ПРИ ПОИСКАХ И РАЗВЕДКЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ

 

К техническим средствам, применяемым при поисково-разведочных работах, относятся: водоподъемное оборудование для проведения откачек, оборудование для проведения нагнетаний и наливов, приборы для замера уровней, температуры, дебита подземных вод, комплекты оборудования для изоляции водоносных горизонтов, приборы и оборудование для гидрогеологического опробования скважин.

Водоподъемное оборудование используется для проведения откачек воды из скважин.

Горизонтальные центробежные насосы применяются при положении динамического уровня в скважине не глубже 7 м. Диаметры скважин 89 – 250 мм и выше. Подача воды от 0,7 до 360 м³/час. Использование таких насосов ограничено незначительными динамическими уровнями при откачке.

Эрлифты - наиболее часто встречающееся откачечное оборудование особенно при пескующих скважинах. Подъем воды на 60 – 80 и более метров осуществляется воздухом, нагнетаемым в воду по воздухопроводной трубе при помощи компрессора. Эмульсия из смеси воды и воздуха меньшей по сравнению с водой плотности поднимается по водоподъемной колонне.

Глубина погружения воздухопроводной трубы эрлифта определяется по формуле

1= K · h, (4.1)

где l - глубина погружения воздухопроводной трубы, м;

K - коэффициент, равный отношению глубины погружения смесителя к высоте подъема воды (1,9 – 3,0);

h - расстояние от динамического уровня до точки излива эмульсии, м.

Для наблюдения за положением уровня воды в скважине при откачке целесообразно устанавливать пьезометр, нижний конец которого необходимо опустить на 8 – 10 м ниже самого смесителя. Для подачи мутной воды из скважины применяются вибрационные водоподъемники, действующие по принципу сообщения столбу воды в скважине ускорения, большего, чем 9,8 м/с, и водоструйные установки, в основу которых положен принцип непосредственной передачи энергии от одного потока с большим запасом энергии к другому - с меньшим запасом.

При больших динамических уровнях и малой производительности скважин применяются штанговые поршневые насосы.

Откачка воды из скважин часто осуществляется вертикальными насосами. Артезианские насосы с вертикальным валом типа АТН и НА применяются обычно в неглубоких скважинах строго вертикальной конструкции. Достоинство насосов этого типа заключается в том, что их электрическая часть (электродвигатель) находится на поверхности, недостаток – критичен к конструкции скважины, лучше работает при неглубоком залегании уровней. Подача воды зависит от количества колес насоса и может достигать 70 – 186 м³/час.

Артезианские погружные насосы типа ЭЦВ устанавливаются в скважину с погружением электродвигателя под динамический уровень и пригодны только для откачки осветленной воды. Для подачи электроэнергии при откачке такими насосами используются передвижные электростанции.

В настоящее время на рынке Казахстана предлагаются насосы различных модификаций. Отличительной особенностью погружных центробежных насосов, выпускаемых в странах СНГ, является их относительно низкая стоимость, однако они значительно проигрывают в технических показателях (диаметры, подача, напор) зарубежным аналогам. В противовес, насосы, выпускаемые в странах дальнего зарубежья известными фирмами, отличаются высокими техническими показателями при значительно более высокой их стоимости.

Для примера остановимся на насосах типа ЭЦВ (производства СНГ) и типа TWU (производства фирмы WILO – Германия).

Сравнительные характеристики этих насосов приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Тип насоса	Подача, м³/час Q	Диаметр обсадной колонны, ˝Ø	Q Ш, м³/час на 1˝	Стоимость, тыс.тенге на 02.2002г.
Производство СНГ
ЭЦВ 4-2,5-80	2,5	4˝	0,625	39,9
ЭЦВ 5-6,5-120	6,5	5˝	1,300	36,3
ЭЦВ 6-16-190	16,0	6˝	2,660	54,0
ЭЦВ 8-40-180	40,0	8˝	5,000	123,6
ЭЦВ 10-65-175	65,0	10˝	6,500	189,0
ЭЦВ 12-160-140	160,0	12˝	13,330	297,0
ЭЦВ 14-210-300	210,0	14˝	15,000	915,5
Производство Германия
TWU 4-0830	7,5	4˝	1,870	232,0
TWU 6-2018	20,0	6˝	3,330	572,3
TWU 8-7514	80,0	8˝	10,000	1284,4
TWU 10-15007	140,0	10˝	14,000	1789,8
TWU 10-20006	310,0	10˝	31,000	1755,0

 

Величина удельной подачи в м³/час на 1 дюйм диаметра обсадной колонны скважины у насосов TWU в 2 – 5 раз выше чем этот показатель у насосов ЭЦВ. Использование насосов TWU по этому показателю весьма предпочтительно, однако единственным моментом, препятствующим их использованию, может быть высокая стоимость. Компенсировать высокие затраты на приобретение насосов возможно лишь уменьшением стоимости бурения скважин.

Строительство скважин меньшего диаметра позволит экономить средства как на самом бурении, так и на обсадных трубах. Предварительные расчеты показывают, что при глубинах скважин 300 – 500 м экономия на бурении компенсирует разность в стоимости насосов.

При полевых опытно-фильтрационных работах и режимных наблюдениях используются следующие при­боры для замера уровней воды в скважинах:

- хлопушка - наиболее простое приспособление для замера уровня, выпус­кается с рулеткой различной длины и используется в скважинах до глуби­ны 100 м. Бывают хлопушки со свистком;

- электроуровнемеры типа УЭ - применяются при проведении всех видов ра­бот с гидрогеологическими скважинами и имеют возможность замеров под­земных вод до глобины 50 – 75 – 200 м. Здесь используется принцип замыка­ния электрической цепи при соприкосновении датчика электропровода с по­верхностью воды.

При проведении стационарных гидрогеологических исследований и сис­тематических измерений уровней в скважинах используются самописцы уров­ня, барабанные уровнемеры, а также регистраторы уровня конструкций различных организаций. Выходная информация об уровнях воды в скважинах выдается в виде непрерывных графиков, цифровых распечаток и т.п.

Для постоянной записи колебаний уровня воды в скважинах применяются пьезографы и лимниграфы [19].

Пьезограф В.П. Яковлева (рис. 4.1) закрепляется в устьевой части скважины. В случае скважин с диаметром обсадных колонн менее 150 мм пьезограф помещается над устьем. Прибор автоматически записывает колебания уровня с большой точностью. При изменении передаточного числа от ведущего шкива к ведомому масштаб записи колебаний уровня может меняться от 1:1 до 1:100.

Рис. 4.1. Пьезограф В.П. Яковлева:

1 – подвесная рама; 2 – основание; 3 – барабан; 4 – стойки; 5 – перо; 6 – шкиф;

7 – проволока; 8 – поплавок; 9 – контргруз; 10 – устьевая покрышка

 

В нефтегазовой гидрогеологии используются и погружные пьезографы ППИ-2 И.М. Иванова. Они опускаются в скважину на глубину от 5 до 20 м ниже статического уровня воды. Аппарат (рис. 4.2) состоит из корпуса, поплавка и записывающего устройства. Принцип действия пьезографа заключается в том, что при спуске в скважину вода через фильтр заполняет часть его корпуса. Тогда поплавок поднимается на высоту, на которой давление сжатого воздуха внутри прибора уравновешивают давление наружного столба воды. При изменении уровня столба воды в скважине уровень воды в приборе также изменится. Вертикальные перемещения поплавка регистрируются на записывающем устройстве.

 

 

Рис. 4.2. Пьезограф ППИ-2 И.М. Иванова:

1 – колпак; 2 – каретка со штифтом; 3 – цилиндр; 4 – поплавок; 5 – дополнительная камера;

6 – наконечник; 7 – фильтр; 8 – ловильная головка; 9 – трубчатый шток

 

 

Глубинные манометры различных модификаций (МГГ, РГГЛ, ДГМ) служат для измерения и регистрации пластовых давлений. Эти приборы опускаются в скважину, производят замеры давлений, а информация фиксируется на диаграммных лентах, приводимых в приборе часовым механизмом. Эти исс­ледования проводят обычно в глубоких скважинах.

Наиболее распространены манометры с непрерывной регистрацией показаний (самопишущие глубинные манометры МГГ-1 и МГГ-2У). Основным рабочим элементом данных приборов является пустотелая многовитковая пружина – геликс. При повышении давления, действующего на внутреннюю полость геликса, пружина разворачивается, причем угол раскручивания пропорционален передаваемому давлению (рис. 4.3). Для больших глубин рекомендуется манометры МГН-2, фирмы “Кастер”.

Рис. 4.3. Самопишущий глубинный манометр МГГ-1:

1 – корпус; 2 – отверстие; 3 – сильфон; 4 – капилляр; 5 – геликсная пружина;

6 – стержень; 7 – ось; 8 – стрелка с пером; 9 – каретка; 10 – ходовой винт;

11 – часовой механизм

 

Для измерения динамики восстановления забойного давления после остановки скважины при изучении взаимодействия скважин применяется самопишущий дифференциальный манометр ДГМ-4 И.М. Иванова (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Самопишущий глубинный дифференциальный манометр ДГМ-4

конструкции И.М. Иванова:

1,2 – воздушные камеры; 3 – поршень; 4 – штанга; 5 – регистрирующее устройство;

6 – барабан; 7 – часовой механизм; 8 - клапан

 

В самоизливающихся скважинах пьезометрический уровень (избыточный напор) замеряют образцовыми манометрами. Для автоматической регистрации изменений устьевого давления применяют устьевой манометр Корнилюка–Яковлева (Якор-II).

Для измерения температуры подземных вод используются как ртутные термометры, так и электрические, применяемые при производстве каротаж­ных работ. Скважинные термометры типа “Сириус” созданы на базе геликсных манометров МГН-2 (рис. 4.5). Термоприемник прибора выполнен в виде змеевика 1, полость которого сообщается с полостью геликсной пружины 2. Свободный конец этой пружины соединен с промежуточным валиком 3, на котором укреплена втулка 4, несущая на боковой поверхности пишущее перо 5.

Температура записывается на диаграммном бланке, вставленном в барабан 6, который своими выступами поступательно перемещается по пазам в трубе 8. Движение барабана осуществляется с помощью часового привода 10, вращающего редуктор 9 ходовой винт 7. Пределы измерения температуры таким термометром в °С: от 0 до 250. Длинв прибора 2 м, диаметр 32 мм, масса 10 кг.

Рис. 4.5. Геликсный термометр “Сириус-1”

 

Измерение расхода при откачках и выпусках производится различными методами, однако наиболее точным из них является объемный, при котором расход определяется по времени накопления мерной емкости. Объем мерной емкости должен быть таким, чтобы время накопления ее было не менее 20 – 30 секунд.

При значительных дебитах и невозможности замеров объемным способом, применяют водосливы различных марок и конструкций (трапециидальные, прямоугольные, треугольные и пр.). Определение расхода осуществляется по высоте уровня воды, проходящей через водослив. Если скважина при откачке дает осветленную воду, то для замера дебита можно использовать водосчетчики, дебитомеры, расходомеры различных модификаций. Максимальные расходы, фиксируемые этими приборами, различны - от 20 м³/ч до 230 и даже до 1300 м³/ч. Погрешность измерений до 5%.

При бурении глубоких гидрогеологических скважин возникает необходи­мость поинтервального испытания скважин, пройденных в устойчивых плас­тах. Эти работы проводятся с использованием специальных испытателей и опробователей пластов, принцип работы которых заключается в попадании пластовых вод через хвостовик-фильтр в бурильные трубы. При этом верх­ний интервал скважины изолируется пакером, а характер притока воды в бурильные трубы и забойное давление фиксируется приборами. Испытатель­ный снаряд может также быть с двухпакерной компоновкой, что дает воз­можность испытания интервала с верхней и нижней изоляцией (рис.4.6).

Рис. 4.6. Схема поинтервального испытания скважин:

а – с одним пакером; б – с двумя пакерами (1 – поплавковый клапан;

2 – узел с манометром; 3 – пакер; 4 – фильтр); в – упрощенная компоновка узлов

снаряда для откачки из-под пакерной зоны (1 – обсадные трубы;

2 – бурильные трубы; 3 – пакер; 4 – манометр; 5 – хвостовик)

 

Для отбора проб воды из скважины применяются различные водоносы и пробоотборники, обеспечивающие отбор проб воды и газа с глубин до 1000 – 1500 м. Работают пробоотборники по различным принципам. Пробоот­борник Симонова срабатывает от посыльного груза, могут быть вакуумные пробоотборники, имеющие емкость принимающей камеры до 3000 мл.

Наибольшее распространение получил пробоотборник ПД-3М фирмы “Кастер” (рис. 4.7).

Рис. 4.7. Пробоотборник фирмы “Кастер”

 

Прибор герметизируется на поверхности и открывает камеру пробоотборника через заданный период времени, регулируемый часовым механизмом. Емкость приемной камеры проб отборника может быть от 250 до 1000мл. Основными частями пробоотборника (рис. 4.7) являются: выпускной клапан 8, сдвоенный обратный клапан 7, механическое (шариковое) запирающее устройство 2, программный часовой механизм 1, шток штанги толкателя 9 с упором 5, камера 4, диафрагма 10, уплотнительное кольцо 3. Когда внутреннее давление в камере плюс давление, создаваемое пружиной обратного клапана 6, выравнивается с внешним давлением, клапан закрывается и герметизирует пробоотборник.

Вопросы для контроля

 

1. Какие технические средства применяются при поисках и разведке подземных вод?

2. Какой максимальный динамический уровень возможен при откачке горизонтальным центробежным насосом? Почему?

3. Принцип работы эрлифта, глубина погружения смесителя.

4. Способы замера динамического уровня при откачках эрлифтом.