Материалы для обвязки скважины

К современным материалам для обвязки скважины применяются следующие требования:

• •    Высокая прочность на внутреннее и внешнее давление

• •   Высокая прочность на растяжение

• •   Максимально большая входная поверхность фильтра

• •  Хорошая стойкость к коррозии

• •  Легкость и безопасность в обращении

• •   Герметичное соединение труб

• •   Экономичность.

Прочность на внутреннее и внешнее давление требуется от материалов больше всего при обвязке глубокозалегающих водоносных горизонтов (см. гл. 4.1.3). В особенности в процессе работ по монтажу внешнее давление увеличивается в области затрубного пространства обсадных и фильтровых труб. Когда фильтровая труба подвергается опасности из-за обрушившихся гравийных мостов и т.п., так как только в неблагоприятном случае может появиться перепад давления через щели фильтра, поэтому перепад давления между затрубным пространством и внутренней поверхностью скважины создается вполне значительный. В данном случае традиционные материалы демонстрируют очевидную разницу. Для сравнения допустимое внешнее давление для обустройства скважины диметром 200:

Рис. 4.8: Внешнее давление традиционных материалов для обустройства скважины в барах Прочность на внешнее давление фильтра зависит от ширины щели. Следует быть острожными при высокой щелевой производительности ПВХ фильтров и фильтров с проволочной обмоткой в глубоких скважинах. В данном случае прочность на внешнее давление может быть усилена с помощью дополнительной толстостенной перфорированной опорной трубы (двойной фильтр). Предложенной прочности внешнему давлению достаточно для нормальных условий работы. В сомнительных случаях специалисты должны обязательно проконсультироваться с поставщиком!

Материалы для обвязки скважины

Прочность на растяжение интересна с точки зрения динамических сил, встречающихся при монтаже (например, затормаживание буровой колонны при монтаже, подвешивание и внезапное опускание и т.д.). Вычисленная из указанной прочности на растяжение максимальная монтажная длина, как правило, намного больше, чем это требовалось бы на практике (например, минимально допустимая длина труб стальных резьбовых труб диаметром 200 мм составляет примерно 400 м!).

К прочности на растяжение должны устанавливаться повышенные требования:

• •    при глубокозалегающем водоносном горизонте и «сухом» бурении

• •    при установке фильтра с гравийной обсыпкой

• •    и при установке сетчатого фильтра или глиняного уплотнителя.

Слабым местом колонны труб обычно является – соединение. Поэтому интересно сравнить максимальную силу растяжения различных соединений разных строительных материалов.

Рис.4.9: Максимальная сила растяжения скважины диаметром 200 мм.

Здесь особенно интересна сила растяжения обсадных труб, так как самое слабое место буровой колонны – соединение надфильтровых труб. Даже С-резьба (нарезанная в толщине стенки) ПВХ трубы со стандартной стенкой выдерживает:

47,2 кН = 47200 Н ≙ 4720 кг = 4,7 т!

Входная поверхность фильтра указывается в процентном соотношении к общей поверхности фильтровой трубы. Естественно, она зависит от вида перфорации фильтра и размера щели. Так как из скважины нельзя получить воды больше, чем может прибыть из порового пространства водоносного горизонта, опыты показывают, что 10% открытой поверхности достаточно в песчаных рыхлых породах. Это значение превышено при нанесении традиционной перфорации на трубу, вследствие чего только в старых скважинах встречается интересующее многих сопротивление на входе в фильтр. Сопротивление на входе фильтра – это разница между уровнем воды в фильтре сопротивления затрубного пространства и уровнем воды в скважине (см. гл. 4.3).

Для максимально большой входной площади фильтра имеет смысл усилить требования к максимально интенсивным разработкам скважины. Чем сильнее бурильщик может разрабатывать большое количество отверстий фильтра скважины через затрубное пространство, тем больше производительность скважины будет в дальнейшем.

Лучше всего в данном случае ставить фильтр с проволочной обмоткой, который способствует наилучшему отделению песка по причине большой входной поверхности, связанной с коническими расширенными щелями. Кроме того, большой фильтровой поверхности будет требоваться в дальнейшем лучший вариант по восстановлению (см.гл.14).

Рис. 4.10: Входная поверхность фильтра диаметром 150 мм с шириной щели 1,5 мм.

На рисунке 4.10 показано большое преимущество фильтра с обмоткой, не смотря на то, что другие традиционные материалы содержат достаточную входную поверхность.

Хорошая стойкость к коррозии должна рассматриваться только совместно с экономичностью. Если выполнять это требование, используя пластиковые трубы, то никаких дальнейших мер не требуется, а если использовать сталь, тогда понадобятся дорогостоящие меры по защите от коррозии. Стальные трубы с покрытием также можно испортить неправильным хранением и небезопасной установкой. При определенных обстоятельствах следует учитывать опасность контактной коррозии обработанной стали с несоответствующими винтами, центраторами и т.д.

Также простота и безопасность в обращении должны рассматриваться совместно с экономичностью. Большая длина труб и легко устанавливаемые соединения увеличивают производительность и тем самым уменьшают затраты. Учитывая большой выбор видов соединений на рынке, необходимо тщательно заказывать и проверять поставленные материалы для идеального монтажа. Резьба, которая больше всего уязвима, должна защищаться от повреждений, деформаций и загрязнений при ненадлежащем обращении!

Герметичность соединения труб особенно требуется от надфильтровых труб в глубоко-залегающих водоносных горизонтах и в местах измерения грунтовых вод. Они должны избегать использования нежелательного потока, а также препятствовать проникновению непригодного верхнего горизонта. Так как здесь речь идет не только о безвредном фильтрационном потоке, но также возможно о возникшем из-за большой разницы давлений потоке, выравнивающем давление, рисунок 4.11 должен все разъяснить.

Само собой разумеется, что следует препятствовать этим нежелательным потокам в местах измерения качества водоносного горизонта. Также очевидно, что по вышеназванным причинам должны быть герметичными соединения надфильтровой колонны скважины. Дополнительные меры по герметизации могли бы осуществить полную герметизацию затрубного пространства выше водоносного горизонта (см. гл. 7).

Экономичность стоит в конце этого списка, не смотря на то, что сегодня цена, в большинстве случаев, оказывает большое влияние на выбор материалов и поставщика. При доле расходов в 5-10% на материалы от общих затрат решающим фактором при выборе материалов должна быть их пригодность по всем соответствующим техническим условиям и нормам. Естественно, что также должен быть гарантирован долгий срок службы, а материалы в случае необходимости должны подходить для осуществления мер по восстановлению и очистке.

Стальные фильтры

Стальные фильтры попадают под нормы DIN 4922 и поставляются со следующими типами соединений:

Помимо широко распространенных мостовых щелей также есть еще два вида перфораций: круглые и щелевые.

Что касается мостовых отверстий, высота боковой поверхности моста, иначе ширина щели, составляет от 1 – 4 мм.

Для защиты от коррозии стальные фильтры поставляют в резиновой или полимерной упаковке. Здесь следует учитывать, что по производственно-техническим причинам высота моста (ширина щели) должна быть не менее 2 мм, и потому диаметр фильтровального гравия должен быть не меньше 4 мм, таким образом, возможно даже потребуется двойная обсыпка (см.гл.6.2).

По причине коррозии сегодня все чаще применяются фильтры из нержавеющей стали, а в особенности фильтры с проволочной обмоткой. Благодаря конической форме щели, они создают идеальные гидравлические условия для потока. Однако они очень дорого стоят по причине высоких цен на материалы и трудоемкому производству. Кроме того при большом давлении грунта необходима дополнительная внутренняя труба, большое количество вертикальных опорных стержней или усиленная модель обмоточной проволоки.

Фильтры с проволочной обмоткой поставляются диметром от 50 до 600 мм (возможен и больший Ø) с шириной щели от 0,1 – 3,0 мм и различными улучшениями. По причинам высокой стоимости зачастую только фильтровой участок делают из нержавеющей стали, остальную часть скважины – надфильтровые трубы – делают из ПВХ.

Пластиковые фильтры

DIN 4925 – Пластиковые фильтры – делится на части по диаметру:

Часть 1 Пластиковые фильтры маленького диаметра

Диаметр фильтров

DN 40, DN 50, DN 80, DN 100;

Эти трубы поставляются с резьбой Витворта;

Ширина щели составляет от 0,2 – 2 мм.

Длина изделия – 1000 мм, 2000 мм.

Часть 2 Пластиковые фильтры среднего диаметра

Диаметр фильтров

DN 125, DN 150, DN 200;

Эти трубы имеют, также как и фильтры большого диаметра, трапецеидальную резьбу и дополнительное уплотнительное кольцо;

Ширина щели составляет от 0,3 – 3 мм.

Длина изделия – 1000 мм, 2000 мм, 3000 мм, 4000 мм.

Часть 3 Пластиковые фильтры большого диаметра

Диаметр фильтров

DN 250, DN 300, DN 350, DN 400 ;

Вид соединения – трапецеидальная резьба;

Длина изделия – 2000 мм, 3000 мм, 4000 мм.

Помимо пластиковых труб из ПВХ бывают также трубы из стеклопластика. Они имеют очень большое значение, так как в большей массе они имеют устойчивость агрессивным водам. В последнее время появились также полиэтиленовые фильтры для дегазационных скважин.

Следующий проект стандарта предусмотрен для следующих материалов:

Проект: Фильтр с проволочной обмоткой из нержавеющей стали

Вышеназванные материалы применяются хоть и частично многие годы, но до сих пор не регулируются нормами. К тому же многие поставщики предлагают материалы для монтажа по заводским стандартам, которые здесь по отдельности не рассматриваются.

Методы монтажа

Сегодня в большинстве случаев ствол скважины «висит» в пробуренном отверстии только при помощи ловильного колокола. При этом фильтр должен располагаться по центру скважины на расчетном фильтрованной глубине. Чтобы выполнить это без повреждений, надо соблюдать несколько условий (см.гл.2):

Пробуренная скважина должна

• •  быть прямой и вертикальной

• •  быть подходящей по размеру

• •   достигать необходимой глубины по проверенным данным (по исследованиям!)

• •   быть по возможности чистым

• •   содержать по возможности чистый, жидкий раствор с небольшой герметичностью.

Перед началом обсаживания скважины должны

• •    быть полностью подготовлены все материалы (см.гл.3.1)

• •    быть основательно проверены и прочищены (см.гл.3.1)

• •    иметь достаточно прочные соединения.

Проблемы с большим весом конструкции и возможно недостаточной прочностью могут встречаться при

• •    висящих на стволе сеточных фильтрах (см.гл.6.2.2)

• •    очень глубоком зеркале при «сухом» бурении (при «мокром» скважина и без того до верху заполнена раствором)

• •    неосторожной откачке и торможении. Встречающиеся при этом динамические силы гораздо больше, чем чистая тяговая нагрузка.

С точки зрения оборудования и оснащения должны быть гарантированы:

• •    достаточная грузоподъемность крюка при любом расчётном случае нагрузки

• •    возможность чистого и безопасного заведения труб на мачту

• •    хорошо закрывающийся предохранительный хомут для безопасности колонны.

Хорошо подготовленная буровая бригада может легко достичь желаемой скорости при бурении с промывкой в висячем положении. Гораздо более затратный «стоячий» способ установки фильтра, когда колонна устанавливается в забое, с нынешними высокопрочными материалами давно отошел в прошлое.