КОНСТРУКЦІЇ СВЕРДЛОВИН
Зміст книги - Буріння свердловин на воду
Глава III. Кріплення свердловин
1. КОНСТРУКЦІЇ СВЕРДЛОВИНВибір та обґрунтування конструкції свердловин — найважливіші заходи, від яких залежать якість виконуваних робіт, їх економічність. Конструкції свердловин, залежно від призначення, повинні відповідати певним вимогам. Так, конструкції розвідувальних свердловин повинні забезпечувати: високоякісне випробування всіх або в залежності від призначення деяких з розкритих водоносних горизонтів; економічність (вартість застосовуваних матеріалів, трудові витрати та ін.); найменший по можливості діаметр стовбура свердловини повторне використання фільтра та обсадних труб; простоту ліквідації свердловини та високоякісний ліквідаційний тампонаж. Конструкції експлуатаційних свердловин повинні забезпечувати: високоякісне розтин продуктивних водоносних горизонтів з метою їх експлуатації при мінімальних опорах фільтрових зон; тривалий термін експлуатації та мінімальний темп зниження продуктивності; виконання ремонтних та відновлювальних робіт; ретельну ізоляцію водоносних горизонтів один від одного, за винятком тих, що експлуатуються спільно; економічність (вартість застосовуваних матеріалів, трудові витрати та ін.); мінімально можливий діаметр стовбура свердловини найменші опори під час підйому води насосом.
Таким чином, наведені вимоги до конструкцій свердловин дуже специфічні і в ряді випадків перебувають у складній залежності між собою. Тому вибір та обґрунтування тієї чи іншої конструкції свердловин повинні базуватися на ретельній оцінці всіх факторів і насамперед тих, які для конкретних умов виконання робіт є головними. Побудова конструкціїсвердловини починають з при-фільтрової зони після визначення кінцевого діаметра свердловини, типу та конструкції прифільтрової зони. Кінцевий діаметр, як відомо, повинен забезпечувати певну продуктивність та проведення необхідного комплексу гідрогеологічних досліджень та спостережень. Тип і конструкція фільтра залежить від водовмещающих порід, хімічного складу підземних вод, можливого терміну служби фільтра та інших. (див. розділ IV). Для експлуатаційних свердловин проводять ретельну затрубну цементацію, що виключає, з одного боку, зв'язок окремих водоносних горизонтів між собою, їх забруднення та зміщення, а з іншого — підвищує антикорозійні властивості обсадних труб та збільшує термін їхньої служби. Діаметр долота в цьому випадку визначають із умови: Е>д = Е>м + 2о, (1) де Цц - діаметр долота, мм; Дя - діаметр муфти обсадної труби, мм; б - зазор, мм. При 250 мм б = 20-50 мм. Чим більший вихід колон, тим більше приймається зазор. В останні роки при бурінні свердловин на нафту та газ застосовують зменшені значення проміжків - 7-15 мм. Однак це можливо лише при використанні високоякісних цементних розчинів та правильної технології цементування свердловин.
Перша колона - кондуктор служить для кріплення верхніх інтервалів стовбура свердловини та гирла. Експлуатаційна колона забезпечує кріплення стовбура свердловини на більших глибинах. В експлуатаційній колоні зазвичай встановлюють насос для підйому води. У свердловинах глибиною понад 300 м і у разі розтину несприятливих інтервалів (сильне поглинання рідини для промивання та ін.) може встановлюватися проміжна технічна колона. Цементацію проводять при високих значеннях швидкостей підйому цементних розчинів у затрубному просторі (більше 1,0-1,5 м), інакше якість затрубноїцементації буде незадовільним. У всіх випадках обсадні колони забезпечують центруючими ліхтарями (рис. 3). У конструкції свердловини розрізняють наступні елементи кондуктор (напрямок), експлуатаційну колону і фільтр. У стійких водовмісних породах фільтр не встановлюють. У нестійких водовмещающих породах застосовують фільтри різних типів і конструкцій. Фільтр може бути змонтований на експлуатаційній колоні, а ізоляцію вищележачих водоносних горизонтів здійснюють шляхом затрубної цементації через манжету (рис 4, е)>
Зрозуміло, що рекомендації щодо застосування одноколонних конструкцій свердловин на воду, незважаючи на їхню простоту і дешевизну, можуть стосуватися тільки тих районів, де термін служби становить не менше 10—15 років, в іншому випадку це може призвести до невиправданого збільшення обсягу буріння свердловин і витрати обсадних труб При встановленні високопродуктивного насоса верхній інтервал стовбура бурят і обсаджують колоною відповідного розміру (рис 4, б) У разі каптажу високонапірних, самовиливних і термальних водоносних горизонтів їх герметизацію обов'язково здійснюють цементацією обсадних колон до гирла з застосуванням цементу. При великих глибинах буріння в ряді випадків затрубну цементацію до гирла можна замінити підчеревною, якщо виключені гідравлічний зв'язок водоносних горизонтів, втрати напорів і забруднення підземних вод.витрати коштів та часу мало відрізняються від відповідних витрат при затрубній цементації обсадних колон до гирла, але гарна якість цементації при цьому гарантувати важко.
Манжетну цементацію проводять після робіт з освоєння та розглінізації, в іншому випадку фільтр і сам водоносний пласт будуть тривалий час перебувати в контакті з глинистим розчином, а це ускладнить роботи з розглінізації. Застосування підчеревної цементації обумовлює наявність у конструкції свердловини ділянки обсадної колони, яка безпосередньо контактує з породою. Якщо свердловина експлуатаційна та підземні води агресивні до металу, то через можливість корозії та передчасного виходу обсадної колони з ладу таку конструкцію не застосовують. У ряді випадків (при великій глибині свердловин, частому перешаровуванні порід різної твердості, агресивності підземних вод) застосовують обсадні колони, у тому числі і хвостовики із затрубною цементацією та наступним прострілом перфораторами або розкриттям гідропіскоструминним способом. При каптажі водоносних горизонтів, представлених нестійкими тріщинуватими і гравілистими породами, їх кріплять фільтрами дірчастого та щілинного типу. У пухких нестійких породах використовують сітчасті, дротяні, блокові та гравійні фільтри. Гравійно-обсипні фільтри широко застосовують у свердловинах, пройдених обертальним способом зі зворотним промиванням (Гаврил-ко, 1974). Гравійно-обсипні фільтри вимагають установки дірчастого або щілинного каркасу, причому останній зазвичай є експлуатаційною колоною (рис. 5). Установку каркасів фільтрів таємно проводять рідше, так як це пов'язано з певними труднощами обладнання свердловин, а заміна таких каркасів практично все одно важко здійснити. Гравій засипають через гирло (при невеликій глибинісвердловини) великими порціями, щоб не було розшарування обсипання. При глибинах свердловини понад 80-100 м обсипання ведуть через живильні труби діаметром від 70 до 100 мм.
Гравій засипають у свердловину з таким розрахунком, щоб його рівень був вищий за покрівлю водоносного горизонту. Враховуючи можливе зниження рівня гравію при експлуатації свердловин, гравійне обсипання роблять із деяким запасом. Якщо все ж таки рівень гравію знизиться до покрівлі водоносного горизонту, то проводять повторне обсипання. У тих випадках, коли водоносні піски представлені тонкозернистими та дрібнозернистими різницями, використовують двошарові гравійні обсипки. Для цього використовують додаткову колону обсадних труб. Двошарові гравійні обсипки найбільш поширені при ударно-канатному способі проходки свердловин. У практиці водопостачання та гідрогеологічних досліджень двошарові обсипки через технологічну складність використовують дуже рідко.
У пухких породах при стійкій покрівлі успішно застосовують безфільтрові свердловини (Бєляков та інших., 1974). Якщо проводять каптаж двох водоносних горизонтів, часто гідравлічно активно пов'язаних між собою та представлених різними породами, то встановлюють два фільтри різної конструкції на одній колоні (рис. 6). Верхній фільтр сітківки відокремлений від нижнього фільтра дірчастого типу цементною пробкою. Розглінізацію (освоєння) фільтрів ведуть окремо, причому розтин водонасичених вапняків рекомендується проводити з промиванням водою. Через технологічну складність такі конструкції свердловин застосовують досить рідко. Спостережні (п'єзометричні) свердловини на перший (верхній) водоносний горизонт обладнають однією колоною труб з фільтром на кінці (рис. 7). У верхній частині роблять цементний або глинистий замок на глибину до 0,5 м.попередження забруднення водоносного горизонту, а колону обладнають охоронним оголовком.
Якщо спостережну свердловину бурять на другій і більш глибокі водоносні горизонти, то його необхідно ізолювати від водоносних горизонтів, що лежать вище, це досягається спуском обсадної колони до покрівлі водотривких порід і установкою фільтра впотай Тампонаж найчастіше проводять за допомогою задавлювання черевика в глинисті породи або шляхом 6>Установку фільтра в спостережні свердловини рекомендується проводити без застосування глинистої промивки, в іншому випадку необхідна ретельна розглінізація. розраховують на тривалий відбір з них води, можна використовувати фільтри великих опорів. інерційності п'єзометра, так як дозволяє при відомій швидкості зміни рівня в свердловині судити про похибку п'єзометра Якщо опір фільтра виявляється занадто великим, то проводять повторне прокачування свердловини абоЗамінюють фільтр В даний час неглибокі п'єзометричні свердловини (до 50 м) бурять в основному установками комбінованого і роторного типу. шнеки вилучаються зі свердловини, і, незважаючи на те, що стінки свердловини обрушуються, під примусовим тиском системи подачі обертача бурових установок п'єзометр вводиться в пласт (Башкатов, Олоновський, 1968). їх шнековому варіанті, обладнання ж свердловини фільтром проводять за технологією ударного способу. фільтрів усередині колони шнеків При заляганні водоносного горизонту на глибині до 10—15 м свердловину можна обладнати без попередньої проходки, використовуючи забивні п'єзометри (фільтри) Робоча частина фільтрів