Конструкции скважин при вращательном и ударно-канатном бурении

При всех разновидностях вращательного бурения наиболее часто применяются следующие схемы конструкции скважин (рис.2.1). Схема на рис. 2.1.а, предназначена для эксплуатации водоносного пласта, представленного устойчивыми трещиноватыми породами. Поэтому водоприемная часть выполняется открытой (бесфильтовой). Вмещающие породы до кровли водоносного пласта перекрываются эксплуатационной колонной, в которой размещается насос для откачки. Верхняя часть разреза, представленная рыхлыми породами, перекрывается большей по диаметру колонной, называемой кондуктором.

При глубине скважины более 300 метров и неблагоприятных условиях (сильное поглащение промывочной жидкости, неиспользуемый пласт с аномально высоким давлением) между кондуктором и эксплуатационной колонной устанавливается промежуточная колонна. За трубное пространство кондуктора и эксплуатационной колонны, как правило, цементируется на полную глубину, что позволяет надежно разобщить вскрытые пласты и повысить коррозионную устойчивость обсадных труб. При больших глубинах бурения в ряде случаев уровень затрубной цементации можно не доводить до устья скважины, однако это делается лишь тогда, когда исключена гидравлическая связь водоносных горизонтов и, как следствие, потеря напора, смешивание и загрязнение подземных вод. В случае напорных пластов с большим дебитом, предопределяющим монтаж насоса больших габаритов, эксплуатационная колонна устанавливается в верхней части разреза, выполняя также функцию кондуктора (рис. 2.1.б). Часть разреза, расположенная ниже башмака последнего, до кровли водоносного пласта перекрывается хвостовиком (потайная колонна, невыходящая на поверхность).

Другой схемой конструкции скважины при эксплуатации устойчивых водоносных пластов является установка кондуктора и спуск ступенчатой эксплуатационной колонны с подбашмачным цементированием выше кровли водоносного пласта (рис. 2.1). Поперечный размер верхней части колонны должен позволять размещать насос для откачки. Длинна эксплуатационной колонны (рис. 2.1.б) и верхней части ступенчатой колонны (рис. 2.1.в) должна быть такой, чтобы ниже динамического уровня воды можно разместить центробежный насос. В неустойчивых водовмещающих породах в конструкции скважин предусматривается фильтровая водоприемная часть. Чаще всего проектируется установка фильтра «впотай» (рис. 2.1.г,д), так как в случае выхода из строя его можно поднять и заменить. Кроме того, потайное расположение позволяет использовать эксплуатационную колонну большого диаметра, в которой может разместить насос повышенной производительности.

Реже применяется монтаж фильтра на эксплуатационной колонне (рис. 2.1.е). При этом часть затрубного пространства выше фильтра изолирована манжетным цементированием. Замена такого фильтра практически ИСКЛЮЧЕТСЯ. Большая глубина бурения, характерная при бурении на термальные или минеральные воды, частое переслаивание пород по твердости, агрессивность подземных вод вызывают необходимость создания фильтровой части путем спуска обсадной колонны с затрубной ее цементацией в пределах пласта и последующим прострелом гидропескоструйным способом или перфоратами.

При конструкции с большим дебитом водоносных пластов, представленных песками, фильтровая часть скважины выполняются с гравийной обсыпкой фильтра (рис. 2.1е), которая обеспечивает долголетнюю высококачественную работу буровой скважины на воду. Конструкция в этом случае должна учитывать технологию создания водоприемной части скважины – необходимость ее расширения в пределах водоносного пласта для размещения гравийной обсыпки. При эксплуатации водоносных пластов, представленных мелкозернистым песком, и благоприятных гидрогеологических и геологических условиях (наличие мощной прочной кровли водоносного пласта, небольшая глубина скважины, большой напор, и удельный дебит водоносного горизонта) проектируется бесфильтровая конструкция скважины (рис. 2.2).

Рис. 2.1

1-кондуктор: 2- затрубное цементирование; 3-эксплуатационная колонна; 4-сальник; 5-подбашмачное цементирование; 6-переходник; 7-муфта с левой резьбой; 8-промежеточная колонна; 9-фильтровая колонна (фильтр); 10-манжета для цементирования; 11-гравийная обсыпка.

Эксплуатационная колонна устанавливается с цементацией затрубного пространства, причем ее нижний торец находится на 0,5 м ниже водоупорной кровли. Затем при помощи интенсивной откачки в верхней части водоносного пласта в результате вынос песка разрабатывается воронка (каверна) с большой водосборной площадью, которая и является водоприемной частью скважины.

При вращательном способе бурения вследствие использовании промывочной жидкости, оказывающей гидростатическое давление на вскрываемые неустойчивые пласты и вызывающей их глинизацию, создаются условия для свободного спуска обсадных колонн в скважину. Скважина бурится диаметрами, большими, чем поперечные размеры допускаемых обсадных колонн. Поэтому при этом способе бурения выход колонн (разница в длинах двух смежных колонн, опущенных в скважину) достигает сотни и даже тысячи метров. Эта особенность предоставляет довольно простую неметаллоемкую конструкцию скважины.

Рис. 2.2

При ударно-канатном бурении применяются конструкции скважин, указанные на рис. 2.3. Конструкция, представленная на рис. 2.3.а, применяется в том случае, когда разрез представлен устойчивыми скальными породами и отсутствуют верховодки. При сооружении скважины в аллювиальных отложениях, содержащих грунтовые воды, скважина крепится кондуктором и фильтровой колонной, выведенной на поверхность (рис 2.3б). Конструкция (рис. 2.3в) применяется при необходимости изоляции кондуктором первого от поверхности неиспользуемого пласта.

В конструкции скважины (рис. 2.3.г) помимо кондуктора и эксплуатационной колонны предусмотрена техническая колонна, перекрывающая второй от поверхности неэксплуатируемый водоносный пласт.

Конструкция (Рис. 2.3.д) в случае установки в зоне пласта, представленного неустойчивыми породами. При необходимости гравийной обсыпки устанавливается на эксплуатационной колонне под защитой вспомогательной колонны (Рис.2.3.е). Последняя первоначально перекрывает пласт, а после спуска эксплуатационной колонны с фильтром и создания обсыпки приподнимается до кровли пласта.

Анализируя рассмотренные конструкции, можно сделать вывод, что при ударно-канатном бурении любая колонна, за исключением эксплуатационной, перекрывает лишь один водоносный пласт и устанавливается башмаком в водоупорные породы.