ЛЕКЦИЯ_№15. Гидрогеологическое бурение и опытно
 Скачать 175.29 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №15 ТЕМА: ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ БУРЕНИЕ И ОПЫТНО- ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ РАБОТЫ При проходке скважин на воду могут применяться любые из рассмотренных выше видов бурения. Поэтому ниже излагаются специфические требования к гидрогеологическим и водозаборным скважинам и особенности их проведения. В зависимости от того, где будет использоваться вода, к ней предъявляются те или иные требования. Так, подземные воды, используемые для водоснабжения и орошения, питьевые воды не должны содержать в растворенном виде заметного количества солей различных элементов. С другой стороны, воды со значительным содержанием таких элементов, как радий, йод, бром и др., могут служить источником добычи этих элементов. Подземные минеральные воды являются одним из важных лечебных средств. Горячие и перегретые воды находят применение для теплофикации городов, обогревания теплиц, для выработки электроэнергии. Однако не всегда наличие подземных вод является положительным фактором. В ряде случаев они весьма осложняют строительство гидротехнических сооружений, проходку горных выработок, эксплуатационные работы: прорывы вод в горные выработки влекут за собой катастрофические последствия. Поэтому на сильно обводненных месторождениях до начала горных работ проводят дорогостоящие мероприятия по снижению напора подземных вод и по предотвращению обводнения горных выработок. Особенности бурения скважин на воду Вращательное бурение скважин на воду Наиболее распространенным способом разведки и эксплуатации подземных вод до настоящего времени остается бурение скважин и колодцев. Выбор способа бурения определяется многими факторами: а) степенью гидрогеологической изученности района, б) характером водоносного горизонта, в) целью работ – городское или сельскохозяйственное водоснабжение, орошение, гидронаблюдение, осушение; г) степенью достоверности геолого-гидрогеоло- гической информации, получаемой при данном способе бурения; д) технико-экономическими показателями рассматриваемого способа бурения. Наибольшее распространение имеет вращательное бурение без отбора и с отбором керна. При этом может быть использовано «сухое» бурение: шнековое и ковшовыми бурами; с продувкой, но наиболее часто – с промывкой водой, глинистым раствором или безглинистыми промывочными жидкостями. Для бурения до глубины 500 м с целью водоснабжения и мелиорации применяется специализированный агрегат БА-15В, укомплектованный оборудованием, необходимым для выполнения всего комплекса работ по сооружению скважин на воду. Кроме того, используются буровые установки типа УРБ-2,5А, УРБ-3АМ и др. Бурение глубоких скважин на минеральные воды, гидроминеральное сырье и др. осуществляется агрегатами Уралмаш-3Д, 5Д, 6Э, БУ-85Бр и др. Технология бурения скважин на воду до встречи водоносного горизонта осуществляется в соответствии с выбранным способом и по методике, рассмотренной в предыдущих главах. Наиболее ответственным при вращательном бурении с промывкой является процесс вскрытия водоносного горизонта. 1. Когда водоносный горизонт представлен малодебитными мелкозернистыми породами, при вскрытии его особую опасность представляет возможная глинизация стенок скважин и закупорка (кольматация) пор пласта. В этих условиях обычно применяют безглинистые промывочные жидкости или в отдельных случаях высококоллоидный глинистый раствор с минимальной водоотдачей и минимальной толщиной глинистой корки. Возможная глубина проникновения глинистого раствора в пласт будет тем меньше, чем выше его структурные свойства: величина предельного статического напряжения сдвига и его вязкость. Такой же раствор применяют для вскрытия водоносного горизонта, представленного скальными слабо трещиноватыми породами. При вскрытии песчаных и песчано-гравийных водоносных горизонтов с промывкой глинистым раствором может происходить интенсивная кольматация прифильтровой зоны. В этих условиях иногда глинистый раствор заменяют на карбонатный. Возникающую при этом кольматацию пород легко устраняют соляно- кислотной обработкой. При воздействии соляной кислоты на карбонатную корку в присутствии пенообразующих веществ типа КССБ и других в прифильтровой зоне образуется значительное количество пены, способствующей более эффективному удалению шлама, глинистых и песчаных частиц. Удельный дебит скважин, пробуренных с промывкой карбонатными растворами, более чем в два раза выше удельных дебитов скважин, пробуренных с использованием глинистых растворов. В сильно трещиноватых водоносных породах бурение можно вести чистой водой или с местной призабойной циркуляцией. При бурении скважин на воду часто применяется вращательное бурение с обратной всасывающей промывкой. Сущность этого способа заключается в том, что вода самотеком поступает из емкости в скважину в кольцевое пространство между колонной бурильных труб и стенками скважины и вместе с разбуренной породой отсасывается центробежным насосом или эрлифтом (см. разд. 9.2.2) по бурильным трубам на поверхность. При этом способе: 1) сокращаются сроки освоения скважины, т. к. бурение производится с водой, а не с глинистым раствором; 2) создание скважины большого диаметра позволяет значительно увеличить ее дебит за счет устройства надежной песчаной или гравийной обсыпки фильтра. Кроме того, всасывающий способ бурения позволяет получить высокие скорости проходки, особенно в рыхлых отложениях и скважинах диаметром до 600 мм. Этим способом проходятся в основном скважины до глубины 300 м. Практически возможно осуществлять бурение до глубины 500 м. Для бурения скважин с обратной всасывающей промывкой до глубины 100 м применяется установка УВД-100. В процессе проходки скважины с обратной промывкой поддержание пород в стенках скважины в устойчивом состоянии достигается гидростатическим давлением воды. При этом необходимо, чтобы уровень воды все время поддерживался на отметке устья. Допустимой величиной разности напоров между статическим уровнем и уровнем напорных вод считается 3 м. Бурение этим способом ведется на малых оборотах (1-я скорость). Запас воды для промывки при этом способе бурения определяется в основном потерей ее на фильтрацию; в среднем он устанавливается равным тройному объему скважины. При бурении скважин диаметром 1 м до глубины 100 м объем отстойника принимают около 240 м 3 . Перед пуском всасывающего насоса скважина должна быть заполнена водой до устья. Скорость движения промывочной жидкости в бурильных трубах обычно в пределах 3 м/с. При вскрытии неустойчивых водоносных горизонтов, представленных сильноминерализованными водами, прибегают к применению специальных промывочных жидкостей (глинистых, сапропелевых, распадающихся полимерных и т. д.), обработанных химическими реагентами. Выбор конструкции скважины при бурении на воду (одно- или многоколонная, с фильтром или без него и т. д.) определяется в основном гидрогеологическими условиями, в соответствии с которыми задают: 1) глубину скважины, 2) уровень воды в ней, 3) размеры и конструкцию фильтра. Однако конкретные параметры: диаметр обсадных труб, глубина их спуска и интервалы ствола скважины, пройденные без крепления, зависят еще от целого ряда факторов: 1) особенностей геологического разреза, свойств горных пород; 2) типа водоподъемного насоса, который будет использоваться; 3) способа бурения и необходимости проведения цементации затрубного пространства колонн обсадных труб; 4) способа крепления и материала используемых обсадных труб; 5) возможного срока службы данной скважины. Опытные откачки являются основным видом гидрогеологических работ, позволяющим более точно определить фильтрационные характеристики водоносного горизонта и спрогнозировать понижение уровня в эксплуатационных скважинах во времени. 104 Прокачка скважин производится насосами типа ЭЦВ. Применение эрлифта нецелесообразно в виду его малой эффективности при низком статическом уровне. В конце каждой прокачки отбираются пробы воды на анализ из каждой скважины согласно разделу 3.2. Первой сооружается скважина для технического водоснабжения №1т. После сооружения и прокачки до осветления воды, погружной насос оставляется в скважине, а буровая установка демонтируется и передвигается на следующую скважину. Далее на скважине №1т запускается длительная опытноэксплуатационная откачка продолжительностью не менее 30 суток. Откачка производится погружным насосом ЭЦВ 6-16-90, с дебитом близким к проектному (14.6 м3 /час). Замеры глубины уровней производятся в эксплуатационной колонне. Насос устанавливается на один-два метра выше водоприемной части эксплуатационной колонны. Дебит регулируется задвижкой в процессе прокачки, по динамическому уровню – динамический уровень должен быть выше глубины спуска насоса на 10 метров и более после условной стабилизации уровня. По окончанию откачки, останавливают насос и прослеживают восстановление уровня. После восстановления уровня, на скважине №1т запускают новую опытную откачку с дебитом в два раза ниже проектного (6-8 м3 /час), продолжительностью одни сутки. Дебит регулируется задвижкой в конце предыдущей откачки. Замеры глубины уровня проводятся внутри эксплуатационной колонны. По окончанию откачки, останавливают насос и прослеживают восстановление уровня. Откачиваемая из скважины №1т вода используется при сооружении скважин хозяйственно-питьевого водоснабжения №1 и №2. Излишки воды, при их наличии, сбрасываются по временному трубопроводу длинной 100 метров в понижения рельефа. После сооружения и прокачки скважины №1, на ней проводится опытная откачка продолжительностью одни сутки. Откачка производится погружным насосом ЭЦВ 4-1,5-80, с дебитом не менее проектного (1,05 м 3 /час). 105 Замеры глубины уровня проводятся внутри эксплуатационной колонны. Ожидаемый статический уровень – 74-76 метров. Ожидаемый динамический уровень – 82-84 метра. Насос устанавливается на один-два метра выше водоприемной части эксплуатационной колонны. Дебит регулируется задвижкой в процессе прокачки, по динамическому уровню – динамический уровень должен быть выше глубины спуска насоса на 5 метров и более после условной стабилизации уровня. Откачиваемая вода сбрасывается по временному трубопроводу длиной 100 метров в понижения рельефа. По окончанию откачки, останавливают насос и прослеживают восстановление уровня. После сооружения скважины №2 производится кустовая откачка продолжительностью трое суток. Отбор воды производится из скважины №2, замеры глубины уровня производятся в скважинах №1 и №2. Откачка производится погружным насосом ЭЦВ 4-1,5-80, с дебитом близким к проектному (1,05 м 3 /час). Ожидаемый статический уровень – 74-76 метра. Ожидаемый динамический уровень – 82-84 метра. Насос устанавливается на один-два метра выше водоприемной части эксплуатационной колонны. Дебит регулируется задвижкой в процессе прокачки, по динамическому уровню – динамический уровень должен быть выше глубины спуска насоса на 5 метров и более после условной стабилизации уровня. Откачиваемая вода сбрасывается по временному трубопроводу длиной 100 метров в понижения рельефа. По окончанию откачки, останавливают насос и прослеживают восстановление уровня. Откачки проводятся по общепринятой методике [8]. Частота замеров глубины динамического уровня подземных вод при опыте дифференцирована: первые 10 минут замеры фиксируются каждую минуту, далее до конца первого часа замеры проводятся через 5-10 мин, последующие замеры – через 30-60 мин. Частота замеров при восстановлении уровня воды в скважине после откачки: первые 10 минут замеры фиксируются каждую минуту, далее до конца 106 первого часа замеры проводятся через 5-10 мин, последующие замеры – через 30-60 мин. Результаты опыта фиксируются в журнале откачки. Также в журнале фиксируется место сброса откачиваемой воды в течении всей откачки, так как откачиваемая вода может быть использована для бурения и промывки следующих скважин, поскольку ожидается полная потеря промывочной жидкости во время бурения. Это позволит установить связь водоносных горизонтов по скачку динамического уровня. Все откачки проводятся при постоянном дебите. Замеры глубины уровней воды в скважинах, при производстве откачек, выполняются электроуровнемером УСК-ТЭ-100. Замеры дебита осуществляются объемным способом, мерной емкостью объемом 200 литров, отсчет времени производят по секундомеру |