Особенности устройства водозаборных скважин

Технологический процесс устройства скважин для водоснабжения включает их бурение, крепление обсадными трубами, опускание фильтра, устройство сальника, разглинизацию и освоение водоносных горизонтов.

Бурение скважин в зависимости от количества и мощности водо­носных горизонтов, глубины залегания, литологического состава пород и качества воды ведут роторным способом с промывкой или продувкой, удар­но-канатным, колонковым и шнековым способами. Роторный способ ис­пользуют обычно в хорошо изученных в гидрогеологическом отношении районах. Он обеспечивает бурение скважин в породах различной твердости на необходимую глубину. Технология роторного бурения скважин во мно­гом определяется осевым давлением (нагрузкой) на породоразрушающий инструмент, частотой вращения в единицу времени, количеством и качест­вом промывочной жидкости. В свою очередь эти показатели зависят от гео­логических условий и физико-механических свойств пород, типа

Рис. 8.1 – Станки и инструмент для вращательного бурения

а – схема станка шнекового бурения: 1 – резец, 2 – платформа, 3 – лебедка, 4 - направляющая стойка, 5 – штанга с ребордой, 6 – электродвигатель

б – схема станка роторного бурения: 1 – бурильная труба, 2 – лебедка, 3 - вращатель-ротор, 4 – вертлюг, 5 – рабочая труба, 6 – вышка, 7 – насос, 8 – бак с глиняным раствором, 9 – соединительная труба, 10 - долото

в – рабочие наконечники: 1 – шарошечное долото, 2 – лопастное уступчатое долото, 3 – лопастное долото «рыбий хвост»

 

и диамет­ра породоразрушающего инструмента, глубины и диаметра скважины. Наи­более интенсивное разрушение пород происходит при максимальной осевой нагрузке для данного типа долота в твердых породах и уменьшенной - для рыхлых и трещиноватых пород. Однако при завышении осевой нагрузки может произойти искривления ствола скважины. Недостатком роторного бурения является то, что водоносные горизонты часто глушатся (закупориваются) глинистым раствором промывочной жидкости. Даже промывка чистой во­дой при бурении мелкотрещиноватых пород иногда приводит к полной за­купорке трещин и безводности скважин. Чтобы этого не произошло, приме­няют дорогостоящие самораспадающиеся промывочные жидкости.

Рис. 8.2 – Станки и инструменты для ударно-вращательного и ударного бурения

а – станок ударно-вращательного бурения: 1 – пневмоударник, 2 – обеспыливатель, 3 – буровая штанга, 4 – рукав для воздуха, 5 – электрокабель, 6 – вращатель, 7 – лебедка, 8 – станина, 9 – противовес

б – схема пневмоударника: 1 – путь сжатого воздуха, 2 – цилиндр, 3 – выход воздуха, 4 – воздухораспределительное устройство, 5 – сжатый воздух, 6 – поршень со штоком, 7 – выход сжатого воздуха, 8 – коронка

в – виды буровых головок: 1 – однодолотное, 2 – двухдолотное, 3 – крестовое, 4 – звездчатая

Более эффективным при бурении скважин на воду является ударно-канатный способ, при котором практически не нарушается естественное со­стояние водоносного горизонта и отпадает необходимость в выполнении сложных работ по вызову водопритока к скважине.

Колонковый способ при бурении скважин на воду применяют ред­ко, в основном из-за малых диаметров скважин (до 150 мм). Им бурят раз­ведочные, бесфильтровые и самоизливающиеся скважины. Шнековое бурение ис­пользуют в благоприятных условиях при глубинах скважин до 50 м. В слож­ных гидрогеологических условиях применяют комбинированный способ бурения (ударно-канатный, роторный и др.).

При бурении скважин на воду применяют прямую или обратную их промывку. При прямой (рис. 8.4, а) жидкость, подаваемая насосом, омыва­ет забой, торец породоразрушающего инструмента и, поднимаясь по стволу, выносит частицы разрушенной породы, а при обратной (рис. 8.4, б) жид­кость, омывая забой и породоразрушающий инструмент, поднимается по бурильным трубам.

 

 

Рис. 8.4 – Бурение скважин на воду

1 – насос, 2, 10, 11 – шланги, 3 – сальник, 4 – бурильные трубы, 5 - породоразрушающий инструмент, 6 – очистные желоба, 7 – отстойники, 8 – приемная емкость, 9 - всасывающий шланг, 12 – герметизатор устья, 13 – долото, 14 – ротор бурильной установки, 15 – вертлюг, 16 – вакуумная установка

 

Обратная циркуляция промывочной жидкости может осуществ­ляться путем отсасывания ее из колонны труб насосами, а в скважину она поступает самотеком.

В мягких и рыхлых породах часто бурение скважин на воду диаме­тром до 1200 ... 1500 мм на глубину до 300 м осуществляют вращательным способом с применением обратно-всасывающей промывки (см. рис. 8.4, г). Для этого применяют двух- и трехлопастные долота режущего типа (см. рис. 8.4, в), армированные твердыми сплавами. Такое бурение имеет ряд преимуществ: скважины бурят без крепления обсадными трубами; скорость бурения по сравнению с ударным способом возрастает в 10 ... 15 раз; ис­ключается глинизация водоносного горизонта и благодаря этому увеличива­ется производительность (дебит) скважины в 4 ... 8 раз; обеспечивается на­дежное устройство гравийных обсыпок фильтров и повышенный приток воды в скважину. После бурения скважины и крепления ее (при необходи­мости) внутрь опускают фильтры.

Опускание и установка фильтров. Для водозаборных скважин (трубчатых колодцев) применяют фильтры трубчатые и каркасно-стержневые, с покрытиями из проволоки, сетки и штампованного листа, гравийные, блочные и гравитационные. Тип фильтра выбирают, исходя из назначения и срока работы скважины, состава водосодержащих пород (определяющих размеры проходных отверстий фильтров), химического состава воды и ее коррозионных свойств (влияющих на выбор материала рабочей части филь­тра), глубины скважины (определяющей прочность фильтра и возможности его опускания).

Перед спуском фильтра в скважину ее промывают и замеряют глу­бину. Фильтры необходимой длины собирают на площадке (в горизонталь­ном положении) из отдельных секций. Секции фильтров перед сбор­кой очищают от окалины и покрывают слоем антикоррозионной изоляции. Фильтры длиной 5 ... 10 м соединяют одним патрубком, а длиной 15 ... 20 м - двумя. На длинных (более 10 м) фильтрах через каждые 4 ... 6 м для их центрования при опускании в скважину монтируют направляющие фонари. Опускают фильтры в скважину на эксплуатационной колонне или на бу­рильных трубах с помощью спускового ключа или на муфте с левой резь­бой. В первом случае на верхнем конце надфильтровой трубы устраива­ют замок в виде двух Г-образных вырезов, в которые заводится Т- образ­ный ключ.

Засыпку гравийных фильтров осуществляют через устье скважины или вспомогательную трубу. По мере засыпки на высоту 1 ... 2 м обсадные и вспомогательные трубы поднимают, постепенно обнажая фильтр. Засыпку делают на 5 ... 10 м выше рабочей части фильтра, так как в процессе эксплуатации уровень засыпки понизится за счет выноса песка и гравия.

Освоение водоносных пластов сводится к разглинизации их фильт­ров в скважинах, пробуренных с промывкой глинистым раствором. Разглинизацию выполняют способами промывки скважины через рабочую по­верхность фильтра, желонированием, затрубной (зафильтровой) промыв­кой, прокачкой эрлифтом или гидроэлеватором и с помощью гидроимпуль­сов (возбуждением ударных волн в пределах водоносного пласта).