Скважины в устойчивых породах

Расчет сводится к определению глубины вскрытия водоносного пласта или водоносного горизонта. Последняя определяется по формуле (2.22),причем вместо диаметра фильтра d_ф в нее подставляется значение конечного диаметра бурения D_к . С учетом необходимости внедрения башмака колонны на 0,5 м., ниже кровли водоносного пласта или водоносного горизонта, а также возможного осаждения частиц водоносной породы мелкой фракции на забое скважины глубины вскрытия водоносного горизонта или пласта ориентировочно определяется по формуле

L_вскр = м (2.26)

Проектный диаметр D_к скважины должен быть на 3-5 мм тоньше внутреннего диаметра обсадной колонны, перекрывающей породы, залегающие над водоносным пластом или водоносным горизонтом.

Расчет бесфильтровой части скважины

В водоносных песках

Как было сказано, возможность сооружения таких скважин обуславливается глубиной скважины до 200 м и наличием устойчивой прочной кровли водоносного пласта (водоносного горизонта), под сводом которой разрабатывается конусообразная каверна путем удаления песка с водой при откачке (рис. 2.5). Последняя может осуществляться желонкой при ударно-канатном бурении, эрлифтом, эжекторным насосом или с помощью гидравлического турбинного расширителя. Бесфильтровые скважины весьма эффективны, т.к. фильтрационная поверхность водоприемных каверна в десятки и сотни раз превышают поверхность трубчатых фильтров. Откачка из таких скважин осуществляется только эрлифтом, т.к. вода содержит значительное количество песка.

Рис. 2.5.

Расчет основных параметров бесфильтровой скважины производится в следующей последовательности (рис. 2.5.):

1. Высота параболического свода h _nпри котором соблюдается условие устойчивости кровли пласта, определяется по формуле

h _n = (2.27)

где: γ_в – удельный вес воды, т/м³;

S _max = h - h ₀ - наибольшее понижение уровня поды, м;

h- статический уровень воды в скважине, м.;

h₀ – динамический уровень воды в скважине, м.

γ_k – плотность породы кровли пласта т/м³ ;

m_k – пористость кровли пласта в долях единицы.

Допустимый радиус каверны R_к определяется по формуле

R_к ≤ м. (2.28)

где α – угол внутреннего трения для пород, слагающих кровлю водоносного пласта (табл. 2.13).

Таблица 2.13

Значения α для различных горных пород

Горные породы	α	Средние значения α
Глины пластичные	0,48 – 1,19	0,78
Сланцы глинистые	1,19 – 2,74	1,73
Известняки и песчаники	2,75 – 5,67	3,73
Кварцевые породы	5,67 – 11,43	7,45

После определения радиуса R_к воронки определяется допустимый дебит Q_доп скважины:

Q_доп = 3600π v_ф R_к ²_qon × м³/ч (2.29)

где v_ф – допустимая выходная скорость фильтрации м/с; φ – угол естественного откоса породы водоносного пласта (табл. 2.14).

Таблица 2.14

Значение φ для водоносных пластов

Тип пород φ водоносного пласта	φ , град	φ
Песок мелкий (плывун)	0-15	0-0,027
Песок среднезернистый	25-30	0,47-6,6
Песок крупнозернистый		0,7
Галька с песком		0,47

Если допустимый дебит Q_доп больше проектного Q_пр , то из формулы (2.29) можно определить требуемый при заданном дебите воронки R_к ⁰

R_к ⁰ = м. (2.30)

Объем каверны v_к в процессе ее формирования можно определить по количеству выносимого:

v_{к =} м³ _, (2.31)

где: v_n - объем вынесенного песка, м³ ;

ξ – коэффициент разрыхления, равный 1,05-1,15.

Если принять, каверна имеет форму круглого прямого конуса, то ее радиус R_kф в процессе формирования будет с учетом (2.31)

R_{kф =} м, (2.32)

Где: h _к - глубина каверны, м.

Для обеспечения требуемого дебита и предотвращения обрушения кровли водоносного пласта должно выполняться условие

R_к ⁰ ˂ R_kф ˂ R_kqon