Мгрирггру кафедра современных технологий бурения скважин и. Д. Бронников в. В. Куликов проектирование скважин на воду учебное пособие д
 Скачать 4.26 Mb.
|
|
20. Геофизические исследования в скважинах Геофизические исследования в скважинах предусматриваются для решения следующих задач 1) Литолого-стратиграфического расчленения разреза скважины 2) Выделения в разрезе и определения мощностей водообильных зон 3) Определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта коэффициента и скорости фильтрации, минерализации пластовой воды, коэффициента водопроводимости и др. параметров 4) Оценки кавернозности пород. 72 Геофизические исследования должны предусматриваться сметами на бурение артскважин. ГИС проводятся геофизическими подразделениями буровых организаций, а в случае их отсутствия, геофизическим подразделением «Геоцентра-Москва» или же по его поручению другой специализированной геофизической организацией с выдачей буровой организации, осуществляющей производство работ, рекомендаций по перспективным на воду горизонтам, непосредственно на скважине на основании предварительной интерпретации данных. №№ п/п Геофизический метод Решаемые гидрогеологические задачи и условия их применения 1 2 3 А. Обязательный комплекс 1 Гамма-каротаж (ГК) Литологическое расчленение разреза по степеням естественной гамма-активности на водонепроницаемые и слабопроницаемые породы. Применяется в открытом стволе или обсаженной колонне. 2 Электрокаротаж (ЭК) Уточнение геологического разреза по величине удельного электрического сопротивления горных пород. Применяется в открытом стволе. 3 Кавернометрия (КМ) Техническое состояние колонн, диаметры бурения, интервал посадки фильтров, кавернозность пород в открытом стволе. Применятеся в открытом стволе ив обсадке. 4 Резистивиметрия (РМ) Определение активных зон фильтрации, направление перетоков по скважине, определение естественной минерализации подземных вод, скорости фильтрации и качества межпластовой изоляции обсадных колонн. Применяется в открытом стволе, в обсадной и перфорированной колоннах. Б.Дополнительный комплекс 5 Методы термометрии, расходометрии, пневматическая обработка скважин, ядерные и индикаторные методы. Применяются в качестве дополнительных в случае неоднозначности или малой эффективности методов обязательного комплекса, а также при геологических исследованиях. По результатам окончательной интерпретации данных геофизических исследований пользователю недр будет передан геолого-геофизический разрез по каждой скважине (уточненная геологическая колонка с копиями кривых всех методов каротажа) и заключение о результатах ГИС. 73 21. Производство откачек из скважин Для опробования производят откачку, вовремя которой уровень воды в скважине понижается, при прекращении откачки он восстанавливается. При откачке, вследствие уменьшения гидростатического давления к стенкам скважины, к её забою по водовмещающим породам устремляются потоки воды. Чем больше откачивается воды, тем сильнее приток. Понижение уровня грунтовых вод при откачке происходит как в самой скважине, таки в окружающей водоносной породе при этом поверхность грунтовой воды принимает форму воронки депрессии. Место соединения кривых депрессии внутри ствола скважины определяет положение динамического уровня. Расстояние между статическими динамическим уровнями называется понижением и обозначается буквой S. Площадь, на которую распространяется на время откачки воронка депрессии, называется площадью влияния скважины. Расстояние от скважины до крайних точек, где влияние откачки уже практически не сказывается, называется радиусом влияния R, или радиусом депрессии. Количество воды, откачиваемой из скважины за единицу времени при установившемся постоянном динамическом уровне, называется производительностью, или дебитом скважины и выражается в кубических метрах в час или литрах в секунду. Общая производительность скважины тем больше, чем больше общее понижение уровня при откачке. Удельная производительность скважины q (м 2 /ч) представляет собой частное отделения общего дебита скважины Q (м³/ч) на количество метров понижениям. Как правило, удельная производительность уменьшается по мере увеличения понижения и определяется по формуле Наиболее часто применяют предварительную, пробно-эксплуатационную и опытную откачки. Откачки производят для очищения воды от посторонних примесей, песка и промывочного раствора, опробования скважины, установления ее производительности и подготовке к постоянной эксплуатации. Предварительная откачка чаще всего производится эрлифтом. Дебит и понижение уровня при этом обычно не фиксируются. Если при предварительной откачке снижается уровень воды до забоя, необходимо фиксировать время восстановления уровня для определения дебита. Предварительную откачку можно производить как предварительное ориентировочное опробование попутно встреченного водоносного пласта, таки вспомогательное перед пробно- эксплуатационной или опытной откачкой. Пробно-эксплуатационная откачка проводится для установления опытным путем возможности получения из скважины запроектированного дебита. Опытная откачка проводится для определения возможной производительности скважины. Расчетным путем по формулами построением графика зависимости дебита от понижения получают возможную производительность скважины и соответствующее понижение уровня. 74 Откачка должна продолжаться до полного осветления воды при установившемся режиме потока, те. при стабильном понижении и при соответствующем этому понижению неизменяющемся дебите. При определении продолжительности пробно-эксплуатационных и опытных откачек следует учитывать гидравлическое состояние водоносного горизонта и различать откачки из напорных и безнапорных водоносных горизонтов. Выбор водоподъемных средств определяется положением динамического уровня воды в скважине, требуемой производительностью, внутренним диаметром обсадных труб участка скважины и временем работы по откачке воды. Различают водоподъемники для неглубоких (дом от поверхности земли) и глубоких динамических уровней (дом и более. К первым относятся горизонтальные центробежные насосы, ко вторым - центробежные погружные насосы с вертикальным валом, эрлифты, струйные насосы и др. 22. Оборудование скважин После бурения скважин и проведения всего комплекса опытно- фильтрационных работ, каждая скважина оборудуется герметичным оголовком. Герметизация выполняется в соответствии с типовым проектом (серия 1.901-7 Герметизированные оголовки трубчатых колодцев Вып. Оголовки колодцев, предназначенных для водоснабжения, оборудуемых насосами типа ЭЦВ»). Оголовок делается стальным, сварным. Герметизация скважины обеспечивается резиновым уплотнительным кольцом. В плите оголовка предусмотрены сальники для пропуска электрокабелей и отверстие с пробкой (при отсутствии пьезометра) для замера уровня воды в скважинах с помощью электроуровнемера. При монтаже оголовок замоноличивается бетоном. Высота фланца опорной плиты над верхом бетонного массива составляет не менее 500 мм. Для контроля производительности на каждой скважине устанавливается водомер, каждая скважина оборудуется краном для отбора проб воды. Над скважинами сооружается павильон. После подведения электроэнергии по постоянной схеме скважины оборудуются эксплуатационными погружными насосами. Для постоянной эксплуатации может быть использован насос типа ЭЦВ. Возможно использование насосов других марок, обеспечивающих необходимую производительность и напор. Для управления данными насосами выбирается устройство полной защиты двигателя обеспечивающее включение/выключение насоса, его защиту по максимальному току и сухому пуску, индикацию рабочего состояния. Для исключения опасности возникновения в системе гидроудара станция управления обеспечивает подключение насоса по схеме «звезда-треугольник» с растянутым переключением. 75 Электропитание к насосу подается посредством подводного многожильного кабеля, соединение которого с моторным кабелем осуществляется посредством специальной кабельной муфты с водонепроницаемым соединением. От насоса вода поступает по специальным водоподъемным колоннам, состоящим из стальных труб, закрепляемым на оголовке устья водозаборной скважины. Следует отметить, что возможные уточнения параметров скважин по результатам их бурения и опытных откачек могут привести к уточнению комплектации водоподъемного оборудования. 23. Крепление скважин Крепление стенок водозаборных скважин при бурении в рыхлых неустойчивых породах, а также при перекрытии водоносных горизонтов производят обсадными трубами. При бурении водозаборных скважин используют, как правило, металлические обсадные бесшовные муфтового соединения и электросварные прямошовные трубы. Трубы муфтового соединения выпускаются диаметрами от 114 до 508 мм с толщиной стенки от 6 до мм с короткой, нормальной и удлиненной резьбой. Длина труб от 9,5 дом (в партии допускается поставка до 20% труб от 6 домине более 10% труб длиной от 5 дом. С целью упрощения конструкции и снижения расхода металлических обсадных труб следует применять прикреплении водозаборных скважин обсадные трубы муфтового соединения с обточенными муфтами. Рекомендуемые диаметры обточенных муфт приведены в табл. Таблица 21 Диаметры обточенных муфт для обсадных труб, мм Наружный диаметр обсадной трубы Наружный диаметр муфт необточенных обточенных 168 188 186 219 243 236,5 273 298 287 325 351 340 377 402 391 426 451 441 Трубы большого размера соединяются при помощи сварки. Стальные электросварные прямошовные трубы выпускаются диаметрами от 426 до 1420 мм и длиной не менее 5 мс одним продольным швом. Трубы диаметром от 820 до 1420 мм, длиной не менее 5 м могут иметь два продольных шва, а в трубах диаметром 426-720 мм, длиной не менее 10 м допускается один поперечный шов. 76 Для крепления скважин небольшого диаметра (наблюдательные скважины) можно использовать тонкостенные обсадные металлические трубы ниппельного соединения. Перед спуском металлических труб, скважину следует проработать новым долотом со скоростью 25-30 мчи промыть. Обсадные трубы предварительно подготавливают к спуску, проводят проверку и смазку резьбы, замер длины труб, установку башмака, стоп-кольца и обратного клапана для цементирования и др. первые 3-4 нижние муфты при спуске колонны обсадных труб приваривают к трубам. При установке в колонне обратного клапана следует периодически подливать в колонну промывочную жидкость стем, чтобы она имела достаточную массу для нормального спуска. Для крепления водозаборных скважин также применяются трубы из полимерных материалов. Такие трубы, в отличие от металлических, обладают высокой стойкостью против коррозии, не подвержены зарастанию минеральными отложениями, имеют небольшую плотность и низкие потери напора на трение при откачке и др. В основном, для крепления скважин используют трубы из полиэтилена низкой плотности (ПНП) и высокой плотности (ПВП). Недостаток этих труб – низкая механическая прочность, резко снижающаяся при надрезах, ограничивает область их применения глубиной дом. соединение полиэтиленовых труб производят методом контактной сварки, сваркой методом трения, а также с помощью резьбовых соединений, как правило, труба в трубу. 24. Расчет цементирования обсадных колонн Прикреплении водозаборных скважин металлическими, пластиковыми трубами затрубное пространство обязательно цементируется. Цементирование затрубного пространства производится с целью изоляции водоносных горизонтов друг от друга, борьбы с поглощением промывочного раствора и обрушениями стенок скважины, а также предохранения обсадных труб от коррозионного влияния подземных вод. От высокого качества цементирования обсадных колонн зависит срок службы и дебит скважины. Для направления и кондуктора подъем цементного раствора в затрубном пространстве производят от башмака до устья. В практике бурения при сооружении скважины глубиной болеем наиболее распространен способ одноступенчатого цементирования с двумя пробками [19, с. Контроль качества цементирования осуществляется двумя способами. Первый способ применяют в том случае, когда тампонажная колонна наполнена жидкостью. Через цементировочную головку в колонну труб нагнетают воду и поднимают давление до 4÷6 МПа. Если в течение 30 мин давление упадет не более чем на 0,5 МПа, то герметичность считается удовлетворительной. 77 Второй способ заключается в следующем. Промывочную жидкость откачивают из труб, понижая уровень не менее чем на 2/3, и, закрыв скважину, оставляют ее в покое на сутки. Если в течение 24 часов уровень жидкости поднимется не более чем нам, герметичность считается удовлетворительной. Рисунок 26. Схема к расчету цементирования Пример Требуется провести расчет цементирования эксплуатационной колонны диаметром мм, спущенной в скважину, глубиной L=270 м. Диаметр ствола скважины по всей длине равен =295 мм. Высота подъема цемента за трубами =180 м. Высота цементного стакана в трубах м (рис. плотность цемента =3100 кг/м³; водоцементное отношение m=0,5; плотность воды =1000 кг/м³; плотность продавочной жидкости =1200 кг/м³. 1. Определим объем цементного раствора, который необходимо закачать в скважину из уравнениям) где - объем цементного раствора за трубами высотой в м - объем цементного раствора в трубах высотой в м - 1,2÷1,4 – коэффициент, учитывающий заполнение каверн, трещин - диаметр скважины в м - наружный диаметр обсадных труб в м - внутренний диаметр обсадных труб в м 2. Потребное количество сухого цемента Для приготовлениям цементного раствора с водоцементным отношением m определим из уравнения 78 , кг/м³, (32) Определим количество сухого цемента для приготовления цементного раствора объемом, равным из формулы кг, (33) где =1,05÷1,15 – коэффициент, учитывающий потери цемента 4. Необходимый объем воды для приготовления цементного раствора составит , м, (34) 5. Определим объем продавочной жидкости. м, где =1,03÷1,05 – коэффициент, учитывающий сжимаемость продавочной жидкости L - длина обсадной колонны в м. 6. Определим максимальное давление в конце цементирования. , МПа, где - потери давления на гидравлические сопротивления - плотность продавочной жидкости в кг/м³, L – длина обсадной колонны в м , МПа, , , 7. Выбираем по максимальному давлению цементировочный агрегат ЦА-300, который при давлении 7 МПа развивает подачу (прокачивает цемент) 10,3л/с = 10,3·3600/1000 м³/ч = 37,08 м³/ч. 8. Определим продолжительность цементирования из , мин, где – производительность цементировочного агрегатам ч ., (15 мин- время, необходимое на установку верхней пробки. 79 9. Время начала загустевания цементного раствора должно быть больше продолжительности цементирования , мин, где мин. – резерв времени. Тогда минимально необходимый срок начала загустевания цементного раствора составит Применяемый при бурении цемент имеет начало схватывания, те. начинает терять подвижность, не ранее ч после затворения раствора. За период от затворения и до начала схватывания цементного раствора необходимо произвести его закачивание в скважину. 25. Ремонт скважин на воду Пескование скважин является одной из основных причин снижения дебита и срока службы скважины. В пескующей скважине внутренняя часть фильтра заполняется песком, блокируя его рабочую поверхность. Для очистки скважин от песчаной пробки существует несколько способов - очистка скважины от песчаной пробки желонированием; - очистка скважины от песчаной пробки с помощью эрлифта; - очистка скважины от песчаной пробки с помощью размыва - очистка скважины от песчаной пробки разбуриванием; Очистка скважин от песчаной пробки способом желонирования применяется в случае слабоуплотненных песчаных пробок, без включения посторонних предметов, при любом положении уровня воды в скважине и при любой глубине установки фильтра в скважине. Работы по ликвидации пескования заключаются в следующем определении причины пескования скважины, удалении песчаной пробки, устранении причины, вызвавшей ее образование. Для удаления песчаной пробки из скважин применяют клапанные, поршневые и автоматические желонки длиной дом. диаметр желонки должен быть на 50-100 мм меньше внутреннего диаметра обсадных труб (фильтра, в которых происходит удаление пробки. В трубах диаметром 168 мм и 219 мм используют желонки, имеющие наружный диаметр соответственно 89 мм и 114 мм. Желонку опускают в скважину на канате лебедки буровой установки. Для определения глубины нахождения желонки в скважине на канате закрепляют одну или несколько хорошо различимых меток. Для заполнения клапанной или поршневой желонки производят 5-8 ударов о забой, а автоматической желонки - один удар. Очистка скважины от песчаной пробки с помощью эрлифта. Способ с применением эрлифта позволяет удалять неуплотненные песчаные пробки. 80 Применяется центральная схема размещения воздухопроводных труб, как наиболее технологичная и простая. В качестве водоподъемных труб применяют обсадные трубы нипельного соединения диаметром 108 мм, 127 мм и 146 мм. В качестве воздухопроводных труб при применении передвижных компрессоров с подачей 3÷10 м³/мин используют трубы диаметром 30÷50 мм. Устье скважины оборудуется с воздушной и водопроводной линиями. Сжатым воздух, закачиваемый в скважину компрессором по колонне воздухопроводных труб, через смеситель попадает внутрь водоподъемной колонны, образуя внутри ее водовоздушную смесь небольшой плотности, которая, засасывая песчаные частицы, поступает на поверхность. Увеличение коэффициента погружения смесителя (в пределах 1,5 ÷3,0) приводит к снижению расхода сжатого воздуха, но ведет к увеличению длины колонны воздухопроводных труби соответственно к росту требуемого пускового давления компрессора. Очистка скважины от песчаной пробки разбуриванием. С помощью разбуривания удаляют сильно уплотненные песчаные пробки и обвалившиеся породы при любом положении уровня воды в скважине и при любой глубине установки фильтра в скважине. В качестве породоразрушающего инструмента используют трехшарошечные долота типа Мили лопастные долота типа Лили Л. Разбуривание ведут при числе оборотов 60÷90 в минуту. В качестве промывочной жидкости используют чистую воду с подачей от 6 до 12 л/с. Замена фильтровой колонны в скважине. Перед извлечением фильтровой колонны скважину в зоне фильтра очищают от песка и посторонних предметов. Для определения положения и формы верхней части надфильтровой трубы в скважину, на колонне бурильных труб, опускают печать и после подъема, осматривают ее. При извлечении фильтра домкратами подготавливают устье скважины для установки домкратов с укладкой брусьев (рельсов) и досок. Фильтровую колонну в скважинах заменяют при - длительном песковании, вызванном несоответствием размеров отверстий фильтра гранулометрическому составу песка водоносного горизонта или механическом разрушении фильтра - невозможности восстановления дебита - коррозионном разрушении фильтра. Фильтровую колонну, плотно обжатую в зоне фильтра породой, начинают извлекать из скважины с помощью домкратов грузоподъемностью от 1000 до 3000 кН. Подъем труб с помощью домкратов производят до момента стягивания фильтровой колонны, после чего извлечение фильтра продолжают при помощи лебедки буровой установки. 81 Перед установкой нового фильтра ствол скважины в зоне водоносного горизонта прорабатывает долотом с интенсивной промывкой забоя до полного извлечения шлама. Установку фильтра в скважину производят, в основном, на бурильных трубах "впотай" при последующем извлечении труб из скважины. Фильтр оснащают разжимным сальником, устанавливаемым верхней части надфильтровой трубы, и деревянной пробкой, забиваемой в трубу отстойника. Сальник служит для изоляции водоприемной части скважины от водоподъемной части скважины и предотвращает занос частиц через кольцевой зазор в скважину. Пробка предотвращает занос частиц породы забоя скважины внутрь фильтра. Восстановление работоспособности (проницаемости) водоносных горизонтов с помощью пневмовзрыва. Аппарат скважинный пневматический АСП-Т применяется как на стадии освоения, таки при ремонте скважин. Аппарат может быть применен как в скважинах, вскрывших рыхлые песчаные породы водоносного горизонта и оборудованных фильтрами, таки в открытых стволах скважин, пробуренных в устойчивых трещиноватых породах. Действие аппарата на прифильтровую зону и фильтр основано на использовании энергии сжатого воздуха для возбуждения импульсных воздействий в зоне водопритока, способствующих разрушению осадков и восстановлению проницаемости прифильтровой зоны и фильтра. Конструкция аппарата предусматривает возможность в широких пределах менять характер воздействия на пласт, добиваясь получения наибольшей энергии сжатого воздуха. Наибольший эффект от применения АСП-Т достигается при освоении скважин, пробуренных в рыхлых песчаных породах и оборудованных фильтрами различных конструкций. После обработки дебит скважины возрастает в 3-4 раза и больше. |