Конструкция водозаборных скважин

При составлении конструкции скважины ее глубина определяется местоположением кровли и величиной вскрытия водоносного горизонта. При малой мощности водоносного горизонта его следует вскрыть полностью и врезаться в водоупор для установки отстойника фильтра. При большой мощности водоносного горизонта важно, чтобы водоприемная часть скважины находилась в интервале наибольшей водопроницаемости пород. Если водообильность скважины большая, нет необходимости вскрывать водоносный пласт полностью. Достаточно заглубиться в него на 5—10 м. Ho чем меньше водопроницаемость пород, тем на большую глубину нужно вскрывать водоносный горизонт. Однако следует иметь в виду возможность повышения минерализации воды с увеличением глубины скважины.
В соответствии с расчетным расходом воды из проектируемой скважины подбирается тип водоподъемника, а по его габаритам — диаметр эксплуатационной колонны обсадных труб, перекрывающей все породы до кровли водоносного пласта (в ней монтируется водоподъемник). Затем в зависимости от типа водоприемной части скважины определяется ван меньший конечный диаметр скважины.
В зависимости от характера водосодержащих пород водоприемная часть скважины может быть оборудована фильтром или не иметь его.

Бесфильтровые скважины (рис. 129, с) применяются в том случае, когда водоносный горизонт представлен трещиноватыми, но устойчивыми породами (скальными или полускальными).
Если водосодержащими породами являются рыхлые, сыпучие или сильно рузрушенные кристаллические породы, скважина должна быть фильтровой.
Бесфильтровая конструкция скважины может быть рекомендована также в высоконапорных водоносных горизонтах, представленных тонко- и мелкозернистыми песками, но только в том случае, если над ними залегает мощная и прочная водоупорная кровля, не подверженная размыву.
Фильтр в скважине может быть установлен на эксплуатационных трубах (рис. 129, б) или впотай (рис. 129, в, г). Установка фильтра впотай позволяет получить эксплуатационную колонну большего диаметра и использовать для откачки воды более мощный водоподъемник.
Зная диаметр эксплуатационной колонны и исходя из необходимости крепления пород геологического разреза и обеспечения санитарно-технической надежности скважины, можно определить количество промежуточных обсадных колонн, их диаметры и глубину спуска. Зазор между колоннами обсадных труб должен быть не менее 50 мм.
При ударно-канатном бурении выход колонны для труб больших диаметров (355, 404, 505 мм) обычно 20—25 м, а для труб меньших диаметров (203, 255, 305 мм) — 30—40 м. В однообразных по литологическому составу, легко буримых породах, выход обсадных труб увеличивается до 60—70 м, а в вязких, пластичных породах, при частом переслаивании, особенно при чередовании рыхлых и связных пород, — уменьшается.
Когда скважиной ударно-канатного бурения вскрывается водоносный горизонт, в кровле которого залегает водоупорная глинистая порода мощностью 5—10 м и более, необходимо крепить скважину не менее чем двумя колоннами обсадных труб. Одну из них следует забить в водоупор на 3—5 м, а вторую—ввести в породы водоносного горизонта. Если кровля водоносного горизонта представлена скальными или полускальными породами (известняки, мергели, песчаники, аргиллиты), затрубное пространство эксплуатационной колонны необходимо цементировать.
Основной недостаток ударно-канатного бурения — большой расход обсадных труб, сложность конструкции скважины. В связи с этим целесообразно ударно-канатное бурение скважин на воду вести с использованием тиксотропной рубашки, предотвращающей обрушение слабоустойчивых пород, трение и захват породой обсадных труб, благодаря чему выход обсадных колонн увеличивается в 2—3 раза.
Сущность этого метода бурения заключается в следующем. Начинают бурение желонкой с одновременным забиванием направляющей колонны обсадных труб на глубину 15—25 м (рис. 130). Вокруг верхней части обсадной колонны проходится шурф объемом 3—5 м3 с наклонным в сторону скважины дном. На расстоянии 30—40 см от дна шурфа в направляющей колонне прорезают три-четыре окна.
В направляющую опускают следующую обсадную колонну диаметром на 100 мм меньше. На нижнем конце второй колонны должен быть башмак-расширитель. После установки внутренней колонны на забой в кольцевой зазор между трубами забрасывают вязкую жирную глину для образования над коническим башмаком тампона высотой 0,5 м. Затем шурф заполняют тиксотропным глинистым раствором, проникающим через окна в направляющей колонне и заполняющим кольцевой зазор между трубами.
В плотных породах бурят долотом с последующей чисткой скважины желонкой, а в рыхлых породах — желонкой. По мере углубления скважины обсадная колонна опускается под влиянием собственного веса. Если при пересечении плотных пород веса колонны недостаточно, для ее погружения используют забивной снаряд или вибромолот. В процессе бурении скважины шурф должен быть всегда заполнен глинистым раствором, чтобы по мере продвижения скважины тиксотропная рубашка полностью заполняла кольцевой зазор между стенками скважины и ходовой колонной труб. Глинистый раствор приготовляется из порошка бентонитовой глины.
Во избежание глинизации и закупорки пор водоносных пород ходовая колонна обсадных труб останавливается в водоупорной кровле продуктивного пласта. После этого в скважину опускают фильтровую колонну с конусным баш-маком-расширителем. Параллельно с углублением скважины желонкой производятся продвижение фильтровой колонны и обсыпка ее гравием. Толщина слоя гравийной обсыпки должна быть 50—80 мм. Таким образом, скважина углубляется в почву водоносного пласта.
При бурении вращательным способом с промывкой в зависимости от глубины скважин возможны следующие их конструкции.
Если намеченный для опробования и вскрытия водоносный горизонт залегает на небольшой глубине (80—100 м), после установки направляющей колонны на 4—6 м до водоносного горизонта продолжают бурить скважину одним диаметром. Вслед за спуском эксплуатационной колонны цементируют ее затрубное пространство от башмака до устья скважины и вскрывают водоносный горизонт. Такая конструкция скважины называется одноколонной.
При залегании водоносного горизонта на глубине 200—250 м принимается двух- или трехколонная конструкция скважин, а при большей глубине — трех- или четырехколонная.
Кондуктор и эксплуатационную колонну, а в некоторых случаях и промежуточные колонны необходимо цементировать. Чередовать смежные обсадные колонны следует через 50 мм по диаметру. Диаметр породоразрушающего инструмента должен превышать диаметр обсадной колонны на 100 мм.