Ошибки в проектах скважин по условиям технологии бурения (часть 2)

Если водоносный горизонт с напорными водами представлен сильно трещиноватыми скальными породами, а в кровле водоносного горизонта залегают непрочные глины, супесчаные породы или мелкие пески, то глинистые или пылеватые и мелкие песчаные частицы легко проникают в водоносный горизонт, вызывая помутнение воды или пескование скважины.

При проектировании бурения скважины роторным способом возникновение этих явлений можно предупредить цементированием затрубного пространства эксплуатационной колонны или частичным манжетным цементированием надфильтровой зоны. Если же намечено бурить скважину ударно-канатным способом, то единственным средством избежать проникновения мутной воды и песка под башмак эксплуатационной колонны является как можно большее заглубление ее в водоносную породу.

Проектирование так называемого подбашмачного цементирова ния при ударном бурении обычно малоэффективно по следующим причинам. В настоящее время нет расширителей и подработка забоя в скальных породах для цементирования может осуществляться только инструментом стандартного диаметра (например, в трубах с внутренним диаметром 305—301 мм долотом диаметром 298 мм). Следовательно, цементная пробка в скальных породах будет иметь наружный диаметр также около 298 мм. При необходимости оборудования водоприемной части скважин в скальных сильно трещиноватых водоносных породах перфорированными трубами диаметром 203 мм (наружный диаметр 219 мм, диаметр муфт 243 мм) цементная пробка должна быть разбурена долотом диаметром не менее 248 мм. При этом толщина стенки цементного стакана по расчету должна составить всего лишь 25 мм, а практически он будет раздроблен долотом и не выполнит своего назначения.

Поэтому более целесообразно проектировать установку так называемого безмуфтового клина (рис. 49), который может быть установлен на уступ в скальной породе и, удлиняя пути фильтрации, должен предотвратить поступление мутной воды и песка в водоприемную часть скважины.

Если для эксплуатационной колонны предусмотрен диаметр 305 мм, то диаметр клина длиной 5—6 м можно проектировать равным 255 мм (наружный диаметр 273 мм) без муфт. Забуривать уступ для установки клина необходимо долотом диаметром 298 мм, а затем для спуска перфорированных труб диаметром 203 мм (наружный диаметр 219 мм) бурить долотом диаметром 248 мм. Если длина перфорированных труб должна быть более длины одного стандартного звена (6, 8, 11 м) и потребуются муфтовые соединения, то в проекте необходимо предусмотреть обтачивание муфт.

Для лучшей изоляции от непрочной водоупорной кровли ориентировочно величину заглубления башмака эксплуатационной колонны или клина в водоносный горизонт целесообразно принимать в среднем равной 2—3 м.

 

5. Для отдаления фильтрующей поверхности водоприемных устройств скважины от непрочных водоупорных пород в кровле и подошве водоносного горизонта в проектах следует предусматривать установку глухих труб над фильтром и под фильтром (удлинение отстойника). Необходимость этого может быть объяснена следующим образом. Известно, что непосредственно у водоприемной поверхности фильтра токи воды достигают наибольшей скорости. Движущаяся вода омывает недостаточно устойчивые водоупорные породы, разрушает их и вызывает появление мути в скважине. В результате отдаления водоприемной части фильтра от непрочных водоупорных пород вследствие удлинения верхней части отстойника и надфильтровой трубы токи воды, характеризующиеся наибольшими 1 скоростями, также отдаляются от этих пород, а непосредственно возле них создается зона замедленных токов или даже относительного застоя. Благодаря этому неустойчивые породы не размываются.

В зависимости от конкретных геолого-гидрогеологических условий длина глухих труб у фильтра может приниматься различной. При значительной мощности водоносного слоя, большой расчетной производительности скважины и непрочности водоупорной кровли и подошвы длина этих труб должна быть большей, а при незначительной мощности водоносного горизонта, прочной кровле и подошве и незначительном расчетном водоотборе длину глухих надфильтровых и подфильтровых труб можно уменьшать.

Рекомендуется проектировать удлинение отстойника над водоупорной подошвой от 1 до 3 м и длину выхода надфильтровой глухой трубы ниже башмака эксплуатационной колонны в зависимости от его заглубления ниже водоупорной кровли также в пределах от 1 до 3 м. Необходимость проектирования предохранительных мероприятий для верхней части водоприемной части скважины объясняется тем, что кровля водоносного горизонта всегда более подвержена разрушительному воздействию токов воды, чем подошва. 6. В проектах в толщах мелкозернистых водоносных песков нередко меняют диаметры обсадных труб с больших на меньшие. При таких переходах колонны часто заклиниваются или спариваются в результате проникновения песка в кольцевой зазор между колоннами. Во избежание этих явлений при ударно-канатном бурении применяют довольно широко распространенный прием — так называемый тампонаж глиняными шариками. Этот прием в какой-то мере предотвращает спаривание, но все же в общем малоэффективен. Совершенно неэффективным вследствие технической неосуществимости является в этих условиях метод создания «глиняной пробки» в том виде, в каком он изображается в проектах (рис. 50).

Нереальность этого мероприятия объясняется тем, что даже при условии работы расширителем (в производстве этого инструмента нет) в водонасыщенных песках не удается создать полость для «запрессовывания» в нее, как это обычно указывается в проектах, глиняной пробки. Вполне очевидно, что при подобных попытках водоносные породы будут оплывать, а глиняная пробка под воздействием воды и работы любым уплотняющим инструментом превратится в разжиженную массу. При последующем спуске колонны обсадных труб меньшего диаметра и работе желонкой эта разжиженная глинистая масса будет постепенно удалена из скважины.

При ударно-канатном бурении неэффективно и так называемое подбашмачное цементирование.

При проектировании бурения скважин ударно-канатным способом следует избегать смены диаметра обсадных колонн в водонасыщенных песках. Целесообразнее проектировать предельно возможную величину выхода колонны для достижения кровли водоупора, чем заранее намечать смену диаметра в водоносных песках. Если смена диаметра обсадных труб в водоносных песках неизбежна, на участке перехода следует предусмотреть забрасывание в скважину глиняных шариков.

Для проектирования бурения скважин роторным способом проблема смены диаметра труб в указанных условиях значительно облегчается. При роторном бурении вследствие значительно большего выхода колонн любая из них всегда может быть остановлена в водоупорных породах и зацементирована и, кроме того, если необходимо сменить диаметр в водоносных песках, то в проекте можно предусмотреть манжетное цементирование.

Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения.
Белицкий А.С., Дубровский В.В., Издательство "Недра", 1968