Технология вскрытия и освоения водоносного горизонта

Способы вскрытия водоносных пластов можно классифицировать с учетом современного состояния технологии и техники бурения и коллекторских свойств пласта.

При выборе способа вскрытия водоносного пласта необходимо учитывать:

• гидродинамическую характеристику водоносного пласта: пластовое давление, устойчивость пород, коллекторские свойства пласта (размер пор и трещин) и т.д.;

• глубину залегания водоносного пласта и степень устойчивости его кровли;

• проектные параметры водоприемной части скважины: диаметр, длину рабочей части фильтра, техническую характеристику фильтра, необходимость гравийной обсыпки и дебит скважины.

Перечисленные факторы предопределяют выбор способа вскрытия водоносного пласта, обеспечивающего минимальные затраты на освоение скважины для получения ее проектного дебита и долговечности как источника водоснабжения.

Способ вскрытия водоносных пластов вращательным бурением с прямой промывкой водой широко распространен в практике буровых работ на воду. Он применяется как для устойчивых водоносных пластов, так и для водоносных пластов, сложенных рыхлыми неустойчивыми породами, в основном для условий, когда пластовое давление воды не проявляется самоизливом из скважины, а также если в водоносном пласте не происходит полного или катастрофического поглощения промывочной жидкости.

При вскрытии неустойчивых водоносных пластов с промывкой водой требуется тщательная подготовка и хорошая организация технологического процесса, обеспечивающего минимальные затраты времени на вскрытие пласта, установку фильтра и начало откачки.

Эксплуатационную колонну цементируют. Если район в гидрогеологическом отношении слабо изучен, рекомендуется первоначально вскрыть водоносный пласт разведочной скважиной и по результатам электрометрических измерений уточнить интервалы установки рабочей части фильтра.

При подготовке к вскрытию водоносного пласта с промывкой водой проводят работы по очистке отстойников, устройству отвода использованной промывочной воды от устья скважины; промеряют и подготавливают фильтровую колонну с установкой центрирующих фонарей и нижнего левого переводника с обратным клапаном; подготавливают верхнюю крышку-сальник в надфильтровой части колонны; готовят гравий для обсыпки фильтра. В комплект инструмента должна входить одна-две укороченные бурильные трубы, если невозможно наращивание бурильной трубы нормальной длины.

В нашем же случае будем использовать способ вскрытия водоносных пластов вращательным бурением с прямой промывкой улучшенным глинистым раствором (Состав: нормальный глинистый р-р+20% жидкого УЩР/(ТЦР) или 2-5% ПУЩР).

К глинистым растворам, применяемых для вскрытия водоносных пластов, предъявляются следующие требования:

• легкость их извлечения из пор и трещин пласта после вскрытия и оборудования водоприемной части скважин;

• минимальное проникновение раствора в пласт во время его вскрытия бурением;

• отсутствие реакции с породами водоносного пласта и насыщающей его водой, ухудшающей качество добываемой воды из скважины;

• недопустимость образования осадков, закупоривающих поры пласта и рабочей части фильтра;

• стабильность при высоких температурах и давлении, а также при низкой температуре в контакте с пластовой водой.

Обычно широко применяют глинистые растворы из бентонитовых глин и естественные глинистые растворы, образующиеся в процессе проходки скважины по глинистым породам.[5]

 

Методика и выбор технических средств для проведения опытно – исследовательских работ в скважине.

Приборы для измерения веса бурового снаряда и осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Вес бурового снаряда в роторных установках определяются усилием на неподвижном конце канате. Для этого используют показывающие пружинные и гидравлические индикаторы веса(динамометры).Для определения веса бурового снаряда необходимо поднять его над забоем на 15-20 см, включить промывку и вращение и затем взять отчет.

Приборы для измерения крутящего момента, мощности и частоты вращения. Измерение крутящего момента и его своевременное ограничение позволяют избежать обрыва бурильных труб.

Измерители давления и расхода промывочной жидкости. Давление измеряют пружинными манометрами. Чувствительными элементами в этих приборах могут быть: трубчатая серповидная пружина, многовитковая трубчатая пружина (геликс), плоская мембрана и сильфон. Класс точности рабочих манометров 1,5;2,5;4. Контроль и проверку манометров осуществляют образцами манометрами с классом точности 1,0 и 0,5.

Приборы для контроля износа и дефектов бурильных труб. Износ бурильных труб выше допустимых норм приводит к обрыву и часто является причиной аварий.

Приборы, обеспечивающие безопасность работ. При подъеме мачты буровой установки вблизи линии электропередач может возникнуть опасное напряжение и в результате несчастный случай.Для предотвращения затаскивания элеватора или крюка при его подьеме под верхний блок в ряде организаций разработаны и применяются специальные сигнализаторы и концевые отключатели.Все буровые насосы насосы оснащены манометрами для измерения давления в нагнетательной линии и клапанами аварийного сброса нагнетаемой промывочной жидкости.[6]

Организационная часть

Оформление согласований и получение разрешений на сооружение скважины

Бурение эксплуатационных скважин на воду, переоборудование разведочных скважин в эксплуатационные, передача разведочно-эксплуатационных скважин для эксплуатации, строительство и переоборудование других водозаборных сооружений для использования подземных вод производятся только с разрешения Российских органов геологии и охраны недр или территориальных геологических управлений. Устраивать водозаборы следует в соответствии с проектом водоснабжения, в котором должна быть учтена перспектива роста водопотребления в дальнейшем. Проект водозабора должен быть предварительно согласован с областными, городскими или районными органами государственного санитарного надзора в зависимости от того, на какой территории расположен объект. Необходимо также предварительно согласовать проект с органами коммунального хозяйства, если участок проектируемого водозабора находится в черте города или рабочего поселка.[7]

 

Подготовка к бурению, монтаж и демонтаж бурового оборудования.

Подготовительные работы к бурению начинаются с определения места заложения скважины, по координатам. Место заложения скважины устанавливает комиссия в составе представителей от заказчика, подрядчика и санитарного надзора и оформляется соответствующим актом. При этом следует учитывать требования техники безопасности, противопожарные правила и удобство размещения буровой установки для её нормальной работы.

После определения места заложения скважины разбивают и планируют площадку для монтажа буровой установки. По углам площадки на расстоянии 15 – 20 метров от оси скважины устанавливают четыре якоря, к которым крепят оттяжки мачты или буровой вышки. Оттяжки должны быть направлены по диагонали квадрата сечения мачты или вышки. К площадке должны быть подведена дорога, позволяющая свободно и безопасно проезжать автотранспорту при провозке оборудования и материалов; а также должны быть подведены электроэнергия и вода.

На расстоянии 20 – 25 метров от бурового агрегата устанавливают будку или вагончик для отдыха и укрытия от непогоды буровой бригады. На расстоянии 30 – 50 метров от буровой установки располагают склад горючих и смазочных материалов. В целях безопасности при производстве работ буровая установка должна быть расположена на расстоянии не менее полутора размера высоты вышки или мачты от ближайших зданий, сооружений, ЛЭП и проезжих дорог.

Пред монтажом буровой установки в точке заложения скважины для укрепления ее устья, а также для обеспечения вертикальности, устанавливают шахтовое направление.

При неустойчивых породах, в которых шурф рыть затруднительно, на глубину 4 – 6 м бурят ротором под направление, с малой промывкой. А после спуска направляющей трубы кольцевое пространство заливают цементным раствором до самого устья скважины.

К бурению скважины можно приступать после затвердевания цемента в затрубном пространстве, но не ранее, чем через 12 часов после заливки.

Буровую установку располагают так, чтобы рама установки и ротор были абсолютно горизонтальными и центр ротора совпадал с центром устья направляющей трубы. Положение поднятой мачты относительно центра ротора выверяют подвешенной квадратной штангой. Отклонение квадратной штанги от центра ротора не должно превышать 15 мм.

Совместно с установкой направления и бурового агрегата роют приемный амбар и один или несколько отстойников для глинистого раствора, устанавливают циркуляционные желоба.

После закрепления буровой установки и мачты делают рабочую площадку (из досок или металлических щитов) на уровне роторной площадки и приемный мост для подтаскивания инструмента и труб в буровую.

Монтажные работы по установке бурового агрегата заканчиваются оснасткой талевой системы, сборкой рабочей штанги и вертлюга, и установкой индикатора веса.

Индикаторы веса надо устанавливать при бурении скважины глубиной свыше 100 м, при меньшей глубине бурения индикаторы веса в основном требуются при извлечении прихваченного инструмента или обсадных труб.

Монтаж, демонтаж и ремонт бурового оборудования, в том числе и вышек, должны выполнятся под руководством бурового мастера.

Перед использованием подъемных механизмов (лебедок, талей и т.д.), канатов, цепей, а также ручного инструмента необходимо проверять их исправность.

Поддерживать и направлять перемещаемое при помощи механизмов оборудование следует только пеньковыми канатами. Запрещается рабочим находиться на поднимаемых грузах или под ними.

При использовании катков для перемещения обрудования необходимо применять не менее трех катков одинакового диаметра и длиной не менее ширины перемещаемого груза; подкладывать катки под оборудование следует только после прекращения движения.

Вышку следует поднимать плавно, без рывков, имеющимися на установках специальными приспособлениями.

Опускать вышку необходимо при помощи тех же механизмов, которыми она была поднята; эту операцию необходимо проводить с минимальной скоростью, чтобы избежать ударов и повреждений.

Для предотвращения перемещения буровой установки при подъеме вышки под задние колеса автомашины необходимо подложить брусья или балки.

При передвижении самоходных буровых установок рабочие могут находиться в кабине водителя и на специальном сиденье платформы установки. На крутых подъемах и спусках (свыше 15º) рабочим запрещается находиться на буровой установке.

Запрещается: передвигать самоходную буровую установку с поднятой мачтой или с мачтой, опущенной на опоры, но неукрепленной хомутами; перевозить на платформе установки грузы, не входящие в комплект установки; проезжать под высоковольтными электролиниями, если между проводами и самой верхней точкой установки расстояние меньше 2 м.

При проезде под линией вся бригада, кроме водителя, должна оставить установку; скорость движения при этом следует снизить до 5 км/ч.

Перед подъемом мачты необходимо проверить ее состояние, а выявленные недостатки устранить до подъема.

Мачты самоходных и передвижных буровых установок следует поднимать и опускать при помощи исправных подъемных механизмов, предусмотренных конструкцией установки. Подъем и спуск должны производиться плавно и на малых скоростях.

При опускании мачты запрещается: находиться около ротора станка, на площадке и в кабине автомашины, кроме лица, управляющего подъемом и опусканием мачта; находиться на поднимаемой мачтой и под ней.

Ремонтировать кронблок и устанавливать талевую оснастку на мачтах, не имеющих специальной кронблочной площадки, разрешается только при горизонтальном положении мачты.

При эксплуатации самоходных и передвижных буровых установок мачта в рабочем положении должна быть закреплена соответствующими запорами, а опоры мачт приподняты домкратами.

При расположении буровой установки вблизи отвесных склонов (уступов) расстояние от буровой до бровки склона должно быть не менее 3 метров [8].

Подготовка обсадных труб к спуску, спуск обсадных колонн

Скважину крепят обсадными трубами, предусмотренными проектом. На скважину заблаговременно доставляют требуе­мые обсадные трубы в количестве, несколько превышающем их потребность из расчета возможностей отбраковки при проверке и сборке.

До начала крепления необходимо выполнить следующие опе­рации:

1. Очистить трубы и резьбы от грязи и смазки консервации;

2. Проверить трубы на отсутствие механических поврежде­ний резьб, трещин, вмятин, отслоений металла;

3. Проверить внутренний диаметр и прямолинейность каж­дой трубы, пропуская через них колонковую трубу длиной 1,5 м или шаблон соответствующего диаметра;

4. Провести точный замер длины каждой трубы рулеткой, записав его мелом на трубе и в специальной ведомости. Длину трубы измеряют с учетом соединения за исклю­чением длины наружной резьбы. Общая длина труб должна соответствовать глубине закреп­ляемого участка скважины.

5. При колонковом бурении свинтить обсад­ные трубы, предназначенные к спуску, в звенья по две-три трубы в зависимости от высоты бу­ровой вышки.

При креплении нефтяных и газовых сква­жин обсадные трубы до их спуска в скважину спрессовывают водой при давлении, на 20 % превышающем давление опрессовки при испы­тании колонны на герметичность. После подъема давления в герметически закрытой трубе до установленного значения оно должно выдер­живаться в течение 30 с.

Вместе с трубами на буровую доставляют специально оборудованный низ обсадной ко­лонны, который состоит из башмач­ной направляющей пробки, башмака, ко­роткого патрубка с боковыми отверстиями, обратного клапана, упорного кольца, а также центрирующих фонарей.

Башмачная направляющая пробка крепится к башмаку и служит для направления низа обсадной колонны, предупреждения срезания башмаком со стенок скважины глинистой кор­ки, образования сальников, закупоривания обсадных труб и скважины. Пробки бывают дере­вянные, бетонные, чугунные, а также стальные типа «паук».

Башмак колонны представляет собой толстостенный патрубок длиной 300-500 мм, устанавливаемый на нижней трубе обсадной колонны для предупреждения смятия ее торца. На­ружный диаметр башмака равен диаметру муфты, внутрен­ний - внутреннему диаметру обсадной трубы.

Обратный клапанставят для облегчения обсадной ко­лонны при спуске, уменьшения нагрузок на вышку, недопуще­ния обратного поступления в колонну закачанного цементного раствора. Тарельчатый обратный клапан состоит из седла, ввин­чиваемого в муфту, тарелки, стержня и пружины. Клапан уста­навливают на расстоянии 10 м от башмака.

Упорное кольцо выполнено в виде чугунной шайбы тол­щиной 12-15 мм, устанавливаемой в муфте на расстоянии 6-12 м выше обратного клапана. При продавливании цементного раствора цементировочная пробка садится на упорное кольцо. При этом в нижней части труб остается цементный раствор, который после схватывания разбуривает вместе с упорным кольцом, обратным клапаном и направляющей пробкой.

Для обеспечения равномерного цементного кольца в затрубном пространстве обсадную колонну оборудуют центрирую­щими пружинными фонарями. Фонарь представляет собой пять - шесть планок из рессорной стали, которые приварены к муф­там, свободно надетым на обсадную трубу и удерживаемым на ней упорным кольцом.

Перед спуском обсадных труб скважину интенсивно промы­вают свежей промывочной жидкостью с целью очистки ее от шлама и уменьшения толщины глинистой корки, а при необходимости прорабатывают места сужения новым породоразрушающим инструментом.

При дробовом бурении скважину перед креплением требу­ется углубить колонковым снарядом меньшего диаметра на его длину. При подъеме снаряда производится контрольный замер глу­бины скважины.

Буровой мастер лично проверяет исправность буровой вышки, грузоподъемного оборудования, каната, талевой системы, вспо­могательного инструмента, КИП и состояние фундаментов. Обнаруженные неисправности немедленно устраняют.

При колонковом бурении обсадные трубы спускают с по­мощью пробки-вертлюга или обычных хомутов и строп, а удер­живают их на весу трубодержателем или хомутами. При по­даче труб к устью скважины применяют трубные тележки. Перед спуском в скважину трубы повторно шаблонируют.

Трубы свинчивают шарнирными ключами или труборазворотом с приставкой МСОТ-2. Если резьбы труб при свинчивании сильно нагреваются, недовинчиваются на 1,5 витка или завинчиваются от руки, то их заменяют. Во избежание самопро­извольного развинчивания трубы свинчивают на разогретых смолах, например эпоксидных, или с точечной сваркой нижних и верхних звеньев. Кроме того, во избежание развинчивания труб не допускается подвешивать колонну на хомутах или устанавливать башмак колонны в размывающихся и сыпучих породах. Башмак должен быть задавлен в вязкие породы или зацементирован.

Поверхность труб смазывают нефтью или другими доступ­ными смазочными материалами для предупреждения коррозии и облегчения их последующего извлечения.

Общая организация работ

Работу по бурению выполняет бригада, состоящая из бурильщика, старшего рабочего и рабочего. При глубоком бурении и бурениискважин большого диаметра состав бригады дополнительно укомплектовывают еще одним рабочим. На каждые 1-2 станка назначают старшего бурового мастера, который осуществляет техническое и организационное руководство всеми работами. Монтаж бурового станка и бурение можно начать, если утвержден геолого-технический наряд на бурение скважины. По результатам смены заполняют сменный рапорт и буровой журнал.

Максимальное время должно быть отведено производительным видам работ. Важно своевременно завезти на буровую площадку буровой и вспомогательный инструмент, необходимое количество обсадных труб и фильтров требуемых типоразмеров, обеспечить буровую установку водой, энергией и т. п.Если электроэнергия на участке отсутствует, то устанавливают дизель- электрические станции. В зимнее время буровой станок укрывают щитами и помещение отапливают. При низких температурах необходимо организовать подогрев бурового инструмента, чтобы исключить его поломки в связи с высокой хрупкостью. Если скважину ликвидируют, то из нее по возможности извлекают все обсадные трубы и ствол скважины тампонируют.[6]

Охрана природы

В нашей стране, как и в зарубежной практике, существуют федеральные законы, направленные на недопущение загрязнения природной среды. Это законы: «Об охране окружающей природной среды», «О недрах», «О континентальном шельфе Российской Федерации», «Об отходах производства и потребления».

При производстве буровых работ, загрязнение может приводить к снижению продуктивности почв и ухудшению качества подземных и поверхностных вод.

Причины, влияющие на окружающую среду, следующие:

1)неправильная прокладка дорог и размещение буровых установок;

2)планировка буровых площадок;

3)нерациональное использование земельных участков под буровые установки;

4)несоблюдение правил и требований.

С целью уменьшения повреждений земельных угодий и снижение вредных воздействий, геологоразведочные организации должны ежегодно разрабатывать планы-графики перемещения буровых агрегатов с учетом времени посевов и уборки сельскохозяйственных культур.

Подъездные дороги и буровые площадки по возможности необходимо располагать на малопродуктивных землях, а размеры их должны быть минимальными.

В процессе бурения выполняют следующие охранные мероприятия:

1) конструкции скважин должны обеспечивать изоляцию подземных вод от поверхностных и грунтовых;

2) промывочные жидкости и химические реагенты, применяемые для промывки должны исключать загрязнение подземных вод и подбираться в соответствии с санитарными нормами;

3) слив использованного промывочного раствора и химических реагентов в открытые водные бассейны и непосредственно на почву запрещается;

4) все использованные жидкости и химические реагенты вывозятся в специальные места для захоронения.

По окончанию буровых работ должна быть проведена рекультивация, то есть комплекс мероприятий по восстановлению земельных отводов. Оборудование и железобетонные покрытия демонтируют и вывозят, остатки дизельного топлива и моторного масла сжигают, нарушенный растительно-почвенный покров закрывают дерном и почвенным слоем, глинистый раствор вывозят. Проводят биологическую рекультивацию, т.е. озеленение [10].

 

Специальная часть.