Тема 10. Ликвидация скважин .

Цель лекции- изучение способов ликвидации скважин с целью охраны окружающей среды.

Ликвидация скважин различного назначения - это комплекс ме­роприятий, направленных на восстановление нарушенного в процессе производства буровых работ естественного состояния земельных участков и горных пород с целью охраны недр и окружающей среды.

Все скважины, выполнившие свое назначение, а также аварийные и вышедшие из строя по техническим и другим причинам, подлежат ликвидации, т.е. заполнению ствола скважин водонепроницаемым материалом с целью защиты водоносных горизонтов от загрязнения и смешения подземных вод, сохранения 2014 условий данного региона.

Действующие скважины также могут являться источником загрязнения водоносных горизонтов из-за неправильного оборудования устья, некачественного цементирования обсадных колонн, коррозии обсадных труб и их разгерметизации и т.д. Такие скважины также подлежат ликвидации.

Как показывает практика, более 25% пробуренных скважин после их ликвидации оказываются затампонированными некачественно и продолжают служить источником загрязнения подземных вод.

Для качественного проведения ликвидационных работ необходимо по каждой скважине иметь следующие сведения: время ее сооружения, конструкцию, геологический разрез и данные о водоносных горизонтах, техническое состояние на момент ликвидации (состояние устья, ствола, наличие в скважине посторонних предметов и т.д.).

На каждую ликвидируемую скважину составляется проект ликвидационного тампонирования, который включает:

• все сведения по скважине;

• способ тампонирования, места установки тапмонажных пробок, цементных мостов;

• наименование тампонажных материалов и расчеты потребного их количества;

• состав тампонажных растворов и смесей;

• способы доставки тампонажных материалов в скважину;

• применяемое оборудование, технические средства.

При упрощенном способе ликвидационного тампонирования скважин глубиной до 50 м, не вскрывших водоносные горизонты, допускается составление проекта для группы однотипных скважин.

В случае расположения ликвидационных скважин на площадях горного отвода действующих или строящихся предприятий, проект согласовывается с этими предприятиями. При расположении скважин в пределах первого и второго поясов зоны санитарной охраны действующих и проектируемых водозаборов или курортов, проект согласовывается с местными органами санэпиднадзора и с территориальными курортными управлениями.

По окончании ликвидационных работ на каждую скважину составляется акт о проведении ликвидационного тампонирования, включающий следующие сведения:

• состав ликвидационной комиссии;

• наименование и адрес объекта;

• тип скважины, ее номер, начало и окончание бурения, дата производства тампонажных работ;

• конструкция и состояние скважины перед тампонированием, анализы воды;

• данные о санитарной обработке скважины перед тампонированием;

• вид тампонирования, состав и количество тампонажных смесей, способы доставки их в скважину;

• количество, интервалы и способы установки цементных мостов;

-данные о межтрубной и затрубной цементации в момент тампо­нирования: интервалы и методы перфорации обсадных труб, способы цементации, количество и качество цементного раствора;

• интервалы частичного тампонирования;

• способы испытания скважины на герметичность и полученные результаты;

• затраты времени на ликвидационное тампонирование.

Упрощенный способ тампонирования применяется при ликвидации

скважин, не вскрывших горные выработки и не пересекших водоносные горизонты. Способ заключается в полном заполнении всего объема скважины тампонажной смесью (глиной или густым глинистым раствором).

Сложное ликвидационное тампонирование производится в скважинах, пересекших один или несколько водоносных горизонтов. Основными его задачами являются:

• восстановление водоупоров путем установки в них тампонажных мостов;

• восстановление естестветюго состояния пород водоносных горизонтов путем заполнения их интервалов фильтрующим материалом.

Перед проведением тампонажных работ обсадные трубы должны извлекаться из скважины для обеспечения надежного сцепления материала тампонажных мостов непосредственно с породой водоупоров. Это полностью исключит проникновение загрязняющих веществ в водоносные горизонты или сообщение последних по затрубному пространству.

При отсутствии такой возможности (обсадные трубы извлечь не удается, создается угроза обрушения стенок скважин) необходимо:

• засыпать скважину песчано-гравийной смесью до башмака обсадной колонны с трамбовкой;

• обсадную трубу выше башмака перфорировать на высоту 10-15 м 1 (10- 15 отверстий на 1 м трубы) и произвести цементацию затрубного пространства;

• залить в скважину цементный раствор на высоту 10-15 м выше башмака (на 1 м3 раствора необходимо 1,2 т цемента и 0,6 т воды);

• верхнюю часть скважины затампонировать глиной.

К тампонажным материалам, растворам и смесям, применяемым при ликвидационном тампонировании, предъявляются следующие требования:

• невысокая вязкость, хорошая прокачиваемость для предупреждения гидравлических разрывов пластов (водоупоров) при закачивании и нарушении изоляции водоносных горизонтов;

• быстрота загустевания (твердения) после закачивания с целью уменьшения проникновения в пласт;

• высокая механическая прочность камня;

• высокая коррозионная стойкость против агрессивных вод;

• малая фильтратоотдача, предупреждающая потерю текучести тампонажного раствора при его закачивании;

• хорошая сцепляемость с породой и обсадными трубами;

• минимальная водогазопроницаемость;

• совместимость с различными химическими реагентами.

Все тампонажные материалы, используемые при тампонировании скважин, должны пройти санитарно-гигиеническую и токсикологическую оценку и иметь качественные характеристики по следующим параметрам:

влияние на органолептические свойства контактирующих с ними пластовых вод;

качественный и количественный состав веществ, выделяющихся из тампонажных материалов, их биологическая активность и устойчивость.

При применении тампонажных материалов должны быть рекомендации по исключению или уменьшению загрязнения пластовых вод.

В настоящее время для ликвидационного тампонирования применяется множество тампонажных материалов, реагентов, растворов и смесей.

В результате усвоения лекции студент должен иметь навыки верного выбора способа ликвидации скважин.

Трудоемкость -2 часа.

Литература

1. И.Д. Бронников Бурение скважин на воду. Учебное пособие. Электронная версия. М.: МГРИ-РГГРУ ,124 с., 2014г.

2. Н.В. Соловьев , Н.В. Демин, Р.А. Гайджулян, И. Д. Бронников Учебное пособие. Гриф УМО. РГРРУ , Москва, 57с., 2005 г.

2. Методические рекомендации для студентов.

1. Методические рекомендации для студентов по дисциплине: «Бурение гидрогеологических и водозаборных скважин» (Бурение на воду). Изучение курса Бурение гидрогеологических и водозаборных скважин предусматривает выполнения курсового проекта на 7 семестре и завершается экзаменом.

Состав курсового проекта практически полностью отражает тематическое содержание первой части дисциплины «Бурение гидрогеологических и водозаборных скважин», поэтому предлагается следующие содержание курсового проекта:

• Общие сведения по бурению скважин на воду

• Цель проектируемых работ

• Геолого-гидрогеологическая характеристика участка бурения проектируемых скважин

• Геологический разрез , данные по проектному дебиту, динамическому и статическому уровню

• Выбор способа бурения

• Выбор и расчет фильтра

• Установка фильтра

• Расчет глубины скважины

• Выбор типоразмера водоподъемного устройства (насоса)

• Выбор и расчет конструкции скважины

• Выбор буровой установки

• Выбор типа промывочной жидкости

• Расчет режимов бурения

• Вскрытие водоносного пласта

• Освоение пласта

• Геофизические исследования в скважине

• Производство откачек

• Оборудование эксплуатационных скважин

• Крепление скважины

• Расчет цементирования обсадных колон

• Ликвидация скважины

• План график сооружения водозаборной скважины

Общие требования предъявляемые к оформлению курсового проекта.

Выполнение проекта осуществляется на основание задания на проектирование, выданного руководителем. Текстовая часть проекта дополняется таблицами (ГТН, план- график работ и др.),а также рисунками ,- схема конструкции скважины, установки погружного насоса, работы эрлифта, циркуляции промывочной жидкости, размещение бурового оборудования, чертежи снарядов для взятия керна, графики и т.д.

Выбор способа бурения.

В настоящие время применяется для бурения скважин на воду следующие способ| ударно-канатный (Белгородская область для бурения ствола бесфильтровой скважины),роторное бурение, бурение скважин с подвижным вращателем, бурение скважин с обратной промывкой или продувкой.

Выбор и расчет фильтра.

При бурение в скальных породах продуктивная зона пласта, как правило, не оборудовается фильтром, при бурении в песках от крупно-зернистых до пылеватых применяются различные типы трубчатых фильтров с перфорированными отверстиями и защищенными сетками.

Кроме того в мелко-зернистых и пылеватых песках наилучшие результаты по надежности работы и качеству забираемой воды дают фильтры с гравийной обсыпкой,- среди которых есть фильтры собираемые на поверхности (опускные) и фильтры сооружаемые непосредственно в скважине.

В основу расчета фильтра положено соотношение: D_k= a*q/L,-

Где D_k - диаметр каркаса фильтра, мм.

Q - проектный дебит, м³/час.

L - длина фильтра, м.

а - коэффициент характеризующий свойства водоносного пласта.

При выборе диаметра фильтра стараемся выбрать минимальный размер, подбирая его засчет изменения параметра «длина фильтра».

Наружный диаметр фильтра при использовании проволки и сетки определяется по формуле:

D = D_k + 2_пp + 2Δ, мм

Где: D_k - диаметр каркаса фильтра, мм.

d_np - диаметр проволки для обмотки каркаса фильтра, мм.

Δ - толщина фильтровой сетки, мм.

Наружный диаметр фильтра с гравийной обсыпкой при использовании проволки:

D = Dk + 2_пp + 2Δ, мм.

Где: Δ - толщина гравийной обсыпки, мм.

Расчет глубины скважины.

Глубина эксплуатационных скважин определяется расстоянием до кровли водоносного пласта, расчетной длинной рабочей части фильтра и длиной отстойника.

Глубина разведочных скважин определяется расстоянием до кровли водоносного пласта, мощностью водоносного пласта и интервалом бурения в подстилающих породах

Выбор типоразмера насоса.

В настоящие время для подъема воды из эксплуатационной скважины применяется в основном погружные центробежные насосы. Погружные центробежные насосы типов: ЭЦВ, а также GRUNDFOS получили наибольшее распространение в практике работ на воду.

Диаметр и марка погружного центробежного насоса выбирается исходя из требуемого напора и величины проектного дебита и принимается по таблицам.

Внутренний диаметр эксплуатационной колонны должен быть больше диаметра насоса на 20-40 мм, для обеспечения его спуска подъема и безаварийной работы.

Выбор и расчет конструкции скважины.

В настоящее время при бурении скважин на воду самый распространенной в практике работ является трехколонная конструкция скважины, состоящая из направления, промежуточной колонны и эксплуатационной колонны.

Существенное отличие конструкции состоит в следующем: при бурении скважин на напорные водоносные горизонты фильтровая колонна устанавливается «впотай».

Когда водоносный пласт представлен без напорными водами фильтровая колонна устанавливается от подошвы водоносного горизонта до устья. Если порода водоносного пласта является монолитными, ненарушенными фильтровая колонна не устанавливается вообще.

Если водоносный пласт представлен песками от крупно-зернистых до мелко-зернистых пылеватых, то между фильтровой колонной и стенками скважины осуществляется гравийная обсыпка, которая продляет срок работы скважины до 20 лет.

Выбор буровой установки.

Выбор буровой установки должен отвечать следующим требованиям:

• Грузоподъемность на крюке должна быть больше веса наиболее тяжелой колонны

• Проходное отверстие ствола ротора должно обеспечивать пропуск обсадной колонны наибольшего размера

• Производительность буровых насосов должна обеспечивать транспортировку бурового шлама из скважины

Выбор режимов бурения.

Расчет частоты вращения долота, в данном случае переменным параметром является окружная скорость, которая принимается по таблицам в зависимости от твердости пород.

При расчете осевой нагрузки мы выбираем удельную нагрузку на долото в зависимости твердости пород.

При расчете подачи промывочной жидкости по таблицам выбираем скорость восходящего потока в зависимости от твердости горных пород.

Вскрытие водоносного пласта.

Главным фактором, определяющим качество вскрытия водоносного пласта, является вид промывочного раствора, который зависит от пород водоносного горизонта.

Крупно-зернистые и гравелистые горные породы водоносного пласта целесообразно водногипановым раствором с концентрацией 3-5%, плотностью 1,02-1,06 г/см '.

При вскрытии мелких и разнозернистых песков с включением гравия рекомендуются меловые растворы, состоящие из: 30% мела, 10% УЩР, 0,8% КМЦ. Достоинством этого состава является простота удаления кольматанта при соляно-кислотной обработке.

При бурении поглощающих разрезах эффективно применение аэрированных растворов плотностью 0,7 г/см³

Дебиты скважин которые сооружены при промывке аэрированным раствором существенно выше чем дебиты скважин сооруженных с применением иных растворов.

Освоение пласта.

Под освоением водоносного пласта следует понимать технологические операции, обеспечивающие оборудование водоприемной части скважины и восстановление естественной водоотдачи пласта или искусственное увеличение его объема для достижения максимального дебита скважины.

Операция освоения скважины сводится к применению различных способов и приемов очистки коллекторов водоносного пласта от твердых частиц, связанных с процессом бурения.

Для освоения скважины используется эффект понижения уровня жидкости внутри скважины по сравнению с пластовой жидкостью, что приводит к фильтрации жидкости из пласта в скважину. Это осуществляется за счет применения следующих технических средств и способов: эрлифта, струйных насосов, свабов, желонок, пневмо-взрывов и др.

Геофизические исследования в скважине.

Геофизические исследования предусматривают решение следующих задач:

• Литолого-стратиграфическое расчленение разреза скважины

• Выделение границ и мощностей водообильных зон

• Определение коэффициента и скорости фильтрации, минерализации пластовой воды и

других параметров

• Оценка кавернозности пород

Необходимо отметить, что границы установки рабочей части фильтра устанавливаются

после интерпретации геофизических работ

Производство откачек.

Применяют предварительную, пробно-эксплуатационную и опытною откачку.

Откачки производят для очищения воды от посторонних примесей: песка и промывочного раствора, опробования скважины , установления ее производительности и подготовки к постоянной эксплуатации.

Предварительная откачка чаще всего производится эрлифтом. Должна продолжаться до полного осветления воды при установившемся режиме потока, то есть при стабильном понижении и при постоянном дебите.

Опытная откачка осуществляется с дебитом больше на 40% чем проектный дебит.

Оборудование эксплуатационных скважин.

После бурения скважины и проведения всего комплекса опытно-фильтрационных работ каждая скважина оборудуется герметичным оголовком.

Для контроля производительности на скважине устанавливается водомер, скважина оборудуется краном для отбора проб воды.

Над скважиной сооружается павильон, после подведения энергии по постоянной схеме, скважина оборудуется эксплуатационным погружным электрическим насосом типа ЭЦВ.

Крепление скважины

При бурении водозаборных скважин применяют как правило металлические обсадные бесшовные муфтового соединения и электросварные прямошовные трубы.

Трубы муфтового соединения выпускаются диаметром от 114 до 508 мм, длиной от 6 до 13 м, кроме того в агрессивных водах применяется пластмассовые обсадные трубы, их недостатком является механическая прочность.

При сооружении скважин больших размеров обсадные колонны соединяются при помощи

сварки.

Расчет цементирования обсадных колонн.

Цементирование обсадных колонн ,как правило, осуществляется при помощи метода одноступенчатого цементирования с двумя разделительными пробками.

Пример расчета цементирования обсадных колонн приведен в учебном пособии И.Д.Бронникова, В.В.Куликова, Т.И.Кудряшова «Проектирование скважин на воду » РГГРУ Москва 2014г. 96с.

Курсовой проект должен содержать план график сооружения водозаборной скважины, а также геолого-технический наряд.

Составители:

Доцент Бронников И.Д

Студент группы РТБ-10 Панков П.И.

2. Бланк задания для курсового проекта на 7 семестре

МГРИ-РГГРУ

КАФЕДРА СТБС