Бурение скважин на воду

Размещено на http://www.allbest.ru/

БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ

ВВЕДЕНИЕ

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.

1. ОСОБЕННОСТИ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА ВОДУ

1.1 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-гидрогеологической 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 м3. 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.

1.2 СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ СТЕНОК СКВАЖИН

При бурении на воду часто приходится иметь дело с агрессивными (корродирующими) водами. Поэтому наряду с креплением стальными трубами находят свое применение неметаллические трубы и различные способы неметаллического крепления скважин.

Пластмассовые трубы характеризуются малым весом, удельный вес пластика 0,9-1,9 г/см3. Они обладают высокой стойкостью против коррозии, превышающей стойкость высоколегированных антикоррозионных сталей лучших марок.

Такие пластмассы, как поливинилхлориды и полиэтилены, химически устойчивы как к некоторым органическим, так и к неорганическим соединениям. Полистирол отличается высокой прочностью на удар. Поливинилхлоридные трубы можно подвергать любой механической обработке - фрезеровать, строгать, нарезать на них резьбу и т. д. Пластмассовые трубы имеют наружные диаметры: 40, 50, 63, 75, 90, 110, 140, 160, 225, 250, 315 мм.

Полиэтиленовые трубы соединяются между собой на резьбе, методом термической сварки в стык (наиболее прочное соединение), склеиванием и методом трения.

Стеклопластиковые трубы могут найти применение в практике буровых работ. Материал труб представляет собой армированные пластики: с целью увеличения прочности пластмасс в них вводят различные волокнистые материалы - бумагу (гетинакс), хлопчатобумажную, асбестовую или стекловолокнистую ткани (текстолиты, асбо- и стекловолокниты).

Пластмассы, армированные стекловолокном, отличаются очень высокой прочностью, достигающей прочности легированных сталей, коррозионноустойчивы. Такие трубы обладают малым весом - в 2,5-4 раза вес стеклопластиковых труп меньше, чем стальных.

Асбестоцементные трубы изготовляют из смеси 85 % портландцемента и 15 % асбеста. Прочность асбестоцементных труб зависит от длины волокон асбеста и марки цемента. Для крепления скважин применяют трубы, рассчитанные на давление 6, 9 и 12 кгс/см2 марки ВТ-6, ВТ-9 и ВТ-12. Асбестоцементные трубы характеризуются следующими прочностными показателями: предел прочности при сжатии - 150 кгс/см2, при растяжении - 155 кгс/см2. Удельный вес - 2,5 г/см3.

В скважину трубы спускают, как обычно, на хомутах, без поддержки снизу или с нижней поддержкой. В последнем случае спуск труб производят на бурильных трубах, на нижнем конце которых устанавливают поддерживающее устройство - муфту с левой резьбой и стальной башмак.

Асбестоцементные трубы рационально использовать в скважинах, проходимых вращательным способом. Зазор между трубами и стенками скважины должен быть не менее 50 мм.

При ударно-механическом бурении асбестоцементные трубы устанавливают в скважине под защитой металлической колонны обсадных труб, которые затем извлекают.

Различают два типа соединений асбестоцементных труб: соединения, работающие на растяжение и на сжатие.

При первом типе соединений трубы спускают в скважину на глубину до 150 м, при втором - до глубины 200 м. В последнем случае спуск труб производят на бурильных трубах, ввинченных в несущий башмак асбестоцементной колонны (с нижней поддержкой).

Между собой трубы соединяют: а) без резьбы - металлическими накладными муфтами и кольцами; б) на резьбе - муфтами из металла, асбестоцемента.

В связи с канцерогенными свойствами асбеста, этот тип труб не следует применять в скважинах питьевого водоснабжения.

Фанерно-клееные трубы марок Ф-1 и Ф-2. Эти трубы изготовляются из березовой фанеры, склеенной фенолформальдегидным клеем холодной полимеризации при влажности стенок 6-10 % и характеризуются следующими показателями: предел прочности при растяжении 700-800 кгс/см2, сжатии 500-600 кгс/см2, при изгибе 400-450 кгс/см2, удельный вес 0,7-0,8 г/см3.

В сухую скважину трубы спускают с нижней поддержкой с помощью специального башмака с муфтой, имеющей левую резьбу. Наращивание труб осуществляется при помощи муфтового соединения на клее ВИАМБ-3.

Наибольший экономический эффект от применения фанерных труб получен при эксплуатации сероводородных вод.

Недостатком фанерно-клееных труб, изготовленных на клее ВИАМВ-3, является возможность частичного растворения в воде фенольно-баритовой смолы, входящей в состав этого клея.

Электрохимический способ крепления стенок скважин. Сущность этого способа заключается в создании цементной трубы в пробуренной скважине при воздействии постоянного электрического тока и химических реагентов на цементную или цементно-глинистую пасту с наполнителем, песком и т. д., залитую в скважину.

Электрохимический способ крепления, помимо экономии металла и ускорения проходки скважин, позволяет использовать для исследования все виды скважинной геофизики, что является весьма важным при разведке твердых полезных ископаемых.

1.3 МЕТОДЫ РАЗГЛИНИЗАЦИИ СТЕНОК СКВАЖИН

Одним из существенных недостатков вращательного способа бурения скважин с промывкой является необходимость последующей разглинизации водоносного горизонта с целью возбуждения притока воды к скважине.

Для предупреждения глинизации водоносного горизонта обычно предусматривают специальные профилактические меры. Для уменьшения возможной глубины проникновения промывочного раствора в водоносный горизонт в процессе бурения снижают гидростатическое давление на пласт за счет использования облегченных промывочных растворов с удельным весом до 0,85 гс/см3, применяют растворы с минимальной водоотдачей - до 3-5 см3 за 30 мин. Для облегчения удаления компонентов бурового раствора из пласта при освоении применяют промывочные жидкости с кислоторастворимой твердой фазой (меловые, карбонатные), сапропелевые промывочные жидкости и др.

При вскрытии водоносного горизонта, представленного крупнообломочными и крупнопористыми породами, применяют растворы с высокой вязкостью (до 30-35 с) и величиной статического напряжения сдвига более 60 мг/см2.

Спуск бурового инструмента, обсадных труб и фильтра при этом производят при наименьшей скорости (в пределах 0,25 м/с).

Для снижения продавливания промывочного раствора в пласт фильтр опускают в скважину с открытым нижним концом.

Во всех случаях к разглинизации приступают сразу же после оборудования скважины фильтром, если последний необходим.

По принципу воздействия на обрабатываемую зону все известные методы разглинизации можно разделить на: 1) гидромеханические; 2) физические и 3) химические.

К гидромеханическим методам, наиболее широко применяемым в настоящее время, относят промывку через рабочую поверхность фильтра или открытый отстойник, свабирование и желонирование, промывку с гидравлическим ершом, эрлифтной прокачкой и промывкой, обратновсасывающий метод разглинизации через промывочные окна и др.

Промывка водой через открытый отстойник фильтра используется для разглинизации в мелких и среднезернистых песках. Для этого в скважину на бурильных трубах опускают фильтр, который не доводят до забоя на 0,5-0,7 м. На эксплуатационную колонну устанавливают оголовок, обеспечивающий отвод промывочной воды и герметизацию пространства между обсадной колонной и водопроводящими трубами. Прокачивание воды по штангам продолжают в течение двух-трех смен, пока не наступит поглощение или резкое уменьшение количества выходящей на поверхность воды. Указанием на полное или частичное восстановление водоотдачи водоносного горизонта служит вынос из скважины песка.

Промывка водой через фильтр применяется для восстановления водоотдачи в крупнозернистых песках.

Промывку водой с помощью гидравлического ерша проводят при разглинизации среднезернистых песков или при установке в скважине многоэтажного фильтра. Гидравлический ерш состоит из перфорированной трубы - собственно ерша и краевых резиновых манжет-сальников. Ерш спускают в скважину на бурильных трубах или на специальных штангах внутрь фильтра. С помощью штанг ерш можно периодически перемещать вверх или вниз при одновременном нагнетании в него чистой воды. Продолжительность промывки - три-четыре смены.

Тартание и свабирование скважин часто применяют с целью восстановления водоотдачи в слабонапорных водоносных горизонтах, когда ранее перечисленные методы не могут быть осуществлены в силу каких-либо обстоятельств, например отсутствия воды для промывки, недостаточной глубины скважины для монтажа эрлифта и т. д. При тартании применяется желонка. Для свабирования (поршневания) применяют специальный диск - поршень с клапаном. В скважину поршень (сваб) спускают на бурильных трубах. Работают им, как правило, выше фильтра.

Для восстановления водообильности водоносного горизонта откачкой ведут интенсивный подъем воды из скважины с последующими внезапными остановками. Этим повышается водопроницаемость отложений вокруг фильтра, т. к. вода увлекает за собой все мелкие частицы из окружающей фильтр породы.

Разглинизация стенок скважины методом обрушения даст наилучшие результаты в однородных мелкозернистых и тонкозернистых породах. Обрушение в прифильтровой зоне обеспечивается подработкой породы на забое желонкой через открытый отстойник фильтра или путем интенсивного ее размыва водой (прямой или обратной циркуляцией). По объему вынесенного на поверхность песка судят о величине обрушения породы в прифильтровой зоне. Отстойник в фильтре цементируют.

К физическим методам относят различные методы торпедирования, обработку сухим льдом; пневмопрострелом или гидравлическим ударом, применением погружных вибрационных устройств; использование ультразвука, метод имплозии и т. д.

К химическим методам, в основе которых лежат методы растворения продуктов глинизации, относят соляно-кислотную и глинокислую (смесью соляной и плавиковой кислот) обработки.

2. ФИЛЬТРЫ И НАСОСЫ

2.1 ОБОРУДОВАНИЕ СКВАЖИН ФИЛЬТРАМИ ТИПЫ ФИЛЬТРОВ

Под фильтром обычно понимают специальное устройство, устанавливаемое в скважине против водоносного горизонта, которое обеспечивает свободный доступ внутрь скважины чистой, без примеси, воды и одновременно предохраняет ствол скважины от обрушения.

Фильтры устанавливают только в рыхлых и неустойчивых породах. В скважину опускают фильтровую колонну, которая состоит из надфильтровой части, рабочей части, или собственно фильтра, и отстойника с пробкой. Отстойник служит для осаждения прошедших через рабочую часть фильтра частиц породы.

Все существующие фильтры могут быть разделены на: а) дырчатые, или щелевые; б) проволочные; в) сетчатые; г) гравийные и д) гравитационные.

Самым простым видом фильтра является труба-каркас с круглыми или щелевыми отверстиями. Фильтровые трубы, каркасы изготовляют из стальных, чугунных, деревянных, пластмассовых, асбестоцементных и реже - из керамических и гончарных труб. При выборе материала для фильтровых каркасов учитываются их коррозионная устойчивость, возможность механической обработки и прочность. Для изготовления каркасов трубы перфорируют.

Применяются штампованные фильтры из нержавеющей стали, меди или черных металлов с антикоррозийными покрытиями.

Каркасно-стержневые фильтры изготовляют из металлических стержней диаметрами 12-18 мм, укрепляемых на опорных фланцах.

Фильтры с проволочной обмоткой изготовляют как трубчатые, так и стержневые. Шаг обмотки спирали из круглой проволоки диаметром 1,5-3 мм или другого (например, трапецеидального, треугольного) сечения устанавливается в соответствии с гранулометрическим составом пород водоносного горизонта.

Оплетку проволокой делают поверх трубчатого или стержневого каркаса. Проволочный фильтр сверху может быть покрыт сеткой.

Сетчатые фильтры состоят из дырчатой трубы-каркаса, обмотанной продольными рядами или по спирали проволокой диаметром 2-5 мм с шагом в 10-25 мм с тем, чтобы сетка не прилегала плотно к каркасу.

На проволочное покрытие натягивают сетку, которую припаивают, сшивают или склеивают на концах и по шву.

Для изготовления сетчатых фильтров используются сетки нескольких типов: а) простая квадратная; б) гладкого или галунного плетения; в) киперная или саржевая.

В качестве материала для сетки используют медь, латунь, нержавеющую сталь, пластмассы, ткани из стекловолокна, нить капрона, нейлона и другие синтетические материалы. Для предупреждения электрохимической коррозии каркас фильтра изготовляют часто из неметаллических труб. В некоторых случаях стальной каркас обтягивают сеткой и проволокой из нержавеющей стали или же применяют сетки из пластических масс.

Сетчатые фильтры не рекомендуются для однородных мелкозернистых песков, а также для слюдистых водоносных песков, т. к. при этом не обеспечивается нормальная работа фильтра - уменьшается его скважность. Получили распространение сетки из стекловолокна: окна могут быть использованы в водах любого химического состава.

Сетчатые фильтры с успехом могут заменяться поролоновыми. Такие фильтры используются при оборудовании опытных и водозаборных скважин технического назначения. Рекомендуются поролоновые покрытия для рыхлых песчаных пород. Они стойки к агрессивным средам, просты в изготовлении, не дороги. Для их создания применяют поролон толщиной 5-10 мм.

Гравийные фильтры состоят из каркаса с проволочной обмоткой или сеткой и гравийной обсыпки. По способу изготовления различают гравийные фильтры, приготовляемые на поверхности и непосредственно в скважине. Первые устраивают в виде гравийно-кожуховых или корзинчатых. В обоих случаях гравий засыпают на поверхности в сетчатый кожух или специальные чугунные или стальные корзинки, укрепляемые на фильтровой трубе. Собранный фильтр спускают в скважину.

При устройстве гравийного фильтра в скважине засыпка гравия в зафильтровое пространство производится одновременно с извлечением из скважины временной колонны обсадных труб, перекрывающих водоносный горизонт.

Гравийные фильтры изготовляют в виде цилиндров различной длины и толщины. Фильтрующее покрытие выполняется в виде трубчатых блоков из гравия, щебня, дробленого шамота или огнеупорных глин с различными связующими материалами - цементом, битумом, клеем БФ-4, бакелитовым лаком, резиной и др., с помощью которых создается жесткая пористая структура фильтровых блоков.

Для глубоких скважин, пробуренных ударным и вращательным способами, известна конструкция бескаркасного керамического фильтра. Отдельные блоки его собирают в звено длиной 2,5-3,5 м с помощью арматурных стержней, изготовленных из стеклопластика или капрона.

Работа гравитационных фильтров основана на использовании принципа гравитационного отделения частиц породы из фильтрующейся среды. Вода попадает в фильтр через породу, располагающуюся перед входными отверстиями фильтра под углом естественного откоса.

Выбор конструкции фильтра производят в соответствии с составом водоносных пород, глубиной скважины, степенью агрессивности подземных вод, а также сроком действия скважин и их целевым назначением.

Конструкция скважин

Конечный диаметр скважины во многом определяется типом фильтра, его размерами.

Скважины с водоприемной частью в виде дырчатых или сетчатых фильтров без обсыпки их гравием имеют минимальный конечный диаметр. При применении фильтров с гравийной засыпкой конечный диаметр скважин увеличивается на 50-100 мм и более по сравнению со скважинами, оборудованными фильтрами других конструкций. При выборе диаметра фильтра, если размеры его не определяются какими-либо другими условиями, следует учитывать, что при диаметре фильтра менее 100 мм сильно снижается водообильность скважин.

Конструкция скважин определяется типом, размерами и местом установки водоподъемного оборудования. При установке насоса в фильтре диаметр его, а соответственно и конечный диаметр скважины, будут зависеть от размеров насоса. Если требуется установить насос большей производительности, его помещают над фильтром, в эксплуатационной колонне. В этом случае диаметр ее, называемый эффективным, также определяется поперечными размерами насоса. Для облегчения монтажа насоса, производства ремонтных работ и наблюдений за положением динамического уровня в скважине величину зазора между наружным диаметром корпуса насоса и внутренним диаметром эксплуатационной колонны принимают в пределах до 50 мм. Однако значительное увеличение эффективного диаметра приводит к утяжелению конструкции скважины и удорожанию стоимости работ. Во всех случаях конструкция скважины должна обеспечивать получение необходимого количества воды при минимальном снижении статического уровня. В остальном выбор и расчет конструкции скважин на воду осуществляется так же, как и скважин, проходимых на нефть или газ, т. е. с учетом применяемых типов и размеров долот, их соотношения с обсадными трубами, с расчетом на тампонажные работы.

Спуск фильтров в скважину может производиться на бурильных трубах или на колонне обсадных труб. При спуске фильтров на бурильных трубах применяется спускной ключ.

В отдельных случаях может быть применен центрирующий фонарь. При установке фильтра в скважину с неустойчивыми стенками, пройденную ударно-механическим способом, спуск его производится под защитой временной колонны обсадных труб, которую задавливают в нижний водоупор. После углубки скважины на длину отстойника в нее опускают фильтровую колонну. Обсадные трубы приподнимают на высоту фильтра или полностью извлекают из скважины. При эксплуатации нескольких водоносных горизонтов в скважину спускают ярусный фильтр, состоящий из ряда необходимых фильтров, расположенных против каждого горизонта. Напротив неводоносных пластов устанавливают сплошные трубы, соединяющие фильтры между собой. Для того чтобы песок и другие частицы пород не попадали в скважину, кольцевой зазор между надфильтровыми трубами, установленными «впотай», и обсадными трубами, уплотняют специальными сальниками, конструкция которых определяется материалом, из которого они изготовляются. В качестве последнего используются дерево, пенька, резина, свинец и др. При установке гравийного фильтра вместо сальника в зазор между надфильтровой и обсадной трубами засыпается крупный гравий, высота засыпки должна быть не менее 5 м.

В некоторых случаях фильтр спускается на колонне обсадных труб, выходящих на поверхность.

В устойчивых скальных породах водоносные горизонты могут эксплуатироваться «открытым стволом», т. е. без установки фильтра в интервале водоносного горизонта.

Для условий Беларуси широкое распространение получили безфильтровые водозаборные скважины, эксплуатирующие рыхлые породы - водоносные пески, залегающие под устойчивыми (обычно мелами или плотными девонскими глинами) выдержанными по мощности пластами путем разработки водоприемных каверн (полостей) с большой водозахватной способностью.

2.2 НАСОСЫ

бурение скважина вода фильтр

Для осуществления опытных откачек, водоснабжения и водопонижения используют разнообразные водоподъемные устройства:

а) поверхностные - горизонтальные поршневые и центробежные насосы;

б) погружные - штанговые поршневые насосы; в) вибрационные насосы;

г) глубинные артезианские центробежные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности, а также с погружным электродвигателем;

д) эрлифты и водоструйные насосы.

Выбор типа водоподъемника определяется размерами эксплуатационной колонны, потребным дебитом и положением динамического уровня воды в скважине.

Горизонтальные поршневые и центробежные насосы применяются для откачек при глубине динамического уровня не ниже 6-7 м.

Наиболее удобны самовсасывающие центробежные насосы, смонтированные на тележках. Насосы могут быть использованы для откачки загрязненных вод. Кроме них применяются вихревые центробежные насосы, секционные центробежные, консольные заливные центробежные насосы и др.

Штанговые насосы простого и двойного действия применяются для откачки подземных вод при глубине динамического уровня ниже 6-8 м (до 100 м и более) при сравнительно небольших дебитах.

Штанговый насос простого действия состоит из приемного фильтра, укрепленного на насосном цилиндре, клапана, поршня с клапаном и манжетами. Насос монтируется в скважине на водоподъемных трубах, подвешиваемых с помощью хомутов в колонне обсадных труб. Поршень спускается в водоподъемные трубы на штангах, на шарнирных хомутах так, чтобы поршень не доходил на 20-30 мм до приемного клапана насосного цилиндра.

Для производства опытных откачек воды из скважин штанговыми насосами простого и двойного действия применяются различные агрегаты-качалки.

При гидрогеологических откачках воды из скважин с динамическим уровнем больше 100 м и при небольших дебитах применяют глубинные поршневые и скальчатые насосы с качалками, используемые в нефтяной промышленности.

В винтовых артезианских насосах (ВАН) подача воды достигается вытеснением определенных объемов воды, заключенных в полостях между винтом и резиновой обоймой. Артезианские насосы ВАН используются для откачек воды из скважин при динамических уровнях до 100 м.

Артезианские центробежные погружные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности применяются в практике водоснабжения и водопонижения. Наибольшее распространение имеют насосы типа АТН, используемые в скважинах диаметром 200-400 мм при подаче 30-400 м3/ч с напором до 100 м. В насосном аппарате применяются рабочие колеса открытого и закрытого типов. Кроме них используются глубинные насосы типа НА и А для скважин большого диаметра с подачей воды до 1200 м3/ч. Проточная полость у них аналогична насосному аппарату АТН. Однако весьма существенные недостатки глубинных насосов - наличие длинного приводного вала от электродвигателя на поверхности к насосу в скважине; сложность монтажа, значительная металло- и энергоемкость, быстрый износ - все это послужило причиной замены их, там где это рационально, более совершенными погружными насосами.

Артезианские насосы с погружным электродвигателем получают все большее распространение при гидрогеологических исследованиях, для водоснабжения, при осушительных и водопонизительных работах.

Привод погружных насосов обеспечивается в основном водозаполненным асинхронным трехфазным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого выполняется из провода с изоляцией на полиэтиленовой или полихлорвиниловой основе. Такие электродвигатели просты по конструкции и надежны в работе.

Артезианские насосы с погружным электродвигателем выпускаются различных серий: 1) АП и АПВ; 2) ЭЦВ; 3) ЭПЛ; 4) ЭПНЛ и ЭПН.

В насосе ЭПН рабочий аппарат, выполненный в виде вертикального многоступенчатого центробежного насоса с неразгруженными рабочими колесами, соединен с водонаполненным электродвигателем с принудительным проточным охлаждением.

Эрлифты или воздушные подъемники находят широкое применение для откачки воды с песком и в тех случаях, когда необходимо получить большое количество воды при сравнительно небольших размерах скважин. В практике работ применяются схемы установки эрлифтов, отличающиеся расположением в скважине воздухоподводных и водоподъемных труб.

Действие эрлифта основано на принципе двух сообщающихся сосудов, заполненных жидкостями разного удельного веса. В эрлифтную установку входят: а) компрессор с двигателем и воздухосборником;

б) водоподъемные трубы со смесителем и приемным баком; в) компрессорные трубы от компрессора к скважине.

Водоструйные насосы или гидроэлеваторы находят применение при производстве строительных работ, при водопонижении в виде гидроэжекторных установок и при гидрогеологических исследованиях скважин. Водоструйные насосы в виде специальных устройств - испытателей пластов - находят применение при ускоренном опробовании водоносных горизонтов. В испытателях пластов водоструйный насос конструктивно связан с временным тампонажным устройством - пакером. В основу действия водоструйного насоса положен принцип непосредственной передачи кинетической энергии одного потока (подаваемого с поверхности) к другому с меньшим запасом энергии (жидкости, поднимаемой погружным насосом на поверхность). Рабочая вода под некоторым давлением подводится к насадке, через которую с большой скоростью попадает в камеру смешения и далее через напорный трубопровод на поверхность. Вода из скважины поступает (в связи с образуемым разрежением в эжекционном аппарате) в камеру смешения, увлекается рабочей струей жидкости и также выносится на поверхность.

Достоинством этих насосов является возможность перекачивать мутную воду, недостатком - низкий к. п. д. (не выше 40 %).

Для откачки мутной воды, содержащей частички глины, песка и даже шлама и гравия могут быть также применены вибрационные насосы. Насосная установка состоит из вибратора, установленного на поверхности, и водоподъемных труб, спущенных в скважину, с клапанным устройством для забора воды. На водоподъемных трубах устанавливаются направляющие фонари.

Вибрационная установка может обеспечивать подъем воды из скважины с динамическим уровнем до 30 м ниже поверхности земли.

2.3 ОБОРУДОВАНИЕ УСТЬЯ СКВАЖИНЫ

Оборудование устья скважины зависит от положения статического уровня воды, типа и размера используемого насоса.

Для оснащения устья скважины при низком статическом уровне к опорному фланцу, приваренному к обсадной трубе, присоединяют нижний фланец насоса или сальник центробежного вертикального насоса.

Над устьем самоизливающейся скважины к обсадной колонне труб присоединяют оголовок с отводным коленом и задвижкой. К центробежному насосу подводят всасывающий патрубок.

При оборудовании устья фонтанирующей скважины без насоса устраивают оголовок, обеспечивающий регулирование подачи воды к потребителю, а также предотвращающий возможные гидравлические удары.

Автоматизация водоподъемных установок подразделяется на три группы: 1) полуавтоматическое управление; 2) дистанционное телеуправление и 3) автоматическое управление. При полуавтоматическом управлении за оператором сохраняется обязанность только пуска и остановки насоса. Остальные операции выполняются автоматически. Телеуправление является дальнейшим развитием полуавтоматического управления. В обязанности диспетчера при этом входит управление всеми установками с одного пункта по проводам.

При автоматическом управлении все операции выполняются по определенной заданной программе.

Автоматизация может осуществляться для одной или нескольких насосных установок.

Обычно регулирующая и управляющая аппаратура поставляется заводами в комплекте с насосными установками. В состав этой аппаратуры для насосов с погружными электродвигателями входят: станция автоматического управления, датчики уровня и давления.

Автоматическое включение и выключение насоса обеспечиваются станцией управления по сигналам датчика уровня, расположенного в водозаборном резервуаре или в баке водонапорной башни.

Размещено на Allbest.ru