Конструкции скважин на воду

Принцип проектирования конструкции скважин на воду тот же, что и при бурении разведочных скважин на твердые полезные ископаемые (см. здесь). Однако конечный диаметр водозаборной скважины устанавливается в зависимости от выбранного диаметра фильтра с учетом поперечных габаритов водоподъемного оборудования.

Зная заранее установленную мощность вскрытия водоносного пласт, можно задаться длиной рабочей части фильтра и определить его минимально необходимый диаметр (в мм):

  (6.1)

где Q - дебит скважины, м3/ч; l_р - длина рабочей части фильтра, м; α -эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометрического состава породы водоносного горизонта, для мелкозернистого песка α =90, для среднезернистого α =60, для крупнозернистого α= 50 и для гравийных отложений α =30.

В соответствии с расчетом и стандартными размерами труб подбирают диаметр фильтра и устанавливают конечный диаметр скважины. IIо проектному расходу Q и ожидаемому динамическому уровню воды в скважине подбирают водоподъемник, а по его габаритам - эксплуатационную колонну, в которой он будет установлен. Внугрснний диаметр эксплуатационной колонны должен быть больше диаметра водоподъемника на 20-40 мм. Затем выбирают способ установки фильтра в скважине: на эксплуатационных трубах или впотай и при необходимости корректируют диаметры фильтра и эксплуатационных труб, но только в сторону их увеличения по сравнению с расчетными.

Исходя из необходимости крепления пород проектного геологического разреза и обеспечения санитарно-технической надежности скважины, определяют число промежуточных колонн, их диаметры и глубины спуска.

При вращательном бурении с промывкой и небольшой глубине залегания водоносного горизонта (80-100 мм) в большинстве случаев применяется одноколонная конструкция скважины. Дополнительная промежуточная колонна должна быть предусмотрена: в сложных гидрогеологических условиях для предупреждения прорыва высоконапорных вод по затрубному пространству при встрече зон разлома и зон интенсивных поглощений, которые не удастся изолировать с помощью специальных промывочных жидкостей. При большой глубине залегания водоносного горизонта (200-300 м) предусматривается двух-, трех-, а иногда и четырех колонная конструкция скважины. Следует учитывать необходимость зашиты скважины от проникновения в нее воды из неиспользуемых водоносных горизонтов. С этой целью предусматривается затрубное цементирование кондуктора и эксплуатационной колонны (в некоторых случаях и промежуточной колонны).

При ударно-канатном бурении выход колонн обсадных труб из-под башмака предыдущей колонны не должен превышать 30-50 м.
Сооружение бесфильтровых скважин, наиболее совершенных по способу вскрытия и освоения водоносных пластов, позволяет уменьшить диаметры скважин и упростить их конструкцию.

Для бурения водозаборных скважин роторным и ударно-канатным способами обычно применяют стальные муфтовые обсадные трубы с короткой и удлиненной конической резьбой треугольного профиля по ГОСТ 632-80.

Диаметр долота для бурения под обсадную колонну

D_д=D_м+2δ                    (6.2)

где D_м - диаметр соединительной муфты спускаемой обсадной колонны, по ГОСТ 632-80; δ - зазор между стенками ствола скважины и диаметром муфты, δ=20 мм для труб диаметром до 250 мм; δ=25+40 мм для труб диаметром более 350 мм; δ=2÷5 мм, если не предусматривается цементирование затрубного пространства.

Кроме стальных обсадных труб, в практике бурения скважин на воду используют пластмассовые (полиэтиленовые, полипропиленовые и др.) трубы. Эти трубы обладают значительно меньшей прочностью, чем стальные, но они более устойчивы к воздействию агрессивных вод.

Таким образом, конструкция скважины на воду должна обеспечивать:

• возможность получения расчетного расхода воды;
• надежную изоляцию эксплуатационного или исследуемого водоносного горизонта от лежащих выше водоносных горизонтов;
• установку фильтровой колонны в пределах водоносного горизонта;
• длительный срок эксплуатации и возможность проведения ремонта и восстановления скважины.

Пример 6.3. В геологическом строении района проектируемой скважины принимают участие отложения четвертичного периода, перекрытие сверху маломощной толщей (3 м) современных отложений; суглинки с прослоями водонасыщенных песков (мощность 20 м); мощность водоносного горизонта, располагающегося на глубине 23 м в среднезернистых песках, 10 м, напор его 21,5 м (статический уровень h_ст=1,5м).

Необходимо понизить статический уровень не менее чем на 7 м. Предполагаемый дебит Q=21м3/ч. В скважине установлен гравийно-обсыпной фильтр с уширенным контуром. Диаметр каркаса фильтра -127 мм, а наружный диаметр D_ф= 195мм. Общая длина фильтровой колонны l_ф=16м. Для откачки воды из скважины используется насос 2ЭЦВ8-25-100.

Требуется обосновать конструкцию скважины.

Обоснование. Конечный диаметр скважины определяется расчетным диаметром фильтра и принимается равным 215,9 мм. С учетом характера пород разреза, а также конечной глубины скважины предусматривается одна колонна обсадных труб, которая в то же время будет эксплутационной. Глубина ее спуска принимается 23 м, что вполне обеспечит надежную изоляцию слоя слабообводненных суглинков. Диаметр эксплуатационной колонны, подобран в зависимости от погружного насоса и равен 244,5 мм при толщине стенки 10 мм.

Диаметр долом для бурения скважины под эксплуатационную колонну, вычисленный из выражения 6.2 равен 295,3 мм.
Данные о запроектированной конструкции скважины сведены в табл.6.1.

Таблица 6.1 Запроектированная конструкция скважины

Горные породы	Интервал бурения, м	Диаметр долота, мм	Обсадные трубы, фильтр
			Диаметр, мм	Глубина спуска, м
Супеси с прослоями мелкозернистого песка	0-3	295,3	-	-
Суглинки с прослоями водонасыщенных мелкозернистых песков	1 3-23	295,3	245	23
Пески среднезернистые	23-35	215,9	194	35

Пример 6.4. Обосновать конструкцию водозаборной скважины ударно-канатного бурения для следующих условий: предполагаемый дебит водоносного горизонта Q=31м3/ч; ожидаемый динамический уровень 55 м; геологический разрез представлен следующими породами (в м): суглинки (0-6); мелкозернистый песок с гравием (6-20); суглинки с гравием и галькой (20-36); разнозернистый песок с гравием (36-54); плотные суглинки (54-74); среднезернистый песок (водоносный горизонт) (74-89); плотные глины (89-104).

Обоснование. Примем длину рабочей части фильтра l_р=13м; длину отстойника l₀=3м, длину надфильтровой части l_н=2м. Тогда общая длина фильтровой колонны составит

l_ф=l_р+l₀+l_н=13+3+2=18м.

Глубина скважины с учетом пересечения водоносного пласта с заглублением в подстилающие плотные глины на 3 м с целью установки отстойника составит H=92м.

Выбирается фильтр с трубчатым перфорированным каркасом и фильтрующей сеткой галунного плетения.
Минимально необходимый диаметр фильтра по формуле (6.1)

Принимается каркас диаметром 168 мм.

Кроме эксплуатационной колонны (глубина спуска 76) намечается спуск следующих обсадных колонн: направления на глубину 23 м с заглублением в суглинки с гравием и галькой; промежуточной колонны на глубину 57 м с заглублением в плотные суглинки.

Диаметры запроектированных колонн и долот для бурения под эти колонны:

эксплуатационной колонны - 219/201 мм, диаметр долота по формуле (6.2)

D_д²¹⁹ = 244,5 + 2 • 20 = 284.5 мм ;

выбирается двутавтровое долото диаметром 298 мм;
промежуточной колонны - 3247307 мм;
диаметр долота - двутавтровое 445 мм;
направление - 508/486 мм.

Под направление следует предусмотреть желонку диаметром 530 мм.