Вертикальні водозабори, їх характеристики
Шахтні колодязі-це найбільш розповсюджені водозабірні споруди в с.-г. водопостачанні. Колодязі використовують для забору води з водоносних пластів з малою віддачею віднесених до тонкозернистих пилуватих пісків, пливунів і легких супісків, що залягають не невеликих глибинах до 20-30 м . Статичний рівень води в них установлюється в межах товщі водоносного пласта або верхнього водоупорного шару (у випадку напірних вод). Воду із шахтних колодязів можливо відкачувати безперервно і періодично з малими(7-10 л) або великими (до 3-5 м3 і більше) об’ємами за короткий проміжок часу. При цьому застосовують різні засоби (відра, центробіжні насоси різних типів).
Шахтні колодязі ділять за ступенем розкриття водоносних пластів (досконалі та недосконалі), їх характером (напірні та безнапірні), за конструкцією водоприймальної частини (безфільтрові, з фільтрами, розташованими по стінці або у вигляді променів, з водопроникним або глухим дном), за групуванням (одиночні, групові), за способом проходки (копанням, бурові та опускаємі методом гідромеханізації).
При потужності пласта до 3 м слід передбачати шахтні колодязі досконалого типу з розкриттям всієї потужності пласта, при більшій потужності допускається влаштовувати досконалі та недосконалі колодязі з розкриттям частини пласта.
Стінки шахт кріплять деревом (зруби), камнем, цеглою, монолітним та збірним залізобетоном, азбестоцементними трубами, і рідше металевими трубами.
Основні частини колодязя-оголовок (наземна частина), ствол та водопроникнена частина з дном . Наземна частина ствола розміщується на 0,8 м вище поверхні землі і закрита кришкою. Навколо неї роблять замок з утрамбованої глини. Поверхню землі навколо оголовка асфальтують з похилом 0,025 від колодязя. Вентиляційна труба виводиться вище поверхні землі на 2м і більше. Отвір вентиляційної труби повинен захищатися ковпаком з сіткою.
Ствол колодязя прорізає необводнені шари геологічного перерізу. Внутрішній діаметр його приймають не менше 1м.
Водоприймальну частину колодязя занурюють у водоносний пласт. Вона служить для приймання води та накопичення її в періоди між відкачками. Часто водоприймальну частину виконують більшим ніж у ствола діаметром. При діаметрі більше 1м дебіт підвищується ненабагато, тому в даному випадку раціонально влаштовувати підствольник (зумпф).
Фільтр (водоприймальна поверхня) водоприймальної частини попереджує винесення із водоносного пласта в колодязь разом з водою частинок. Фільтр може бути дірчатим, щілевим, гравійним (обсипним або в гніздах), блочним із пористої кераміки (в гніздах) або з пористого бетону (по всій поверхні або в гніздах) та сітчатий (у вигляді променів, з трубчатими каркасами). Його підбирають із врахуванням гранулометричного складу водоносного пласта, конструктивної схеми водоприймальної частини та способу будівництва колодязя.
Розміри водоприймальних отворів D0 назначають виходячи із умови недопущення виносу через них грунту водоносного шару та просадки відкладень покрівлі, враховуючи при цьому режим відкачок (періодичний, з різким пониженням рівня).
Отвори на стінках водоприймальної частини розташовують в шаховому порядку. Відстань між вертикальними і горизонтальними рядами приймають (3-4) D0… (6-8) D0.
В піщаних водоносних шарах, вода яких характеризується великою кількістю солей кальцію, магнію, заліза водоприймальну частину виконують з гравійно-обсипним фільтром. Стінки водоприймальної частини можливо виконувати із пористого бетону.
Донний гравійний фільтр в водоприймальній частині виконують трьохшаровим загальною товщиною 0,5…0,6 м.
Горизонтальні водозабори
Горизонтальні водозабори-споруди,що складаються з горизонтальних водоприймальних (дренажних) пристроїв різних конструкцій(водозбірно камяно-щебеневі дренажні труби, галереї або штольні) застосовуються при глибині залягання безнапірного водоносного пласта (грунтового потоку) до 5-8м, відносно малої потужності, переважно поблизу поверхневих водотоків.
Горизонтальні водозаборискладаються із водоприймальної частини, оглядових колодязів, водозбірної камери і насосної станції.
Водоприймальна частина має вигляд кам’яно-щебеневої трубчатої дрени або галереї. Її влаштовують з а/ц, керамічних або з/б труб з отворами. Отвори на трубах розміщують по верхній більшій частині бічної поверхні, що дорівнює приблизно 2/3 діаметра труби. Нижню частину труби (~1/3 діаметра) залишають без отворів і вона служить лотком для стоку води.
Дрени обсипають фільтрувальним піщано-гравійним матеріалом , який виконує роль зворотного фільтра. Його укладають у кілька шарів, товщина кожного не менше 150мм.
Транспортуюча частина водозабору призначена для відведення води в збірний колодязь. Вона конструктивно є продовженням водоприймальної частини і робиться без отворів. Мінімальний діаметр труб 150мм. Матеріал труб повинен бути корозійно-стійким. Пластмасові труби можна застосовувати тих видів, які дозволені Мінздоров’я України. Їх укладають з нахилом в сторону збірної камери, який приймають залежно від діаметру дрени: 150(0,007), 200(0,005), 250 (0,004).
Швидкість руху води в трубах повинна бути достатньою, щоб в них не осідали частинки водоносної породи.
Довжину водоприймальної частини водозабору визначають залежно від витрат води, яку потрібно зібрати з водоносного шару, а також гідрогеологічних умов роботи споруди.
Для спостереження за роботою трубчастих і галерейних водозаборів, їх вентиляції і ремонту влаштовують оглядові колодязі на прямолінійних ділянках через 50 м-для труб діаметром від 150- до 600мм., також розміщують у місцях зміни напряму водоприймальної частини в плані чи вертикальній площині. Діаметр оглядових колодязів рекомендується приймати рівним 1м. Перекриття ОК повинні бути вище поверхні землі не менше ніж на 0,2м. Навкруги них має бути виконане водонепроникне вимощення шириною не менше 1м і глиняний замок, а самі колодязі мають бути обладнані вентиляційними трубами.
Місткість водозбірної камери має бути не менше 100-200 секундних витрат води у період максимального водоспоживання. Вода із збірної камери водоспоживачам може подаватися самопливом або за допомогою НС.
Променеві водозабори
Променеві водозабориналежить передбачати у водоносних пластах, покрівля яких розташована від поверхні землі на глибині не більше 15-20м, а потужність водоносного пласта не перевищує 20м.
Променевий водозабір складається з шахтного колодязя, системи горизонтальних свердловин, що виходять радіально у вигляді променів і наземного павільйона. Вода з малопотужних водоносних пластів надходить через горизонтальні чи похилі свердловини в шахту, а звідти насосами її подають споживачам.
Залежно від умов живлення і розміщення розрізняють підруслові, берегові та водороздільні променеві водозабори.
В залежності від розмірів та дебіта променеві водозабори ділять на три основних класи: великі, середні і малі.
Характеристика класів променевих водозаборів
| Клас променевих водозаборів | Внутрішній діаметр шахти колодязя, м | Діаметр фільтрових труб, мм | Середня довжина променевих фільтрів, м | Дебіт, л/с |
| Великі | 5-10 | 150-350 | 40-100 | 200-750 |
| Середні | 3-4 | 150-200 | 15-40 | 50-200 |
| Малі | 1,0-2,5 | 100-150 | 5-15 | 1-50 |
В неоднорідних або потужних однорідних водоносних пластах слід приймати багатоярусні променеві водозабори з променями, розташованими на різних відмітках.
Промені довжиною 60м і більше слід приймати телескопічної конструкції зі зменшенням діаметра труб.
При довжині променів менше 30м в однорідних водоносних пластах кут між променями повинен бути не менше 300.
Водоприймальні промені повинні прийматися з сталевих перфорованих або щілинних труб з шпаруватістю не більше 20%. На водоприймальних променях у водозбірних колодязях слід передбачати установлення засувок.
Водозбірний колодязь при продуктивності водозабору до 150-200л/с і в сприятливих гідрогеологічних умовах слід передбачати односекційним, при продуктивності водозабору понад 200л/с водозбірний колодязь повинен бути розділений на дві секції.
В умовах безнапірних водоносних шарів при віддаленому контурі живлення, будують шахтні колодязі з короткими променевими фільтрами (довжина променів не перевищує 2м). Кількість фільтрів залежить від умов розміщення їх в шахті колодязя (не менше 12-14).
Каптаж джерельних вод
Каптаж джерельних вод – це обладнання місця виходу води на поверхню землі для водокористування невеликих об’єктів каптажними камерами(Рис.3.6).
При зосередженому виході джерельних вод споруди каптажу будують у вигляді камери: глиняно-камяної, цегляної або залізобетонної.
Каптаж їх можна здійснювати за такими основними схемами.
1. Нисхідне джерело – це струмінь, що виливається з тріщин скельних порід. У цьому випадку каптажна камера примикає безпосередньо до скелі і збирає воду, що витікає з тріщин. Камеру обладнують переливною, спускною, збірною та вентиляційними трубами. Каптаж допускається здійснювати без фільтра.
2. Водоносний пласт утворює на схилі гори багато невеликих джерел, розміщених приблизно на одному рівні. У цьому випадку розчищають місця виходу джерел і будують загальну каптажну камеру, обладнану необхідними технологічними трубопроводами.
3. Водоносний шар захований під потужними делювіальними наносами, а окремі невеликі джерела розміщені на різних рівнях. В таких випадках водоносний пласт розкопують, споруджують горизонтальні штольні або шахтні колодязі.
Щоб запобігти виносу грунту з піщаного водоносного горизонту перед вхідними отворами камери укладають зворотний піщано-гравійний фільтр. З каптажних камер вода надходить в резервуар чистої води, а звідти НС до споживачів.
3.7 Штучне поповнення запасів підземних вод (інфільтраційні водозабори)
Інфільтраційними називають водозабори підземних вод, у яких дебіт забезпечується в основному за рахунок природної або штучної інфільтрації води із поверхневих джерел (річок, озер, водоймищ).
За місцем розташування водоприймальних споруд відносно поверхневого джерела інфільтраційні водозабори поділяють на слідуючі типи: берегові,островні та підруслові. Можливі їх комбінації-берегово-островні або берегово-підруслові водозабори.
За типом водоприймальних споруд інфільтраційні водозабори бувають вертикальні (трубчасті та шахтні колодязі), горизонтальні (дрени, галереї, промені), комбіновані (галереї з трубчастими колодязями, шахтні колодязі з променями).
Вибір того чи іншого типу водоприймальних споруд інфільтраційних водозаборів залежить від глибини залягання підруслових вод
| Типи водоприймальних споруд | Глибина залягання підруслових вод, м |
| Вертикальні: Бурові свердловини Шахтні колодязі | Більше 10 До 10 |
| Горизонтальні: Трубчасті та галерейні Променеві | До 8 До 15-20 |
В берегових та островних водозаборах застосовують вертикальні та горизонтальні водоприймальні споруди, а в підруслових-в основному тільки горизонтальні.
Інфільтраційні водозабори з вертикальними водоприймальними спорудами (свердловинами) найбільш поширені (рис.3.7).
Інфільтраційні водозабори з горизонтальними водоприймальними спорудами застосовують при малій потужності підруслового потоку (Рис.3.8).
Комбіновані водозабори застосовують в тих випадках, коли разом з підрусловими безнапірними водами алювіальних відкладень має місце напірний водоносний пласт, який лежить ближче.
Відбір підземних вод із двох пластів (напірного і безнапірного) водозахватними пристроями одного типу не забезпечує максимального дебіту водозабору, тому необхідно із кожного пласта воду відбирати відповідними спорудами, а потім відводити по єдиній водозабірній системі(наприклад : для відбору підруслових вод використовують галереї або штольні, а для залягаючих нижче напірних вод-вертикальні свердловини (Рис.3.9).
3.8 ЕЛЕМЕНТИ КОНСТРУКЦІЇ СВЕРДЛОВИНИ
В конструкціх свердловини розрізняють направляючу, технічну і фільтрову колони.
Направляюча колона або кондуктор необхідна для забезпечення цілісності гирла свердловини від розмиву при промивках, руйнуванні пухких порід, а також надає свердловині вертикальне направлення (l=4-6м).
Експлуатаційна колона служить для кріплення стінок свердловини і розміщення в ній водопідйомного обладнання.
Технічна (проміжна) колона, призначена для перекриття водовмістких порід і зон поглинання, а також кріплення стінок свердловини. В свердловині може бути декілька технічних колон (при ударно-канатному способі буріння)
Фільтрову колону розміщують впотай, тобто опускають всередину експлуатаційної. Вона може виходити або невиходити на поверхню землі, тобто якщо виходить, то вона є одночасно і експлуатаційною.
Частина свердловини, яка розкриває водоносний горизонт і яка служить для приймання води називається водоприймальною. В ній встановлюється фільтр, який складається із водоприймальної частини, відстійника і надфільтрового патрубка.
Зазор між двома колонами труб, спущених телескопічно, ізолюють сальником. Найбільш часто сальники ставлять на фільтрах, спущених впотай. Розміщують сальник на надфільтровій трубі, ізолюючи простір між експлуатаційною і надфільтровим патрубком. Він запобігає проникненню піска і породи в свердловину. Для гравійних фільтрів сальник не потрібен. Його роль виконує гравій. Не встановлюють також сальник при виводі надфільтрової труби на поверхню. Сальники виготовляють з гуми, пенькової промащеної мотузки, дерева, цементу.
Гумовий і пеньковий сальники виготовляють розжимної конструкції. На надфільтрову трубу приварюють опорне кільце, над яким встановлюють гумову муфту або намотують просмолену мотузку. Зверху на них надівають фланець. Над фланцем є муфта, яку після встановки фільтру закручують, і вона розтискає гуму або мотузку. Менше застосовують деревяний сальник-циліндр, внутрішня частина якого має конусність. Після встановки фільтра на забій, деревяний сальник спускають на надфільтровий патрубок і забивають.
Сальник іноді можна виготовити із цементу, спускаючи в кільцевий зазор мішечки з цементом. Цемент в воді схвачується і перекриває зазор між трубами.
3.9 ВИЗНАЧЕННЯ РОЗРАХУНКОВИХ ПАРАМЕТРІВ РОБОТИ СВЕРДЛОВИНИ ЗА ДАНИМИ ДОСЛІДНИХ ВІДКАЧОК
Зниження РГВ при відкачуваннях проходить і в самій свердловині, і в оточуючій водоносній породі. При цьому поверхня грунтових вод приймає форму кривої депресії. Місце з’єднання кривих депресії всередині стовбура свердловини визначає положення динамічного рівня. Відстань мід статичним і динамічним рівнями називають пониженням 
.
Відстань від свердловини до крайніх точок, де впливу відкачувань уже практично немає, називається радіусом впливу, або радіусом депресії.
Кількість води, відкачана із свердловини за одиницю часу при встановленому постійному динамічному рівні називається продуктивністю свердловини, або її дебітом 
Питома продуктивність (питомий дебіт)-це частка від ділення загального дебіту свердловини на пониження .
, м3/год·м.
Призначення відкачувань-очищення води від домішок піску і породи, а також піскування свердловини для встановлення її продуктивності і підготовки до постійної експлуатації.
Найбільш часто застосовують будівельну і дослідну (пробну) відкачки. Будівельну відкачку проводять зразу після будівництва свердловини до тих пір, поки почне витікати освітлена, прозора вода.
За даними відкачувань будують графіки залежності 
, за якими визначають можливу продуктивність свердловини.
При проведенні дослідного відкачування необхідно:
- досягнути дебіту, перевищуючого експлуатаційний не менше ніж на 20% при вмісті механічних домішок не більше ніж 0,01% за масою і стабілізацією динамічного рівня;
- перевіряти, чи не проходить просадка матеріалу обсипки фільтру.
- в водоносних горизонтах, які складені дрібнозернистими та середньозернистими пісками , відкачування потрібно починати з мінімального дебіту, постійно збільшуючи; при сильному виносі піску зменшити витрату, для припинення піскування, при освітлені води збільшувати інтенсивність відкачування до максимального дебіту;
- контролювати збільшення дебіту за обємом піску, який виноситься з водою;
- безперервність відкачування - одна із основних вимог, які пред’являють до якості опробування свердловини;
Перерви між відкачуванням допускаються при гострій потребі або переході від одного зниження РВ до другого послідовним зниженням дебіту, з метою уникнення завалення (обрушення) устя свердловини і викривлення фільтрового каркасу.
3.10 ФІЛЬТРИ СВЕРДЛОВИН
Тип і конструкцію фільтра вибирають залежно від характеру водоносних порід, глибини свердловини, витрати води із неї, якості води, а також умов експлуатації свердловини.
Фільтри бувають трубчаті, щілинні, дротяні, каркасно- стержньові , з обсипкою (гравійною, піщано-гравійною-одношаровою, двохшаровою) або без неї.
Трубчаті фільтри із сталі допускається застосовувати для свердловин будь-якої глибини, а пласмасові та із стіклопласта-для свердловин глибиною до 100м.
Розміри прохідних отворів фільтрів приймають залежно від крупності частинок водоносної породи d10 d50 d60 (розмірів, менше яких у водоносному пласту знаходиться відповідно 10, 50 і 60 відсотків по масі грунту, визначається за графіком гранулометричного складу), а також залежно від коефіцієнта неоднорідності породи Кн= d60/ d10
| Фільтри | Розміри отворів при коефіцієнті неоднорідності, кн | |
| < 2 (однорідні породи) | > 2 (неоднорідні породи) | |
| З круглою перфорацією | (2,5…3,0) d50 | (3…4) d50 |
| З щілинною перфорацією | (1,25…1,5) d50 | (1,5…2,0) d50 |
| Сітчастий | (1,5…2,0) d50 | (2,0…2,5) d50 |
| Дротяний | 1,25 d50 | 1,5 d50 |
| Менші значення коефіцієнтів при d50 відносяться до дрібнозернистих порід, більші-до крупнозернистих. |
Для трубчатих фільтрів з щілинними отворами відстань між отворами по горизонталі в 10 раз більше від ширини щілини, а по вертикалі 10-20мм, щілини виконують довжиною від 25 до 100мм, розташовуючи поясами або в шахматному порядку. Шпаруватість таких фільтрів-каркасів складає від 7 до 30%.
Для гравійних фільтрів в якості обсипки застосовують пісок, гравій і піщано-гравійні суміші.
Фільтрова труба складається з робочої частини фільтра, надфільтрової частини та відстійника.
Довжину робочої частини фільтра в деяких водоносних пластах потужністю до 10м слід приймати рівною потужності пласта; в безнапірних-потужності пласта за вирахуванням експлуатаційного зниження рівня води в свердловині (фільтр має бути затоплений).
У водоносних пластах потужністю понад 10м довжину робочої частини фільтра належить приймати з урахуванням водонепроникності порід, продуктивності свердловини і конструкції фільтра.
Робочу частину фільтра установлюють на відстані від покрівлі та підошви водоносного пласта не менше 0,5-1,0м.
При використанні декількох водоносних горизонтів робочі частини фільтра належить встановлювати в кожному водоносному пласті і з’єднувати між собою глухими трубами, що перекривають слабоводопроникні грунти.
Верхня частина надфільтрової труби повинна бути вище башмака обсадної колони не менш ніж на 3м при глибині свердловини понад 50м; при цьому між обсадною колоною і надфільтровою трубою встановлюється сальник (конопляний, гумовий, гравійний).
Довжина відстійника приймається не більше 2м.
Безфільтрові конструкції свердловин для забору підземних вод з пухких піщаних відкладів належить приймати за умови, коли над ними залягають стійкі породи.
3.11 Розрахунок фільтрів водозабірних свердловин
Діаметр частинок обсипки фільтрів
,
І -діаметр частинок відповідно гравію і піску, мм, менше яких у водоносному пласту знаходиться відповідно 50 відсотків по масі грунту, визначається за графіком гранулометричного складу.
Діаметр частинок обсипки фільтрів багатошарових
,
-середні діаметри частинок сусідніх шарів гравійної обсипки,мм
Діаметр частинок обсипки фільтрівблочних
,
-середній діаметр частинок гравію в блоці фільтра, мм .
Площа фільтруючої поверхні
,
- припустима швидкість фільтрації, м/добу;
- довжина робочої частини фільтра,м
,
=0,5…0,8
Припустима швидкість фільтрації води для фільтрів трубчастих, дротяних, сітчастих
, або 
,
- коефіцієнт фільтрації, м/добу.
Припустима швидкість фільтрації води для фільтрів гравійних і блочних
,
-середні розміри частинок породи відповідно водоносного пласта і гравійної обсипки.
Діаметр фільтра
В потужних водоносних пластах зовнішній діаметр фільтра приймають такий, щоб внутрішній був не менше 100мм(за умов ремонту свердловини). Діаметри каркасів фільтрів від 150 до 300мм для отримання дебіту від 30 до 100м3/год.
2.5 Причини виходу фільтрів із ладу
До основних причин виходу фільтрів із ладу відносять:
а) занесення фільтра породою, який зумовлюється:
І. невідповідністю конструкції фільтра гранулометричному складу водоносних порід;
ІІ. Пошкодження водоприймальної поверхні фільтра-сітки; дротяної обмотки або каркасу фільтра;
ІІІ. Невірною експлуатацією свердловини (часті зупинки водопідйомного обладнання і зміна дебіту)
б) корозія фільтрів при дії агресивних вод, а також електрохімічна корозія блукаючими струмами;
в) заростання фільтрів і труб продуктами корозії у вигляді гідрата оксиду заліза, сполук Са, Мg.
3.12 Установка фільтрів в свердловини
Якщо в конструкції свердловини передбачено вихід надфільтрової колони на поверхню, то опускають фільтр послідовно згвинчуючи і опускаючи труби.
При встановленні фільтра впотай його опускають на бурильних трубах за допомогою спеціального бурового ключа, який з’єднується з муфтою надфільтрової труби, яка має виріз. Цим же ключом загвинчують муфти для розпору сальника.
Для запобігання глинізації, поверхню фільтра покривають легкорозчинними матеріалами (пастою, рідким склом і т.д.). після установлення фільтра в свердловину паста поступово розчиняється у воді зберігаючи водопроникність фільтра.
Існує декілька способів установлення фільтрів, розглядати будемо два.
3.13 Розкриття пласту з розширенням діаметра свердловини при зворотній промивці
Буріння свердловини обертальним способом із зворотньою промивкою дозволяє розкривати водоносні горизонти із значно більшим діаметром водоприймальної частини, ніж при бурінні з прямою промивкою. Розширювач має конус довжиною 3,5 м d 270 мм. В середині його розміщений вантаж з внутрішнім проходним каналом для промивки. До вантажа за допомогою шарнірних тяг г приєднують важілі. Краї їх обладнані різцями. При виході розширювача з-під башмака обсадної колони важілі під дією вантажа і обертання колони розкриваються і відбувається розширення раніш пробуреної свердловини до 1000 мм.
Потім установлюють фільтр і влаштовують гравійну обсипку за допомогою ерліфта. При цьому гравій намивається на 3…4 м вище робочої частини фільтра з метою попередження ущільнення і виносу мілких фракцій піска.
3.14 Установка фільтра за допомогою ерліфта
До водоносного горизонту свердловину розбурюють роторним способомз промивкою розчином, опускають і цементують експлуатаційну колону і після розбурювання цементної пробки інтенсивно промивають стовбур свердловини до появи піска у воді. Для попередження утворення піщаної пробки в обсадних трубах на протязі всіх операцій по посадці фільтра рівень води в свердловині необхідно підтримувати безперервним підливом в гирло.
Фільтрову колонну диаметром на 0,75-100мм менше діаметра експлуатаційної колонни опускають в свердловину і кріплять хомутами. Колона яка спускається з фільтром одночасно є і водопідйомною для ерліфта. Нижній кінець водопідйомною труби виходить наружу із відстійника на 10-15 см і закінчується зрізом під кутом 600. В колону водопідйомних труб опускають повітропроводи діаметром 32мм. Зібрану ерліфтну колону підвішують на крюці бурового станка. При посадці фільтра в свердловину від промивочного насоса подається вода і одночасно в роботу включається ерліфт. По ступеню заглиблення фільтра в піски, для попередження виникнення піщаної пробки в водопідйомній колоні і прихвату повітропровода, необхідно забезпечувати безперервність відкачки. Піска у воді повинно бути не більше 10-15%. Кількість піску регулюється швидкістю посадки фільтра, яка орієнтовно складає 4…6м/год.
Вище і нижче змішувача повітропровідної колони можуть виникати піщані пробки, які ліквідують наступним чином. При виникненні пробки вище змішувача через зливний патрубок промивним насосом в водопідйомну колону закачують воду. При заповнені піском водопідйомної колони нище змішувача, про що буде свідчити припинення поступання води на поверхню і зниження тиску на манометрі до нуля, необхідно легенько розходити ерліфт з одночасною подачею води насосом у водопідйомну колону.
При досягненні проектної відмітки допомідну колону, яка має ліву різьбу, відгвинчують, а відстійник фільтра закривають цементною пробкою або засипають гравієм. В кільцевому просторі між фільтром і обсадною колоною устанавлюють сальник. Потім водопідйомні труби піднімають на розрахункову висоту і ведуть відкачку свердловини.
До переваг цього способу посадки фільтра можливо віднести те, що в чистих пісках гарантовано досягнення фільтром проектної глибини, а також скорочуються загальні затрати часу на освоєння свердловини перед вводом її в експлуатацію.
Але цей спосіб не застосовують в злинистих пісках, при наявності твердих прошароків, а також при низьких статичних рівнях води, т.як при цьому необхідна велика кількість води і необхідно застосовувати компресори, які розвивають тиск 1,5-2 МПа, також ускладнений процес регулювання рівня води у свердловині на початковій стадії посадки фільтра, що визиває появу в ерліфтній установці піщаних пробок і приводить до збільшення тиску на виході компресора.
3.15 Облаштування гравійних обсипок в свердловинах, пробурених роторним способом з прямою промивкою
Система прямої промивки проста, її планують в технологічному процесі в більшості випадків бурових установок, використовуючих при бурінні свердловин на воду. Одним із недоліків прямої промивки є те, що вибурена порода транспортується на поверхню в кільцевому просторі між бурильними трубами та стінками свердловини. Так як тиск в свердловині завжди вище, ніж у водоносному пласті, виникає поглинання промивної рідини, при цьому водоносний шар кольматується обломками вибуреної породи та емульсією, яка виникає під час буріння. Тому перед обсипкою фільтрів гравієм свердловину необхідно досконало промити чистою водою на протязі 5-10год, використовуючи при цьому буровий насос на повну подачу.
Способи транспортування гравия до фільтрів ділять на три види:
Гравітаційний осадження (гравій осідає на забій за рахунок сил гравітації у воді, яка знаходиться в спокої);
Гідромеханічна укладка (транспортування гравію в нисхідному потоці води);
Гідродинамічний осадження (транспортування гравію в висхідному потоці води);
Гравітаційний спосіб транспортування гравію.Після промивки свердловини чистою водою буровий насос відключають і приступають до гравійної обсипки. Швидкість падіння різних частин гравію різна, і це може привести до пошарового формування гравійної обсипки.
Швидкість і час падіння частин гравію і піску в спокійній воді наступні:
| Діаметр зерен гравію (піску), мм | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 4,0 | 5,0 | 10,0 |
| Швидкість падіння в спокійній воді, мм/с | 1,8 | 2,6 | 4,0 | 5,6 | 6,8 | 8,0 | 10,8 | 13,2 | 18,0 |
| Час падіння на глибину 100 м в спокійній воді, хв. |
Щоб уникнути небажаного розшарування гравійної суміші, засипку необхідно проводити безперервно. Інтенсивність засипки піску – 2…2,5 м3/год., гравію – 3…4 м3/год.
По мірі продовження засипки гравію концентрація твердих частин гідросуміші, яка знаходиться в кільцевому зазорі, збільшується. В результаті щільність твердих частин гідросуміші в кільцевому просторі зростає і може досягнути 1150…1250 кг/м3, що викликає перетік рідини всередину фільтрової колони, поглинання її водоносним пластом і збільшить рух гравію до забою свердловини. Щоб підтримати дане явище, гравій в свердловину необхідно подавати в суміші з водою, це значно збільшує швидкість засипки. Із-за різності щільності твердих частин в фільтровій колоні і за трубному просторі може відбуватися навіть фонтанування води через фільтрову колону.
Схема гравітаційної обсипки фільтрів зображена на рисунку 28.
Даний спосіб гравійної обсипки можна застосовувати як при бурінні звичайних свердловин, та і при влаштуванні фільтра розширеного контуру.
Послідовність проведення технологічних операцій за даними С.Л. Драхліса, зображена на рисунку 29.
Спочатку свердловину бурять з промивкою глинистим розчином до проектної глибини заданим діаметром. За даними геофізичних вишукувань уточнюють інтервали установки робочої частини фільтра. При необхідності свердловину закріплюють обсадними трубами з цементуванням до покрівлі водоносного пласта. Потім глинистий розчин заміняють водою і за допомогою механічного розширювача розширюють ствол свердловини бурінням з прямою промивкою водою. Для цих цілей застосовують гідромеханічний розширювач з ріжучими лопатками, які роздвигаються під тиском нагнітання через бурильні труби води (лопатки складуються при знятті тиску), а також ексцентриковий механічний розширювач. По закінченню розширення ствола свердловини лопатки розширювача складають і снаряд виймають із свердловини.. У свердловину на бурильних трубах спускають фільтр з направляючими ліхтарями. Фільтр обсипають гравієм по кільцевому зазору між стінками свердловини і фільтром. Так як гравій біля фільтра осідає в основному за рахунок гравітаційних сил і може в процесі експлуатації свердловини ще й ущільнитися, над фільтрам утворюють запас гравію не менше 10…15 м.
Найбільш раціональний діаметр частин гравійної обсипки, яка відповідає оптимальним умовам формування фільтру, - 2…7 мм. В ній повинно вмішатись більше 60% частин діаметром 3…5 мм.
Гравітаційне осідання гравію в кільцевому просторі має недостатню швидкість, що може привести до зависання гравію і утворення гравійних пробок.
В результаті частина фільтрів може залишитися не обсипаною, і це приведе до піскування свердловини. Тому даний спосіб можна рекомендувати застосовувати в свердловинах глибиною до 150…200 м і при різниці діаметрів кільцевого зазору не менше 50 мм.
Не дивлячись на цілий ряд недоліків , гравітаційний спосіб транспортування гравію в проти фільтрову зону із-зі своєї простоти знайшов широке застосування у багатьох бурових організаціях, які займаються бурінням гідрогеологічних, дренажних, водопонижуючих і водозабірних свердловин.
Гідромеханічний спосіб укладки гравію в прифільтровій зоні свердловини. Він передбачає подачу гравію в суміші з водою а любу глибину свердловини нисхідним потоком рідини ( рис.30). В зоні водовміщуючих пластів при необхідності планують поінтервальне розширення ствола свердловини з наступною установкою фільтрової колони, в середині якої монтується клапанна камера і колона промиваючих труб.
Після спуску з цементації експлуатаційної колони буриться пілот-скважина діаметром 151…190 мм до проектної глибини з прямою промивкою глинистим розчином. Після геофізичних вишукувань визначаються інтервали установки фільтрів і свердловину розширюють до проектного діаметру з промивкою чистою водою або спеціальними розчинами. Після закінчення розширення приступають до установки фільтрів і за фільтрової промивки свердловини чистою водою (див. рис. 30,а). Фільтрову колону опускають на бурильних або спеціальних промив очних трубах, які з'єднанні за допомогою лівого перевідника, встановленого в клапанній камері. У верхній частині фільтрової колони монтують конус, який захищає її від попадання піску і шламу під час промивки свердловини. Промивку проводять при максимальній подачі бурових насосів до повного при чинення виносу шламу і освітлення проживаючої рідини
Після закінчення промивки, насос переключають на засипку гравію. Гирло свердловини в цей час закрите сальником. Тиск на насосах по мірі засипки гравію постійно зростає і в момент закінчення засипки фільтрів різко зростає на 2…3 МПа. Це говорить про те, що фільтри гравієм обсипані. Потім насоси відключають і досипають гравій на висоту 10..15м по розрахунку. Запас гравію необхідний у випадку його осідання у процесі експлуатації свердловини, для попередження піскування. Застосування гідромеханічного способу доставки гравію в прифільтрову зону в порівнянні з гравітаційним має ряд переваг:
- в декілька разів прискорює процес створення гравійної обсипки;
- підвищує щільність укладки гравію , так як на гравій при його русі в затрубному просторі діють не тільки гравітаційні сили , але й динамічні сили від руху рідини, що захищає свердловину від піскування;
- різко зменшує можливість пробкоутворення на шляху транспортування гравію;
- за показами манометру і кількістю закачаного гравію можливо контролювати кількість гравійної обсипки;
- зменшується можливість розслоювання гравійної суміші.
Через складність гідрогеологічних умов розкриття водовміщуючих шарів і особливо їх розширення не завжди можливо провести чистою водою. В таких випадках рекомендують застосовувать вапняний або саморозпадаючий крохмальний розчин.
Раціональне дозування для виготовлення 1м3 вапняного розчину наступне:
Тип реагенту маса, кг
Бентоніт 8…10
Вапно 17…20
Реагент-знижувач вязкості, екстрат
каштанового дерева або кислий піро-
фосфат 5…6
Реагент-знижувач водовіддачі, КМЦ 5…7
Переваги вапняного розчину-висока стійкість по відношенню до пластових вод.
Для приготування саморозпадаючого крохмального розчину необхідно 40-45кг модифікованого бурового крохмалу, при цьому розчин має наступні параметри: щільність 1008-1250кг/м3, водовіддача-6…12см3 за 30хвилин і товщина кірки-0,8…1,5мм.
Такий розчин має всі структурні властивості високоякісного глинистого розчину на протязі 24год.і більше, а при додаванні ферменту перевтілюється в технічну воду. При його застосуванні практично повністю виключається кольматація водовмісних шарів.