Тема 1.

Вводная.

Цель лекции: познакомить студента с основными понятиями и сооружения скважин на воду.

Вода является полезным ископаемым номер один и потребность в ней с каждым годом возрастает.

По условному назначению скважины на воду разделяются на:

• Поисковые;

• Разведочные;

• Разведочно-эксплуатационные;

• Эксплуатационные;

• Водопонизительные (дренажные);

• Наблюдательные;

• Нагнетательные.

Водоносным горизонтом называется пласт водопроницаемой породы, заполненный водой и способный отдавать ее.

Основными параметрами водоносного пласта являются:

• Статический уровень пласта, м;

• Динамический уровень пласта, м;

• Понижение, м ;

• Дебит, м3/час;

• Удельный дебит, (л/с)/м.

Важным параметром является проектный дебит, который рассчитывается по уточненной формуле Дюпюи:

(м3/сут), (1)

Где: K– коэффициент фильтрации, м/сут;

L– длина фильтра, м;

S– понижение уровня при откачке, м;

hф – гидравлическое сопротивление фильтра, м;

hтр – гидравлическое сопротивление водоподъемных труб, м;

Rg– радиус влияния (депрессивная воронка), м;

r– радиус фильтра, м;

– коэффициент, учитывающий степень вскрытия пласта;

– коэффициент, учитывающий характер вскрытия пласта.

Параметры, входящие в формулу (1) поможет осознать рисунок 1 «Оборудования скважины на воду фильтром»

Трудоемкость лекции составляет 2 часа.

Литература

И.Д.Бронников, Т.И.Кудряшов. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Гриф УМО. М.: МГРИ-РГГРУ. 2014г.124с.

И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Наэлектронном носители в библиотеке МГРИ-РГГРУ. 2014г.,124с.

Тема 2

Цель лекции: изложение конструкций фильтров, выбор и расчет фильтров и бесфильтровых скважин.

Фильтры, устанавливаемые в скважину, выполняют следующие функции:

• Предохраняют стенки водоносного пласта от разрушения;

• Препятствуют проникновению мелких частиц породы внутрь водоподъемной колонны и тем самым предохраняют центробежные и погружные насосы от преждевременного износа.

В устойчивых горных породах, а также в бесфильтровых скважинах каркасы фильтров не устанавливают.

В зависимости от типа пород водоносного пласта рекомендуются различные типы конструкции фильтров.

В песках различного гранулометрического состава устройство фильтров с гравийной обсыпкой является гарантом надежной работы эксплуатационной скважины.

Расчет фильтра.

Диаметр каркаса фильтра определяется по формуле:

, (2)

Где: Dk– диаметр каркаса фильтра, мм;

Q– проектный дебит, м3/час;

L– длина фильтра, м;

α– коэффициент, характеризующий свойства водоносного пласта.

Расчет бесфильтровых скважин.

Для эксплуатации водоносных песков с достаточно прочными породами кровли мощностью не менее 2-3 метров целесообразно применять долговечные и надежные бесфильтровые скважины.

Расчет бесфильтровой скважины осуществляется с целью определения размеров полости, обеспечивающий необходимую пропускную способность, и выяснения устойчивости кровли сформированной полости. Пример расчета бесфильтровой скважины приводится в рекомендуемой ниже литературе.

В результате изучения лекции студента должен владеть методами расчета выбора фильтра, и бесфильтровой скважины.

Трудоемкость лекции составляет 2 часа.

Тема 3

Расчет конструкции скважины на воду.

Цель лекции: принципы расчета и проектирования скважин для напорных и безнапорных водоносных горизонтов, разведочных, ударно-канатных, для вращательного бурения с обратной промывкой.

При расчете конструкции скважины вначале рассчитывается диаметр каркаса фильтра. Расчет конструкции скважины производится снизу-вверх. Далее определяется диаметр долота под фильтрационную колонну (обсадную колонну) по ее наружному диаметру соединительной муфты с таким расчетом, чтобы обсадная колонна свободно проходила по стволу скважины с регламентируемым радиальным зазором δ.

, (3)

Где: – расчетный диаметр долота под фильтровую колонну (обсадную),мм;

Dм – наружный диаметр соединительной муфты обсадной колонны, мм;

2δ – разность диаметров скважины и муфты,мм.

Затем по расчетному диаметру находится по таблицам нормализованных диаметрDд.м .

По установленному нормализованному диаметру долота рассчитывают внутренний диаметр обсадной колонны, через которую это долото должно пройти:

(4)

Где: dвн – внутренний диаметр обсадной колонны, мм;

∆ - радиальный зазор. Обычно принимают = 5-10 мм (причем нижний предел для для труб малого размера)

По известному внутреннему диаметру dвн обсадной трубы по таблицам находим нормализованный (условный) диаметр обсадной колонны.

При выборе конструкции разведочной скважины конечный диаметр выбирают в пределах 76-93мм в зависимости от диаметра испытателя пластов.

Конструкция скважины при вращательном бурении с обратной-всасывающей промывкой, характерна тем, что имеет только два размера, - под эксплуатационную колонну и направление.

Конструкция разведочно-эксплуатационной скважины зависит от величины динамического уровня, проектного дебита, пород пласта, глубины скважины.

Необходимо, стремиться к сокращению числа обсадных колонн.

В связи с этим, в наше время, практически не применяются ударно-канатное бурение на воду, которое характеризуется большим числом обсадных колонн, нежели другие способы.

В результате усвоения лекционного материала студент должен владеть методами расчета конструкций скважин на воду.

Трудоемкость лекции - 4 часа

Литература

И.Д.Бронников, В.В.Куликов, Т.И.Кудряшов. Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. МГРИ-РГГРУ., 96с., Москва 2014г.

И.Д.Бронников . Бурение скважин на воду. МГРИ-РГГРУ. Учебное пособие, 124с., 2014г.

Тема 4

Буровые установки для бурения скважин на воду.

Выбор буровой установки.

Цель лекции: заключается в рассмотрение отечественных и зарубежных буровых установок для сооружения скважин на воду, методики выбора буровой установки.

В настоящие время в России применяются при бурении на воду самоходные буровые установки роторного типа и с подвижным вращетелем.

За рубежом применяются, главным образом, буровые установки с подвижным вращетелем. Ведущими фирмами-производителями являются,- шведская Atlascopcoи немецкая,-ВИРТ.

Зарубежные буровые установки с подвижным вращателем имеют диапазон глубин бурения от 100 до 1500м. Отечественные буровые установки с подвижным вращателем имеют диапвзон глубин бурения от 50 до 200м.

Набольшие глубины применяют установки роторного бурения 1БА-15В(н)(до 1500м).

Буровые установки для вращательного способа бурения на воду должны выбираться по следующим основным требованиям:

• Грузоподъемность должна быть больше веса наиболее тяжелой колонны;

• Проходное отверстие ротора должно обеспечивать прохождение обсадной колонны наибольшего размера;

• Производительность буровых насосов должна обеспечивать транспортировку шлама из скважины;

• Самоходность.

Общий вес колонны бурильных труб (нагрузка на крюк) может быть определена по формуле:

, (5)

Где: Кпр – коэффициент прихвата;

δкр – нагрузка на крюк,Н;

Lубт – длина УБТ,м;

qубт вес 1 м УБТ,Н/м;

Lб.т – длина бурильных труб,м;

qб.т – вес 1 м бурильных труб, Н/м.

В рекомендуемой литературе приводится пример расчета.

В результате усвоения лекционного материала студент должен уметь правильно выбрать буровую установку.

Трудоемкость лекции составляет – 4часа.

Литература

И.Д.Бронников, В.В.Куликов, Т.И.Кудряшов. Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. МГРИ-РГГРУ., 96с., Москва 2014г.

Тема 5

Технология сооружения скважин на воду.

Цель лекции: изложение современных технологий сооружения скважин на воду в России и за рубежом.

В настоящее время в России наиболее распространенным способом сооружения скважин на воду является вращательный способ. На его долю приходится около 90% от общего объема бурения скважин на воду.

Шнековое бурение применяется в пределах, ограниченных глубиной скважины (до 50 м) и незначительными дебитами.

В странах, занимающих лидирующие позиции в разработке передовых технологий, значительное развитие ударно-вращательный способ бурения с помощью пневмоударных машин, когда порода разрушается за счет вращения долота и воздействия осевой и ударных нагрузок, что позволяет производительности бурения до 1500 м за 5 дней в известняках. Буровые установки, типа RD-20 (Швеция), имеют высокую степень механизации и автоматизации применяемых технологий сооружения скважин на воду.

Технология вращательного бурения скважин с прямой промывкой.

1. глинистым раствором

Применяется при вскрытии и освоении мощных водоносных горизонтов, где раскольмотация пласта эффективна и гарантирована.

2. с промывкой водой

Применяется в песках от мелко до среднезернистых с Кф<15 м/сут с поддержанием избыточного давления на пласт более 3 м. вод. ст.

3. с промывкой полимерными растворами

Применяется в рыхлых неустойчивых отложениях с Кф до 35 м/сут в любое время года, в том числе в многолетнемерзлых породах.

Технология вращательного бурения с обратной промывкой.

Применяется в породах в породах II-IVкатегорий по буримости для высокодебитных эксплуатационных, дренажных скважин диаметром до 1500 мм и глубиной до 150 м в летний период.

Технология бурения скважин ударно- канатным способом.

Применяется для бурения скважин большого диаметра до (1000 мм) глубиной до 150 м в рыхлых отложениях, в условиях ограниченного снабжения водой.

Данный способ применяется в настоящее время для бурения бесфильтровых скважин в Белгородской области.

Технология бурения скважин с пневмотранспорном керна.

Применяется в Швеции, США и др. странах для бурения разведочно- эксплуатационных скважин глубиной до 1500 м и конечным глубиной до 1500 м и конечным диаметром 190 мм.

Применяют компрессоры производительностью до 33,5 м3/мин и давлением 2,5 МПа.

Трудоемкость лекции часов.

Литература

И.Д.Бронников, В.В.Куликов, Т.И.Кудряшов. Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. МГРИ-РГГРУ., 96с., Москва 2014г.

И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. На электронном носители в библиотеке МГРИ-РГГРУ. 2014г.,124с.

Тема 6

Водоподъемное оборудование

Цель лекции: изучение принципов работы и условий применения водоподъемных средств.

Подъем воды из скважины осуществляется различным водоподъёмным оборудованием.

Можно выделить устройство, работающие краткосрочно, которые выполняют задачу по освоению скважины или проведению промывочно- эксплуатационной откачки перед сдачей скважины заказчику для эксплуатации подземных вод. Период работы таких устройств от нескольких суток до месяца. К упомянутым устройствам следует отнести эрлифты, желонки, водоструйные насосы.

К устройствам, которые используют при эксплуатации скважины в течение двух десятков лет и более, следует отнести горизонтальные центробежные насосы и погружные центробежные насосы, типа ЭЦВ и Grundfos.

Горизонтальные центробежные насосы применяются при высоких уровнях воды и устанавливаются на поверхности. Применяются как на этапе освоения, так и на этапе эксплуатации. Могут работать с любыми диаметрами и дебитами скважин.

Откачки, ведущиеся не более месяца, выполняются при помощи эрлифта.

Эрлифт (англ. air- воздух,lift- поднимать)- разновидность струйного насоса. Состоит из вертикальной трубы, в нижнюю часть которой, опущенную в жидкость, вводят газ под давлением. Образовавшаяся в трубе аэрированнаяжидкость (смесь воды и пузырьков воздуха) будет подниматься благодаря разности масс этой жидкости и воды.

Преимущество эрлифта,- можно работать в пульпе с высоким содержанием твердой фазы. Недостаток,- низкий КПД.

При низких уровнях вод применяют ступенчатые эрлифты.

Струйные насосы или гидроэлеваторы.

Действие струйных насосов основано на непосредственной передачи энергии одного потока, называемого рабочим, другому- всасываемому, обладающему меньшим запасом энергии.

Серийные водоструйные насосы предназначены для проведения откачек из скважины на уровне освоения и позволяют реализовывать дебит до 36 м3/ч при глубине динамического уровня до 70 м, при содержании твердых частиц в воде до 30%. Для добычи вод, как правило, не применяется из-за низкого КПД.

В настоящее время основным типом насоса, применяющегося для эксплуатации скважин на воду, является погружной центробежный насос с вертикальным валом и погружным электродвигателем. Должен работать на чистом воздухе. Допускается массовая доля твердых механических примесей не более 0,01%. Имеет высокий КПД.

В комплект поставки входит сам агрегат ЭЦВ (центробежный насос с вертикальным валом + электродвигатель), система автоматического управления, силовой кабель и пояса для его крепления на водоподъемной колонне.

Электронасосный агрегат опускается в скважину на колонне стальных водоподъемных труб, по которым откачиваемая насосом вода подается на поверхность. Могут применяться в скважинах любых диаметров и глубин, при любых дебитах.

Желонки используется, главным образом, на предварительных этапах откачки. Могут применяться в скважинах любых диаметров и глубин, поднимать пульпу с высоким содержанием твердой фазы. Имеют низкий КПД.

В результате изучения дисциплины студент должен уметь правильно выбрать водоподъемной оборудование.

Трудоемкость 2 часа.

Литература:

1. Соловьев Н.В. и др. Бурение разведочных скважин. Учебник для Вузов. М.: Высшая шк. 2007- 904ст; ил.

2. И.Д.Бронников. Бурение скважин на воду. Учебное пособие. На электронном носители в библиотеке МГРИ-РГГРУ. 2014г.,124с.

3. И.Д.Бронников, В.В.Куликов, Т.И.Кудряшов. Проектирование скважин на воду. Учебное пособие. Электронная версия. МГРИ-РГГРУ., 96с., Москва 2014г.

Тема 7

Опробование скважин на воду.

Целью лекции является изучение методов и средств определения параметров водоносного пласта, а также приборов для гидрологических исследований в скважинах.

Основными параметрами водоносного пласта являются: - дебит, статический уровень, динамический уровень.

Метод опережающего опробования применяется в рыхлых песчано- глинистых отложениях, составляющих пласт. При встрече водоносного пласта на бурильных трубах опускается фильтр опробователь пластов ОП, который внедряют в песок путем нагнетания в гидромониторный наконечник воды и расхаживания бурового снаряда. Данный метод позволяет отказаться от весьма трудоемких работ по установке стандартных фильтров, и их изоляций.

После вмыва ОП в водоносный пласт, проводят опытную откачку эрлифтом и определяют уровни и дебит пласта. Диаметр фильтра опробователя равен 76мм.

Съемный испытатель пласта СИП-3,также как и ОП, применяется на разведочном этапе работ.

СИП-3 устанавливают на забой таким образом, чтобы фильтр находился в зоне водоносного пласта. Устанавливается над фильтром резиновый пакер, который определяет столб воды над пакером и зону продуктивного пласта под пакером. Опробование водоносного горизонта производится эрлифтовой откачкой,- дебит и уровни.

Приборы для 2014 исследований.

В обычных условиях по принципу действия уровнемеры: электрические, микроволновые, механические , акустические.

При проведении исследований в сложных условиях (камни, пыль и др.) применяются чаще лазерные уровнемеры, являющиеся безопасными для глаз и обеспечивающие высокую прочность.

Измерение дебета.

Измерение подачи воды необходимо производить до скважины и при выходе воды из скважины (дебит). До скважины, подача измеряется различными расходомерами промывочной жидкости типа ЭМР-5 (м3/час, л/с).

При выходе из скважины наиболее точным методом измерения является объёмный способ. Он заключается в измерении времени заполнения tмерой емкости объемаV. Расход определяется из выраженияQ=V/t.

Измерение расхода с помощью водяных счетчиков.

Наиболее распространенным принципов работы водяных счетчиков является измерение частоты вращения вертушки («крыльчатки»), помещенных в трубопровод.

Принцип работы диафрагменных расходомеров основан на измерении перепадов давлении Δpв потоке воды до и после гидравлического сопротивления диафрагмы, помещенной в трубопровод.

Шариковые тахометрические расходомеры применяются для измерения в жидкостях, содержащих твердые включения.

Измерение температуры воды в скважинах.

В настоящее время широко используются скважинные электронные термометры (ТСЭ), измеряющие температуры в диапазоне от 0° до 50° на глубине до 500 м.

Измерение пластового давления.

В настоящее время применяется три способа измерения пластового давления:

1. По уровню воды в скважинах, вскрывающих исследуемых пласт;

2. По уровню воды или давления в тонкой пьезометрической трубке, установленной в исследуемом пласте;

3. По давлению воды в пласте специальным датчиком пластового (порового) давления, установленного в породах пласта.

Пробоотборники воды.

При сдаче скважины заказчику в обязательном порядке необходимо иметь химический, бактериологический, радиометрический, лабораторные анализы, отобранные из скважины воды.

Для забора воды из скважины применяются пробоотборник ПР-1,5, позволяющий отбирать пробы воды и раствора из скважины, глубиной до 200 м в объеме 1,5 л.

В результате освоения лекции студент должен иметь навыки по опробованию скважин на воду.

Литература

И.Д.Бронников . Бурение скважин на воду. МГРИ-РГГРУ. Учебное пособие, 124с., 2014г.

Трудоемкость- 4 часа.

Тема 8

Вскрытие водоносных горизонтов.

Целью лекции является изучение способов вскрытия водоносных горизонтов.

Под водоносным пластом следует понимать технологический процесс, при котором в водоносном пласте образуется выработка для оборудования водоприемной части скважины.

Главным фактором, определяющим качество вскрытия водоносного пласта, является вид промывочного агента, который подбирается в зависимости от пород водоносного пласта.

Раствор должен быть подобран таким образом, чтобы свести к минимуму кольматацию водоносного пласта.

Вскрытия на глинистом растворе.

Бурение в песчано- глинистом пласте на глинистом растворе позволяет вскрывать практически любые породы водоносного пласта с коэффициентов фильтрации более 20 м/сут в скважинах любой глубины.

Если использовался глинистый раствор, то необходимо применять схему раскольматации прифильтровых зон через промывочные окна.

Вскрытие песчаных глинистых пород на воде требует дополнительного гидростатического давления, более высокого, чем статический уровень пласта. Иными словами, статический уровень водоносного горизонта должен быть более 3 м.

При коэффициенте фильтрации kф > 20 м/сут (песчано- гравийные породы) промывочные насосы не обеспечивают вынос шлама, поэтому бурение скважин с прямой промывкой скважин не эффективно.

Вскрытие на воде при прямой промывке может быть осуществлено только обеспечении достаточного избыточного гидростатического давления, создаваемого за счет непрерывного подачи воды в скважину буровым насосом. Поэтому решающим фактором применения методом бурения с прямой промывкой водой является непрерывность водоснабжения скважины, как в процессе бурения скважины, так и при его остановках.

Вскрытие водогипановыми растворами в рыхлых песчаных и песчано-гравийных отложениях водоносного пласта при прямой промывке в настоящее время находит широкое применение благодаря:

-хорошая кольматация водоносных горизонтов, повышение устойчивости стенок, снижение фильтрационного расхода, улучшение выноса шлема, обеспечение быстрой декольматации горизонтов , дешевизна, не дефицитность, химическая и бактериологическая безопасность.

Перечисленные свойства позволяют применять ВГР в условиях :

-коэффициент фильтрации водовмещающих пород до 35 м /сут.;

-статический уровень водоносного горизонта 1-3 м и более ;

-диаметр скважин- до 450 мм.

В результате усвоения лекционного материала студент должен приобрести навыки по выбору метода вскрытия водоносного пласта.

Цель лекции заключается в изучении методов освоения водоносного пласта.

Литература

1. Н.В. Соловьев и др. Бурение разведочных скважин. Учебник для Вузов. Москва. « Высшая шк.», 2007 г. ,904 с.

2. А.М. Коломиец, Б.И. Зайцев, С.И. Голиков . Новые технические средства и технологии для бурения скважин на воду и на рудное сырьё. Москва. Геоинформмарк. 2010 г. , 233 с.

3. И.Д. Бронников Бурение скважин на воду. Учебное пособие – М: МГРИ –РГГРУ , 124 с . , 2014 г.