Способ сооружения технологических скважин в рыхлых песчаных отложениях Советский патент 1981 года по МПК E21B43/04 

(54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН В РЫХЛЫХ ПЕСЧАНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Изобретенке относится к горной промы шленности, а точнее к буровому делу, и может быть использовано при сооружении водоразбсрных скважин, скважин для до- бычи различных жидких полезных ископаемых, скважин для разработки мест(ождений твердых полезных ископаемых методом подземного выщелачивания, скважин для закачки воды или жидких промьпиленных отходов в проницаемые подземные горизонты и др. Одним из главных условий применения технолсягических скважин для указанных целей является наличие у них устойчивой приф,ильтровой зоны. Критерием устойчивости является работа скважин без вьшоса песка из эксплуатируемого горизонта. Дру гим одним из важных условий эффективной работы технологических скважин является достаточно высокая степень промытости прифипьтровой зоны от бурового раствора и частиц шлака, обеспечивающих их требуемую производительность. Выполнение этих условий чаще всего достигается подбсром фильтров различных ксжструкций (щелевые, сетчатые, конусные, дисковые и др.), применением специальных промывочных жидкостей или гидравлической обработкой сгенсж скважины, использованием различных гравийных обсыпок и рядом других операций и тфиемов, Известны способы сооружения технологических скважин с устойчивой прифильтровой зоной, заключающиеся в засыпке в предварительно подготовленную каверну сначала мелкозернистых, а затем крупнозернистых маг жалов ij. Однако данный способ не обеспечивает создание качесгвеЦного фильтра, в результате чего скважина длительное время пескует. Наиболее близким к предлагаемому является способ сооружения технологических скважин ,в рыхль1Ьс песчаных отложениях, включающий бурение скважин, оборудование ее обсадной колонкой труб, водоподъемной коленной труб с перфорированным нижним концом и оборудование приемной каверны в продухгивном гсразонге путем откачки жидкости через скважину с одновременной засыпкой в кавер ну зернистого материала с различным грануломегрическим составом fSj. Недостаток этого способа заключается в том, чго кровля образующейся каверны неустойчива, склонна к разрушению, что снижает эффектитюсть работы скважины. Цель изобретения- повышеаие эффективности работы скважины посредством обеспечения устойчивости обширной приемной каверны в любой части продуктивного горизонта. Поставленная цель достигается тем,что засыпку зернистого материала производят в несколько стадий, при этом в стадий засыпают с гранулометри часкйм составом, обеспечивающим прохождение через него песка продуктивного горизонта, во второй стадии - материал с гранулометрическим составом, исключающим прохождение его через материал пре Дыдущей засыпки, а в последней порции засыпают материал с гранулометрическим составом, исключающим прохождение чере него песка продуктивного горизонта, в объемах V , осфедепяемых для первой стадии по формуле V --&f tVici f, где - половина высоты каверны; Ц - угол естественного откоса каверны;V. - объем первой порции засыпаемого материала, для второй и каждой последующей стадии по формуле 4,,-(), где 6 - высота слоя засыпаемого материала в каверны; V,,- объем второй и последующих порцйй засыпаемого материала. На чертеже представлена схема осуществления способа. Сооружение технологических скважин осуществляется следующим образом. После бурения в водсиосном продуктив ном горйзсдате 1 скважины 2 до заданной глубины и оборудования скважины до этой гпубгйы водоподъемнсА колонией труб 3 и расположенной выше, на уровне расчетнс вьюоты, создаваемсЛ носяедующими операциями водо1фнемной каверны, обсадноЦ (защитной) копанной труб 4 подают в кольцевое межтрубное пространство крупнозер нисгый 5, подобранный таким образом, чтобы он мог свободно пропускать через свои пары частицы песка.водоносного горизсята 1. Одновременно с подачей крупнозернистого материала ведут откачку жидкости из скважины с максимальным расходом. После подачк расчетного объема крупнозернистого материала, не прекращая откачки, подают менее крупный, чем материал 5, но более крупный, чем песок горизонта I, зернистый материал 6, подобранный гак, чтобы он не мог проходить сквозь поры материала 5 и не мог пропускёть сквозь свои поры песок водоносного горизонта 1. Подачу зернистого материала 6 и откачку ведут до прекращения выноса песка из скважины, после чего скважина считается пригодной в эксплуа Ц Количество засыпсж материала с разяичной зернистостью может быть больше ; 2. Например, материал 6 может быть подобран пропускающим песок 1, тогда выше этого елоя засыпается непропускаю- щий слой и т.д. Устойчивость прискважиннсй зоны и высокая производительность , близкая к Iбесфильтровой по данному способу обеспечивается наличием на нижнем конце водоподьемных труб отрезка 7 с отверстиями в своих стенках и дне, размеры которых позволяют свобошго пропускать песок 1, не задерживают крупнозернистый материал 5, а также образованием устойчивых граншл между материалами различной зернистости. Нижняя граница 8 кавуны, образующейся в водсжосном горизонте в результате BbStoca песка через 5 и замещением nociteffiiBM освободившегося пространства, представляет собой поверхность ксжуса, о азующий угол которого рав«1 углу естественного откоса песка. УстМчнбость этой границы, или иначе отсутствие въшоса песка из-аа этой границы внутрь конуса, подтверждена опытом работы бесф«яьтро&ых скважин. Граница 9 между насыпными материалами разлачнЫ4 з ннстости является также паверзшосгью конуса с образующей, которая имеет угол наклша, .также равный угяу естественного откоса материала 5. Офазование границы Ю связано с движенйем aepHBcTcsro материала 6, вызьшаемого в это время наличием углов на его поверхности, больших, чем углы естественнсяо откоса, н необходимостью замещения ИМ пространства, освобождаемого песком водоносного горизонта, выносимого внутр крупнозернистого материала и далэе в скважину. Стабилизация границы 10 наступает в момент достижения материала 6 точки контакта крупнозернистого материала с песком пчэизонта. В этот момент прекращается вынос песка внутрь каверны и соответственно подвижка всех границ. Перфорированная часть водоподьемной КОЛС81НЫ 7 принимается по расчету, равне глубине нижнего конуса каверны, с «елью предотвращения выдаваивания насыпнезго материала внутрь водоподьемной колсшны 3, развивающимся в дальнейшем горным давлением. В принципе , при непродолжительном сроке службы скважины, она может работать и без части 7, т.е. через дно как бесфильтровая скважина. Следует отметить также, что при необходимости перфорированная часть 7 может быть углублена и ниже вершины нижнего конуса каверны, например, для создания допо шительной входной поверхности при ис пользовании скважины в процессах, сопровождающихся зарастанием пор химическими осадками. В этих случаях переуглубленная часть может быть предварител но обсыпана материалом 6 для предотщза шения через нее песковання. Объем необходимого количества матер ала 5 определяется как удвоенный объем нижнего конуса V Ci1t(3)fi CtgV (5) Объем необходимого количества материала 6 определяется по формуле V,-(ft)t(tH-t) (6) где С - высота слоя материала 6 или разность между высотами конусов с материалами 6 и 5. Зернистость материалов 5 и 6 и толщина слоя последнего определяется, исходя из гранулометрического состава песка водоносного горизонта опытным путем илв по известным рекомендациям, например по СН и П П 31-74. В соответствии с СН и П-П-31-74 их зернистость определяется из соотношений . - --в-п da л f -3- -4 -о, .оо где a - средаий диаметр частиц материа ла 6; (3 - средний диаметр песка водоносного горизонта 1; дд,- средний диаметр частиц материа ла 5. По формулам (1) - (4) определяют максимальный расход схважкиы, соответствующий максимально допусгвмталу понижению при известных npyritx прирсмшых условиях, затем при совместномрешении уровней (1) и (4) о(федеаяют глубину нижнего конуса и далее по ф фмулам (5 ) и (6) находят необходимый объем засыпок. П р и м е р. По заданным гидрогеологическим условиям а параметрам, а также углу естественного откоса, равного ЗО, ощюделен махсимаяьный расход скважины, составивший Ю . Заданы также внутренний диаметр водаяюв&емных труб 100 мм, средний диаметр частиц леска0,1 мм и его гранулометрический состав, в соответствии с которыми по СН и П-П-31-74 определена зернистость материала 6 и его толщина ело, составляющие 1,0 мм и 50 мм. По этим данным скорость движения воды в скважине составляет по формуле (4), равной 4О см/с}гпубйна нижнего конуса по формуле (1), равней 40 см; требуемый объем мат аалов 5 и 6 соответственно составляет 0,4 и О,1 м ; зернистость материала 5, исходя из соотношения (7), принимается равной 5 мм.При расчете объема материала 6 величина 6, входящая в формулу (в), принимается приблизительно равней толщине записи, т.е. 5О мм. В соответствии с этими исходными данными скважину бурят под обсадную (защитную) колонну до отметки, расположенной выше проектной глубины скважины на высоту каверны, т.е. на 0,85 м ( ,85), затем обсаживают и цементируют затрубное пространство, далее бурят ниже на О,85, опускают до этой глубины водоподъемную колсжну, нижний конец которой перфорирован на высоту О,4 м, далее ведут откачку с расходом не менее Ю м /ч с одновременной засьткой 0,4 м гравия ettaMOTpOM 5 мм в межTpyuioe пространство, затем подают ОД м кругаюз нвстого песка диаметром 1,0 мм в продолжают откачку до прекращения выноса аеска вз скважин. После верхняя часть водоприемной колокнъ1| расположенная в 5-10 и выше башмака обсадной , может быть вавлечена. ; Экономвческаа эффективность пред агаемс о способа складывается из сокащения затрат на оборудование скважин налогичного назначения фильтрами, на их