ривания определяется средствами откачки пульпы из забоя в процессе проходки скважины, а также характе­ ром пород, слагающих верхнюю часть геологического разреза.

6 8

При откачке пульпы центробежным насосом забури­ вание можно вообще не выделять в технологическом процессе проходки скважины. В данном случае отрыва­ ют лопатой шурф (с рыхлением грунта долотом) глуби­ ной 0,7—1 м. Таким образом, практически от нуля до проектной глубины скважину проходят методом обрат­ ной промывки при непрерывном процессе бурения, кото­ рый прерывается только при установке кондуктора; в этом случае забуривание осуществляется на глубину кондуктора.

При откачке пульпы эрлифтом забуривание неизбеж­ но, поскольку эрлифт начинает работать только, когда отношение глубины погружения смесителя к высоте подъема не менее единицы, то есть с глубины 6—8 м.

66 7* 82 90 98 ЮО 119 ,

Рис. 38. График суммарного расхода воды и ско­ рости бурения скважины № 8 (Скадовск):

1 — интегральная кривая подкачиваемой воды W=f(fi);

2 — график бурения скважины

69

До этого скважину следует пройти при забуривании с прямой промывкой или шнеком.

По геологическим условиям различают забуривание в устойчивых и неустойчивых породах. Если у поверхно­ сти залегают глины и суглинки, забуривание ведут либо шнековым наконечником (рис. 15), либо прямой про­ мывкой чистой водой с использованием центробежных насосов (4ПС-9, С-245) или насосов типа ГР, установ­ ленных на буровых агрегатах.

Очищают поднятый шнек вращением ротора на боль­ ших оборотах: под действием центробежных сил порода стряхивается.

В рыхлых песчаных отложениях забуривание ослож­ няется возможным размывом устьевой части и обвалом неустойчивых стенок скважины. Тогда забуривание можно проводить прямой промывкой глинистым раство­ ром с использованием насоса ГР. При этом устойчивость стенок скважины улучшается в результате их глиниза­ ции и образования глинистой корки.

В водонасыщенных грунтах забуривание для уста­ новки кондуктора ведут желонкой ударно-канатным спо­ собом.

Забуривание шнеком в песках возможно, если они не обводнены, причем пройденную часть скважины следует закрепить кондуктором.

Кондуктор имеет большое значение для предупреж­ дения размыва и обрушения устья, которые происходят под влиянием притока воды из отстойника в скважину. Кроме того, устье скважины иногда обрушивается под воздействием внешних механических нагрузок.

Кондуктор может быть из металлических сварных труб большого диаметра, а также из бетонных или асбе­ стоцементных общей минимальной длиной ■— 3—4 м.

В зависимости от диаметра установку кондуктора можно вести через раму при снятом роторе.

Проходка ствола скважины. Пульпу из бурильных труб в процессе проходки скважины откачивают центро­ бежным насосом, а также с помощью эрлифта.

Расход промывочной жидкости при бурении с обрат­ ной промывкой определяется внутренним диаметром бурильных труб (штанг). Наиболее эффективно вынос породы происходит при скорости движения пульпы около 2 м/с, что при диаметре бурильных труб 100 мм составляет расход промывочной жидкости 15—16 л/с, а

70