Способ Хуторянского Ю.И. крепления неустойчивой кровли водоносного пласта Советский патент 1982 года по МПК E21B33/13 

(54) СПОСОБ ХУТОРЯНСКОГО Ю.И. КРЕПЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВОЙ КРОВЛИ ВОДОНОСНОГО ПЛАСТА

12

Изобретение относится к добыва- нию .подземных вод преимущественно бесфильтровыми скважинами и может быть использовано для повьадения устойчивости кровли над водоприемной воронкой, разрабатываемой в песчаных водоносных пластах.

Известен способ, крепления неустойчивой кровли водоносного пласта над водоприемной воронкой бесфильтровой скважины в песках путем цементации затрубного пространства, при котором обеспечивают сцепление эксплуатационной колонны с породой кровли,-способствующее уменьшению высоты свода обрушения и повышению его устойчивости ГП.

Однако известный способ не позволяет увеличить размеры зоны закрепления и создать опору под поверхностью кровли хотя бы в пределах водоприемной воронки, в результате чего последнюю разрабатывают с заниженным радиусом, что приводит к уменьшению дебита скважины и неполному использованию производительности водоносного пласта.

Известен способ искусственного укрепления неустойчивой кровли нагнетаемым через скважину в полость во-.

доприемной воронки гравием, из которого создают опору, препятствуювдпо обрушению кровли в в.оронку 2.

Однако данный способ н.е исключает обрушения кровли в процессе эксплуатации скважины ввиду практической невозможности обеспечить формирование в воронке гравийной опоры, плотно прилегающей к плоскости кровли как в центральной, так и в ее периферийной частях. Слой гравия, которым полость воронки заполняют частично, не воспринимает давление вьшележащей толщи грунта, что приводит к ов рушению кровли в случае уменьшения гидродинамического напора в скважине .

Кроме того, его применение ограничено гидрогеологическими условиями и возможно только при наличии гидродинамического давления, достаточного для удержания кровли от обрушения, что, в свою очередь, исключает возможность сооружения водоприемной воронки желаемого размера, снижает дебит скважины и не позволяет исполь|Эовать полностью производительность водоносного пласта, i Наиболее близким к предлагаемому

является способ крепления неустойчивой кровли водоносного пласта над водоприемной воронкой бесфильтр вой скважины 3 J. Однако известный способ ввиду возможности его реализации только в зависимости от состава и свойств грунтов кровли, мощности последней, а также гидродинамического напора в скважине не позволяет получить размеры зоны закрепления, превышающие допустимые размеры воронки, формиру мой для образования свода, что, в свою очередь, заранее огоаничивает радиус водоприемной части скважины, а следовательно снижает ее дебит и не дает возможность полностью испол зовать производительность пласта. Образование же полости в форме воронки ведет к росту ее высоты при увеличении горизонтальных размеров и нерациональному расходу заполнителя, а нагнетание, например, цемен ного раствора для создания опоры ра диусом 5-10 м в крупных песках весь ма затруднительно и практически невозможно при дальнейшем увеличении радиуса ввиду большого объема образ ющейся полости. Кроме того, известный способ не обеспечивает надежности крепления и не исключает обрушения кровли в периферийной части водоприемной воронки, так как не образует в ее пре делах под кровлей надежной опоры, способной воспринимать нагрузку от вышележащей толщи грунта, вследстви чего возможен обвал кровли и выход скважины из строя. Цель изобретения - повышение надежности крепления в условиях низ ких гидродинамических напоров. Поставленная цель достигается согласно способу крепления неустойчивой кровли пласта над водоприемной воронкой бесфильтровой скважины, включающему формирование полости и нагнетание в нее заполнителя, при котором полость формируют отдельными лучами с протяженностью, превышающей размеры водоприемной воронки, а нагнетание заполнителя осуществляют после формирования соответствующего луча. Формирование щелевидных полостей ведут эрлифтом, снабженным эластичным наконечником, например армирова ным шлангом, вьщвигающимся горизонтально из направляющей головки допо нительной трубы большего диаметра и перемещающимся под кровлей в образу щейся при откачке полости за счет погружения эрлифта в скважину. Кроме того, полости-щели разрабатывают простирая их под кровлей в радиальн направлении от оси скважины за пределы формируемой впоследствии водоприемной воронки, и последовательно заполняют их, например, бетоном, прием-нагнетание заполнителя осуществляют перед образованием очередной диаметрально расположенной полости, подавая его в сформированную щель через водоподъемную трубу эрлифта и наконечник, одновременно извлекая. последний из полости при подъеме эрлифта. Бетон подают в количестве, достаточном для заполнения полости, и при давлении, обеспечивающем поступление его в сформированную щель. На фиг. 1 показана скважина при осуществлении предлагаемого способа ; на фиг. 2 - скважина с водоприемной воронкой под закрепленной кровлей ; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2. Способ осуществляется следующим Образом. В скважине 1 с эксплуатационной колонной труб 2, заглубленной до границы кровли 3 с водоносным пластом 4, оборудованной вспомогательной трубой 5 с направляющей головкой 6, подвижным эрлифтом 7, формируют щелевидную полость 8. Погружением эрлифта 7 в скважину 1 при откачке за счет выдвижения при этом эластичного наконечника 9 из направляющей головки 6 в образующееся перед ним пространство разрабатывают полость 8, длина которой превышает радиус формируемой впоследствии водоприемной воронки. По окончании формирования щели 8 через водоподъемную трубу эрлифта 7 по наконечнику 9 нагнетают, например, бетон и заполняют полость 8, одновременно извлекая из нее наконечник 9 при подъеме эрлифта 7. Далее приступают к формированию диаметрально противоположной полости с последующим заполнением ее твердеющим раствором. Так формируют ряд полостей 8, располагая их в радиальном направлении от оси скважины 1 и чередуя операцию разработки полости с нагнетанием в нее заполнителя. Таким образом, создают надежно прилегающие к плоскости кровли 3 опоры в виде горизонтальных лучей 10, простирающихся от центра скважины 1 за пределы водоприемной воронки 11, формируемой после цементации затрубного пространства 12 скважины обычным способом. Формирование полости в виде щели практически исключает обрушение в нее грунта кровли в процессе формирования ввиду малой ширины полости, что, в свою очередь, позволяет разрабатывать последнюю неограниченной длины под слабоустойчивой кровлей и при малой величине гидродинамического давления в скважине.

Разработка ряда полостей в виде щелей, неограниченно простиракнцихся под кровлей в радиальном направлени от оси скважины, и заполнение каждо из них перед формированием последующей, например, бетоном позволяет создать надежную опору в виде горизонтальных лучей, опирающихся на водоносный пласт далеко за пределами формируемой для отбора воды из скважины воронки, что дает возможность устраивать водоприемную воронку желаемых размеров в неблагоприятных для этого гидрогеологических условиях, повысить дебит скважины, более полно использовать производительность водоносного пласта.

Создание лучевых опор, внедренных в водоносный пласт за пределами воронки, обеспечивает полную надежность крепления кровли, так как они воспринимают нагрузку пород кровли в своде обрушения и передают ее на грунт водоносного пласта, а это, в свою очередь, исключает обрушние кровли и значительно продляет срок службы скважины.

Предлагаемый способ расширяет область применения бесфильтровых скважин и в большинстве случаев может обеспечить замену ими скважин, оборудованных фильтрами.

Ежегодная экономия эксплуатационных расходов на одну бесфильтровую скважину составит примерно около 3 тыс.руб.

Формула изобретения

Способ крепления неустойчивой кровли водоносного пласта над водоприемной воронкой бесфильтровой сквжины, включающий формирование полости и нагнетание в нее заполнителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности крепления в условиях низких гидродинамических напоров, полость формируют отдельными перекрывающимися радиальными лучами с протяженностью, превышающей размеры водоприемной

20 воронки, а нагнетание заполнителя осуществляют после формирования соответствующего луча.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Дубровский В.В. Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду. М., Недра, 1972, с. 379.

2.Там же, с. 380-381.

3.Авторское свидетельство СССР № 153261, кл. Е 21 В 33/138, 1961

( прототип ).

;5 ;-;;:ЩЩч.

J.

CpuB.2

A/i