3. СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Способы бурения водозаборных скважин.
Конструкции. Общие данные
3.1. Бурение водозаборных скважин производится в основном двумя способами - ударно-канатным и вращательным с прямой или обратной промывной Кроме того, применяют комбинированный, колонковый и реактивно-турбинный способы
При проектировании водозаборных скважин способ бурения выбирают исходя из общих геологических и гидрогеологических условий участка размещения водозабора - глубин залегания водоносных горизонтов, подлежащих вскрытию и эксплуатации, литологии пород, слагающих водоносный горизонт, а также из необходимого диаметра скважины и наибольшей технико-экономической целесообразности способа бурения в данных конкретных условиях.
Технико-экономическая целесообразность применения того или иного способа бурения скважин определяется по совокупности трех показателей: качество и долговечность скважины, продолжительность ее сооружения, стоимость сооружения В случаях, когда не представляется возможным согласовать все три показателя, решающим должен быть, как правило, первый показатель.
При выборе способа бурения водозаборных скважин необходимо руководствоваться рекомендациями, приведенными в табл. 5.
Таблица 5
Способ бурения | Условия применения |
Ударно-канатный | В рыхлых и скальных породах при глубине скважин до 150 м |
Роторный с прямой промывкой | 1. В рыхлых и скальных породах при любой глубине скважин с начальным диаметром до 500 мм на горизонты подземных вод, обладающие большими напорами, с промывкой глинистым или водогипановым раствором. 2. В скальных породах на ненапорные водоносные горизонты при условии применения в качестве промывной жидкости чистой воды |
Комбинированный (ударно-канатный и роторный с прямой промывкой) | При глубине скважин более 150 м на ненапорные или слабонапорные водоносные горизонты, представленные рыхлыми отложениями. До кровли водоносного горизонта - роторный с глинистым раствором; по водоносному горизонту - ударно-канатный |
Роторный с обратной промывкой | В породах I-IV категорий с содержанием в рыхлых и связных отложениях при глубине скважин до 200 м |
Колонковый | В скальных породах диаметром до 150- 200 мм при глубине бурения до 150м |
Реактивно-турбинный | При больших глубинах (500-1000 м и более) и больших диаметрах скважин |
3.2. При вращательном способе бурения скважин следует предусматривать промывку, при этом:
а) при прямой промывке забоя в скальных и полускальных породах применять чистую воду, а в песчаных породах - безглинистые промывочные жидкости, например водогипановый раствор Глинистый раствор допускается применять при бурении по напорному водоносному горизонту и по непродуктивным интервалам; необходимость его применения должна быть обоснована проектом. Параметры промывочной жидкости надлежит подбирать с учетом гидрогеологических условий проходимых пород;
б) при обратной промывке забоя буровую установку обеспечивать водой на весь период бурения в количестве, определяемом мощностью и проницаемостью проходимых пород Разность отметок между установившимся уровнем воды в скважине и поверхностью земли должна быть не менее 3 м. При залегании уровня воды на глубине менее 3 м от поверхности земли проходку скважин следует осуществлять буровыми станками с поднимающимся ротором и выводом кондуктора выше поверхности земли, чтобы обеспечить необходимое превышение полного гидростатического давления столба в скважине над пластовым.
Глина и вода, используемые при бурении, должны удовлетворять санитарным требованиям.
3.3. Типы станков для бурения скважин на воду, и некоторые их технические показатели приведены в табл. 6.
Таблица 6
Способ бурения | Тип станка | Глубина бурения, м | Начальный диаметр, мм | Завод-изготовитель |
Ударно-канатный | УГБ-ЗУК | 100 | 600 | Новочеркасский завод им. |
УГБ-4УК | 200* | 900 | Никольского | |
БС-1М | 300 | 300 | - | |
Вращательно роторный | УРБ-3АМ | 500 | 243 | Кунгурскнй машиностроительный завод |
1БА-15В | 500 | 394 | ||
УБВ-600 | 600 | 490 | Ишимбаевский машзавод | |
Колонковый | УГБ-1ВПП- УГБ-5ВПП | 100-600 | - | - |
Реактивно-турбинный | БУ-75БрД(Э) | 2400 | 560 | Волгоградский завод буровой техники |
* Допускается изменение номинальной глубины в зависимости от изменения конечного диаметра скважины.
Для бурения водозаборных скважин необходимо отведение земли в следующих минимальных размерах (табл. 7).
Таблица 7
Тип станка | УГБ-3УК | УГБ-4УК | УРБ-3АМ | УВБ-610 | 1БА-15В | СБУ ДМ-150; 3ИВ |
Площадь, га | 0,04 | 0,12 | 0,06 | 0,12 | 0,09 | 0,02 |
3.4. При бурении скважин роторным способом в качестве породоразрушающего органа применяются долота лопастные (ОСТ 26-02-1282) и шарошечные (ГОСТ 20692-75*) и каталог "Шарошечные долота и бурильные головки", изданный ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ в 1987 г.), а при бурении ударно-канатным способом - желонки и долота крестовые округленные и двутавровые (ТУ 24-8 805-75) Выбор типа бурового инструмента проводится с учетом крепости буримых пород.
Классификация горных пород в зависимости от трудности проходки и способа бурения указана в СНиП IV-2-82, т. 1.
Диаметр долота при бурении водозаборных скважин следует принимать
а) при вращательном способе бурения - на 100 мм больше диаметра обсадных труб; для создания уширенного контура гравийной обсыпки в песках следует применять различные типы расширителей, размер каверны определяется проектом. Серийно выпускаемые долота имеют диаметры 98,4-490 мм;
б) при ударно-канатном способе бурения в устойчивых грунтах - на 100 мм больше диаметра обсадных труб; в неустойчивых грунтах - на 6 мм меньше внутреннего диаметра обсадных труб. При проходке водоносных песков диаметр желонки должен быть на 100 мм меньше внутреннего диаметра обсадных труб.
При реактивно-турбинном бурении применяют двухтурбинные буры диаметром 394-1020 мм, изготовляемые в соответствии с ТУ 26-02-367-79
3.5. При необходимости увеличить диаметр скважины в песчаных породах в каком-либо интервале по ее глубине (например, в интервале установки рабочей части фильтра для увеличения толщины его обсыпки) можно пользоваться расширителями системы Востокбурвод (ТУ 200-81) или конусными башмаками-расширителями системы Промбурвод (ТУ 200-81) Диаметры обсадных труб, в которые можно опустить башмаки-расширители, приведены в табл. 8
Таблица 8
Диаметр обсадной трубы, мм | 168 | 219 | 273 | 324 | 377 | 426 | 530 |
Диаметр конусного башмака-расширителя, мм | 240 - 290 | 290 - 342 | 342 - 394 | 394 - 442 | 442 - 492 | 492 | 590 |
3.6. Для повышения эффективности проходки крепких пород ударно-канатными станками рекомендуется применять виброударные буровые снаряды ВС-1 и ВС-2 (рис. 2), разработанные ВНИИГСом и трестом Промбурвод (табл. 9).
Виброударные буровые снаряды обеспечивают нанесение по забою посредством подпружиненного ударника серии дополнительных ударов в момент контакта долота с породой в промежутке между основными ударами, что дает возможность увеличить интенсивность динамического воздействия на забой благодаря более эффективному использованию кинетической энергии снаряда. Такой режим работы позволяет рационально использовать усталостные свойства разбуриваемой твердой породы и увеличить скорость ее бурения в 1,5-2 раза. Кроме того, применение виброударных снарядов исключает возможность прихвата долота породой. Особенности бурения скважин с применением виброударных снарядов изложены в руководстве
3.7. Для крепления стенок скважин при бурении и на период их эксплуатации применяют обсадные стальные трубы, изготавливаемые по ГОСТ 10704-76* Трубы с тонкими стенками 7-8 мм следует применять при свободной посадке их в скважину, а с толщиной стенок 10-12 мм-при принудительной посадке.
Рис. 2. Виброударный буровой снаряд ВС для ударно-канатных станков
1 - трос; 2 - канатный замок; 3 - ножницы; 4 - виброударная штанга; 5 - наковальня; 6 - боек; 7 - пружина; 8 - корпус; 9 - дополнительный ударник; 10 - долото
Таблица 9
Показатель | Марка снаряда | |
ВС-1 | ВС-2 | |
Диаметр бурения, мм | 250-300 | 350-400 |
Масса снаряда, кг | 935 с долотом, Æ 250 мм | 1500 с долотом Æ 350 мм |
Высота снаряда без канатного замка, мм | 6050 | 5430 |
Проектная глубина скважины назначается в зависимости от глубины и мощности водоносного горизонта, принятого для эксплуатации подземных вод, а ее начальный и конечный диаметры - в зависимости от размеров и конструкции фильтра, насоса, намечаемых к установке, и от способа бурения. При этом следует учитывать, что насосы с погружным двигателем (ЭЦВ) могут быть установлены в трубках, диаметр которых соответствует номинальному диаметру насоса, а насосы с двигателем на устье скважины (АТН) - в трубах, диаметр которых на 50 мм больше номинального диаметра насоса.
3.8. Скважины крепятся обычно несколькими колоннами обсадных труб в зависимости от глубины скважин, необходимого конечного их диаметра, способа бурения и гидрогеологических условий места их заложения. Разница в диаметрах между предыдущей и последующей колоннами обсадных труб должна быть не менее 100 мм.
3.9. Выход колонн обсадных труб (максимальная длина одной колонны) в зависимости от их диаметра и устойчивости проходимых пород при принудительной посадке приведен в табл. 10.
При свободном спуске обсадных труб в породах разных типов выход колонны может быть более 1000 м.
При наличии агрессивных вод в используемых и гидравлически связанных с ними водоносных горизонтах должна предусматриваться антикоррозионная защита обсадных труб.
Таблица 10
Породы связные, рыхлые и | Диаметр обсадных труб, мм | ||||
полускальные | 1520-1220 | 1120-720 | 620-426 | 377-219 | меньше 219 |
Сухие | 15 | 20 | 25 | 30 | 45 |
Водоносные | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 |
Для крепления стенок скважин глубиной до 250 м при свободной посадке колонны труб можно применять пластмассовые трубы с затрубной цементацией. Указания по применению этих труб изложены в "Инструкции по креплению скважин пластмассовыми трубами при бурении скважин на воду", ВСН 01-80 Минсельстроя УССР.
При использовании для крепления стенок скважин пластмассовых труб соотношение между их диаметром и диаметром скважины (по диаметру долота) должно соответствовать указанному в таблице 11.
Таблица 11
Диаметр скважины (по диаметру долота), мм | 345 | 445 | 495 |
Диаметр пластмассовой тубы, мм | 225 | 315 | 400 |