БУРЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
« Читинский государственный университет»
БУРЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ СКВАЖИН
Методические указания к курсовому проекту для студентов специальности: 130302.65 – «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания»
Чита 2008
УДК 622.112.001.2Методические указания разработаны к.т.н. Г.П.Сидоровой
Утверждены и рекомендованы к изданию решением методического совета Горного института ЧитГУ
Ответственный за выпуск: зав. кафедрой ГГ и ИГ А.Г. Верхотуров
Читинский государственный университет, 2008
© Г.П.Сидорова,2008
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания составлены в соответствии с требованиями ГОС
№ . В их основу положены методические материалы по по дисциплинам : «Бурение гидрогеологических скважин», «Техника разведки», разработанные на кафедре « Гидрогеология и инженерная геология» ЧитГУ.
Бурение скважин имеет существенное значение в комплексе геологических, гидрогеологических и инженерно-геологических исследований. Скважины являются практически единственным видом горных выработок, через которые добываются жидкие и газообразные полезные ископаемые.
Цель курсового проекта. Закрепление и углубление знаний, полученных при теоретических курсах и лабораторных занятиях ,в результате которых студенты должны знать : способы бурения скважин; физико- механические свойства горных пород ; виды буровых станков и оборудования; методы очистки, промывки и крепления гидрогеологических скважин; материалы для крепления скважин; задачи и виды опробования скважин; методы проведения откачек; насосы, эрлифты; типы фильтров, их назначение и конструкции; мероприятия по увеличению производительности скважин. А так же должны уметь: выбрать и разработать конструкцию скважины; рассчитать параметры промывки; рассчитать эрлифт; рассчитать бесфильтровую скважину; разработать и рассчитать конструкцию фильтровой части скважины; рассчитать зоны санитарной охраны. Эти знания позволят специалисту обрести навыки: планировать, проектировать и руководить процессом сооружения гидрогеологических скважин, и скважин другого назначения.
Курсовой проект выполняется по индивидуальному заданию для конкретных геологических и гидрогеологических условий и требований к проектируемой скважине с учетом СНиП II -31-74; СНиП II-1-76 ; СНиП III -30-74; СНиП 2.04.02-84 и ФЗ СТР «О питьевой воде и питьевом водоснабжении».
Наиболее целесообразным является составление проектов эксплуатационно-разведочных скважин на воду, так как технология бурения, конструкция, опробование скважины, включает в себя большую часть элементов, с которыми приходится сталкиваться инженеру гидрогеологу в практической деятельности.
Проект состоит из пояснительной записки на 25-35 страницах машинописного текста с включением таблиц, схем и рисунков и графического материала, в качестве приложения, выполненного на одном листе формата А1.
Состав пояснительной записки.
Титульный лист
Задание на проектирование
1. Общие сведения
1.1 . Общие условия проведения работ
1.2 . Горнотехнические условия бурения
1.3 . Характеристика водоносных горизонтов
1.4 . Выбор водоносного горизонта и условия его эксплуатации.
2. Проектирование работ.
2.1 . Выбор и обоснование способа бурения.
2.2 . Выбор и расчет конструкции скважины.
2.3 . Выбор типа фильтра и определение его параметров.
2.4 . Выбор и обоснование водоподъемного оборудования для эксплуатации.
2.5 . Расчет эрлифта.
2.6 . Выбор буровой установки.
2.7 . Выбор бурового и породоразрушающего инструмента
2.8 . Выбор вспомогательного и аварийного инструмента
2.9 . Выбор и обоснование режимов бурения.
3. Выбор и расчет промывочной жидкости.
3.1. Крепление стенок скважины.
4. Технология вскрытия водоносного горизонта и оборудования водоподъемной части скважины.
4.1. Технология установки фильтров.
4.2. Восстановление водоотдачи водоносного горизонта.
4.3. Расчет гравийной обсыпки фильтров.
4.4. Тампонирование скважины.
4.5. Перечень необходимых материалов и оборудования.
5. Опытно- исследовательские работы.
6. Мероприятия по охране подземных вод.
7. Расчет зон санитарной охраны.
8. Техника безопасности.
Заключение
Список использованной литературы
Содержание
Состав графических материалов
В состав графического материала должны быть включены:
1. Геолого-технический наряд (ГТН)
2. Монтажная схема водоподъемного оборудования.
3. План зон санитарной охраны.
Методические указания по выполнению основных разделов.
1. Общие сведения.
Во введении формируются цели и задачи проектируемых работ, приводится краткая характеристика объекта водоснабжения, суточная потребность в воде и требования к ее качеству. По материалам, предусмотренным заданием на курсовое проектирование и использованием литературных источников, описываются общие условия проведения работ. Дается краткая характеристика физико-географических (климат, гидрография, рельеф) условий района работ.
Дается характеристика горнотехнических условий бурения: краткое описание горных пород, слагающих геологический разрез с указанием мощности слоев, интервалов их залегания, категорий пород по буримости. Отмечаются зоны возможных осложнений (трещиноватость, обводненность, возможные вывалы стенок скважины в рыхлых породах)[3,11,13].
При описании водоносных горизонтов необходимо обратить внимание на гранулометрический состав водовмещающих пород, наличие трещиноватости, фильтрационные характеристики и качество подземных вод.
На основании анализа вышеперечисленных условий выбирается один или несколько водоносных горизонтов для эксплуатации. Эксплуатационный дебит скважины и динамический уровень определяется по формулам гидродинамики или по удельному дебиту и понижению уровня. Понижение уровня рекомендуется принимать не более 0,2-0,3 высоты столба в скважине [3,5,12,13].
2. Проектирование работ.
Способ бурения выбирается с учетом строения геологического разреза, глубины скважины и ее назначения [3-7,9,11,14]. Для ориентировочного выбора способа бурения можно воспользоваться рекомендуемой табл.1.
Конструкция скважины разрабатывается применительно к выбранному способу бурения с учетом геологического разреза, параметров фильтра и водоподъемного оборудования.
Рекомендуемые способы бурения скважин на воду
Таблица 1
| Способ бурения | Условия применения |
| Вращательный (роторный) с прямой промывкой глинистым раствором | В рыхлых породах с хорошо изученными гидрогеологическими параметрами – до 1200 м |
| Вращательный (роторный) с обратной промывкой | В рыхлых породах, не содержащих валунов – до 400 м |
| Вращательный ( колонковый) с прямой промывкой водой или глинистым раствором | Для уточнения геологического разреза; в скальных породах – до 200 м |
| Ударно-канатный | В рыхлых породах – до 150 м; в скальных породах – до 200 м. |
Выбор фильтра и определение его параметров является начальным этапом разработки конструкции скважины. Тип фильтра выбирается в соответствии с характером водоносного горизонта. Он должен обеспечивать долговременную эксплуатацию скважины и качественную очистку воды. В случаях, когда водоносный горизонт представлен трещиноватыми, но устойчивыми породами или высоконапорными тонко- и мелкозернистыми песками с мощной и прочной водоупорной кровлей, не подверженной размыву, скважины фильтрами не оборудуются. Схема бесфильтровой скважины показана на рис.1
При применении бесфильтровой водоприемной части скважины в напорных водоносных горизонтах, представленных тонкозернистыми песками, производится расчет размеров каверны, образующейся при проведении откачки.
Объем каверны определяет производительность скважины и количество
гравия, необходимого для ее заполнения. Объем каверны определяется по
формуле:
Vк = ⅓ π R2 к h к , м3 ( 1)
где Rк - допустимый радиус каверны , м ; hк - глубина каверны, м.
Рис. 1. Схема сооружения
Бесфильтровой скважины
2 - насос; 3 – отстойник; 4 – трубы для подачи воды;Рис.2. Типы гравийных
Фильтров
3 – корзинка; 4 – сетчатый кожух; 5 – проволочный пояс; 6 – продольные проволоки;Лочныхфильтров
Рис.5. Типы фильтровых сеток
а – сетка квадратного плетения
б – сетка киперного плетения
г – сетка галунного плетения
в – сетка « семянка»
После расчета, фильтр проверяют на водопропускную способность ƒ, которая должна быть не менее запроектированного дебита Q . Указанное условие имеет вид:
ƒ = vф F /24 ≥ Q ( 11 )
где F – рабочая площадь фильтра, м2
В конструкцию водоприемной части, кроме фильтра, входит отстойник и надфильтровая труба, диаметры, которых обычно принимаются равными диаметру каркаса фильтра. Длина надфильтровой колонны зависит от места установки рабочей части фильтра в пределах водоносного горизонта. При установке « в потай» принимается с таким расчетом, чтобы верхний конец колонны был выше башмака эксплуатационной колонны на 3-5 м. Длина отстойника зависит от характера пород водоносного горизонта и глубины скважины, и составляет от 2 до 10 м.
Глубина скважины определяется положением нижней части отстойника.
Выбор водоподъемного оборудования определяется динамическим уровнем, дебитом скважины и условиями его работы. Для постоянной эксплуатации и проведения опытно-эксплуатационных откачек целесообразно применять центробежные насосы с погружным электродвигателем. В настоящее время отечественная промышленность выпускает насосы ЭЦВ более 40 марок (ЭЦВ-4-125,ЭЦВ-6,3-80, 1ЭЦВ6-10-110 и др.). При проведении прокачек, опытных и пробных откачек рекомендуется использовать эрлифты. Насос выбирается по его характеристикам (производительности, высоте подъема воды), с учетом КПД, сложности монтажа и обслуживания. Для эрлифта необходимо произвести его расчет и выбрать компрессор. Схема расчета эрлифта приведена в таблице 7 и на рис.5.
Вспомогательные данные к расчету эрлифта приведены в справочной литературе [14, стр. 340-341]. Типовая конструкция скважины показаны на рис.6.
Схема расчета эрлифта
Таблица 7
| Последовательность расчета | Элементы расчета | Единицы измерения | Формулы и обозначения |
| 1. | Глубина скважины | м | Г |
| Глубина статического уровня воды от уровня излива | м | h 0 | |
| Глубина динамического уровня воды от уровня излива | м | h | |
| Высота уровня излива над поверхностью земли | м | а | |
| Глубина погружения форсунки от уровня излива | м | H = K h ( K = 2.0 ) | |
| Удельный расход воздуха на 1 м3 поднятой воды при параллельном расположении труб эрлифта | м3 воздуха м3 воды | V0 = h / C lg h ( K-1) +10/10 | |
| Опытный коэффициент, зависящий от коэффициента погружения | С | ||
| Расчетный расход воды | м3 / час и м3 / сек | Q Q1 | |
| Полный расход воздуха | м3 / мин | W = Q V0 /60 | |
| Пусковое давление воздуха | aтм | p0 = 0.1 ( Kh – h0 +2) | |
| Рабочее давление | aтм | p = 0.1 [ h ( K -1) +5 ] | |
| Расход смеси непосредственно выше форсунки | м3 / сек | q1 = Q1 + W / ( p -1) 60 | |
| Расход смеси при изливе | м3 / сек | q2 = Q1 + W/60 | |
| Площадь сечения водоподъемной трубы у форсунки | м2 | ω1 = q1 / v1 | |
| Площадь сечения водоподъемной трубы на изливе | м2 | ω2 = q2 / v2 | |
| Внутренний диаметр водоподъемной трубы при параллельном расположении труб | мм | d = √ 4ω1 /π | |
| Внутренний диаметр трубы при центральном расположении труб | мм | d = √ 4ω2 + π d21 / π | |
| Диаметр воздушных труб в скважине | мм | d1 | |
| Внутренний диаметр обсадных труб | мм | D | |
| Расположение воздушных труб | параллельное | ||
| Производительность компрессора | м3 /мин | WK = 1,1 – 1,2 W | |
| Рабочее давление компрессора | атм. | pK = p + ∑p | |
| Расчетная мощность на валу компрессора | квт | NK = N0WK · pK | |
| Фактическая мощность на валу компрессора | квт | Ne = 1.25 NK | |
| Полный к.п.д. установки | Ηэ = 1000 Q1h / Ne · 75 ·1.3 |
Рис. 5. Схема работы
Эрлифта
а – расположение труб
параллельное
б – расположение труб
центральное
Рис.6 . Типовая конструкция
Скважины
Рабочая часть фильтра
Отстойник
Надфильтровая труба
Сальник
Приспособление для спуска