В практике бурения скважин на воду УБК «Аквасфера» наиболее широко применяет следующие способы:
- вращательный с прямой промывкой
- вращательный с обратной промывкой
- вращательный с продувкой воздухом
- ударно-вращательный
- ударный
Каждый из этих способов имеет преимущества и недостатки, а следовательно, и рациональную область применения применительно к решению конкретных задач, а также гидрогеологическим и другим условиям производства работ.
До середины 40-х годов в СССР основным способом бурения скважин на воду был ударно-канатный. Далее началось интенсивное развитие вращательного способа бурения с прямой и обратной промывкой глинистым раствором. Именно два последних метода бурения заняли лидирующее место в бурении скважин на воду.
Выбор и обоснование конструкции скважин – важнейшие мероприятия, от которых зависят качество выполняемых работ, их экономичность. Конструкции скважин в зависимости от назначения должны отвечать определенным требованиям.
Конструкции разведочных скважин должны обеспечивать:
- высококачественное опробование всех или в зависимости от назначения некоторых из вскрытых водоносных горизонтов;
- экономичность (стоимость применяемых материалов, трудовые затраты и др.);
- наименьший по возможности диаметр ствола скважины;
- повторное использование фильтра и обсадных труб;
- простоту ликвидации скважины и высококачественный ликвидационный тампонаж.
Конструкции эксплуатационных скважин должны обеспечивать:
- высококачественное вскрытие продуктивных водоносных пластов с целью их эксплуатации при минимальных сопротивлениях профильтровых колонн;
- длительный срок эксплуатации и минимальный темп снижения производительности;
- выполнение ремонтный и восстановительных работ;
- тщательную изоляцию водоносных горизонтов друг от друга, за исключением тем, которые эксплуатируются совместно;
- экономичность (стоимость применяемых материалов, трудовые затраты и др.);
- минимальный возможный диаметр ствола скважины;
- наименьшее сопротивление при подъеме воды насосом.
Таким образом, приведенные требования к конструкциям скважин весьма специфичны и в ряде случаев находятся в сложной зависимости друг с другом. Поэтому выбор и обоснование той или иной конструкции скважин должны базироваться на тщательной оценке всех факторов и в первую очередь тех, которые для конкретных условий производства работ являются главными.
Рис.1. Схема скважины в две колонны на сеноманский водоносный горизонт (глубина в Киевской области)
Построение конструкции скважины начинают с прифильтровой зоны после определения конечного диаметра скважины, типа и конструкции прифильтровой зоны. Конечный диаметр, как известно, должен обеспечивать определенную производительность и проведение необходимого комплекса гидрогеологических исследований и наблюдений. Тип и конструкция фильтра зависят от водовмещающих пород, химического состава подземных вод, возможного срока службы фильтра и др.
Для эксплуатационных скважин проводят тщательную затрубную цементацию, что исключает и связь отдельных водоносных горизонтов между собой, и повышает антикоррозийные свойства обсадных труб.
В конструкции скважины различают следующие элементы: кондуктор (направление), эксплуатационную колонну (при необходимости или бурении на большую глубину добавляются еще дополнительные колонны) и фильтр.
Первая колонна – кондуктор служит для крепления интервалов ствола скважины и устья.
Эксплуатационная колонна обеспечивает крепление ствола скважины на больших глубинах. В эксплуатационной колонне обычно устанавливают насос. В скважинах глубиной более 100 м и в случаях изолирования верхних водоносов устанавливаются дополнительные технические колонны.
В неустойчивых водовмещающих породах применяют фильтра различных типов и конструкций. Чаще всего фильтр устанавливают впотай, так как в этом случае его можно при выходе из строя поднять и заменить новым. Фильтр может быть смонтирован на эксплуатационной колонне, а изоляцию вышележащих водоносных горизонтов осуществляют путем затрубной цементации через манжету.
В случае каптажа высоконапорных горизонтов, самоизливающихся и термальных водоносных горизонтов их герметизацию осуществляют обязательно цементацией обсадных колонн до устья с применением цемента высокого качества. При больших глубинах в ряде случаев затрубную цементацию до устья можно заменить подбашмачной, если исключены гидравлическая связь водоносных горизонтов, потери напоров и загрязнение подземных вод.
Если проводят манжетную цементацию на какой-либо интервал, но не до устья скважины, то затраты средств и времени мало отличаются от соответствующих затрат при затрубной цементации обсадных колонн до устья, но хорошее качество цементации при этом гарантировать трудно.
Манжетную цементацию проводят после работ по освоению и разглинизации, в противном случае фильтр и сам водоносный пласт будут длительное время находиться в контакте с глинистым раствором, а это усложнит работы по разглинизации.
При большой глубине скважин, частом переслаивании пород разной твердости, агрессивности подземный вод применяют обсадные колонны, в том числе и хвостовики с затрубной цементацией и последующим прострелом перфораторами или вскрытием гидропескоструйным способом.
При каптаже водоносных горизонтов, представленных неустойчивыми трещиноватыми и гравелистыми породами, их крепят фильтрами дырчатого и щелинистого типа. В рыхлых неустойчивых породам используют сетчатые, проволочные, блочные и гравийные фильтры.
Гравийно-обсыпные фильтры широко применяются в скважинах, пройденных вращательным способом с обратной промывкой. Гравийно-обсыпные фильтры требуют установки дырчатого или щелинистого каркаса, причем последний обычно является эксплуатационной колонной. Установку каркасов фильтров впотай проводят реже, так как это связано с определенными трудностями оборудования скважин, а замена таких каркасов практически все равно трудновыполнима.
В случаях, когда водоносные пески представлены тонкозернистыми и мелкозернистыми разностями, используют двухслойные гравийные обсыпки. Для этого применяют дополнительную колонну обсадных труб. В практике водоснабжения и гидрогеологических исследованиях двухслойные обсыпки из-за технологической сложности используют весьма редко, только при бурении крупных высокодебитных скважин.
Если проводят каптаж двух водоносных горизонтов, часто гидравлически активно связанных между собой и представленных различными породами, то устанавливают два фильтра различной конструкции на одной колонне. Освоение фильтров ведут раздельно, причем вскрытие водонасыщенных известняков рекомендуется проводить с промывкой водой.
В рыхлых породах при устойчивой кровле с успехом применяются бесфильтровые скважины.