Конструкция скважин

Конечный диаметр скважиныво многом определяется типом фильтра, его размерами.

Скважины с водоприемной частью в виде дырчатых или сетчатых фильтров без обсыпки их гравием имеют минимальный конечный диаметр. При применении фильтров с гравийной засыпкой конечный диаметр скважин увеличивается на 50–100 мм и более по сравнению со скважинами, оборудованными фильтрами других конструкций. При выборе диаметра фильтра, если размеры его не определяются какими-либо другими условиями, следует учитывать, что при диаметре фильтра менее 100 мм сильно снижается водообильность скважин.

Конструкция скважин определяется типом, размерами и местом установки водоподъемного оборудования. При установке насоса в фильтре диаметр его, а соответственно и конечный диаметр скважины, будут зависеть от размеров насоса. Если требуется установить насос большей производительности, его помещают над фильтром, в эксплуатационной колонне. В этом случае диаметр ее, называемый эффективным, также определяется поперечными размерами насоса. Для облегчения монтажа насоса, производства ремонтных работ и наблюдений за положением динамического уровня в скважине величину зазора между наружным диаметром корпуса насоса и внутренним диаметром эксплуатационной колонны принимают в пределах до 50 мм. Однако значительное увеличение эффективного диаметра приводит к утяжелению конструкции скважины и удорожанию стоимости работ. Во всех случаях конструкция скважины должна обеспечивать получение необходимого количества воды при минимальном снижении статического уровня. В остальном выбор и расчет конструкции скважин на воду осуществляется так же, как и скважин, проходимых на нефть или газ, т. е. с учетом применяемых типов и размеров долот, их соотношения с обсадными трубами, с расчетом на тампонажные работы.

Спуск фильтров в скважинуможет производиться на бурильных трубах или на колонне обсадных труб. При спуске фильтров на бурильных трубах применяется спускной ключ.

В отдельных случаях может быть применен центрирующий фонарь. При установке фильтра в скважину с неустойчивыми стенками, пройденную ударно-механическим способом, спуск его производится под защитой временной колонны обсадных труб, которую задавливают в нижний водоупор. После углубки скважины на длину отстойника в нее опускают фильтровую колонну. Обсадные трубы приподнимают на высоту фильтра или полностью извлекают из скважины. При эксплуатации нескольких водоносных горизонтов в скважину спускают ярусный фильтр, состоящий из ряда необходимых фильтров, расположенных против каждого горизонта. Напротив неводоносных пластов устанавливают сплошные трубы, соединяющие фильтры между собой. Для того чтобы песок и другие частицы пород не попадали в скважину, кольцевой зазор между надфильтровыми трубами, установленными «впотай», и обсадными трубами, уплотняют специальными сальниками, конструкция которых определяется материалом, из которого они изготовляются. В качестве последнего используются дерево, пенька, резина, свинец и др. При установке гравийного фильтра вместо сальника в зазор между надфильтровой и обсадной трубами засыпается крупный гравий, высота засыпки должна быть не менее 5 м.

В некоторых случаях фильтр спускается на колонне обсадных труб, выходящих на поверхность.

В устойчивых скальных породах водоносные горизонты могут эксплуатироваться «открытым стволом», т. е. без установки фильтра в интервале водоносного горизонта.

Для условий Беларуси широкое распространение получили безфильтровые водозаборные скважины, эксплуатирующие рыхлые породы – водоносные пески, залегающие под устойчивыми (обычно мелами или плотными девонскими глинами) выдержанными по мощности пластами путем разработки водоприемных каверн (полостей) с большой водозахватной способностью.

2. Насосы

Для осуществления опытных откачек, водоснабжения и водопонижения используют разнообразные водоподъемные устройства: а) поверхностные – горизонтальные поршневые и центробежные насосы; б) погружные – штанговые поршневые насосы; в) вибрационные насосы; г) глубинные артезианские центробежные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности, а также с погружным электродвигателем; д) эрлифты и водоструйные насосы.

Выбор типа водоподъемника определяется размерами эксплуатационной колонны, потребным дебитом и положением динамического уровня воды в скважине.

Горизонтальные поршневые и центробежные насосы применяются для откачек при глубине динамического уровня не ниже 6–7 м.

Наиболее удобны самовсасывающие центробежные насосы, смонтированные на тележках. Насосы могут быть использованы для откачки загрязненных вод. Кроме них применяются вихревые центробежные насосы, секционные центробежные, консольные заливные центробежные насосы и др.

Штанговые насосыпростого и двойного действия применяются для откачки подземных вод при глубине динамического уровня ниже 6–8 м (до 100 м и более) при сравнительно небольших дебитах.

Штанговый насос простого действия состоит из приемного фильтра, укрепленного на насосном цилиндре, клапана, поршня с клапаном и манжетами. Насос монтируется в скважине на водоподъемных трубах, подвешиваемых с помощью хомутов в колонне обсадных труб. Поршень спускается в водоподъемные трубы на штангах, на шарнирных хомутах так, чтобы поршень не доходил на 20–30 мм до приемного клапана насосного цилиндра.

Для производства опытных откачек воды из скважин штанговыми насосами простого и двойного действия применяются различные агрегаты-качалки.

При гидрогеологических откачках воды из скважин с динамическим уровнем больше 100 м и при небольших дебитах применяют глубинные поршневые и скальчатые насосы с качалками, используемые в нефтяной промышленности.

В винтовых артезианских насосах (ВАН) подача воды достигается вытеснением определенных объемов воды, заключенных в полостях между винтом и резиновой обоймой. Артезианские насосы ВАН используются для откачек воды из скважин при динамических уровнях до 100 м.

Артезианские центробежные погружные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности применяются в практике водоснабжения и водопонижения. Наибольшее распространение имеют насосы типа АТН, используемые в скважинах диаметром 200–400 мм при подаче 30–400 м³/ч с напором до 100 м. В насосном аппарате применяются рабочие колеса открытого и закрытого типов. Кроме них используются глубинные насосы типа НА и А для скважин большого диаметра с подачей воды до 1200 м³/ч. Проточная полость у них аналогична насосному аппарату АТН. Однако весьма существенные недостатки глубинных насосов – наличие длинного приводного вала от электродвигателя на поверхности к насосу в скважине; сложность монтажа, значительная металло- и энергоемкость, быстрый износ – все это послужило причиной замены их, там где это рационально, более совершенными погружными насосами.

Артезианские насосы с погружным электродвигателем получают все большее распространение при гидрогеологических исследованиях, для водоснабжения, при осушительных и водопонизительных работах.

Привод погружных насосов обеспечивается в основном водозаполненным асинхронным трехфазным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого выполняется из провода с изоляцией на полиэтиленовой или полихлорвиниловой основе. Такие электродвигатели просты по конструкции и надежны в работе.

Артезианские насосы с погружным электродвигателем выпускаются различных серий: 1) АП и АПВ; 2) ЭЦВ; 3) ЭПЛ; 4) ЭПНЛ и ЭПН.

В насосе ЭПН рабочий аппарат, выполненный в виде вертикального многоступенчатого центробежного насоса с неразгруженными рабочими колесами, соединен с водонаполненным электродвигателем с принудительным проточным охлаждением.

Эрлифты или воздушные подъемникинаходят широкое применение для откачки воды с песком и в тех случаях, когда необходимо получить большое количество воды при сравнительно небольших размерах скважин. В практике работ применяются схемы установки эрлифтов, отличающиеся расположением в скважине воздухоподводных и водоподъемных труб.

Действие эрлифта основано на принципе двух сообщающихся сосудов, заполненных жидкостями разного удельного веса. В эрлифтную установку входят: а) компрессор с двигателем и воздухосборником; б) водоподъемные трубы со смесителем и приемным баком; в) компрессорные трубы от компрессора к скважине.

Водоструйные насосы или гидроэлеваторы находят применение при производстве строительных работ, при водопонижении в виде гидроэжекторных установок и при гидрогеологических исследованиях скважин. Водоструйные насосы в виде специальных устройств – испытателей пластов – находят применение при ускоренном опробовании водоносных горизонтов. В испытателях пластов водоструйный насос конструктивно связан с временным тампонажным устройством – пакером. В основу действия водоструйного насоса положен принцип непосредственной передачи кинетической энергии одного потока (подаваемого с поверхности) к другому с меньшим запасом энергии (жидкости, поднимаемой погружным насосом на поверхность). Рабочая вода под некоторым давлением подводится к насадке, через которую с большой скоростью попадает в камеру смешения и далее через напорный трубопровод на поверхность. Вода из скважины поступает (в связи с образуемым разрежением в эжекционном аппарате) в камеру смешения, увлекается рабочей струей жидкости и также выносится на поверхность.

Достоинством этих насосов является возможность перекачиватьмутную воду, недостатком – низкий к. п. д. (не выше 40 %).

Для откачки мутной воды, содержащей частички глины, песка и даже шлама и гравия могут быть также применены вибрационные насосы. Насосная установка состоит из вибратора, установленного на поверхности, и водоподъемных труб, спущенных в скважину, с клапанным устройством для забора воды. На водоподъемных трубах устанавливаются направляющие фонари.

Вибрационная установка может обеспечивать подъем воды из скважины с динамическим уровнем до 30 м ниже поверхности земли.