Расчет бесфильтровой скважины

Бесфильтровую эксплуатацию используют, когда водоносные го­ризонты представлены устойчивыми, необрушающимися трещинова­тыми скальными и полускаяьными породами, мелкозернистыми пыле-ватыми песками и когда водоносные пески залегают под прочной водо­упорной кровлей.

Бесфильтровые скважины (рис. 1.3) сооружаются путем бурения ствола до продуктивного пласта и последующего вымывания из него песка в количестве, достаточном для создания каверны (опрокинутой воронки), объем которой обеспечивает требуемый приток воды без пескования.

Рис.1.3. Бесфильтровая скважина.

Расчет бесфильтровой скважины проводится с целью определения размеров полости, обеспечивающей необходимую пропускную способ­ность, и выяснения устойчивости кровли сформированной полости.

Проектный дебит (Q м³/ч) бесфильтровой скважины ориентиро­вочно может быть подсчитан по формуле

(10)

Где R-радиус полости, м; V_ф- скорость фильтрации, м/ч; α - угол есте­ственного откоса (α ≈20-25°).

Скорость фильтрации

V_ф=ŋ₁ŋ₂k(1-П)(ρ_n-1) (11)

где ŋ₁=0,7÷0,8 - коэффициент запаса; ŋ₂ - коэффициент, учитывающий уменьшение скорости фильтрации в зависимости от угла откоса песка, для мелкозернистого песка ŋ₂ =0,9, для среднезернистого ŋ₂=0,8, для крупнозернистого ŋ₂=0,74; к - коэффициент фильтрации; П≈0,3÷0,4 -пористость песка; ρ_n - плотность пород водоносного пласта.

Радиус полости

, м. (12)

Устойчивость пород кровли определяется следующим образом:

, м. (13)

где: h₁- высота свода естественного равновесия пород кровли, м; f - коэффициент крепости пород

Породы кровли обрушаться не будут, если давление воды на не­проницаемую кровлю будет больше столбика породы в пределах свода естественного равновесия:

h₁y_K<(H-S)y_в, (14)

где: Н - превышение статического уровня воды над кровлей водоносно­го горизонта, м; S - понижение уровня при откачке, м; у_к - относитель­ная плотность пород кровли (у_к=2,5-3).

Учитывая формулы (13) и (14) условие устойчивости можно предста­вить в виде:

(15)

Дополнительным условием устойчивости пород кровли является условие:

h₁<0,75m (16)

где: т - мощность устойчивых пород кровли, м.

Если неравенства выполняются, породы кровли (в случае их не­проницаемости) не обрушаются и бесфильтровую скважину проектиро­вать можно.

Значения П, f, и k приведены в методическом пособии С.В.Пенкевича.

После цементирования эксплуатационной колонны продолжают бурение в пределах водоносного слоя на глубину 1,5-2 м от кровли, по­сле чего начинают разработку полости.

Формирование водоприемной полости производится эрлифтной откачкой с помощью компрессоров (типа ДК - 9М или др.). На первом этапе откачки во избежание образования песчаных пробок в скважину опускается колонна труб, по которой подается вода от бурового насоса, входящего в комплект буровой установки. После разработки каверны в зоне пласта подача воды прекращается.

При сдаче скважины в эксплуатацию производительность водоза­бора должна быть меньше производительности при опытной откачке в
1,3-1,5 раза.

В пылеватых и тонкозернистых песках, а также в случае недоста­точно устойчивой кровли в водоприемную воронку может быть засыпан гравий.

Задание 4. По данным, представленным в приложении 3, определить возможность проектирования бесфильтровой скважины.