Существуют различные виды скважин на воду. Они могут отличаться друг от друга в зависимости от:
- стоящих перед ними задач – поисково-оценочные, разведочные, эксплуатационные;
- назначений – для индивидуального либо коллективного водоснабжения;
- состава пород, слагающих водоносный горизонт – «на известняк» и «на пески».
В соответствии с этим каждая скважина имеет свои конструктивные особенности и определённые параметры – диаметр, глубина и прочее. Однако несмотря на всевозможные отличия, есть одна черта, присущая скважинам всех видов. Это наличие обсадных колонн.
Что такое обсадка скважины? Какие главные функции она выполняет? Какие трубы могут входить в состав обсадных колонн? Ответы на эти и другие вопросы вы сможете получить, прочитав данную статью.
Для чего нужна обсадка скважины на воду
Как происходит процесс бурения?
Буровой снаряд, состоящий из колонны буровых труб и шарошечного долота на конце, в ходе вращательного движения постепенно углубляется в землю, встречая на своем пути различные по составу слои горных пород. Обладая определенными физико-механическими свойствами, одни породы могут быть более крепкими, другие рыхлыми и сыпучими.
Неустойчивые породы создают риск обрушения и, как следствие, аварии скважины. Если современные технологии и присадки, добавляющиеся в промывочную жидкость, не могут довести буровой раствор до той консистенции, при которой стенки скважины надежно удерживались бы, то эту функцию берет на себя промежуточная обсадная колонна.
Примечание! Для предотвращения аварийных ситуаций необходимо предварительно изучить геологию района работ по имеющимся фондовым материалам либо пробурить разведочную скважину малого диаметра, чтобы оценить геологическую обстановку. На основании полученных данных разрабатывается проект будущей скважины с указанием всех ее конструктивных особенностей. Чем большей глубины и диаметра планируется пройти скважину, тем больше внимания надо уделять вопросу проектирования.
Что может случиться, если не сделать обсадку скважины
К примеру, можно представить следующую ситуацию. Начав бурить скважину «на известняк», зная проектную отметку кровли нужного нам водоносного горизонта (100 м), на глубине 60 м мы вошли в слой сильно обводненных песков, выше которых залегает пласт валунно-галечных отложений. Такой геологический разрез часто встречается на севере и северо-востоке Московской области. Началось поглощение, то есть буровой раствор стал уходить в водоносный песок.
Примечание! Поглощение промывочной жид¬кости — это одно из самых распространенных гео-логических осложнений при бурении. Происходит, когда гидростатическое давление столба бурового раствора больше пластового. В результате нарушается циркуляция бурового раствора, ухудшается промывка скважины, увеличивается расход времени, материалов и реагентов на приготовление новых объемов раствора.
В подобных геологических условиях может случиться прихват инструмента. Такое происходит, когда обвалившаяся порода зажимает в стволе скважины буровую колонну. Это уже считается аварией, и ее ликвидация является весьма сложной, а порой и невозможной процедурой. Допустить этого нельзя. Для этого необходимо установить обсадную трубу, перекрыв все геологические пласты от поверхности земли до данного песчаного коллектора. После этого водоносный песчаный слой уже не будет представлять никакой опасности. Скважина находится под защитой.
В случае обрыва бурового инструмента достать его, работая внутри обсадной колонны, будет в 10-ки раз проще, чем при проходке в открытом стволе.
В каком количестве и для чего нужны трубы для обсадки скважин на воду
Не всегда обсадная колонна состоит из одной трубы. Зачастую скважины обсаживаются 2-5 обсадными колоннами. Все зависит от сложности разреза. Чем глубже скважина, тем больше слоев нужно пройти, чтобы достигнуть ее проектной глубины. При этом все пласты пород, которые потенциально могут вызвать геологическое осложнение либо даже аварию должны быть перекрыты отдельными обсадными колоннами.
Опасность могут представлять не только вышележащие относительно уровня забоя водоносные горизонты, способные вызвать поглощение бурового раствора. В процессе проходки скважины могут встретиться весьма тугопластичные, пучинистые глины, которые в случае отсутствия обсадной колонны могут вызвать прихват инструмента.
Таким образом, главной задачей обсадной колонны является создание комфортных условий для дальнейшего бурения. Работая в обсаженном стволе, буровой инструмент будет находиться под защитой, что обеспечит более высокую скорость и качество проходки.
Обсадка скважины пластиковыми трубами
В наши дни все большую популярность при бурении частных скважин небольшой производительности стали приобретать пластикатовые обсадные трубы. Более 25 % скважин такого типа имеют двухтрубную конструкцию – металл в сочетании с пластиком, либо полностью обсаживаются пластиковыми трубами. Преимущественно используются полимерные трубы отечественного производства. Цена на данные трубы ниже, чем на металлические, а прочность при условии использования качественного материала и соблюдения технологии обсадки скважин соответствует всем необходимым требованиям.
В зависимости от материала изготовления пластиковые трубы делятся на две главные группы:
- Непластифицированный поливинилхлорид (НПВХ);
- Полиэтилен низкого давления (ПНД).
Отличительные особенности труб ПНД и НПВХ
1. Толщина стенки
ПНД является более мягким материалом, чем НПВХ. Поэтому трубы ПНД, как правило, имеют большую толщину. Так, например, труба НПВХ при толщине 4 мм имеет такую же прочность, как и ПНД толщиной 6-7 мм;
2. Колкость
НПВХ является достаточно колким материалом и на морозе ниже 15 градусов, есть высокий риск того, что труба может получить механические повреждения при погрузке, сборке, обсадке. У ПНД такой проблемы нет. Этот материал на морозе ведет себя стабильно;
3. Разница во внешнем диаметре
Для сбора обсадной колонны НПВХ на конце каждой трубы предусмотрен раструб с внутренней резьбой. Таким образом, при бурении скважины под обсад, к примеру, диаметром 125 мм нужно учитывать, что конечный диаметр трубы за счет имеющегося раструба будет уже 150 мм, и потому придется увеличивать диаметр бурения. У ПНД раструб отсутствует, и резьба нарезается прямо по трубе. За счет этого диаметр соответствует сортаменту по всей длине.
Технология обсадки скважины металлическими и пластиковыми трубами
Для многих не имеет значения, из какого материала будет сделана обсадная колонна. Главное, чтобы это был качественный материал, а не какое-либо вторичное сырье, способное испортить воду в скважине и здоровье потребителей такой воды.
Профессиональная бригада буровиков при наличии подходящего инструмента качественно выполнит установку обсадной колонны из любого материала. Будь то металл, пластик либо пластик и металл вместе.
Однако бывают ситуации, когда пластик использовать невозможно. К таким ситуациям относятся большая глубина скважины и сложные геологические условия.
В глубоких скважинах, имеющих несколько обсадных труб, бурение проходит внутри колонны. Вращаясь, буровой инструмент задевает стенки труб и, если это происходит достаточно долго в полимерной трубе, могут появиться трещины. В итоге нарушится герметичность, и в скважину из затрубья начнет попадать грязь, песок, различные перетоки с поверхности и неглубоко залегающих водоносных горизонтов. Поэтому при сложных разрезах и в глубоких скважинах лучше использовать металлические трубы. Расколоть их практически невозможно.
Металл, конечно, ржавеет со временем, подвергается губительному воздействию различных блуждающих токов. Однако при этом он имеет большое количество плюсов.
Главным из них является прочность.
На какую бы глубину скважина не бурилась, можно быть уверенным, что труба не расколется. По металлу можно «стучать», чтобы плотнее запрессовать трубу в районе «башмака» для обеспечения максимальной герметичности скважины. По пластику «стучать» нельзя. Он хрупкий и потому требует аккуратной установки.
По ряду вышеперечисленных причин в промышленных скважинах в качестве основных обсадных колонн используются толстостенные металлические трубы. Исключение могут составлять только внутренние эксплуатационные фильтровые колонны, устанавливаемые от устья до забоя, непосредственно в эту колонну устанавливается насос. Такие обсадные колонны играют роль фильтра и могут выполняться из пластика.
Неглубокие скважины (примерно до 100 м), пробуренные в простых геологических условиях, где нет риска обвала неустойчивых горных пород, можно обсаживать пластиковыми трубами либо заказывать двухтрубную конструкцию – пластик и металл.
Установка пластиковых колонн – тонкая работа, предполагающая определённую квалификацию исполнителя.
Обсадка скважин на воду «на песок»
Песчаные водоносные горизонты в некоторых регионах МО могут залегать на значительной глубине, и потому для сооружения таких скважин порой требуется более одной обсадной колонны. Конструкция скважины в этом случае будет напоминать артезианскую. Однако существенным отличием здесь выступит фильтр.
В скважинах «на песок» устанавливается классический фильтр, изготовленный на заводе, в виде перфорированной трубы с сетчатой обмоткой, либо фильтр с полимерным напылением.
Важно выполнять установку фильтра максимально аккуратно, чтобы не порвать и не испачкать фильтр грязью, чтобы он не потерял свою пропускную способность. Для этого в свою очередь необходимо отбурить ствол скважины нормальным диаметром, и тем самым снизить риск зацепить и испачкать фильтр о стенки скважины в процессе его установки в водоносный горизонт.
Для дополнительной очистки воды от песчаных частиц, а также для защиты самого фильтра от механического воздействия окружающих пород, пространство между стенками ствола скважины и фильтровой колонной просыпается калиброванным гравием.
Цементация скважины
Цементация проводится для придания большей герметичности «башмакам» обсадных колонн, и как следствие снижения вероятности попадания загрязнений с поверхности и вышележащих пластов в водоносный горизонт.
Как правило, цементируются глубокие скважины промышленного назначения. Причем данной процедуре подвергается не все затрубное пространство, так как для этого необходимы насосы повышенной мощности, содержание которых в большинстве случаев нерентабельно и нецелесообразно, а лишь отрезок скважины высотой 15-20 м вверх от «башмака».
Стандартно цементация обсадных колонн выполняется штатным буровым насосом, цементный раствор закачивается в скважину под давлением, заполняя затрубное пространство между стенкой ствола скважины и обсадной колонной.
Подводим итоги
1. Глубокие скважины подвержены повышенному риску аварий в процессе проходки;
2. При бурении глубоких скважин необходимо:
2.1. основательно изучить геологический разрез и гидрогеологическую ситуацию района;
2.2. отметить потенциально опасные для проходки пласты пород;
2.3. разработать проект бурения скважины;
2.4. четко следовать геолого-техническому наряду, составленному на основании данного проекта;
3. Чем глубже скважина, тем большее количество обсадных колонн требуется для её успешного сооружения. Внешне глубокая скважина похожа на перевёрнутую телескопическую подзорную трубу – в устье диаметр больше, в забое меньше;
4. Пластиковые трубы используются для обсадки скважин, в несложных геологических условиях;
5. В глубоких скважинах, которые сооружаются в условиях сложного геологического разреза, предпочтительней использовать металлические обсадные трубы;
6. В классическом варианте сооружения скважины верхняя часть каждой обсадной колонны доходит до устья. То есть каждая последующая посаженная труба находится внутри предыдущей (труба в трубе). Если посмотреть на скважину в горизонтальном разрезе, она будет напоминать срез дерева с расходящимися от центра к периферии годовыми кольцами.
Как видно из всего вышесказанного, профессиональная установка обсадных колонн, сделанных из качественных материалов, является одним из наиболее важных пунктов при сооружении скважины. Не отдавая должного внимания вопросу обсадки, можно столкнуться с рядом неприятностей, грозящих дополнительными затратами, в лучшем случае связанными с ликвидацией аварии. В худшем придется ликвидировать саму скважину и бурить новую.