Предварительная разведка подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения поселка Карасевка с подсчетом эксплуатационных запасов по категории С1+С2 в количестве 78,9 м3/сут

В ходе работ будут использованы результаты предыдущих исследований. Предусматриваемый данным проектом комплекс работ позволит произвести оценку запасов подземных вод по промышленным категориям.

Качество подземных вод и их пригодность для питьевых целей будут изучаться в соответствии с требованиями СанПиН РК 28.07.2010г при проведении пробных и опытных откачек, при сезонном опробовании режимных скважин.

Полевые работы будут выполняться силами организации, выигравшей тендер на поисково-разведочные работы, лабораторные исследования - аттестованной лабораторией АО «Кокшетаугидрогеология» и подрядными специализированными организациями: аккредитованнойхимлабораторией в ТОО «Центргеоланалит» (г. Караганда); ГУ "Центр санитарно-эпидемиологической экспертизы акимаАкмолинской области"; аккредитованным испытательным центром ТОО «Экоэксперт» (г. Караганда).

База будет находиться в г.КокшетауАкмолинской области и связана с участками поисково-разведочных работ шоссейными и грейдерными дорогами. Выезды геологического персонала на участки работ, перегон производственного транспорта, перевозка необходимого груза и оборудования будут производиться изг.Кокшетау.

3.2 Геологическое строение участка

Огромная территория Северного Казахстана сложена породами осадочного, магматического и метаморфического генезиса от архейского до современного возраста. Породы допалеозойского и палеозойского возраста, смятые в складки и разбитые многочисленными разломами, образуют жесткий скальный фундамент, который местами - в пределах Казахского нагорья - выходит на дневную поверхность. На остальной, большей части территории породы этого возраста перекрыты рыхлым чехлом мезозойских и кайнозойских песчано-глинистых отложений, слагающих обширные пространства Западно-Сибирской низменности к северу от Казахского нагорья и Тургайского плато, простирающегося между Уралом на западе и Казахским нагорьем на востоке.

Песчано-глинистые осадки мезозойского и кайнозойского возраста встречаются и в пределах выходов на дневную поверхность пород фундамента, где они занимают сравнительно небольшие площади и наблюдаются в виде разрозненных останцовых полей в депрессиях скального ложа.

Литологический состав пород, условия их залегания, характер нарушений и структурный план района обусловливают наличие или отсутствие подземных вод в тех или иных породах, их состав и динамику. Монолитные породы складчатого фундамента содержат воду лишь в трещинах, карстовых пустотах и зонах разломов, а рыхлые пласты песчано-глинистых пород мезо-кайнозойского чехла определяют сложную взаимосвязь водоносных горизонтов, комплексов и водоупоров.

3.3 Гидрогеологические условия участка

В соответствии со стратиграфической принадлежностью водовмещающих пород выделяются следующие водоносные горизонты в комплексы:

1. Водоносный среднечетвертичный - современный аллювиальный горизонт (aQ_II-IV)

2. Водоносный горизонт верхнего плиоцена-нижнечетвертичных и плиоценовых отложений (N₂-Q₁,N₂).

3. Водоносный горизонт среднемиоценовых и верхнемиоценовых отложений (N₁+N_1-2).

4. Слабоводоносный горизонт средне-верхнеолигоценовых отложений (P₃-N₁).

5. Водопроницаемый локальноводоносный горизонт мезозойских отложений (Mz).

6. Водоносный вулканогенно-осадочный, метаморфический и осадочно-метаморфический комплекс среднего рифея (R_1-2).

7. Водоносная зона средне-верхнедевонских осадочных пород (D_2-3).

1.Слабоводоносный среднечетвертичный - современный аллювиальный горизонт (aQ_II-IV) распространен в долине реки Камысакты. Воды приурочены к суглинкам, разнозернистым пескам с примесью гравия. Дебиты скважин исчисляются тысячными и сотыми долями л/с. В качественном отношении воды пестрые и практического значения не имеют.

2.Водоносный горизонт верхнего плиоцена-нижнечетвертичных и плиоценовых отложений (N₂-Q₁,N₂) развит практически повсеместно, представлен глинами, суглинками и разнозернистыми песками. Дебиты составляют 0,02 до 3,3 л/с, минерализация от 0,8 до 1,6мг/дм³.

3.Водоносный горизонт среднемиоценовых и верхнемиоценовых отложений (N₁+N_1-2) который представлен галечниками, песками с примесьюзеленовато-серых и красно-бурых глин.

4.Слабоводоносный горизонт средне-верхнеолигоценовых отложений (P₃-N₁) распространен на участках Даукара, Каракамыс и Егиндыагаш и представлен песками, алевритами, галечниками с прослоями глин. Залегает на образованиях коры выветривания. Сверху перекрыт маломощными четвертичными отложениями. Мощность комплекса неравномерна и составляет 1-10,0м. Глубина залегания водоносного комплекса 10-20м. По условиям залегания воды олигоценовых отложений слабонапорные с величиной напора 8-12м. Водообильность комплекса неравномерная. Дебиты скважин составляют от 0,1л/с до 1,2л/с при понижении 24,6м и 11,0м соответственно. Удельные дебиты имеют значения от 0,01л/с-м до 2,35л/с-м. Воды пресные с минерализацией 0,7-1,0 мг/дм³. Химический состав воды характеризуется преобладанием хлоридного аниона и смешанным двухкомпонентным составом. Питание водоносного комплекса осуществляется, в основном, за счет инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка происходит в нижележащие водоносные комплексы, озера, а также путем испарения и родникового стока. Ввиду небольшой мощности олигоценового слабоводоносного горизонта, а также неравномерной водообильности этот горизонт не представляет интерес как самостоятельный объект исследования и последующей эксплуатации для целей крупного водоснабжения, но в сочетании с подстилающими его комплексами в трещиноватой зоне является регулирующим коллектором, надежным источником восполнения подземных вод в нижележащей толще.

5.Водопроницаемый локальноводоносный горизонт мезозойских отложений (Mz) встречается практически повсеместно. В зависимости от характера пород состав и окраска их различна, в основном представлены глинисто-дресвяными и глинисто-щебнистыми породами. Породы мезозоя были изучены скважинами, которые оказались практически безводными. Кровля горизонта залегает на глубине 10-40 м под отложениями неогена и олигоцена, иногда кора выветривания выходит на дневную поверхность. Мощность коры выветривания колеблется от 10 до 80 м и более. Наибольшая мощность приурочена к системам зон тектонических нарушений. Дебиты водоносных скважин составляют от 0,1л/с до 4,8 л/с, при понижениях0,7-35,3 м.Удельный дебит от 0,003 до 0,2 л/с-м. Воды с минерализацией 0,6-3,0 мг/дм³.

Дресвяно-щебнисто-глинистые образования коры выветривания являются хорошим коллектором подземных вод, являющимися источником восполнения трещинных вод.

6. Водоносный вулканогенно-осадочный, метаморфический и осадочно-метаморфический комплекс среднего рифея (R_1-2) который представлен порфиритоидами, сланцами, квырцитами, изветняками и доломитами, метаалевролитами.

7.Водоносная зона средне-верхнедевонских осадочных пород (D_2-3) занимает почти всю северную половину участка Каракамыс.

Водовмещающие породы: конгломераты, песчаники, алевролиты. Северо-западная часть зоны перекрыта водоносным комплексом средне-верхнеолигоценовых отложений, а остальная большая часть - водоупорными среднемиоценовыми-плиоценовыми глинами павлодарской свиты.

Мощность трещиноватой зоны составляет 20-56м, достигая иногда 100м. Водообильность зоны неравномерная. Дебиты скважин изменяются от 0,3 до 4,0л/с. Воды зоны пресные либо слабосолоноватые, по составу гидрокарбонатные и хлоридно-гидрокарбонатные. Общая жесткость составляет 4,93-22,9мг-экв/дм³.

Питание подземных вод зоны происходит за счет перетока из соседних зон. Разгрузка происходит в соседние водоносные зоны, лежащие ниже по потоку. Подземные воды зоны выветривания гранитоидов палеозоя очень широко развиты на описываемой территории. Водовмещающими породами являются граниты, гранодиориты, диориты, гранит-порфиры. Породы разбиты многочисленными трещинами. Глубина залегания подземных вод зависит от глубины распространения трещин и рельефа местности. Коллекторские свойства гранитоидов определяются интенсивностью их трещиноватости. Подземные воды приурочены к верхней наиболее трещиноватой части зоны выветривания, глубина которой по данным бурения достигает 20-60м, реже 70-80 м. Наибольшая глубина залегания вод отмечена на равнинных участках. Воды имеют грунтовых характер, но на участках, где гранитоиды перекрыты глинами и тяжелыми разностями суглинков, приобретают напор высотой от 16,0 до 40,0 м. Статические уровни устанавливаются на глубине 2,3-20,0м.Водообильность пород неравномерная и определяется степенью трещиноватости. Дебиты колеблются от 0,05 л/с до 10,0 л/с при понижениях 54,5-1,1 м. Преобладают пресные и слабоминерализованные воды.

По составу воды гидрокарбонатно-хлоридные, хлоридно-гидрокарбонатные кальциево-магниевые, реже смешанные. Основным источником питания являются атмосферные осадки и подземные воды зон фундаментов, расположенных гипсометрически выше. Разгрузка осуществляется по потоку в нижележащие зоны.

Описываемый район характеризуется сложной гидрологической и гидрохимической обстановкой. Подземные воды зоны трещиноватости пород палеозойского и протерозойского возраста являются перспективными в зонах развития пресных подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

3.4 Расчет основных гидрогеологических параметров

Для оценки запасов подземных вод необходимы предварительные расчеты следующих параметров: К_ф м, а_у, q, R_пр.

В основе всех расчетов лежит определение К_ф по формуле Дюпюи с поправкой Веригина. Водоносный горизонт безнапорный, мощность Н = 50,25 м, диаметр фильтра 190 мм; длина фильтра l= 6,8 м; нагрузка на скважину и другие данные берутся с карты.

Q - дебит (м³/сут.);

R - радиус влияния откачки;

Z - радиус фильтра;

H - мощность в.г. (м);

S - понижение (м);

- поправка Веригина, определяемая [9, стр.120]

В зависимости от соотношения и

Для облегчения расчетов вынесем данные по скважинам в таблицу №1.

Таблица 1. Результаты гидрогеологических поисков

№ скв.	Q (дм3/с)	S(м)	Ну (м)	Н (м)	М (г/дм3)	q(дм3/с*м)
41	2,5	22,2	3,8	50,25	1,1	0,11
45	2,4	16,6	12,5		0,8	0,14
217	2,4	2,0	5,7		3,4	1,2
336-Mz	5,3	19,9	4,5		1,38	0,26
11010	1.1	19,8	3,5		0,9	0,05
3837	10,5	27,3	3,0		1,4	0,38
113	0,05	54,5	7,02		0,9	0,0009
1695	2,31	28,8	3,6		6,1	0,08
87	1,3	24	6		1,3	0,054
1691	6,0	10,4	5,6		1,4	0,29
112	3,3	9,37	7,75		0,9	0,35
115	5,5	5,82	6,01		1,3	0,94
348	1,73	13,15	4,2		0,8	0,13
114	0,1	18,14	15,0		1,0	0,0055

Находим среднее значение К_ф и вычисляем основные параметры.

К_фср = 0,8 м/сут

µ^*=б*в_w+в_sв_w=4.5*10^-5Па

в_s=(0,26-2)*10^-5

µ^*=0,25*4,5*10^-5+0,27*10^-5=1,395*10^-5=0,000139

(м³/сут) a^*=289208.6 (м²/сут)

(м) R_пр=80667,2

Таким образом получили следующие гидрогеологические параметры, пригодные для расчета.

К_ф = 0,8 м/сут; м =0,000139; а_y =289208,6м²/сут; R =80667,2м

3.5 Оценка естественных ресурсов

Проводится по профилю между скважинами 11010, 3837 и 232 , перехватывающему большую часть потока.

Расчет ведем по формуле Дарси:

Q_e = К_ф * F * I * cosб,

где б - угол между направлением потока и перпендикуляром к заданному профилю, так как б=90⁰ (см.карту), то cosб=1.

Определяем по карте I = Дh/l, где Дh - разность отметок гидроизогипс, а l - расстояние между этими точками.

Определяем расстояние по карте между отметками 236-233 гидроизогипс который пересекает вектор потока.

Определяем F - площадь сечения потока как произведения средней мощности водоносного горизонта на расстояние между скважинами 11010, 3837 и 232 (длина профиля АВ).

F = Н_ср. х АВ; АВ = 234,5*(3,8*500)=445550м³;

Q_e =0,8*0,003*445550*0,86=919,6 м³/сут.

Согласно задачи, заявленная потребность хозцентра в воде составляет 10дм³/сек.

Q_потр. = 10 дм³/с *86,4 = 864 м³/с

Q_e = м³/с<Q_потр. = 864 м³/с.

Вывод: следовательно заявленная потребность не может быть обеспечена за счет естественных ресурсов.

3.6 Оценка естественных запасов

Естественные запасы подсчитываются в пределах развития депрессионной воронки подземных вод с учетом принятых граничных условий по формуле:

Q₃ = 0,5мV;

где м - коэффициент водоотдачи;

V - объем обводненных пород;

0,5 - коэффициент сработки запасов.

V = Н_ср. * S, где S - площадь развития депрессионной воронке с учетом граничных условий;

Согласно схемы водоносного пласта, имеем

S=р*R²⁼3.14*80677.2=20432599069.84м²

V=H_cp*S=234,5*20432599069,84=4791444481877,5

Q_з=0,5*0,00014*4791444481877,5=335401113,7 м³/сут

Определим время сработки рассчитанных запасов при данной потребности Q_п=10дм³/с=864м³/сут;

t=335401113,7/0,91=368572652,4 сут>10000сут.

Вывод: следовательно запас естественных ресурсов будет обеспечен на ближайший арматизационный срок эксплуатации.

В геологическом отношении участок представлен миоцен-олигоценовыми отложениям( сложен разнозернистым песком с включениями гравия), занимающих большую часть территории; эоценовыми отложениями палеогеновой системы(сложен толщей глин).

В гидрогеологическом отношении наибольшее значение имеет водоносный горизонт миоцен-олигоценовых отложений. Литология представлена песками мелко- и средне зернистыми, глинами, песчаными глинами.

Водоносный горизонт безнапорный, мощность 17,6 м. Гидрогеологические параметры водоносного горизонта составляют: ; а_у=4352 м²/сут;

R_пр=9895,4 м.

По результатам оценки естественных ресурсов заявленная потребность будет обеспечена за счет естественных ресурсов.

По результатам оценки естественных запасов заявленная потребность будет удовлетворена на ближайший арматизационный срок эксплуатации.

Восполнение запасов осуществляется за счет атмосферных осадков, снеготаяния.



4. Проектная часть

4.1 Основные задачи проектируемых работ

Буровые работы

Цель:

Изучение литологии путем вскрытия разреза и проведение в нем различных видов работ.

Задачи:

· Изучение условий залегания горных пород, их водоносности

· Изучение различных физико-механических свойств пород

· Получение высокопроизводительной и долговечной скважины как источника водоснабжения

· Качественное вскрытие разреза

· Для проведения скважинных геофизических исследований[ 14. стр3]

Геофизические работы

Цель:

Однозначное решение поставленных гидрогеологических задач с освещением основных параметров физико-геологической модели исследований водоносного горизонта.

Задачи:

· Оконтуривание в плане, определение мощности и глубины залегания водообильных отложений

· дифференциация по литологическим особенностям и фильтрационным свойствам водоносных горизонтов, перекрывающих и водоупорных пород

· Изучение рельефа коренного ложа долин

· Определение скорости и направления подземного потока, установление зон нагрузки [7. Стр 296]

Опытно-фильтрационные работы

Цель: Определение основных гидрогеологических параметров

Задачи:

· Определение основных гидрогеологических параметров

· Определение фильтрационных свойств

· Установление гидравлической связи между водоносными горизонтами и поверхностными водотоками [11.стр 21]

Режимные наблюдения

Цель: Установление общих закономерностей изменения режима подземных вод (уровня, температуры, расхода, химического состава) Зависимости от различных факторов природы и взаимодействия человека(11.стр14)

Задачи:

· Качественная и количественная оценка во времени и в пространсие как водоносных горизонтов, так и явлений с ними связанных.(1.стр 228)

· Выяснение закономерностей в режиме

· Определение гидрогеологических параметров по данным режимных наблюдений

· Определение баланса вод

· Контроль за режимом подземных вод

· Управление режимом и балансом подземных вод в желаемом для направлении(1.стр 261)

· Наблюдения за изменением химического, физического и бактериологического состава

· Связь колебании уровня вод с гидрометеорологоческим фактором

· Источники питания грунтовых вод на различных участках их распространение(инфильтрация атмосферных осадков, конденсация водяных паров и т.д.)

· Направления и скорости движения грунтовых вод и закономерности изменения их во времени и пространсве(9.стр137)

Опробование и лабораторные работы

Цели:

· Отбор проб из всех проектных выработок для оценки и качественной характеристики подземных вод

· Получение характеристик подземных вод методом лабораторного анализа.

Задачи: Установление физических свойств и химического состава вод, минералогического и гранулометрического состава, физических и водных свойств пород. [11.стр 16]

Топогеодезические работы

Цель:

Площадная и высотная привязка точек наблюдения и геологоразведочных выработок для составления профилей, топокарт и др.

Задачи:

· Проведение геодезических съемок с целью составления топоосновы для будущих карт

· Осуществление привязок точек наблюдения [11.стр 169]

·

Камеральные работы

Цель:

Обработка результатов полевых исследований.

Задачи:

· Обработка образцов горных пород

· Определение параметров пласта

· Обработка анализов воды и газа

· Расчет упругости растворенного газа

· Расчет приведенных пьезометрических уровней

· Документация и обработка(обобщение) материалов ранее проведенных работ

· Составление карт и разрезов [1.стр 229]

4.2 Обоснование задач методики проведения и объемов проектируемых работ

4.2.1 Горно-буровые работы

Целью буровых работ является вскрытие водоносного горизонта, изучение литологического состава водовмещающих пород, а также установление и уточнение гидрогеологических условий участков водозаборов с целью обоснования схемы их строительства.

Задачи:

· Изучение строения, мощности и условий залегания водоносных горизонтовЦелью буровых работ является вскрытие водоносного горизонта, изучение литологического состава водовмещающих пород, а также установление и уточнение гидрогеологических условий участков водозаборов с целью обоснования схемы их строительства

· Изучение положения уровней подземных вод

· Изучение литологического состава водовмещающих пород

· Изучение условий залегания подземных вод.[ 14. стр3]

1. Обоснование типов скважин

На основании предварительной разведки месторождения подземных вод с целью хозпитьевого водоснабжения хоз.центра Ключевой Северо-Казахстанской области с оценкой эксплуатационных запасов по категории С₁-С₂ в количестве 78.9 м³сут поизводится обоснование типов скважин. На ранних стадиях исследования проектируются разведочные скважины, в задачу которых входит опробование и изучение водоносных горизонтов; поэтому и конструкция рассчитывается на кратковременную работу. Диаметр скважины определяется диаметром водоподемного оборудования, дающими проектный расход и напор на омортизационный срок 10 000 суток.

После прохождения разведочных скважин проходят наблюдательные скважины.

Разведочные скважины проходятся в процессе разведки перспективных участков месторождений подземных вод в целях их более детального гидрогеологического изучения и выявления условий народнохозяйственного использования или освоения. В разведочных скважинах выполняется большой комплекс гидрогеологических и других видов исследований (опытные и опытно-эксплуатационные откачки, наливы, нагнетания, отбор проб пород, воды и газа, расходометрические, геофизические и другие наблюдения).Для обоснованного геолого-гидрогеологического расчленения разреза поисковых и разведочных скважин в них осуществляется отбор керна, выполняется комплекс гидрогеологических наблюдений.

Диаметр разведочных скважин определяется применяемым откачечным оборудованием, которое в свою очередь подбирается, исходя из возможных дебитов при откачках. [1.стр231]

Наблюдательные скважины могут закладываться на любой из стадий поисково-разведочных работ и в зависимости от назначения используются либо для наблюдения за режимом подземных вод в период их разведки и эксплуатаций (наблюдения за естественным или нарушенным режимом), либо для наблюдений за изменением показателей подземных вод (уровня, химического состава, температуры и др.) в процессе проведения опытных гидрогеологических работ (откачек, наливов, нагнетаний, индикационных измерений и др.). [1.стр231]

2. Условия проведения буровых работ

Вид работ - поисково-разведочные работы для обеспечения населенных пунктов запасами подземных вод.Административное положение района работ - Карасевка Северо-Казахстанкой области. Расстояние от базы АО в г.Кокшетау до участка Карасевка - 100 км, Среднее расстояние до участков - от базы ТОО «Геосфера» 139,2 км.

Результирующим итогом проектируемых поисково-разведочных работ будет являться оценка эксплуатационных запасов подземных вод участков по категории С₁-С₂

Исходя из анализа геолого-гидрогеологических условий и материалов предыдущих исследований, выделены перспективные участки на выявление подземных вод. Объемы бурения по участкам намечаются с учетом сложности гидрогеологического строения и гидрохимических условий участков, степени изученности участков и возможности изыскания подземных вод, по качеству и количеству удовлетворяющих заявленным требованиям.

В целом гидрогеологические и гидрохимические условия участков достаточно сложные. На всех двенадцати участках работ подземные воды распространены в зоне трещиноватости скальных пород.

На участке работ пробурено 6_р-з и 2_н-х скважин. Средняя глубина которых составляет 65 м. Литология перспективного водоносного горизонта представлена среднезернистыми мусковит-биотитовыми и крупнозернистыми биотитовыми гранитами. Водоупорная часть представлена глинами, суглинками плиоцена неогеновых отложений.

Буровые работы проводятся по коренным породам с VIII, IX категории по буримости .

На участке имеется река Камысакты. Недалеко от реки расположено село Карасевка, для которого проводятся проектные работы с целью хоз-питьевого водоснабжения с подсчетом эксплуатационных запасов по категории С₁-С₂.

3. Выбор и обоснование способа бурения

В настоящее время бурение на воду производится в основном роторным и ударно-канатным способом.

Способ бурения необходимо обосновывать исходя из следующих характеристик:

а) необходимый диаметр скважины;

б)оптимальный режим бурения при данном разрезе;

в)глубина скважины и ее назначение.

Перспективный водоносный горизонт представлен гранитами, гранодиоритами, диоритами категория по буримости - VIII, IX категория по буримости, средняя мощность водоносного горизонта 50,25 м.Так же требуется качественное вскрытие водоносного горизонта.

Исходя из перечисленных условий, бурение скважин рекомендуется проводить роторным способом-это разновидность вращательного бурения, когда породоразрушающий инструмент (долото), которым осуществляется углубление забоя в скважине цилиндрической формы, получает вращение через колонну бурильных труб от ротора буровой установки..

Общая характеристика способа бурения:

Оборудование для роторного бурения включает вышку, буровую установку с приводом, ротор, буровые поршневые насосы, вертлюг (через него насосы подают промывочную жидкость в бурильную колонну), талевую систему, состоящую из кронблока, блока и крюка, на который в процессе бурения подвешены вертлюг и бурильная колонна, систему очистки промывочной жидкостью, включающую вибросита, желоба и гидроциклоны, приёмные и запасные ёмкости. Кроме стационарных имеются передвижные роторные буровые установки, всё оборудование которых (кроме систем очистки) размещено на платформе автомашины или прицепа, что обеспечивает их манёвренность. Ротор получает вращение от электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания через приводной вал. Вращение вала конического зубчатой передачей ротора трансформируется во вращение стола ротора относительно оси скважины. В столе ротора установлены т.н. ведущие вкладыши, которым передаётся вращение стола ротора. Внутри ведущих вкладышей устанавливаются ведущие вкладыши (меньших размеров), внутреннее сечение которых соответствует сечению верхней рабочей трубы бурильной колонны. Форма сечения рабочей трубы бурильной колонны может представлять квадрат, шестигранник, крестовину и т.д. Аналогичную форму должно иметь внутреннее сечение рабочих вкладышей, вращающих верхнюю рабочую трубу бурильной колонны. Основную часть бурильной колонны составляют бурильные трубы. Между ними и долотом устанавливаются утяжелённые бурильные трубы (УБТ), масса которых должна обеспечивать необходимую нагрузку на долото в процессе роторного бурения и работу труб в растянутом состоянии. Рабочая труба бурильной колонны в своей верхней части присоединяется к вертлюгу, через который по гибкому шлангу подаётся промывочная жидкость в бурильную колонну и далее через насадки долота на забой.

Преимущества ударно-канатного способа:

Достоинством этого способа бурения является то, что вскрываемые водоносные горизонты не засоряются и не кольматируются циклирующим по скважине промывочным раствором. Наблюдение за понижением уровня воды в скважине в процессе бурения позволяет своевременно обнаружить водоносный горизонт. Погрешность в установлении границы залегания водоносного горизонта этим способом составляет ± 0,5-1 м. при этом легко легко устанавливается все вскрываемые водоносные горизонты, обеспечивается высокое качество опробывания практически без искажения природной характеристики водоносного пласта. Дебит скважины как правило, выше скважин, пройденных вращательным способом с промывкой глинистым раствором.

Недостатки роторного способа:

Главным недостатком роторного способа с промывкой глинистым раствором является глинизация водоносного пласта и снижение вследствие этого дебита. Весьма большие трудности вызывает этот способ при бурении валуно-галечниковых отложений, а в особенности тех, которые залегают близко к поверхности. Данный недостаток при роторном бурении можно в ряде случаев устранить, при использовании в качестве промывочной жидкости специальные растворы или техническую воду, которые оказывают минимальное воздействие на стенки скважин.

4. Выбор и обоснование конструкции фильтра:

Выбор фильтра устанавливается исходя из пород водоносного горизонта.

Фильтр предназначен для предотвращения попадания мелких частиц, которые в последствии могут вызвать аварию водоподвешенного устройства и загрязнения воды.

Водоносный горизонт представлен гранитами, гранодиоритами, диоритами, поэтому выбираем сетчатый фильтр на колонне обсадных труб.( 4. стр 47)

Длина рабочей части фильтра определяется по формуле:

L_ф=а*Q/d (6. стр 377),

Где Q- дебит скважины м/ч

б- эмперический коэффициент, зависящий от характера породы (8 стр 322)

d - наружный диаметр фильтра в мм.

Коэффициент б получаем на основании среднего коэффициента фильтрации, соответствующего вида породы. Исходя из этого К_ф =0,8 м/сут. Водоносный горизонт представлен гранитами - б=90, Q=3,2 дм³/сут

L_ф= = 6,8 м.

Для осаждения остающихся в фильтре частиц породы ниже рабочей части фильтра устанавливается отстойник -- глухая труба. Нижнее отверстие отстойника плотно забивается сухой пробкой из дерева твердой породы. Длина отстойника выбирается исходя из глубины скважины 65м.

Длина отстойника -- 11м. (Завалей В.А «Поиски и разведка п/в» стр 48).

Надфильтровая часть равна 1-2 м.Исходя из выше сказанного, длина фильтра будет составлять 19,8 м.

Способ установки фильтра

Исходя из предварительной стадии разведки, фильтр устанавливается на колонне обсадных труб, т.е. диаметр фильтра будет равен диаметру эксплуатационной колонны.

5 Выбор и обоснование водоподъемных механизмов:

Применение того или иного типа насоса определяется: а) Положение динамического уровня в скважине;

б) Заданной производительности;

в) Диаметром водоподъемной колонны;

г) Режимом работы скважин;

При откачке мутной воды, прокачки, пробных и опытных, одиночных откачках с любых глубин рационально применение эрлифта.

Необходимо провести расчет основных параметров эрлифта.

6 Расчет эрлифта

№ п/п	Элементы расчета	Единицы измерения	Формулы и обозначения	Расчет и значения
1	Глубина скважины	м	Lс	65
2	Глубина статического уровня воды от уровня излива	м	h0	6,3
3	глубина динамического уровня воды от уровня излива	м	H	12.6
4	высота уровня излива над поверхностью земли	м	А	2
5	глубина погружения форсунки от уровня излива	м	H=K*hд	H=2*12.6=25.2
6	удельный расход воздуха на 1м3 поднятой воды при параллельном расположении труб эрлифта	м3
7	опытный коэффициент, зависящий от коэффициента погружения		С	11.5
8	расчетный расход воды	м3/ч м3/с	Q1 Q2	11.52 0,003
9	полный расход воздуха	м3/мин
10	пусковое давление воздуха	ат.	p0=0,1*(K*h-h0+2)	p0=2,1
11	рабочее давление воздуха	ат.	p=0,1*[h(K-1)+5]	p=1.76
12	расход эмульсии непосредственно выше форсунки	м3/с
13	расход эмульсии при изливе	м3/с
14	площадь сечения водоподъёмной трубы у форсунки	м2
15	площадь сечения водоподъёмнойтрубы при изливе	м2
16	внутренний диаметр водоподъёмной трубы при параллельном расположении труб	мм
17	внутренний диаметр труб при центральном расположении труб	мм
18	диаметр воздухопроводных труб в скважине	мм	d1	60
19	внутренний диаметр обсадных труб	мм	D	190
20	расположение воздушных труб		параллельное
21	производительность компрессора	м3/мин	Wk=1.2*W	0,936
22	рабочее давление компрессора	ат.	pk=p+?*p	5,62
23	расчетная мощность на валу компрессора	квт	Nk=N0*Wk*pk	Nk=1,10+0,936*5,62=6,36
24	Фактич. мощность на валу компрессора	квт	Ne=1.25*Nk	Ne=1,25*6,36=7,95
25	полный КПД установки	квт

Исходя из выше приведенных расчетов был выбран передвижной воздушный компрессор ПКУ 1,2.

Технические характеристики:

Производительность( по всасываемому воздуху)- 1,2 м³/мин

Конечное давление сжатого воздуха- 7 кг/см²

Приводной двигатель - электродвигатель, 15 квт

Число оборотов вала компрессора в минуту-1000 об/мин.

Охлаждение компрессора - воздушное

Тип прицепной тележки - компрессор и двигатель смонтированы на воздухосборнике с роликами

Вес установки - 570 кг.

7. Составление конструкции скважин

Главными элементами конструкции скважин являются глубина, диаметр, длина, количество обсадных труб.

Эксплуатационный диаметр определяется диаметром водоподъемника в место его установки. Конструкция разрабатывается снизу вверх.

Конструкция скважины будет состоят из эксплуатационной колонны, кондуктора и направляющей колонны.

Определение глубины скважины:

Мощность изучаемого водоносного горизонта на данном участке колеблется от 30м до 60 м. т.к. область проектируемого водозабора является наиболее водонасыщенной и характеризуется большей мощностью перспективного водоносного горизонта, принимаем среднее значение мощности, т.е. 50,25 м.

Предусмотрено дополнительное заглубление скважины не менее, чем на 5 м с целью обустройства в нижней части фильтровой колонны отстойника. Таким образом, расчетная глубина проектируемой скважины составит: 56+5+4,0=65 м.

Определение эксплуатационного (начального) диаметра скважины:

Диаметр направляющей колоны должен быть больше диаметра бурения эксплуатационной колонной, т.е. 194мм, диаметр бурения для кондуктора 243мм.

Определение конечного диаметра скважины:

Конечный диаметр скважины будет выбираться исходя из поперечного размера водоподъемного оборудования и диаметра долота, то есть 151мм.

Конструкция наблюдательных скважин:

В целях уменьшения затрат и снижения сметной стоимости проводимых работ рекомендуется конструкции наблюдательных скважин проектировать с минимально возможными (для данных геологических условий) диаметрами обсадных труб и наиболее простой технологией бурения.

Долото для эксплуатационной колоны 151мм. Бурение направляющей колонной будет производиться долотом диаметром 214 мм с обсадкой 168 мм.

8. Тампонаж скважины

Главным назначением тампонирования скважин является изоляция водоносных горизонтов.

При бурении скважины на воду тампонирование имеет большое значение для изоляций эксплуатационного горизонта от вышележащих неиспользуемых водоносных горизонтов и предохранения его от загрязненных поверхностных вод.

Существует два способа тампонирования скважин: постоянное и временное.

Исходя из того, что стадия разведки является предварительной, водоносный горизонт представлен трещиноватыми породами, а также скважины по назначению являются разведочными, в целях сохранения стенок скважины будет использоваться временное тампонирование. В целях экономичности будет использоваться глинистый тампонаж.

Данным способом производится изоляция затрубного пространства с целью предупреждения циркуляций по нему подземных вод и промывочной жидкости. При отсутствий на забое вязкой глины, или при незначительной мощности ее пласта в скважину забрасывают небольшими порциями шарики глины диаметром 5-7 см. Каждую порцию глины утрамбовывают спускаемой в скважину на бурильных трубах или на канате металлической трамбовкой. После того как в скважине будет создана глинистая подушка мощностью 2-3 м, в нее вдавливают башмак обсадной колонны. В некоторых случаях для вдавливания глины в затрубное пространство башмак колонны обсадных труб закрывают конусной пробкой. После окончания тампонажа пробку разбуривают.

9. Выбор бурового агрегата

Буровой агрегат определяется выбранным способом бурения, начальным и конечным диаметром скважины, ее глубиной и физико-географическими условиями участка.

В связи с тем что начальный диаметр скважины 243 мм, конечный 151 мм глубина бурения 70.9 метров и район хорошо изучен выбираем буровой агрегат УРБ - 3АМ. Технические характеристики приведены в таблице.

Самоходная буровая роторная установка разведочного бурения УРБ-ЗАМ предназначена для безкернового бурения скважин вращательным способом с промывкой на глубину до 300 м.

Основные механизмы установки: приводной двигатель, коробка передач, лебедка, ротор, контрпривод, генератор с электрощитом, мачта с кронблоком и гидродомкраты подъема мачты смонтированы на шасси автомобиля МАЗ-500Л. Буровой насос и глиномешалку, входящие в комплект установки, перевозят отдельно вместе с буровым инструментом, а при работе размещают их около установки. Для монтажа бурового насоса и глиномешалки используют специальное приспособление, установленное на мачте, -- стрелу с подвешенной на ней талью грузоподъемной силой 20 кН. Установка оснащается буровым насосом 11ГрИ с максимальной подачей 6,5 л/с и максимальным давлением 6,3 МПа.

Привод механизмов установки осуществляют от отдельного приводного двигателя -- четырехтактного дизеля марки Д-54Л мощностью 40 кВт или СМД-14Б мощностью 45 кВт.

Управление установкой сконцентрировано у поста бурильщика с левой по ходу автомобиля стороны, где расположены рычаг тормоза и рычаг управления фрикционной муфтой лебедки, рычаг включения привода ротора и лебедки, рычаг управления фрикционом приводного двигателя, рычаг переключения передач, рычаг включения бурового насоса, а также рычаг включения генератора. Здесь же находится управление гидравлическими домкратами подъема мачты. При транспортировке буровой установки мачта укладывается на переднюю стойку.

Тип установки :	УРБ-3АМ
Глубина бурения трубами диаметров до 60 мм	300-500 метров
Рекомендуемые диаметры скважины:
Начальный	243мм
Конечный	93 мм
Диаметр проходного отверстия ротора	250 мм
Частота вращения станка ротора	110,190,314об/мин
Номинальная грузоподъемность	20 тонн
Буровой насос	11ГрИ
Приводной двигатель	Дизель Д54А
Мощность дизеля	40кВт
Генератор	Трехфазный, синхронный ЕСС61-4М
Мощность	8кВт
Транспортная база	Шасси МАЗ-500А
Удельный расход топлива, г/(кВт•ч)	150,7
Ресурс до капитального ремонта, ч	5000
Высота до оси кронблока, м	16
Длина бурильной трубы/свечи, м	4,5/9
Механизм вращения	Ротор
Крутящий момент (максимальный), Н•м	3500
Натяжение талевого каната максимальное, кН	28
Диаметр каната, мм	15,5
Емкость барабана, м	100
Оснастка талевой системы	1x2
Скорость подъёма крюка, м/с	0,54 - 1,56
Тип подачи	С тормоза лебедки

10. Технология бурения

При роторном бурении на воду скважины имеют следующую конструкцию: шахтовое направление, кондуктор, эксплуатационная колонна.

Шахтовое направление служит для закрепления устья скважины от размыва глинистым раствором и для направления циркулирующего раствора. Направление состоит из трубы длиной 15м ,направляющую трубу опускают в заранее вырытый шурф или пробуренную скважину; после проверки вертикальности ее цементируют.

Назначение кондуктора -- перекрыть водоносные горизонты, не подлежащие эксплуатации, или неустойчивые верхние породы, а также обеспечить вертикальность скважины.

Эксплуатационные колонны являются основными для бурения скважин на воду.В большинстве случаев их спускают до кровли эксплуатационного водоносного горизонта и перекрывают ими ниже направления или кондуктора все пройденные водоносные горизонты и пласты. Эксплуатационные колонны, как правило, цементируют от башмака до устья скважины или на высоту, достаточную для изоляции пройденных пластов.

Бурение под направляющую колонну в интервале 0-15м производится долотом Ш-145К. Долото в течении 10-15 мин. будет прирабатываться на забое при пониженной нагрузке, составляющей 10 - 20% от рекомендуемой. По достижению поставленного интервала производится подъем бурового снаряда и спуск в скважину кондуктора диаметром 243 мм. При этом способе бурения скважину промывают водой, которая поступает на забой между стенками скважины и бурильных труб. Разрушенная порода и вода (шлам) поднимаются с забоя по трубам бурильной колонны и снова, самотеком, направляется в затрубное пространство скважины. Вода, омывая, охлаждает долото, а затем, смешиваясь с разрушенной породой, всасывается при помощи эрлифта.

Бурение под эксплуатационную колонну производится долотом Ш-145К в интервале15-100 м. Бурение данного интервала исходя из физико-механических свойств пород, будет осуществляться с постоянной в течение всего рейса осевой нагрузкой, обеспечивающей максимальную рейсовую скорость бурения.

Режим бурения. Для эффективной работы снаряда и повышения производительности бурения, необходимо произвести расчет основных параметров режима бурения.

Основными параметрами вращательного бурения являются:

Осевая нагрузка - разбирается в соответствии с физико-механическими свойствами пород, типом и диаметром долота

Расход промывочной жидкости- рассчитывается исходя из скорости восходящего потока 0,6-0,8 м/с

Частота вращения бурового снаряда.

Осевая нагрузка

P=P₀*D, кH

Где, P₀ - нагрузка на 1 см диаметра долота, кН

D - диаметр долота

P₁=1кН*243мм=243 кН

P₁=1,5кН*243мм=364,5 кН

P₂=1кН*151мм=151 кН

P₂=1,5кН*151мм=226,5 кН

Частота вращения

, об/мин

где, V - окружная скорость вращения долота, м/с (0,8-1,4)

об/мин

об/мин

об/мин

об/мин

Расход промывочной жидкости.

Q = F * _ж , м³/сек

Где, F - площадь кольцевого зазора между стенками скважины и буровыми трубами (м²).

F = *(D² - d²), м² (4.27)

Где, d - диаметр бурильных труб,м

_ж - скорость восходящего потока промывочной жидкости, м/сек

F₁=0,785*(0,1024 м² -0,01м²)=0,07 м²

F₂=0,785*(0,06 м -0,01м²)=0,04, м²

Q₁=0,07 м²*0,25 м/сек =0,02м³/сек

Q₁=0,07 м²*0,3 м/сек =0,02м³/сек

Q₂=0,04 м²*0,25 м/сек =0,01м³/сек

Q₂=0,04м²*0,3 м/сек =0,01м³/сек

11. Выбор основного и вспомогательного оборудования

Бурильные трубы - служат для спуска бурового снаряда в скважину, обеспечения промывки ее забоя, передачи вращения породоразрушающему инструменту споверхности от вращателя станка, передачи осевой нагрузки на забой, подъемабурового снаряда из скважины, и ликвидации аварий.

Обсадные трубы - служат для предотвращения обвалов и сужения стенокскважины в неустойчивых породах.

Шарнирные ключи - предназначены для свинчивания и развенчиваниябурильных труб и их соединений. Они состоят из рукоятки и шарнирно соединенных между собой звеньев. Звенья несут на себе зажимные плашки с закаленной насечкой. Шарнирные ключи выбираются исходя из диаметра обсадных и буровых труб.

Хомуты стальные - используют при спуске колонны обсадных труб в скважину.

Механизм для развенчивания и свинчивания бурильных труб - механизм диаметром 114 мм в комплекте с буровой установкой предназначен для развенчивания и свинчивания бурильных труб.

Приспособления для выноса буровых труб в месте с бурильным станком и колпачки для подставки долота и УБТ

12. Инструмент для ликвидации аварий

Метчик - ловильный резьбонарезной инструмент с конической наружной резьбой для соединения с внутренней поверхностью извлекаемых труб. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей различают три типа метчиков:

- Универсальные;

- Специальные;

- Освобождающиеся.

Метчики изготавливают как с правой, так и с левой резьбой.

Колокол - ловильный резьбонарезной инструмент с внутренней конической нарезкой для соединения с наружной поверхностью извлекаемых труб. Колокола рекомендуется применять при извлечении утонченной части бурильных труб, соединении с трубой, имеющей клиновидный или спиральный излом, а также продольный разрыв, при ликвидации аварий;

Ловильные гладкие пики - предназначены для ликвидации аварий с бурильными трубами. Гладкие пики применяют при извлечении всей колонны труб или развинчивают колону труб или ее частей, предварительно отрезанных, а с помощью граненых пик развинчивают колонну труб с последующим подъемом отвинченных частей на поверхность.

Трубные пауки - предназначены для извлечения оставшихся в скважине мелких предметов (лап, шарошек, звеньев ключей и др.)

Ерши - служат для извлечения оставшегося в скважине тартального каната или каротажного кабеля.

Отводные крючки - служат для установки по центру скважины находящейся в ней бурильной колонны. Изготавливаются из муфтовых заготовок обсадных труб.

Наружная труборезка - предназначена для вырезки и извлечения бурильных труб из скважины по частям.

13. Общий объем буровых работ

Общий объем буровых работ рассчитывается как произведение количества скважин на их глубину. Таким образом, он составит

(6_{р скв}. + 2 _{наб.скв.}) *65 м = 520 п.м.

4.2.2 Геофизические работы

1. Цели и задачи геофизических работ

Целевым назначением геофизических работ следует считать изучение разреза, гидрогеологических условий без вскрытия разреза или с минимальным количеством разведочных работ.

Задачами геофизических работ является картирование магматических, осадочных, метаморфических пород, разрывных структур, выделение зон трещиноватости и закарстованности, оконтуривание в плане, определение мощности и глубины залегания грубообломочных водообильных отложений среди глинистых образований, дифференциация по литологическим особенностям и фильтрационным свойствам водоносного горизонта, перекрывающих и водоупорных пород, изучение рельефа коренного ложа долин, определение скорости и направления подземного потока, установление зон разгрузки (№ 5. стр 295-296 ).

Исходя из способа бурения выбираем следующие геофизические работы: гамма-каротаж, так как гамма лучи обладают наибольшей проникающей способностью, что позволяет проводить исследования через колону обсадных труб(№ 11 стр 192) . Гамма-каратаж сводится к изучению естественного излучения горных пород и методы в которых наблюдается эффект взаимодействия излучения, создаваемого источником гамма-излучения.(стр 97 «Геофизические методы исследования скважин» С.Г Комаров).

Исходя из стадии разведки (предварительная разведка) проектом предусматривается проведение ВЭЗ.

Обоснование видов работ.

Методика проведения ВЭЗ:

Методом вертикального электрического зондирования изучают изменения сопротивления горных пород на глубину. Работы выполняют чаще симметричной четырехэлектродной установкой AMNB, где АВ - питающие электроды, создающие электрическое поле в земной коре. MN-регистрирующие электроды, которые замеряют падение напряжения на участке MN. Электроды MN перемещаются по определенной системе внутри промежутка АВ, получая электрическую карту этого участка. Проведенные работы характеризуют одну физическую точку, далее установка перемещается по профилю с обязательными перекрестиями, чтобы не допустить появления «белого пятна». Глубина исследований геофизическими методами Нг/ф обычно применяется 3-5 м больше глубины бурения . Как видно из методики электроразведки изучения разреза внутри питающих электродов АВ осуществляется путем перемещения внутри этого интервала регистрирующих электродов по определенной схеме. Эти работы производятся на одной физической точке. Далее установка перемещается по профилю с обязательным перекрытием. А\В для ликвидации «белого пятна». Величина. А\В перемещается по электрическому соотношению А\ В=10%АВ(11 стр78) .

Результаты измерений методом ВЭЗ изображают в виде кривой ВЭЗ для каждого пункта, карты типов кривых для всей площади, разрезов кажущихся сопротивлений для каждого профиля, планов изломов для определения разносов АВ и электрических разрезов (12 стр 112).

Проектом предусматривается использование 4-х электродной симметричной установки (9 стр. 123) имеющая следующее оборудование:

Электроды в питающих линиях.

Источник питания - батареи ГДМЦ-6

Автокомпенсатор - АЭ-72

Соединительные провода

Катушка с подставками, полевые вилки, клеммы, изоляционный материал и ремонтный инструмент.

Работы проводятся в следующей последовательности:

В выбранной для зондирования точке, у центра зондирования устанавливается электроразведочный прибор, батарея, две катушки с проводом для разноса питающих электродов и на небольшом расстоянии (1-2 м) друг от друга заземляются два приемных электрода MN. Направление, в котором должны разноситься питающие и приемные линии, выбирается в соответствии с геологическим и топографическим порядком и должно быть прямолинейным. Вдоль направления линии MN заземляются питающие электроды на расстоянии 1,5-3 м от центра и проводится измерение тока в питающей линии и напряжение на приемных электродах. Далее расчитывается кажущиеся сопротивление:

с_к=?*?U/I(Ом*м)

где: k-коэффициент установки, зависящий от расстояния между электродами.

Затем разносы питающих электродов последовательно увеличиваются и для каждого разноса рассчитывается ск, при увеличении разноса измеренное ск будет характеризовать все большие и большие глубины. По результатам измерения ск на специальном бланке с логарифмическим масштабом по осям координат (бланк ВЭЗ) строится кривая ВЭЗ: по вертикали откладывается ск, а по горизонтали величина горизонта В/2.

Точки зондирований располагаются вдоль разведочных линий. Расстояние между соседними точками ВЭЗ меняются от нескольких десятков метров до нескольких километров и должны быть меньше глубины залегания изучаемых структур.

При проведении гидрогеологических исследований в состав геофизических работ входят: Резистометрия, Расходометрия, Кавернометрия, ВЭЗ, Гамма-каротаж.

Для определения объема электроразведочных работ необходимо вначале определить величину радиусов АВ, которая на основании большего практического опыта полевых экспедиций принимается из соотношения:

Н_гф=(10-15%) -

Глубина исследований г/ф методами Н_гф обычно принимается 3-5 м больше глубины бурения. Как видно из методики электроразведки изучение разряда внутри питающих электродов АВ - осуществляется путем перемещения внутри этого интервала регистрирующих электродов по определенной схеме.

Эти работы производятся на 1 физической точке (ф.т). Далее установка перемещается по профилю с обязательным перекрытием А`В для ликвидации «белого пятна» Величина А1В=10% А`В. Объем работ в ф.т. определяется

П=,

где Lпроф- суммарная длина профилей.

Глубина скважины 65 м, тогда Н_гф=70м Перекрытие А`В=10%*1400м=140 м, установка А`А=1400-140=1260 м

Длина профиля 16 км.

П=

2. Методика проведения каждого вида работ

Методика проведения гамма-каратажа

Гамма-каратаж состоит в измерении интенсивности естественного гамма ...