м. Дніпро, Набережна Перемоги 58/235
тел. +380676325392
Email: gidrobud@ukr.net

Конструкції свердловин для води

КОНСТРУКЦІЇ СВЕРДЛОВИН

Вибір та обґрунтування конструкції свердловин - найважливіші заходи, від яких залежать якість виконуваних робіт, їх економічність. Конструкції свердловин, залежно від призначення, повинні відповідати певним вимогам. Так, конструкції розвідувальних свердловин повинні забезпечувати:

високоякісне випробування всіх або в залежності від призначення деяких із розкритих водоносних горизонтів;

економічність (вартість матеріалів, трудові витрати та ін.);

найменший по можливості діаметр стовбура свердловиниповторне використання фільтра та обсадних труб;

простоту ліквідації свердловини та високоякісний ліквідаційний тампонаж.

Конструкції експлуатаційних свердловин повинні забезпечувати:

високоякісне розтин продуктивних водоносних горизонтів з метою їх експлуатації при мінімальних опорах фільтрових зон;

тривалий термін експлуатації та мінімальний темп зниження продуктивності;

виконання ремонтних та відновлювальних робіт;

ретельну ізоляцію водоносних горизонтів один від одного, за винятком тих, що експлуатуються спільно;

економічність (вартість матеріалів, трудові витрати та ін.);

мінімально можливий діаметр стовбура свердловининайменші опори під час підйому води насосом.

Таким чином, наведені вимоги до конструкцій свердловин дуже специфічні і в ряді випадків перебувають у складній залежності між собою. Тому вибір та обґрунтування тієї чи іншої конструкції свердловин повинні базуватися на ретельній оцінці всіх факторів і насамперед тих, які для конкретних умов виконання робіт є головними.
Побудова конструкції свердловини починають з фільтрової зони після визначення кінцевого діаметра свердловини, типу і конструкції прифільтрової зони. Кінцевий діаметр, як відомо, повинен забезпечувати певну продуктивність та проведення необхідного комплексу гідрогеологічних досліджень та спостережень. Тип і конструкція фільтра залежить від водовмещающих порід, хімічного складу підземних вод, можливого терміну служби фільтра та інших. (див. розділ IV).Для експлуатаційних свердловин проводять ретельну затрубну цементацію, що унеможливлює, з одного боку, зв'язок окремих водоносних горизонтів між собою, їх забруднення та зміщення, а з іншого — підвищує антикорозійні властивості обсадних труб і збільшує термін їхньої служби.Діаметр долота в цьому випадку визначають за умови:
Е>д = Е>м + 2о, (1)
де Цц — діаметр долота, мм;
Дя — діаметр муфти обсадної труби, мм; б — зазор, мм. При 250 мм б = 20—50 мм. Чим більший вихід колон, тим більше приймається зазор. В останні роки при бурінні свердловин на нафту та газ застосовують зменшені значення проміжків — 7—15 мм. Однак це можливо тільки при використанні високоякісних цементних розчинів та правильної технології цементування свердловин.

Скважина

Перша колона — кондуктор служить для кріплення верхніх інтервалів стовбура свердловини та гирла. Експлуатаційна колона забезпечує кріплення стовбура свердловини на більших глибинах. В експлуатаційній колоні зазвичай встановлюють насос для підйому води. У свердловинах глибиною понад 300 м і у разі розтину несприятливих інтервалів (сильне поглинання рідини для промивання та ін.) може встановлюватися проміжна технічна колона. Цементацію проводять при високих значеннях швидкостей підйому цементних розчинів у затрубному просторі (більше 1,0—1,5 м), інакше якість затрубної цементації буде незадовільною.
У всіх випадках обсадні колони постачають центруючими ліхтарями (рис. 3). У конструкції свердловини розрізняють такі елементи: кондуктор (напрямок), експлуатаційну колону і фільтр. У стійких водовмісних породах фільтр не встановлюють (рис. 4, а, б, в). У нестійких водовмісних породах застосовують фільтри різних типів та конструкцій. Найчастіше фільтр встановлюють таємно (рис 4, г, д), тому що в цьому випадку його можна при виході з ладу підняти і замінити новим. Фільтр може бути змонтований на експлуатаційній колоні, а ізоляцію водоносних горизонтів, що лежать вище, здійснюють шляхом затрубної цементації через манжету (рис 4, е). Якщо у такої свердловини при експлуатації знижується продуктивність, то замінити фільтр у разі виходу його з ладу практично неможливо.
Схема конструкций скважин

Зрозуміло, що рекомендації щодо застосування одноколонних конструкцій свердловин на воду, незважаючи на їхню простоту і дешевизну, можуть стосуватися тільки тих районів, де термін служби становить не менше 10—15 років, в іншому випадку це може призвести до невиправданого збільшення обсягу буріння свердловин і витрати обсадних труб. При встановленні високопродуктивного насоса верхній інтервал стовбура бурять і обсаджують колоною відповідного розміру (рис 4 б). У разі каптажу високонапірних, самовиливних і термальних водоносних горизонтів їх герметизацію обов'язково здійснюють цементацією обсадних колон до гирла із застосуванням цементу високої якості. При великих глибинах буріння в ряді випадків затрубну цементацію до гирла можна замінити на черевну, якщо виключені гідравлічний зв'язок водоносних горизонтів, втрати напорів і забруднення підземних вод.
Якщо проводять манжетну цементацію на будь-який інтервал, але не до гирла свердловини, то витрати коштів та часу мало відрізняються від відповідних витрат при затрубної цементації обсадних колон до гирла, але гарна якість цементації при цьому гарантувати важко.

Манжетну цементацію проводять після робіт з освоєння та розглінізації, в іншому випадку фільтр і сам водоносний пласт будуть тривалий час перебувати в контакті з глинистим розчином, а це ускладнить роботи з розглінізації.
Застосування підчеревної цементації обумовлює наявність у конструкції свердловини ділянки обсадної колони, яка безпосередньо контактує з породою. Якщо свердловина експлуатаційна та підземні води агресивні до металу, то через можливість корозії та передчасного виходу обсадної колони з ладу таку конструкцію не застосовують.
У ряді випадків (при великій глибині свердловин, частому перешаровуванні порід різної твердості, агресивності підземних вод) застосовують обсадні колони, у тому числі хвостовики із затрубною цементацією і наступним прострілом перфораторами або розкриттям гідропіскоструминним способом.При каптажі водоносних горизонтів, представлених нестійкими тріщинуватими і гравілистими породами, їх кріплять фільтрами дірчастого та щілинного типу. У пухких нестійких породах використовують сітчасті, дротяні, блокові та гравійні фільтри.
Гравійно-обсипні фільтри широко застосовують у свердловинах, пройдених обертальним способом із зворотним промиванням (Гаврил-ко, 1974). Гравійно-обсипні фільтри вимагають установки дірчастого або щілинного каркаса, причому останній зазвичай є експлуатаційною колоною (рис. 5). Установку каркасів фільтрів таємно проводять рідше, так як це пов'язано з певними труднощами обладнання свердловин, а заміна таких каркасів практично все одно важко здійснити. Гравій засипають через гирло (при невеликій глибині свердловини) великими порціями, щоб не було розшарування обсипання. При глибинах свердловини понад 80-100 м обсипання ведуть через живильні труби діаметром від 70 до 100 мм.

Гравій засипають у свердловину з таким розрахунком, щоб його рівень був вищий за покрівлю водоносного горизонту. Враховуючи можливе зниження рівня гравію при експлуатації свердловин, гравійне обсипання роблять із деяким запасом. Якщо все ж таки рівень гравію знизиться до покрівлі водоносного горизонту, то проводять повторне обсипання. У тих випадках, коли водоносні піски представлені тонкозернистими та дрібнозернистими різницями, використовують двошарові гравійні обсипки. Для цього застосовують додаткову колону обсадних труб. Двошарові гравійні обсипки найбільш поширені при ударно-канатному способі проходки свердловин. У практиці водопостачання та гідрогеологічних досліджень двошарові обсипки через технологічну складність використовують дуже рідко.
Скважина с гравийно-обсыпным фильтром

У пухких породах при стійкій покрівлі успішно застосовують безфільтрові свердловини (Бєляков та інших., 1974). Якщо проводять каптаж двох водоносних горизонтів, часто гідравлічно активно пов'язаних між собою та представлених різними породами, то встановлюють два фільтри різної конструкції на одній колоні (рис. 6). Верхній фільтр сітківки відокремлений від нижнього фільтра дірчастого типу цементною пробкою. Розглінізацію (освоєння) фільтрів ведуть окремо, причому розтин водонасичених вапняків рекомендується проводити з промиванням водою. Через технологічну складність такі конструкції свердловин застосовують досить рідко.