Необходимыми условиями для сооружения бесфильтровых скважин является устойчивая кровля над водоносным слоем и наличие напора воды для ее поддержания. Надежной является кровля, сложенная известняками, песчаниками, плотными глинами.
Бесфильтровые скважины обладают следующими преимуществами: долговечность и надежность в работе; низкие эксплуатационные затраты; высокие и устойчивые во времени дебиты; возможность отбора воды из пылеватых, глинистых и тонкозернистых песков с низкой проницаемостью; снижение расхода труб, благодаря отсутствию фильтров; нет необходимости проводить бурение для установки фильтра; отсутствует процесс разглинизации скважин.
В настоящее время для расчета устойчивости кровли применяют теорию горного давления проф. М.М. Протодьяконова, согласно которой над каверной образуется свод естественного равновесия параболического очертания. В результате этого давление на кровлю каверны оказывает не вся вышележащая толща пород, а только вес породы, заключенный внутри свода.
Высота параболического свода обрушения кровли пласта определяется по известной формуле:
hn=Rk/tgφ,
где Rk - допустимый радиус основания каверны; φ - угол внутреннего трения.
Угол внутреннего трения для плотных пород, слагающих кровлю пласта, определяется по табл.1.
Устойчивость кровли водоносного горизонта обеспечивается при соблюдении следующего условия:
hn = γ(Hст – Smax)/(1-mnk) γnk - γmnk
где γ - удельный вес воды; Нст - статический уровень; Smax - наибольшее понижение уровня; mnk - пористость породы кровли пласта; γnk - удельный вес породы кровли пласта.
Таблица 1. Угол внутреннего трения для различных пород
|
Породы |
Угол внутреннего трения пород |
|
Глинистые пластичные |
0,4- 1,19 |
|
Сланцы глинистые, брекчии с глинистым цементом |
1,19 – 2,74 |
|
Известняки и песчаники средней плотности |
2,75 – 5,67 |
|
Полевой шпат, кварцевые породы, гранит, габбо |
5,67 – 11,43 |
Исходя из допустимой высоты hnk, определяется допустимый радиус каверны Rk, м:
Rk = γ(Hст – Smax)tgφ/(1 – mnk) γnk - γmnk
Для обводненных песков tgφ определяется по таблице 2.
Таблица 2. Значение tgφ.
|
Водоносные породы |
Угол естественного откоса φ, град |
Значение tgφ |
|
Песок мелкий (плывун) |
0-15 |
0-0,27 |
|
Песок средний крупнозернистый |
25-30 |
0,47-0,61 |
|
Песок крупный гравелистый |
35 |
0,7 |
|
Галька с песком |
25 |
0,47 |
Каверны бесфильтровой скважины образуются при следующих способах вскрытия водоносного горизонта: при ударно-канатном бурении тартанием породы водоносного горизонта желонкой; при вращательном бурении в результате образования каверны гидравлическими расширителями; откачкой пульпы эрлифтным снарядом при размыве каверны нагнетанием воды в водоносный горизонт; откачкой пульпы эжекторным насосом при размыве каверны нагнетанием воды в водоносный горизонт.
В настоящее время известны два способа вскрытия водоносных горизонтов методом гидровмыва фильтра: с применением извлекаемых и неизвлекаемых из скважин насадок.
Скорость струи жидкости, выходящей из насадки, должна быть не менее 40 м/с. Определяют ее по формуле:
Vстр = 4,2√H
где Н - напор, с которым струя вытекает из насадки, м.
Параметры насадки определяются выражением
l = 7,1*(D-d),
где l - длина насадки, мм; D и d— начальный и конечный диаметры насадки соответственно, мм.
Диаметр насадки при вскрытии водоносных горизонтов методом гидровмыва фильтра рекомендуется рассчитывать по формуле
d≈9√(Q/√H)
где Q - подача насоса при оптимальном режиме работы, м3/ч; Н - напор насоса при данной насадке.
