Способ сооружения бесфильтровых скважин Советский патент 1981 года по МПК E21B43/08 

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам соору кения бесфильтровых скважин, и может найти применение для добычи жидкостей, газов или растворимых веществ через скважины. Наиболее эффективно сооружать бесфильтровые скважины в тех случаях, когда над продуктивным водоносным горизонтом залегает мощная и прочная водоупорная кровля, а водоносный горизонт является высоконапорным. При недостаточно прочной кровле водоносного горизонта ее закрепляют различными способами. Известны способы сооружения бесфильтровых скважин, заключающиеся во вскрытии продуктивного горизонта сква жиной, образовании водоприемной воронки. Для упрощения устойчивости Кровли, продуктивного (водоносного) го ризонта башмачная часть обсадкой колонны цементируется, а для лучшей связи цемента с обсадной колонной по ледняя выполнена с ребристой поверхностью 1,1 J. Недостатком известного способа является незначительная площадь искусственной кровли, что не позволяет образовывать водоприемные воронки больших размеров в связи с тем, что при этом кровля будет обрутпаться или оседать в воронку и кольматировать ее глинистыми час-гадами. Данное условие снижает эффективность сооружения бесфильтровых скважин. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ сооружения бесфильтровых скважин, включающий проходку и обсадку скважины, вскрытие водоносного горизонта и образование водоприемной воронки с закреплением ее кровли 2. Недостатком известного способа является то, что поддержание кровли сжатым воздухом не обеспечивает достаточной прочности и надежности крапления кровли, так как возможно отелаивание и падение отдельных кусков по родь кровли, которые загрязняют во- доприемную воронку. Кроме того, потребность в постоянном наличии компрессора и контроля за его работой удорожает реализацию известного способа. Цель изобретения - повышение устЬ чивости кровли над водоприемной воро кой посредством обеспечения ее надеж ного закрепления. Поставленная цель достигается тем что после создания водоприемной воронки ее засыпают песком, угол естес венного откоса которого меньше угла естественного откоса песка водоносного горизонта, затем в свободное пространство между песком и кровлей нагнетают твердеющий материал, например цементный раствор, после затвердения которого засыпанньш песок удаляют из водоприемной воронки. Кроме того, водоприемную воронку засыпают песком, угол естественного откоса которого связан с углом естественного откоса песка продуктивного горизонта соотношением. ,-p, 5 - 20°, где - угол естественного откоса засыпаемого песка; .- угол естественного откоса песка водоносного горизонта На фиг, 1 показана засыпка водоприемной воронки песком; на фиг. 2 закрепление кровли закачкой цементного раствора в полость между кровле водоносного горизонта и песком, и подъем песка на поверхнсх:ть. Сооружение басфильтровой скважины осуществляют следующим образом. Скважиной 1 вскрывают водоносный горизонт 2 и в нем создают, например с помощью эрлифта водоприёмную ворон 3 под кровлей .4, После создания водоприемной воронки 3 через обсадную колонну 5 или дополнительный став труб (не показан) в водоприемную воронку 3 засыпают песок 6, угол есте венного откоса P/J которого меньше у ла естественного откоса 2 песка водоносного горизонта 2. При засыпке в водоприемную воронку 3 песка с уг лом естественного откоса 2. 1 в водоприемной воронке 3 под кровлей образуется полость 7, объем и форма которой зависит от соотношения угло Разность углов естественного отк са песка продуктивного горизонта засыпаемого песка 2 выбирается и 4 условия устойчивости создаваемой искусственной кровли. Чем меньше разность, тем устойчивей создаваемая искусственная кровля, так как увеличивается опорная поверхность искусственной кровли на песок продуктивного горизонта. Чём больше эта разность, тем менее устойчива создаваемая искусственная кровля, Как правило, бесфильтровые скважины сооружаются в продуктивных горизонтах, пески которых имеют угол естественного откоса й в пределах 10-30, При плывунных песках с (/j 10 образованную воронку МОЖНО засыпать песком с /J не больше 5, при использовании песков с 0 больше 5° воронка заплывает, Если песок продуктивного горизонта имеет р больше JO, например 30 , то разность Р) и | также не может быть меньше SP , так как в противном случае резко падает производителыность скважины в связи с тем, что диаметр воронки приближается к диаметру ствола скважины. При P/j 2. больше 20 искусственная кровля становится неустойчивой, так как опорная поверхность становится недостаточной для поддержания кровли. Таким образом, исходя из условия устойчивости искусственно создаваемой кровли и производительности скважины, выбор разности 0 -Кп в пределах 5 ..(j является наиболее рациональным. Для снижения расхода цемента.и повьшгения качества цементировочных работ песок 6 в водоприемную воронку 3 засьшают с таким расчетом, чтобы верщина конуса засыпаемого песка располагалась на уровне залегания кровли 4 водоносного горизонта 2. Определяют положение уровня песка 6 в водоприемной воронке 3 при помощи гидрогеологического щупа или ставом труб, через который засыпают песок 6. После того, как часть водоприемной воронки 3 заполняют песком 6, через обсадную трубу 5 или став труб, опущенный в обсадную трубу 5, или через затрубное пространство в свободное пространство 7 между песком в я кровлей 4 закачивают цемент 8, который заполняет свободное пространство 7 и затрубное пространство обсадной колонны 5. После затвердения цемента 8 вымывают, например, при помощи эрлифта песок 6 из водоприемной воронки 3.

В результате кровля А водоносного горизонта 2 закрепляется и надежно поддерживается искусственной кровлей 8 (,фиг,2), которая опирается частью своей поверхности до точки 9 о песок водоносного горизонта 2, тем самым препятствует обрушению кровли 4 и цемента в полость водоприемной воронки 3.

Пример. Для сооружения бесфильтровой скважины в водоносном пласте мощностью 10 м и глубиной залегания последнего 100 м кровля которого представлена глинами мощностыо 6 м, над которыми залегает песчанный пласт мощноцтью 30 м, песок водоносного горизонта - среднезернистый с углом естественного откоса 30° тангенс угла внутреннего трения пород кровли 0,78, вскрывают водоносный горизонт скважиной диаметром 295 мм до глубины 100 м. В скважину опускают обсадную колонну на глубину 100,Ь м из полиэтиленовых труб диаметром 210x18. Через обсадную колонну на забой скважины опускают эрлифт и откачивают песок водоносного горизонта. Объем воронки определяется по фактическому количеству выносимого песка. , 2.

V.K

J hR L

V

в

где Vy, - объем вынесенного песка, м К - коэффициент разрыхления песка 1,25;

R - радиус основания конусной воронки, м;

-глубина воронки, м; .

V,

-объем воронки.

В

Для образования воронки с радиусом 2 м и глубиной 1,2м объем ее составляет 3 „ 1/3 X 3,14 X 4 X 1,2 X 1,,3 м

При дтом время ее формирования определяется ,

V%-%где О, - производательность откачки

эрлифтом, |- количество песка в пульпе, 20%.

После образования воронки в нее через обсадную колонну засыпают песком тонкозернистый с углом естественного OTKOcia 10. Верпшна (уровень) конуса песка расположена на глубине 100 м, Объем засьшанного песка 5 м.

.В образованную полость, равную (6,3-5) 1,3 м, через обсадную колонну или став труб, расположенный за обсадной колонной, закачивают цементный раствор в количестве д,3 м% X Н 5,2 м. где Н - длина обсадной колонны, 100 i D и. .d - соответственно диаметры скважины и обсадной колонны. После затвердевания цемента разбуривают цементную пробку и насьшанный песок вьмывают на поверхность эрлифтом.

После этого скважина готова к эксплуатации.

Способ образования бесфильтровой скважины, по сравнению с известными способами обеспечивает возможность сооружения бесфильтровых скважин в геологических условиях, где недостаточно мощная кровля водоносного горизонта или породы кровли обладают недостаточной прочностью, повышает надежность закрепления кровли водоносного горизонта над водоприемной воронкой увеличивает срока службы скважин.

Формула изобретения

1. Способ сооружения бесфильтровых скважин, включающий проходку и ; обсадку скважины, вскрытие водоносного горизонта, создание в приемной части скважины водоприемной воронки с закреплением ее кровли, о тл и ч а ющ и и с я тем, что, с

целью повышения устойчивости кровли посредством обеспечения ее надежного закрепления, после создания водоприемной воронки ее засыпают песком, угол естественного откоса которого меньше угла естественного откоса песка водоносного горизонта, затем в свободное пространство между кровлей и песком нагнетают твердеющий материал, после затвердения которого засыпанный песок удаляют из водоприемной воронки .

2. Способ по п. 1,отлича ю- щ и и с я тем, что водоприемную воронку засыпают песком, угол естественного откоса которого связан с углом естественного откоса песка продуктивного горизонта соотношением

-20°

где %;|-.угол естественного откоса засыпаемого песка;

угол естественного отко.са песка водоносного горизонта.

Источники информации, во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 153261, кл. Е 21 В 33/138, 1961. .2. Авторское свидетельство СССР № 614215, кл. Е 21 В 33/138, 1977 (прототип).