Спеціальні роботи в свердловинах

Торпедування свердловин. Підривні роботи в свердловинах виконуються для прискорення її проходження (дрібнення валунів, твердих прошарків), а також для підвищення віддачі нафто-, газо-та водошарів і ліквідації аварій.

Для руйнування валунів на забої свердловини застосовуються кумулятивні заряди ПКС-160 та ПКС-150.

Руйнування колонкових труб та інших сторонніх предметів на забої свердловини проводиться забійними кумулятивними бомбами ТКО-70, ТКО-100, ТКО-120 (цифри означають діаметр бомб, мм).

Для ліквідації прихвачування застосовуються торпеди ТДШ-25 і ТДШ-50. Глибина прихвачування снаряда встановлюється прихвато-визначниками ПВ-25, ПВ-50, ПВ-70, ПВ-90, а також приладами інших конструкцій.

Для обривання (перерізання) обсадних, бурових та інших труб застосовуються кумулятивні торпеди ТК, ТКГ (герметичні), МКГ тощо.

Для очищення фільтрів від твердого осаду, а також для розглинізації водоносного горизонту застосовуються торпеди ТДШ-50, ТДШ-25, ТДШ-В (для водних свердловин). Торпедування виконують спеціальні загони.

Тампонування свердловин. Тампонуванням називаються операції з поділу (ізоляції) окремих горизонтів у свердловині. Розрізняють три види тампонування: постійне, тимчасове, ліквідаційне.

Постійне тампонування застосовується для ізоляції: пластів корисної копалини від про­никнення підземних, розташованих вище, вод за період їх розробки; водоносного горизонту, який буде випробуватися й експлуатуватися окремо від водоносних горизонтів, що лежать вище; рідких, газоподібних корисних копа­лин, а також мінеральних солей від вищих пластів; водовбирних порід; сипких порід, які можуть потрапляти в свердловину із поза-трубного простору й зашламовувати її, навіть зумовлювати обвалення стінок свердловини під час буріння.

Постійне тампонування проводиться гли­ною або цементним розчином за такою схемою (рис. 152): перед розкриттям пласта, який буде випробуватися чи експлуатуватися, свердловина зупиняється у водонепроникній породі; в свердловину опускають колону обсадних труб із герметичними з'єднаннями (1), кільцевий простір між низом колони та водонепроникним пластом щільно заповнюється водонепроникним матеріалом (2); після перевірки надійності ізоляції свердловина заглиблюється меншим діаметром і розкривається продуктивний пласт.

Тимчасове тампонування застосовується при гідрогеологічних та інженерно-геологічних дослідженнях для здійснення відкачування або нагнітання води за допомогою тампонів-пакерів.

Ліквідаційне тампонування, тобто повна постійна герметизація стовбура свердловини, призначається для запобігання проникненню води по свердловині під основу майбутньої споруди або в гірничі виробки при експлуатації родовища.

Постійне тампонування глиною за­стосовують у неглибоких свердловинах. Якщо на необхідній глибині лежить пласт жирної глини потужністю не менше ніж 2,5—3 м, то спочатку свердловину заглиблюють на 0,6—1 м, а потім башмак обсадної колони вдавлюють на глибину 0,8—2,0 м. У протилежному випадку в свердловині створюють штучну подушку із в'язкої глини потужністю 2,5—3,0 м шляхом порційного закидання до неї кульок глини з наступним трамбовуванням, після чого обсадна колона вдавлюється в глину. Рекомендується в башмак колони перед спусканням її в свердловину вбити нижню дерев'яну пробку, завдяки якій глина витискується в позатрубний простір. При подальшому бурінні пробка розбурюється.

Постійне тампонування цемент­ним розчином застосовується при бурінні глибоких свердловин на нафту, газ, розсоли та воду. Тампонування цементним розгином здійснюють шляхом щільного заповнення кільцевого зазору між обсадними трубами та стінками свердловини цементним розчи­ном, який добре тужавіє з породами та обсадними трубами.

Для цементування беруть тампонажний цемент марок 400, 500, 600. При розвідувальному бурінні найчастіше користуються цементом для холодних свердловин (з температурою до + 40°С) з параметрами: початок тужавіння цементного розчину на прісній воді 3-3,5 год, закінчення тужавіння не пізніше ніж 3 год після початку; на солоній воді відповідно — 3—6 год і 3 год. Для тампонування розвідувальних свердловин беруть 50 %-й цементний розчин (100 кг цементу на 50 л води), при цементуванні свердловин — цементуючі агрегати 4ЦА-100 і ЦА-320М, ЗЦА-400А, змонтовані на шасі триосьових автомобілів ЗІЛ-157К і КрАЗ-257 відповідно. За допомогою цементуючих агрегатів у свердловину накачується цемен­тний розчин, глинистий розчин, а також здійснюються промивальні, продавлювальні та пресувальні роботи. Індекси 320 і 100 визначають максимально допустимий тиск, розвинутий поршневими насосами агрегату, 31,4 • 103 і 9,8 • 103 кПа відповідно.

Необхідна кількість тампонажного цементу і тиск для його продавлення визначають за розрахунком.

Розрахунки цементування свердловин

1. Потрібна кількість цементного розчину, м, визначається за формулою

де — діаметр свердловини, м; — зовнішній діаметр обсадних труб, м; —

висота підйому цементного розчину поза колоною, м; — коефіцієнт, який визначає можливе збільшення об'єму цементного розчину на заповнення розширень, каверн; його приймають рівним 1,1 —1,3; — внутрішній діаметр обсадних труб, м; — висота цементної пробки в колоні, м.

Густина цементного розчину визначається за формулою

де. — густина цементного розчину, т/ ; — густина цементу, т/ ; т — водоцементний фактор, його беруть рівним 0,5.

3. Кількість сухого цементу, т, для виготовлення 1 м цементного розчину
визначається за формулою

де — кількість сухого цементу, т; , — густина цементу і води відповідно, ; — водоцементний фактор.

4. Загальна кількість сухого цементу для цементування визначається за формулою

де Qц — кількість сухого цементу, т; — кількість сухого цементу на 1 м3 цементного розчину; — коефіцієнт на витрати цементу при творенні, беруть рівним 1,1 —1,15 або обчислюють за формулою

5. Кількість води (V, ), необхідна для приготування цементного розчину,
визначається за формулою

де Qц — кількість сухого цементу, т; т — водоцементний фактор.

6. Кількість рідини для продавлювання цементного розчину визначається за
формулою

де Vж — необхідна кількість глинистого розчину або води для продавлювання цементного розчину в позатрубний простір, ; dB — внутрішній діаметр труб, м; Н — довжина колони обсадних труб, м; k — коефіцієнт, який визначає стиснення рідини, береться для глинистого розчину 1,05, для води 1,0.

7. Тиск на головці колони в момент сходження цементуючих пробок визначається
за формулою

p = p1+ p2,

де p1 — тиск на подолання різниці питомих ваг рідини в трубах і поза трубами, кПа; р2 — гідростатичний опір наприкінці промивання свердловини, кПа,

,

де Н1 — висота підйому цементного розчину поза трубами, м; h — висота установки стоп-кільця від башмака, м; — густина цементного і глинистого розчинів, відповідно, т/ ;

р2 = 0,01L+ 8,

де L — глибина свердловини, м.

Звідси

Приклад розрахунку цементування колони труб зовнішнього діаметра 273 мм.

1. Потрібна кількість цементного розчину = 0,785 • [(0,3462 – 0,2732) • 65 • 1,25 + 0,250 • 3] = 3,02 м3.

2. Густина цементного розчину = 3,15 • 1(1 +-0,5)/(1 + 0,5 • 3,15) = 1,84т/м3.
3. Кількість сухого цементу, т, для приготування 1 м цементного розчину

q = 3,15 • 1,00/(1 + 0,5 • 3,15) = 1,23 т.

4. Загальна кількість сухого цементу (Qц= 1,23 • 3,02 • 1,15 = 4,27 т.

5. Кількість води, необхідної для приготування цементного розчину, VB = 4,27 • 0,5 = 2,13 м3.

6. Кількість рідини для приготування розчину Vж = 0,785 • 0,2502(65 – 3) • 1,0 =

= 3,05 м3.

Тиск на головці колони в момент сходження цементуючих пробок р = (65 – 3) (1,84 – 1,20)/(10 + 0,01 • 54 + 8) = 12,102 кПа.

Тривалість цементування tцем = tнак + tпр + (10 + 15), хв, де tнак — тривалість
накачування в свердловину цементного розчину, tпр — тривалість продавлювання розчину,

tнак = • 1000 = 9 хв; tпр = Vж де — кількість цементуючих агрегатів; — швидкість накачування (четверта), дорівнює

5,65 м3/хв, tцем = 9 + 9 + 15 = 33 хв.

9. Тривалість цементування має не перевищувати 75 % від часу початку тужавіння цементного розчину tцем ≤ 0,75 tтуж (tтуж = 120 хв), tцем = 33 хв < 0,75 • 120 = 90 хв.

Дана умова виконується.

У випадку проходження високонапірних горизонтів, розкриття яких може призвести до фонтанування свердловини, її устя вчасно герметизують спеціальним пристосуванням — превентером. У нижній частині бурових труб над колонковим набором установлюють зворотний клапан, який запобігає викиданню води через бурову колону. На рис. 153 наведено схему тампонування цементним розчином.

Обсадна колона, підготовлена до спускання в свердловину, повинна мати на нижній башмачній трубі напрямні ліхтарі (рис. 153, а), а всередині на 5—10 м вище башмака — упорне кільце. В свердловину, підготовлену для цементування, опускають колону обсадних труб, промивають позатрубний простір, знімають заливальну головку, спускають у трубу нижню пробку, знову нагвинчують заливальну головку, нагнітають у трубу розраховану кількість цементного розчину, відгвинчують заливальну головку, спускають у труби верхню пробку, знову нагвинчують заливальну головку й прокачують розраховану кількість промивального розчину,

необхідну для продавлювання нижньої пробки й витискання цементного розчину в позатрубний простір.

Після закінчення насичування глинистого розчину насос зупиняють, колону обсадних труб спускають на забій і вентиль заливальної головки закривають, щоб не виникало зворотного руху розчину із свердловини. Всередині колони залишається цементний стакан (на рисунку не зображений). Якість тампонування свердловини цементним розчином і герметичність колони перевіряють через 24 год після цементування.

При випробуванні колони на герметичність до неї нагнітають рідину

за допомогою насоса під тиском до 29,4 • 103—49,0 • 103 гПа закрива­ють засувки заливальної головки та залишають свердловину у спокої на 20 хв. Якщо протягом 20 хв тиск зменшується не більше ніж на 49 • 102 гПа, колону можна вважати герметичною. Якщо колона не герметизується, визначають місце витікання та усувають його.

Якщо колона герметична, то перевіряють тампонування на закриття води. Для цього розбурюють цементну пробку в трубах і нижче башмака на 1—2 м відкачуванням знижують рівень у трубах на 3/4 висоти, вимірюють зниження рівня рідини й залишають закриту свердловину в спокої на 24 год. Якщо протягом цього часу рівень води підвищується не більше ніж на 1 м, закриття води вважається нормальним.

Тимчасове тампонування. Для створення окремих дільниць свердловини для відкачування або нагнітан­ня води застосовують пакери (тампони): простої дії, які поділяють свердло­вину навпіл; подвійної дії, які поділяють свердловину натроє.

За конструкцією тампо­ни застосовують переважно двох типів: з гумовими труб­ками (камерами), до яких нагнітається вода або стис­нене повітря. Гума в обох випадках має щільно приля­гати до стінок свердловини водонепроникних порід та ізолювати водоносний або водовбирний горизонт. Гі­дравлічні пакери простої та подвійної дії з гумовими трубками (камерами) по­казані на рис. 154.

Одна або декілька гумових трубок закріплюються на пустотілому корпусі; нижче гумової трубки (або між ними) розміщується фільтр. по якому надходить у трубки рідина з водоносного горизонту або нагнітається рідина в пористі породи. Тампон спускають у свердло­вину на трубках і встановлюють його з таким розрахунком, щоби гумові трубки (камери) розташовувалися проти випробуваного горизонту. Потім з поверхні по спеціальних трубках нагнітають рідину в гумові камери під тиском, який перевищує гідростатичний тиск у свердловині. Гумові трубки роздуваються й щільно прилягають до стінок свердловини навіть за наявності нерівностей на стінках. Після цього через колону труб відкачують або нагнітають воду.

Широко застосовуються пакери й механізми поставлення пакер-ного ущільнення конструкції ВІТРу.

Механічні (ПМ-108 і ПМ-89) та автоматичні (ПА-108 і ПА-89) пакери, які виймаються, призначаються для герметизації та роз'єд­нання позатрубного простору при тампонажних роботах у свердло­винах, що були пройдені в породах будь-якої категорії. Механічний пакер працює за рахунок натягу бурових труб з поверхні; автоматичний — за рахунок гідростатичного стовпа рідини, яка міститься у свердловині.

Механізм поставлення пакерного ущільнення (МПУ-108 і МПУ-89) призначається для ізоляції окремих горизонтів у стовбурах розві­дувальних свердловин при тампонажних роботах або гідрогеологічних дослідженнях. Механізм працює за рахунок накачування рідини в колону бурильних труб.

Ліквідаційне тампонування. Залежно від геологічних умов і місця розташування стовбура свердловини її тампонують по всій глибині або тільки нижню частину стовбура. Для ліквідаційного тампонування в глинистих породах застосовують в'язку глину, а в скельних і напівскельних — бетон.

Тампонажний матеріал виготовляють із в'язкої глини з місткістю не більше ніж 5—6 % піску. Глину замочують, ретельно пе­ремішують і звільняють від твердих частинок. Вологість тампону-зального матеріалу має бути мінімальною, щоби його маса набухала з свердловині. З тампонажного матеріалу вручну готують кульки й кидають їх у свердловину безпосередньо крізь устя. їхній діаметр на 30—40 мм менший за внутрішній діаметр труб (свердловини).. Закидати кульки в свердловину треба з певними інтервалами, щоб уникнути створення пробки вище забою. Після того, як свердловина заповниться кульками з глини на висоту 1—1,5 м, накидану глину трамбують. Такий спосіб ліквідаційного тампонування рекомендується застосовувати лише для неглибоких свердловин, сухих або з безнапірним водоносним горизонтом.

Для приготування бетону застосовують портланд-цемент, який у рівних частинах з піском і гравієм змішують і розводять водою до консистенції рідкого тіста.

Перед тампонуванням бетоном усувають глиняну кірку зі стінок свердловини промиванням крізь бурильні труби з перфорованим наконечником, після чого завантажувальними желонками доставляють бетон у свердловину.

Проводячи ліквідаційне тампонування, необхідно мати на увазі:

в інтервалах свердловин з напірними водами в супісках, пісках тощо тампонування належить здійснювати матеріалом тих самих порід з наступним трамбуванням;

у глибокі свердловини після очищення стінок від глиняної кірки закачують цементно-суглинистий розчин густиною 1,6—1,65 г/см, співвідношення цементу до суглинка береться 1: 2 або 1: 3;

при повному вбиранні промивальної рідини в грунті та покрівлі водопоглинального горизонту встановлюються тампонажні пробки; нижня — на 10 м нижче водопоглинального горизонту, а верхня — на утрамбовану тампонажну глину.

Техніка безпеки при спеціальних роботах у свердловинах. Перед початком цементування слід перевіряти справність запобіжних клапанів і манометрів: установка (насоси, трубопроводи, шланги, заливальні головки тощо) має бути опресована на півторарозрахунковий максимальний тиск, необхідний при цементуванні, але не вищий за максимальний робочий тиск, передбачений технічним паспортом насоса. Заливальну головку слід обладнати запірним вентилем і манометром. Забороняється застосовувати насос, який не забезпечує максимальний розрахунковий тиск.

На просіюванні цементу й приготуванні цементного розчину робітники повинні працювати в респіраторах і запобіжних окулярах. Забороняється присутність сторонніх осіб.

Ділянка для укладання цементу має бути міцною, достатніх розмірів, з драбинами для безпечного піднімання й спускання робітників.

Після закінчення цементування для спостерігання за тиском, який виникає в трубах, слід залишати чергового. В разі виникнення в трубах тиску, що перевищує на 10 % робочий, який береться при опресуванні, цей тиск слід знизити до належного значення.

Ліквідація тампонування, яка відома з практики. У Волго-Донському ТГУ для ліквідаційного тампонування успішно застосовуються полімерні тампонажні суміші — отверділі глинисті розчини — ОГР. Суміші складаються із смоли ТС-10, формаліну та промивальної рідини у співвідношенні (% за об'ємом) — (20—30): (10—15):(70— 55). При змішуванні компонентів ОГР у результаті реакції утворюється в'язко-пластична монолітна пластмаса — резит. При послідовному змішуванні спочатку в промивальну рідину вводиться смола ТС-10, потім формалін у розрахованих об'ємних кількостях. При паралельному способі окремо закачуються рівні об'єми проми вальної рідини з ТС-10 і формаліном, які змішуються на усті свердловини. Останній спосіб найпродуктивніший.

Вибір способу буріння розвідувально-експлуатаційних свердловин на воду. При спорудженні таких свердловин в основному застосову­ють роторний та ударно-канатний способи буріння. Незважаючи на недоліки (мала механічна швидкість, велика витрата обсадних труб, висока вартість) ударно-канатний спосіб буріння має багато переваг: чистота водоносного горизонту під час буріння, вищі дебіти й статичний рівень, можливість споруджувати свердловини більшого діаметра. Роторний спосіб буріння свердловини на воду, хоч і досить поширений, має значні недоліки: забруднення водного горизонту глинистим розчином, у результаті чого відбувається його глинизація, а розглинизація не завжди дає можливість поновити нормальну водовіддачу, незважаючи на великі витрати часу та кошти; перешкоджає гідрогеологічному випробуванню зустрічних водоносних горизонтів. Із досвіду відомо, що питомий дебіт свердловини ударного буріння набагато більший, ніж питомі дебіти свердловин, пробурених роторним способом (від 2 до 4 разів і більше).

Роторний спосіб застосовують для буріння глибоких окремих свердловин, якщо ударно-канатний спосіб технічно неможливий або нерентабельний.

З успіхом застосовуються установки всмоктувального буріння для проходження водозабірних свердловин великого діаметра — 500—1200 мм та завглибшки 50—150 м. Такий вид буріння рекомендується застосовувати в породах до IV категорії буримості за наявності води в свердло­вині або джерел, що забезпечують її постачання, та в разі відсутності валунів діаметром більш ніж 0,2 м. Продуктивність установок усмоктувального буріння в 10—15 разів більша, ніж ударного, та в 4—8 разів більша, ніж роторного.

Вибір конструкції розвідувально-експлуата­ційних свердловин на воду. На рис. 155 зобра­жені основні елементи конструкції розвідувально-експлуатаційних свердловин.

Глибину свердловини визначають, виходячи з максимально можливої глибини залягання пі­дошви водоносного горизонту, який вибирають для експлуатації. Водоносний горизонт розкрива­ють на глибину, яка забезпечує проектний дебіт. При невеликій потужності водоносного горизонту свердловину заглиблюють у водотривкий пласт для влаштування відстійника (до 2 і більше м). Експлуатаційний діаметр свердловини визначають, виходячи з діаметра заглибного насоса, який найчастіше застосовується при відкачуванні води зі свердловини. Для заглибного насоса з електродвигуном на поверхні (типу АТН) експлуатаційний діаметр свердловини вибирають таким, щоб він перебільшував на 100 мм діаметр насоса (можливе викривлення свердловини, полег­шується спостерігання за динамічним рівнем тощо). Для полегшення припливу води в свердловину необхідно зберігати якомога більший кінцевий діаметр і діаметр приймальної частини свердловини, який визначається діаметром фільтра й повинен бути не менш ніж 100 мм.

Вихід колон при ударному бурінні — 25—30 м за наявності в свердловині глинистого розчину — 60—70 м та більше. При визначенні конструкції свердловини слід передбачати заглиблення башмака кожної колони у водотривкі породи, за винятком останньої експлуатаційної колони, башмак якої має входити у водоносну породу. При роторному бурінні, якщо глибина залягання водоносного горизонту сягає 80—100 м, застосовують одноколонну конструкцію свердловини. В решті випадків кількість колон та глибина їхнього спускання визначається за конкретним геологічним розрізом. Завжди треба передбачати визначення напряму до глибини 4—6 м. Крім того, передбачають спуск кондуктора на глибину 40—50 м.

Приклади конструкцій свердловин ударно-канатного та роторного буріння зображені на рис. 156. За технологією роторного буріння діаметри забійного інструменту мають перевищувати діаметри обсадних колон не менш ніж на 100 мм, а при значних виходах колон — не менш ніж на 150—200 мм. Наприклад, для колони 337/355 мм користуються долотом діаметром 445 мм.

Проектуючи свердловини для роторного буріння, потрібно змі­нювати колони через один діаметр (наприклад, 508—426—325—219; 377—273—168). Висоту цементування колон (знизу від башмака) визначають, виходячи з необхідності, щоби висота була як­найбільшою.

Водоприймальна частина свердловини. Обладнання водоприй­мальної частини свердловини зумовлює тривалість і продуктивність роботи свердловини. Залежно від характеру й складу водонасичених порід приймальна частина водних свердловин може бути фільтровою — для водоносних горизонтів, що залягають у пухких уламкових та сильно тріщинуватих породах (піски, гравій, сильнотріщинуваті вапняки тощо), та безфільтровою — при отриманні води зі стійких міцних тріщинуватих порід (граніти, вапняки). У тріщинуватих скельних породах, якщо вони не мають прошарків пухких порід, а стінки свердловини стійкі, приймальну частину залишають відкритою. В протилежному випадку доводиться опускати в приймальну частину колону дірчастих обсадних труб.

Фільтрові водозабірні свердловини. Призначення фільтра — пропускати в свердловину тільки воду й не давати стінкам руйнуватися. Фільтр складається з власне фільтра 1, відстійника 2, колони обсадних труб З та надфільтрової труби 4 (рис. 157).

Робоча частина фільтра 1 призначається для пропускання чистої води з водоносного горизонту. У відстійнику 2 (глуха труба) осаджуються залишені у фільтрі частинки породи. Якщо в грунті пласта є щільна порода, то відстійником може бути частина свердловини, пробурена в цьому водоупорі. Довжина відстійника звичайно вибирається залежно від глибини свердловини (від 1,5—8 м і більше). Надфільтрова труба — пат­рубок із сальником (прядивним, гумовим, свинце­вим), який забезпечує герметичне перекриття кільцевого зазору між фільтром та колоною обсадних труб 3. У верхній частині патрубка розміщено пристрій, який використовують для спускання в свердловину фільтра за допомогою бурильних труб (виріз, муфта тощо).

До фільтрів водяних свердловин ставляться такі вимоги: філь­трувальна поверхня має забезпечувати пропускання необхідної кількості води; якомога більший термін служби фільтра; фільтр не повинен пропускати глинисті, пилові та піщані частки та погіршувати якість води. Існує багато конструкцій фільтрів водозабірних сверд­ловин: сітчасті, з дротяною обмоткою; каркасно-стержневі; гравійно-кожухові, з обсипкою гравієм; блочні з пористим заповнювачем, просоченим бітумом, цементом, рідким склом. Робоча частина фільтра складається з каркаса та фільтрувального покриття. Каркаси фільтрів поділяються на сталеві, пластмасові, азбссто-цсмснтні, керамічні тощо. За наявності агресивних вод в основному застосовуються каркаси з нержавіючої сталі, пластмаси та кераміки.

За конструкцією розрізняють каркаси трубні, вальцьові з металевих листів, збірні (кільцеві, стержневі тощо). У каркасах прорізають круглі або щільові отвори, розташовані в шахматному порядку (рис. 158). Діаметр круглих отворів 8—10 мм; розміри щільових: довжина 30—100 мм, ширина 3—5 мм. Діаметр отвору або ширина щілини повинні бути менші за товщину гальки, гравію тощо.

Фільтр характеризується коефіцієнтом шпаруватості, тобто відно­шенням загальної площі отворів у каркасі фільтра до поверхні його робочої (фільтрувальної) частини. Коефіцієнт шпаруватості фільтра з круглими отворами визначають за формулою

С = d2 n/1D • 1000,

де С — шпаруватість фільтра; d — діаметр отворів, мм; я — кількість отворів на 1 м фільтра; D — зовнішній діаметр фільтра; 1000 — довжина 1 м перфорованої ділянки. Шпаруватість таких фільтрів в основному не перевищує 0,2. Коефіцієнт шпаруватості щільових фільтрів визначається за формулою

С = abn/πD • 1000,

де а — ширина щілини, мм; b — довжина щілини, мм.

Відповідно до необхідної шпаруватості встановлюється кількість отворів: для перфорованих фільтрів п = AD • 1000 • C/d; для щільових п = πВ • 1000 • C/ab. Шпаруватість щільових фільтрів може бути доведена до 0,4.

Сітчасті фільтри (рис. 158). Робоча частина сітчастого фільтра складається з каркаса, дротяної обмотки (спіральної або ребристої) та сітки.

Дротяна обмотка збільшує шпаруватість фільтра, в основному її виготовляють з нержавіючого дроту діаметром 2—3 мм.

Обмотка має крок спіралі 30—50 мм. Кінці спіралі припаюють або зачеканюють. Крім того, дріт припаюють до каркаса по довжині через кожні 300—500 мм. Ребриста обмотка проводиться вздовж труби по твірній на відстані 30—40 мм.

Фільтрові сітки поділяються на: латунні, з нержавіючої сталі (найкращі), пластмасові, зі скловолокна.

Латунна фільтрова сітка (рис. 158) виробляється трьох видів: галунна, має тканину з різної кількості дроту утка та основи (дроту основи значно менше), прохідні отвори — щільові; кіперна — кількість дроту утка (поперечні дроти) та основи (поздовжні дроти) однакова, але в цій сітці дріт одного напрямку огинає з пропуском дріт другого напрямку; сітка звичайного (квадратного) плетіння — схожа на кіперну, але кожний дріт обов'язково огинає сусідній. Найчастіше застосовується сітка галунного плетіння, яка має велику міцність і менш схильна до закупорювання. Подвійним номером визначають сітки кіперного (саржевого) плетіння, діаметри дроту утка та основи яких мають різну товщину. Для визначення величини отвору в сітках розрахунок необхідно вести по двох осях.

Приклад. Номер кіперної сітки 20/24, товщина основи дорівнює 0,4 мм, а утка — 0,45 мм. Визначити ширину отвору цієї сітки.

Ширина отвору по основі = 0,87 мм; по утку = 0,61 мм. Площа отвору S = l1l0 = 0,87 • 0,61 = 0,53 мм2.

Розмір фільтрових сіток квадратного плетіння визначають за номером, який відповідає кількості дротів, що доводиться на довжину 25,4 мм. У цьому випадку ширину отвору (мм) розраховують за формулою

,

де N — номер сітки; а — товщина дроту, мм.

Приклад. Сітка № 10 має товщину дроту в основі та утка 0,6 мм. У цьому випадку ширина отвору дорівнює

= 1,94 мм.

Розмір сітки необхідно підбирати відповідно до складу водоносної породи з таким розрахунком, щоби через сітку проходило від 40 до 95 % (за вагою) дрібних фракцій порід во­доносного горизонту. Сіт­часті фільтри застосовують у середніх та дрібнозер­нистих пісках.

Пластмасові сітки — штамповані або гофровані з круглими або щільовими отворами. Покриття одно-, два- або тришарове. Засто­сування можливе в крупнозернистих і дрібно­зернистих пісках, але з гравійною обсипкою. Вироб­ляються також плетені кап­ронові (галунного плетіння) та нейлонові сітки. Сітки зі скловолокна виробляють­ся різноманітної товщини та щільності й мають до­статню кислотну та лужну стійкість (тканина «рогож­ка» — тонко- та дріб­нозернисті піски; тканина «діагональ» — середньозер­нисті піски; тканина «са­тин» — різно- та крупнозернисті піски).

Фільтри з дро­тяною обмот­кою (рис. 159, а). Скла­даються зі сталевого перфо­рованого каркаса, на який по спіралі навивається дріт із нержавіючої сталі діаметром 2—3 мм. Діа­метр опорних (підкладочних) стержнів 3—6 мм. Опорні стержні приварюються до каркаса, а спіральний дріт — до опорних стержнів.

Каркасно-стержневі фільтри (рис 159, б). Секція циліндричного каркаса фільтра побудована з дротяних стержнів завдовжки 2,5—3 м, діаметром 8—16 мм, приварених до двох кілець-насадок. Усередину каркаса встановлюють опорні кільця-фланці (кожні 250—300 мм) для надання йому міцності. Для з'єднання секцій каркаса між собою з одного боку є з'єднувальний патрубок з різьбою, а з протилежного — патрубок із муфтою. На стержневий каркас намотується дріт із нержавіючої сталі діаметром 2—3 мм. Фільтри такої конструкції застосовуються для крупнозернистих пісків, а для дрібнозернистих на каркас одягається чехол (кожух), який наповнюється гравієм. Головна перевага таких фільтрів — висока шпаруватість (до 65 %), що важливо при експлуатації водоносних горизонтів з нестійким хімічним складом.

Гравійно-кожухові фільтри (рис. 159, в). Складаються з перфорованого каркаса, який обмотується спіраллю з нержавіючого дроту. Кожух-чохол виготовляється з листового заліза з дрібними отворами або з дротяної сітки з крупними комірками. В кожух насипається дрібний гравій або крупнозернистий пісок з таким розрахунком, щоб товщина шару була не менше ніж 25—30 мм. Фільтр збирається з окремих секцій-ланок (довжина ланки 0,7— 0,8 м), з'єднаних між собою муфтами або фланцями. Такі фільтри застосовуються при наявності дрібних і тонкозернистих пісків.

Фільтри з обсипкою гравієм у свер­дловині (рис. 160). Встановлюються за певною схемою: водо­носний горизонт перекривають колоною обсадних труб (наприклад, діаметром 273/255), у свердловину спускають фільтрову колону з сітчастим або безсітчастим фільтром діаметром принаймні на 100 мм меншим за діаметр обсадних труб (у даному прикладі діаметром 168/154). Така колона має центрувальні ліхтарі; в кільцевий зазор порціями засипають відсортований гравій і одночасно піднімають колону обсадних труб. Фільтр повинен бути оголеним на повну висоту. Враховуючи неминучу усадку гравію, його засипають на таку висоту, щоб вона була більшою, ніж довжина робочої частини фільтра.

Як показує багаторічний вітчизняний та закордонний досвід, найкращими виявля­ються гравійні фільтри.

При спорудженні свердловин на воду роторним способом із застосуванням глини­стого розчину І.Н.Бандирським запропоно­вано покривати робочу поверхню фільтра захисним шаром з полівінілового спирту та вінілової тканини. Після проведення зов­нішньої розглинизації та накачування в свердловину обсипного матеріалу при облад­нанні обсипних фільтрів це покриття роз­чиняється інгібованою соляною кислотою 13—15 %-ної концентрації. Вживання захисних покриттів дає змогу вводити фільтр в експлуатацію з заданою шпаруватістю та значно збільшити дебіт свердловини. Автор рекомендує для обсипки фільтра замість гравію вживати бісерний полістирол марок ПС-Б, ПСБ-С або гранульований густиною 0,2—0,8 г/см3, який щільно заповнює весь позафільтровий простір та каверни в свердловині, внаслідок чого створюється надійний обсипний фільтр. За необхідності заміни каркаса фільтра плаваюча обсипка вимивається зі свердловини й каркас легко витягається на поверхню. Це допомагає збільшити довговічність свердловини в 2—3 рази. І.Н.Бандирський також пропонує проводити зовнішню розглинизацію обертальним потоком промивальної рідини. Для цього на фільтрі встановлюють гвинто­подібну поверхню з листового заліза, вініпласту або інших матеріалів. Швидкість обертального руху промивальної рідини в позафільтровому просторі має бути не меншою за 1,5 м/с.

Впровадження результатів лабораторних досліджень на свердловині № 2, побудованій на Львівському холодильнику, показало, що вживання запропонованого комплексу заходів збільшило дебіт свер­дловини в 2,5 раза при значному економічному ефекті порівняно з аналогічними свердловинами, обладнаними обсипними фільтрами.

В Німеччині виробляються фільтри з просічно-витяжною перфо­рацією з антикорозійними покриттями (рис. 161). Розміри фільтрів: довжина містка h — 1—4 мм, ширина щілини b — 3,0—7,5 мм, довжина щілини l — 16—30 мм; товщина фільтрової труби д — 2—7 мм. Практика експлуатації таких фільтрів показала, що вони мають великі позитивні якості: вхідні отвори фільтра майже не забиваються, допускають винесення дрібнозернистого піску з водо­носного горизонту; велика механічна міцність; висока шпаруватість (велика кількість вузьких отворів). Фільтри успішно працюють у дрібнозернистих пісках, на їх ос­нові можливе виготовлення гравій­но-кожухових фільтрів.

У с г а н о в л є н н я ф і л ь т р і в. Перед спускан­ням фільтра необхідно проробити стовбур перевірочним долотом, про­мити свердловину чистою водою або малов'язким глинистим розчи­ном з мінімальною густиною (р = 10,5 - 11,0 кг/м3).

При одноколонній конструкції свердловині; фільтри встановлю­ються в нижній частині експлуа таційної колони; при багатоколонній — употай (найчастіше), тобто фільтр опу­скають у свердловину на ключі або муфті (перевіднику) з лівою різьбою (рис. 162). Перевідник дає можливість після проми­вання фільтра при роторному бурінні або засипці фільтра гравієм при ударному бурінні відчепити колону труб від фільтра обертанням праворуч.

Для встановлення фільтра зазор між надфільтровою та обсадною трубами на­дійно забивається прядивним, гумовим, дерев'яним (м'яке сухе дерево) або свин­цевим сальником. Для забезпечення мак­симальної герметичності сальники ущіль­нюються спеціальними затискачами або калатачками. Прядивний сальник із затискачем встановлюється за певною схемою. На надфільтровій трубі, дещо нижче її нарізки, закріплюється за допомогою шпильок або на зварці опорне кільце. Поверх кільця на надфільтрову трубу намотується сальник з прядивних пасом так, щоби його діаметр був меншим, ніж діаметр обсадної труби. Вище сальника, проти нарізки, міститься рухоме кільце. Фільтрова муфта при цьому має бути відгвинчена. Для рівномірнішого стиснення сальника його пасма розміщуються між шайбами з покрівельного заліза. Після опускання фільтра в свердловину муфта за допомогою бурильних труб і фільтрового ключа догвинчується. При цьому прядивна обмотка між шайбами, стиска­ючись, розсувається й ущільнює міжтрубний зазор. Свинцевий сальник являє собою втулку з конічним внутрішнім розширенням унизу. Зовнішній діаметр втулки відповідає внутрішньому діаметру обсадних труб, а внутрішній у розширеній частині — дещо більшого зовнішнього діаметра фільтрової муфти. Втулка вільно опускається у свердловину після встановлення фільтра та за допомогою калатачки забивається в зазор між обсадними трубами та фільтровою трубою. Під дією ударів калатачки втулка розплющується, а свинець герметично затуляє міжтрубний зазор. Дерев'яний забивний сальник має аналогічну будову.

При встановленні фільтра в усіх випадках необхідно дотримува­тися певних умов: якщо верхній і нижній водоупори являють собою слабкі та розмивні породи, не можна, щоб фільтрувальна частина фільтра не доходила до відповідного водоупору на 0,25—0,30 м (інакше вода стане каламутною); якщо у водоносному пласті є прошарки глинистих порід, проти них треба розмістити глухі ділянки фільтра. Довжина ділянок має бути більшою за потужність прошарку на 15—20 см.

Розглинизація водоносного гори­зонту. При розкритті водоносних пластів з промиванням глинистим розчином відбувається кольматація пласта внаслідок проникнення в пори та тріщини бурового шламу, глинистого розчину та його фільтрату. Для відновлення дебіту свердловини здійснюється розглинизація пласта різними способами. Дуже поширений метод розглинизації малоефективний, тому що забезпечує тільки часткове відновлення дебіту свердловини. Окрім того, затримка початку робіт навіть на одну добу призводить до того, що заходи задля відновлення проникності прифільтревої зони значно знижують ефективність. Розглинизація підриванням ТДШ не гарантує зберігання сітчастого фільтра й ефективна тільки за інтенсивного виведення продуктів вибуху з прифільтрової зони. Спосіб посадки фільтра розмиванням водою й розходжуванням забезпечує найвищі показники за дебітами, оскільки дрібні фракції піску в процесі уведення фільтра в пласт разом із потоком води утворюють навколо зону підвищеної проникності. Практика показала, що розкриття водоносного пласта з промиванням водою в усіх випадках забезпечує високу якість робіт. Для удосконалення способів спорудження водозабірних свердловин у пухких нестійких відкладах у Середньо-Волзській КГРЕ вперше був обгрунтований і випробуваний, а потім широко впроваджений спосіб розкриття водоносних горизонтів з прямим промиванням водо-гіпановими розчинами (гіпан-1 та гіпан-0,7). Водні розчини гіпану (ВГР) мають підвищену в'язкість. При вмісті гіпану-1 у водному розчині від 1 до 5 % в'язкість розчину по СПВ-5 вимірюється від 16 до 27 с, а гіпану-0,7 — від 18 до 72 с. Висока в'язкість водогіпанових розчинів підвищує умови виносу шламу із забою, що дає змогу бурити свердловини великого діаметра при поглинанні промивальної рідини, тобто за малих швидкостей її висхідного потоку.

В разі швидкості вихідного потоку 2,6 см/с із забою виносяться частки розміром 1,5 мм. Водогіпанові розчини мають кальматуючі властивості. Витрати їх у 3 рази нижчі, ніж витрати технічної води за аналогічних умов. При відкачці коагулянт легко вимивається в перші хвилини. Питомий дебіт свердловини з промиванням водогіпановим розчином, обладнаної фільтром d = 219 мм, з довжиною робочої частини 18 м, після прокачування дорівнює 25—30 м3/год. При використанні малоглинистих розчинів за таких умов середні питомі дебіти по 16 свердловинах дорівнювали 9 м3/год, а макси­мальні — 18 м3/год. Отже, при бурінні цупких піщаних відкладів із промиванням водогіпановими розчинами завдяки добрим кальматуючим властивостям останніх значно зменшуються витрати води, підвищується стійкість стінок свердловини, збільшується дебіт свер­дловини.

Діаметр і довжина фільтра. Довжина робочої частини фільтра та його діаметр визначаються за формулою

Q = 3600 πdhcv,

де Q — розрахунковий дебіт свердловини, м3/год; d — діаметр фільтра, м; h — довжина робочої частини фільтра, м; с — коефіцієнт шпаруватості фільтра (0,2—0,4); v — допустима швидкість входу води у свердловину зі значеннями: для d 60% зерен < 1 мм — 0,002 м/с; для d 50% зерен < 0,5 мм — 0,001 м/с; для d 40 % зерен < 0,25 мм — 0,0005 м/с.

Діаметр і довжину фільтра також визначають орієнтовно за формулою Абрамова

d = ,

де Iф — допустима вхідна швидкість фільтрації, що визначається за емпіричною формулою

Iф = ,

де k — коефіцієнт фільтрації порід зі значеннями: пісок пиловий — 0,5—1,0 м/добу; дрібнозернистий — 2—5 м/добу; середньозернистий — 6—15 м/добу; крупнозернистий — 16—30 м/добу; гравій різних фракцій — 31—70 м/добу; галечник дрібний — 71—300 м/добу; середній — 301—500 м/добу; крупний — більше ніж 500 м/добу.

Довжина робочої частини фільтра визначається, виходячи з відомих даних про потужність та водопроникність водоносного горизонту. Для потужних водоносних горизонтів довжину робочої частини фільтра визначають за формулою , де Q — дебіт свердловини, м3/г; d — зовнішній діаметр фільтра, мм; — емпіричний коефіцієнт зі значеннями: пісок дрібний при k = 2 — 5 м/добу — 90; середній при к = 6 — 15 м/добу — 60; крупний при k =16 — 30 м/добу — 50; гравій при k = 31 — 70 м/добу — 30.

Практикою буріння свердловини на воду встановлено, що діаметр фільтра має бути не меншим ніж 100 мм незалежно від кінцевого діаметра свердловини. Зменшення діаметра фільтра значно ускладнює його ремонт, порушуються нормальні умови експлуатації свердловини.

Для можливості застосування насоса найбільшої продуктивності фільтр установлюється з короткою надфільтровою трубою, довжина якої визначається розташуванням башмака останньої колони обсадних труб (верх надфільтрової труби має міститься не менше ніж на 3 м вище башмака труб).

Безфільтрові водозабірні сверд­ловин и споруджуються в дрібних і тонкозернистих пісках, якщо над водоносним горизонтом залягає потужна й міцна (не менше ніж 2—3 м) водотривка покрівля (пісковики, опоки, сланці тощо), яка не мас схильності до розмивання, крім тою, водоносний горизонт має бути високонапірним (майже до самовпливу). Особливу увагу при спорудженні безфільтрових свердловин необхідно приділяти цементуванню позатрубного про­стору. Якісне цементування ство­рює надійне зчеплення труб з породами, а також підсилює стійкість покрівлі. І.М.Кришковим розроблені типові схеми вста­новлення башмака колони залежно від виду й потужності покрівлі водоносного горизонту (рис. 163).

Встановлено, що безфільтрові свердловини довговічні (15—20 ро­ків); створюють воронку з великою водозабірною поверхнею, що значно підвищує їхній дебіт; у багато разів скорочуються експлуатаційні витра­ти. Спорудження таких свердловин здійснюється за встановленою схе­мою. Після розкриття водоносного горизонту продовжується промиван­ня глинистим розчином. Через де­який час переходять на промивання водою, що сприяє інтенсивному винесенню піску й очищенню свер­дловин від глинистого розчину. Після припинення промивання в свердловину опускають експлуатаційну колону (діаметром 168 мм) і цементують її способом Перкінса, після чого розпочинають відкачування води із свердловини, використовуючи обсадну колону як водопідйомну, а бурильні труби — як повітронагнітальні. Спочатку відкачування пульпи здійснюється за одночасної роботи насоса та ерліфта.

Струмінь води, який подається насосом, розмиває пісок, а ерліфт виносить його на поверхню. При достатньому припливі води до свердловини насос вимикають, продовжуючи відкачування води тільки ерліфтом до повного утворення водозабірної воронки. Відкачування ведеться безперервно, починаючи з невеликих витрат води з поступовим доведенням до величини, яка дорівнює 1,2—1,3 проек­тного дебіту. На створення воронки виграчасгься від 2 до 5 діб за умови винесення піскv від 15 до 30 м3 Відкачування води з розвіду­вально-експлуатаційних свердло­вин. Депресійна кри­ва та депресійна в о р о н к а. Розкриття сверд­ловиною водоносного пласта зу­мовлює відновлення статичного рів­ня внаслідок пластового тиску в ній.

Чим більший пластовий тиск, тим вищий цей рівень (майже до виливання та фонтанування). Відкачування води із свердловини знижує цей рівень, а в разі постійної продуктивності насоса встановлюється динамічний рівень. Чим більша продуктивність насоса, тим нижчий динамічний рівень. На графіку (рис. 164) видно, що величина пластового тиску Р залежить від відстані r. Графік утворений двома симетричними гілками АВ і CD, які називаються депресійною кривою. Обертанням однієї з гілок АВ або CD навколо осі свердловини одержують депресійну воронку навколо експлуатованої свердловини. Якщо на відстані r1 від неї є недіюча (спостережна) свердловина MNT, то тиск у ній відповідатиме ординаті депресійної кривої MN. Пряма BD відповідає величині пластового тиску, який дорівнює Рк.

Пластовий тиск завжди можна замінити напором води, користу­ючись виразом Р = Нр/10. З цієї формули видно, що напір відрізняється від тиску постійним множником р/10. Тому, від­кладаючи по осі ординат не значення тиску, а напори, можна розглянути цей рисунок як графік розподілу напорів навколо свердловини. Динамічний рівень у ній встановлюється на глибині СА, а в спостережних свердловинах рівні встановлюються на глибинах, відповідних депресійній кривій ABCD. Пряма BD відповідає положенню початкового статичного рівня. Різниця між початковими статичним й динамічним рівнями має назву зниження (пониження) рівня.

Види відкачування води зі сверд­ловин. При спорудженні водозабірних свердловин користуються двома видами відкачування: попереднє (будівельне) та пробне.

Попереднє відкачування проводять одразу після встановлення фільтра для очищення води від сторонніх домішок. Відкачування здійснюють до повного освітлення води за сталого режиму припливу (сталість динамічного рівня та постійна продуктивність свердловини). Тривалість відкачування залежить від конструкції фільтра та характеру порід. У дрібнозернистих однорідних пісках вона становить З—5 діб і більше; в середньо- та крупнозернистих — від 2 до 3 діб; у породах з підвищеною водовіддачею (у тріщинуватих міцних породах, гравелистих пісках, чистих галечниках тощо) — від 1 до 2 діб. Відкачування вважається закінченим, якщо вода зовсім чиста, а динамічний рівень і дебіт (продуктивність) свердловини сталі. Відкачування за наявності пісків починається з мінімальної продук­тивності з поступовим її збільшенням; у тріщинуватих міцних породах
— з найбільшою продуктивністю (очищення тріщин від шламу та глини). Якщо планується встановлення заглибного відцентрового насоса, то необхідно уважно спостерігати за виходом шламу.

Пробне відкачування проводиться після попередньої для визна­чення максимальної продуктивності свердловини. В процесі пробного відкачування визначають положення статичного та динамічного рівнів та величину зниження (різниця між рівнями).

Розрізняють дебіт свердловини при певному зниженні рівня води в свердловині та питомий дебіт — продуктивність свердловини Q при S = 1 м.

Якщо водоносний горизонт являє собою стійкі тріщинуваті породи або галечно-гравійні відклади (відкритий забій, перфорована труба, каркасно-стержневий фільтр), тоді допускається одне зниження, коли досягнутий при відкачуванні дебіт дорівнює проектному або більший за нього. Пробне відкачування виконують без перерви, переходячи з одного ступеня зниження на другий, допускається перерва не більш
як на одну годину. При переході в основному спостерігається піскування свердловини, іноді протягом тривалого часу. За наявності гравійної обсипки слід уважно спостерігати за її рівнем і в разі просідання необхідно підсипати гравій.

Водопідйомники для артезіанських свердловин. Для відкачування води з розвідувально-експлуатаційних свердловин застосовують: гли­бинні артезіанські насоси з заглибними електродвигунами (найчастіше); глибинні артезіанські насоси з електродвигунами на поверхні (рідше); аероліфти (ерліфти); водоструминні насоси (за малої продуктивності свердловини); звичайні відцентрові та штангові насоси.

Заглибні насоси з електродвигуном на поверхні, незважаючи на позитивні якості, мають значні недоліки: особлива чутливість до вертикальності свердловини, складність монтажу в свердловині тощо, внаслідок чого вони вважаються застарілими й замінюються глибин­ними насосами з заглибними двигунами.

Ці останні дуже поширилися завдяки компактності та еко­номічності, а їх установлення не вимагає повної вертикальності та прямолінійності свердловини.

Сучасна артезіанська насосна установка, обладнана глибинним насосом із заглибним електродвигуном, складається з глибинного насоса, безпосередньо з'єднаного з електродвигуном і підвішеного до колони водопідйомних (водонапірних) труб. Насос з електродвигуном заглиблюють нижче динамічного рівня води в свердловині, внаслідок Дуже поширені також артезіанські заглибні електронасоси типу АЗВ та АЗВМ (температура води до 15°С, механічні домішки — не більше ніж 0,01 %). Заглибні насоси типу 3MHJI, АЗТ рідше застосовуються в практиці.

Повітряні водоприйомники — ерліфти використовуються для опробування та очищення викривлених і «піскуючих» свердловин. Ерліфт — це пристрій для піднімання води з використанням енергії стисненого повітря (рис. 165).

У свердловину спускають водопідйомну колону 1, а в неї чи поряд із нею — повітропровідну колону 2. В разі ексцентричного розташування колон (труби поряд) вони з'єднуються камерою-змішувачем 3. Виходячи з отворів цієї камери, повітря змішується з водою, утворюючи повітряно-водяну емульсію.

При концентричному розташуванні колон (труба в трубі) нижня частина повітропроводної колони на відстані 1,5—2,0 м від нижнього кінця має отвори діаметром 5 мм. Сумарний прохідний переріз отворів у 1,5—2 рази більший за площу поперечного перерізу повітропровідної труби. Принцип дії ерліфта базується на різниці питомої ваги рідини та суміші повітря з водою (емульсії). Робота ерліфта полягяє в тому, що стиснене повітря, вироблене компресором, надходить повітропровідною колоною до змішувача, з якого виходить у водопідйомну трубу. Утворена емульсія піднімається повіт­ропровідною колоною й виливається на поверхню. Швидкість руху емульсії зростає від змішувача до поверхні за рахунок енергії, яка утворюється при розширенні бульбашок повітря в емульсії (від 2,5—3,0 м/с поряд зі змішувачем до 6—8 м/с біля виливу).

Експлуатаційні показники ерліфтів наведені в табл. 13.

Таблиця 13. Експлуатаційні показники повітряних водопідйомників (ерліфтів)

Примітка. Повітропровідна колона розташована концентрично.

Вибір марки заглибного насоса проводиться за кривими робочих характеристик, які є в каталогах насосів. Ерліфт розраховують на основі проекту водозабірної свердловини (табл. 14).

Таблиця 14. Схема розрахунку ерліфта

*Сума витрати тиску в повітряній лінії від компресора до свердловини залежно від діаметра труб та їхньої довжини.

Водоструминні водопідйомники (гідроелеватори) застосовуються порівняно рідко внаслідок дуже низького ККД (0,15—0,20) і необхідності мати джерело водопостачання для приведення їх у дію Принцип роботи гідроелеватора базується на залученні до руху часток води частками її робочого струменя, який спеціально подасться насосом у свердловину.

Як правило, відцентрові насоси використовуються при динамічних рівнях, розташованих на глибині не більше ніж 6—7 м.

Внаслідок низької продуктивності (до 12 м3/год) штангових поршневих насосів вони застосовуються рідко. Приводом цих насосів є серійні підйомні лебідки ВЛЗМ і «Бурвод-ІІІ».

Зміст проекту водозабірної свердловини. Проект водозабірної свердловини складається з трьох частин: пояснювальної записки, гсолого-технічного наряду та графіка робіт.

Пояснювальна записка містить: 1) попередній геологічний розріз із вказівкою стратиграфічних індексів порід, ярусів, горизонтів, світ і пластів, літологічного опису, категорій порід за буримістю, потужністю та глибиною залягання їхньої підошви, водоносні горизонти з вказівкою положення рівня води та орієнтовної величини питомого дебіту; 2) вибір експлуатаційного насоса залежно від проектного дебіту й напору; його коротку технічну характеристику, включаючи графік робочої характеристики насоса; 3) вибір фільтра та визначення його розмірів (відстійника, робочої частини, над-фільтрової труби); 4) проектувальну конструкцію свердловини з вказівкою на початковий і кінцевий діаметри й глибину спускання обсадних колон відповідно до способу буріння; 5) спосіб цементування обсадних колон з відповідним розрахунком; 6) специфікації бурового обладнання та інструменту (бурової колони, долота тощо), основних матеріалів (обсадних труб, башмаків, фільтрів тощо); 7) намічені геофізичні дослідження у свердловині; 8) вибір насоса для пробного або іншого відкачування води зі свердловини з відповідним розрахунком; 9) дані про опробувані свердловини (види відкачування, тривалість, продуктивність відкачування та кількість, величина та кількість і послідовність знижень, порядок відбору проб води для проведення хіміко-бактеріологічних досліджень, кількість відбору та об'єм відібраних проб); 10) заходи безпеки проведення робіт.

Геолого-технічний наряд складається з двох частин: геологічної й технічної. Зміст ГТН для колонкового та ударно-канатного способів буріння наведено в додатках.

Графік спорудження свердловин має передбачати витрати часу на окремі види робіт з вказівкою на послідовність їх проведення (дод. 1).

Інженерно-геологічні дослідження у свердловинах. Інженерно-ге­ологічні дослідження проводяться за двома напрямами: а) буріння інженерно-геологічних свердловин для відбору зразків грунтів та вивчення їх у лабораторії; б) проведення інженерно-геологічних робіт за допомогою спеціального обладнання для визначення кількісних деформаційних і міцнісних показників властивостей грунтів у природних умовах.

Для визначення показників механічних властивостей грунтів безпосередньо в бурових свердловинах застосовують випробування штампом, пресіометрію, кільцевий та обертальний зрізи, іскіметрію. Випробування грунтів дослідним навантаженням на штампи найчастіше застосовується на заключній стадії проектування (робоче креслення) для оцінки несучої здатності грунту безпосередньо під будь-яким елементом фундаменту й рідше — для загальної оцінки механічних властивостей окремих літологічних різновидів грунту в районі планованого будівництва. Результати штампових випробувань дають змогу визначити модуль деформації крупноуламкових, піщаних і глинистих грунтів. Метод має багато варіантів, вибір яких залежить від місцевості, характеру грунту й проектованої споруди.

Штампові дослідження проводять у бурових свердловинах діа­метром не менше ніж 325 мм та завглибшки до 10 м вище рівня підземних вод за допомогою буріння ударно-канатним, вібраційним та обертальним способами. З глибини 1,0—1,5 м, яка є вищою за відмітку випробування, свердловину бурять з особливою обережністю, для запобігання ушкоджень забою. Після буріння забій свердловини ретельно зачищають і на трубах діаметром 219 мм опускають круглий жорсткий штамп, площа якого — 600 см (в основному за­стосовуються штампи конст­рукції ДПІ Фундаментпроекту та НДІ основ і підземних споруд). Для вимірювання оса­док штампа застосовують прогиномір або самописні при­строї (рис. 166).

Випробування грунтів шляхом статичного на­вантаження здійснюють плав­ним прикладанням до штампа навантаження різних сту­пенів, значення яких регла­ментовані. Навантаження ут­римується до умовної стабі­лізації, яка відповідає приростові деформації не біль­ше ніж 0,1 мм за визначений для різних грунтів час.

Пресіометричний метод засновується на стисканні грунтів у свердловині з вимірюванням тиску стиснення та відповідних дефор­мацій. Пресіометр, який використовують для випробування грунтів на стиснення, складається із зонда (робочої камери), який роз­міщують у свердловині, обладнання для створення тиску та вимірювання радіальних переміщень оболонки зонда під тиском (рис. 167). Як правило, використовують зонд діаметром від 76 до 127 мм, а довжина камери зонда мас бути не меншою як 4 її зовнішніх діаметри. Використовують пресіометри з гідравлічною, електричною та механічною системами вимірювання деформації.

У гідравлічних радіальних пресіометрах переміщення робочої камери вимірюють за зниженням рівня рідини у водовимірювальній трубці. Гідравлічні пресіометри складаються з трьох камер — середньої робочої та двох крайніх навантажувальних для створення умов навантаження, близьких до плоскої задачі.

Радіальні пресіометри електропневматичного або повітряно-елек­тричного типу (ІГП-21 тощо) мають одну спільну (суцільну або багатосекційну) камеру з вимірюванням переміщень у центральній частині на ділянці 1/3 від її довжини, де забезпечується рівномірна деформація. Переміщення вимірюють датчиками індукційного або тензометричного типів, розташованими всередині камери з виведен­ням на реєстраційну апаратуру. Джерело створення тиску (балон або насос) з'єднується з камерою пресіометра еластичним шлангом високого тиску.

У пресіометрах механічного типу (ЛПМ-15, ЛПМ-14С та ЛПМ-15С тощо) тиск утворюється при висуванні за допомогою важільних систем жорстких оболонок сегментної або лопатей прямокутної (двотаврової) форми. Занурення таких радіальних і лопатевих пресіометрів може проходити й без буріння свердловини — за методом удавлювання в масив. Переміщення лопатей та оболонок у грунті фіксується датчиками механічного типу.

Для випробування слабких грунтів, де стінки свердловин втрача­ють стійкість під час проходження, застосовують спеціальні техно­логії, пов'язані з використанням зовнішньої (нерухомої) та вну­трішньої (підйомної) обсадних труб. При випробуванні просадочних грунтів із замочуванням доцільно використовувати розрізну обсадну трубу з гнучкою ділянкою, зібраною з окремих гнучких або жорстких шарнірних елементів, прикріплених до основної навантажувальної труби з ріжучою кромкою знизу. Занурення лопатевих пресіометрів виконується вдавлюванням їх у нестійкі грунти.

Глибина пресіометричних випробувань становить 20—25 м і більше. На певній глибині в робочу камеру пресіометра нагнітається газ або рідина. Критерієм умовної стабілізації деформації беруть швидкість збільшення діаметра (радіуса) свердловини, який не перебільшує 0,1 мм за визначений час, від режиму випробування — повільного або швидкого. В результаті вимірювання деформації стінок свердловини одержують залежність у вигляді діаграм напруження-деформація, які інтерпретуються відносно показників стиснен­ня порід.

Випробування кільцем та обертальним зрізом дають змогу в першому випадку визначити характеристики міцності глинистих грунтів — питоме зчеплення с та кут внутрішнього тертя Q окремо в умовах передачі тиску до стінок свердловини (зсувні установки конструкції УПІ та ПНДІІС), а в другому випадку — спільний опір зсуву R, завдяки зрізанню грунту хрестоподібною лопато-крильчаткою в забої свердловини (установки ВНДІ транспортного будівництва, ДПІ Фундаментпроекта та ПНДІІС).

Міцнісні властивості грунтів у бурових свердловинах за методом кільцевого зрізання під тиском визначаються у зрізі при заданому горизонтальному тиску ґрунтового циліндра, який утворюється навколо свердловини. Випробувальний прилад виготовляють у вигляді навантажувальної камери з еластичною або жорсткою оболонкою, яку з зовнішнього боку охоплюють жорсткими поздовжніми елемен­тами, що розширюються при створенні тиску всередині камери. Поздовжні елементи мають у власній конструкції поперечні, які заглиблюють у грунт, або поздовжні лопати-зрізувачі невеликої товщини. Після створення нормального тиску до стінок свердловини наближають зріз ґрунтового циліндра по кільцевій поверхні завдяки поступальному зміщенню або повороту при обертальному зрізанні робочого органу. Зрізальні лопати після зниження тиску повертаються до початкового положення.

Для отримання параметрів зсуву с та в проводять не менше ніж З досліди на зріз при істотно різних значеннях нормального до поверхні зрізу тиску. Довжина робочого органу Н береться не менше ніж 3 діаметри.

Кожне дослідження на кільцевий зріз проводиться або на нарізних горизонтах із пересувного приладу в шарі однорідного грунту або ж на одному горизонті за методом повторних зсувів. Метод повторних зсувів базується на послідовному зміщенні грунту при різних значеннях зростаючого нормального тиску. Кожний зсув здійснюють у грунті непорушеної структури.

Поиск по сайту: