Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших проблем современной технологии бурения скважин на воду является выбор и применение рационального способа вскрытия водоносных пластов. Для водоснабжения городов, промышленных предприятий, объектов сельского хозяйства и освоения месторождений полезных ископаемых ежегодно в России бурится свыше 30 тыс. скважин. Подавляющее большинство этих скважин (90%) сооружается вращательным способом, из них более 60% скважин вскрывают водоносные пласты в рыхлых отложениях, остальные в устойчивых породах.
В го же время' разработкам новых технических средств, технологии бурения, вскрытия и освоения гидрогеологических скважин уделяется недостаточное внимание. Это объясняется отсутствием специализированных по этому профилю конструкторских бюро, научно-исследовательских и проектных институтов, а также ведомственной раздробленностью организаций, осуществляющих бурение таких-скважин.
Большой вклад в развитие техники и технологии бурения скважин внесли Н.И.Куличихин, Б.И.Воздвиженский, Ф.А.Шамшев, СА.Волков, В.Г.Володченко, И.А.Уткнн, Н.И.Шацов. А.М.Мачурдумов, С.С.Сулашкин, Е.А.Козловский, В.М.Питерский, А.Г.Калинин, Б.Б.Кудряшов, В.М.Ребрик, В.Г.Кардыш, А.Т.Киселев, А.М.Ясашин, Ю.М.Парийский, П.А.Ребиндер, Р.И.Шищенко, Б.И.Есьман, К.Ф.Жигач, А.Х.Мирзаджанзаде, А.К.Козодой, В.ИЛипагов. Б.И.Мительман, С.Н.Ятров, С.Ю.Жуховицкий, Н.С.Паус, Э.Г.Кистер, А.И.Булатов, В.И.Рябченко, А.В.Марамзин, А.М.Яковлев, О.К.Онгелопуло, Н.А.Гукасов, Л.М.Ивачев, Н.А.Мариампольский, Я.А.Рязанов, М.И.Липкис. В.И.Крылов, Е.Г.Лёонов, В.САлексеев, В.М.Беляков, Д.Н.Башкатов, И.Ф.Володько, Э.М.Вольницкая, В.М.Гаврилко, А.И.Деревянных, С.Л.Драхлис, Е.Н.Дрягалин, В.М.Касаткин, А.М.Коломиец, Ю.А. Олоновский, М.Г.Оноприенко, А.В.Панков, А.Г.Тесля и др.
Из года в год усложняются условия бурения скважин, возрастают их глубины, буровые работы с целью водоснабжения распространяются на новые, сложные и малоизученные в гидрогеологическом отношении районы. Успешное бурение гидрогеологических скважин в этих условиях невозможно без создания и широкого внедрения в практику буровых работ новой техники и передовой технологии. В практике бурения гидрогеологических скважин наибольшую сложность представляет получение воды из водоносных пластов, представленных мелко- и среднезернистыми песками. Важнейший элемент технологии сооружения таких скважин - повышение качества вскрытия водоносных пластов.
Главной производственной задачей является снижение затрат на сооружение скважин при одновременном повышении их качества. Решение ее направлено на создание трудо-, материал о- и энергосберегающей технологии бурения скважин, т.е. эффективное решение актуальных проблем производства на уровне достижении отечественной и зарубежной науки и практики, разработка научных и технологических основ для реализации высокоэффективных разработок, обеспечивающих формирование высоких технико-экономических показателей бурения и качества геологоразведочных работ.
От правильного выбора технологии вскрытия водоносных пластов зависит не только производительность и срок эксплуатации скважин, но и возможность обнаружения и успешного изучения водоносных пластов.
Решение поставленных задач требует повышения эффективности и качества работ путем научного обоснования, разработки и внедрения комплекса современных технологий и технических средств сооружения гидрогеологических скважин.
Современная техника и технология сооружения скважин на воду в мелко- и среднезернистых песках не обеспечивает требуемого качества из-за кольматации продуктивных пластов и резкого снижения дебитов. Поэтому разработка рациональной технологии вскрытия воодоносных пластов, представленных рыхлыми отложениями, является одной из актуальнейших проблем в общем комплексе сооружения гидрогеологических скважин.
Несмотря на несомненные успехи в этом направлении достигнутые Востокбурводом, МГГА, Центргеологией, Волгагеологией, ВСЕГИНГЕО, ВОДГЕО, Промбурводом, Молбурводом и другими организациями, остается нерешенной проблема эффективного ^вскрытия пластов, представленных мелко- и среднезернистыми песками, характеризующимися высокой степенью кольматации и значительным снижением дебитов скважин. Решению этой актуальной проблемы посвящены исследования, выполненные автором в рамках данной диссертации.
Цель исследований. Целью данной работы является решение важной проблемы по научному обоснованию, разработке и внедрению в производство оптимальной технологии вскрытия водоносных пластов, представленных мелко- и среднезернистыми песками.
Основные задачи иссдедораний;
оценка современных методов вскрытия водоносных пластов при бурении и установление областей их рационального применения;
исследование условий кольматации фильтров и разработка мероприятий по сохранению их естественной проницаемости путем использования специальных защитных паст;
- разработка основных положений теории омагничивания, объясняющих
действие магнитных полей на малоглинистый полимерный раствор;
- разработка принципиально новой технологии вскрытия водоносных пластов
омагниченной малоглинистой полимерной жидкостью, установление ее оптимальных
рецептур и режимов обработки;
- экспериментальная проверка технологии вскрытия водоносных пластов
омагниченной малоглинистой полимерной жидкостью при сооружении
гидрогеологических скважин.
Постановка этих задач позволила комплексно решить вопросы повышения эффективности вскрытия водоносных пластов, представленных рыхлыми отложениями.
Методы исследований. Поставленные задачи решались с применением
комплекса методов, включающих: анализ и обобщение производственного опыта,
использование выявленных закономерностей влияния природных и технических
факторов, а также уровня организации производства,на эффективность вскрытия
водоносных пластов; научное обобщение и анализ теоретических,
экспериментальных (лабораторных, стендовых, производственных) исследований в
России и за рубежом, посвященных изучению данного вопроса; экспериментальные
работы в производственных и лабораторных условиях.
В работе использовались специально созданные стендовые установки для моделирования технологических процессов исследования.
Правомерность полученных результатов и закономерностей проверялась необходимым объемом внедрения в натурных производственных условиях.
Научная новизна и основные защищаемые положения. В диссертации осуществлено теоретическое обобщение и решение научной проблемы по вскрытию водоносных пластов, имеющей важное народнохозяйственное значение. В работе защищаются следующие основные положения теоретического и практического характера:
1. Разработан метод, предотвращающий кольматацию фильтра, основанный
на использовании растворяющихся защитных паст специального состава, определены
оптимальные соотношения ингредиентов состава паст, позволяющих регулировать
время их распада.
2. Разработаны основные теоретические положения ионно-коллоидной
теории омагннчивания, объясняющие действие магнитных полей на малоглинистый
полимерный раствор.
3. На уровне изобретения разработана принципиально новая, эффективная
технология вскрытия водоносных пластов, представленных мелко- и
среднезернистыми песками, омагниченной малоглинистой полимерной промы
вочной жидкостью.
Личный вклад автора выражается в следующем:
- выполнены комплексные исследования по технологии вскрытия водоносных
пластов, представленных мелко- и среднезернистыми песками;
разработаны, опробованы и внедрены в производство сооружения гидрогеологических скважин специальные самораспадающиеся пасты, предохраняющие поверхность фильтра от глинизации при его спуске в скважину;
показана роль магнитного поля как основного фактора процесса структурообразования в суспензиях, содержащих глинистые частицы, КМЦ, гипан и воду;
теоретические и экспериментальные исследования позволили выбрать оптимальную конструкцию аппарата для омагничивания малоглинистой полимерной промывочной жидкости, объяснить явления "памяти", ускоренной коагуляции частиц из раствора, увеличение вязкости и уменьшение водоотдачи раствора;
- исследован и внедрен в производство при вскрытии водоносных пластов,
представленных мелко- и среднезернистыми песками, омагниченный малогли
нистый полимерный раствор, разработана принципиально новая, аффективная
технология его применения.
Практическая ценность. В результате выполненных исследований
разработаны и апробированы на производстве мероприятия, направленные на
сохранение естественной проницаемости фильтров. Предложена защитная паста для
конкретных геолого-гидрогеологических условий, позволяющая предотвратить
„ кольматацию фильтров при спуске их в скважины.
Разработана и внедрена в практику геологоразведочных работ
принципиально новая, эффективная технология вскрытия водоносных пластов омагниченной малоглинистой полимерной промывочной жидкостью.
Применение на практике технологии защиты фильтров пастой позволяет добиваться увеличения удельных дебитоа скважин в 1.5-2 раза при уменьшении времени разглинизации до 2-х раз, а применение разработанной технологии вскрытия водоносных пластов способствует увеличению удельных дебитов скважин в среднем на 30%.
Реализация работы в промышленности. Разработанная технология вскрытия водоносных пластов, представленных мелко- и среднезернистыми песками, с помощью иалоглинистого полимерного раствора, принята за основу и внедрена при сооружении гидрогеологических скважин на юге Ростовской области, при втом экономический аффект на одну скважину глубиной 100 метров составляет порядка v 0.2 млн. рублей в ценах на 1 января 1994 года.
Апробация работы. Основные вопросы, составляющие содержание диссертационной работы, докладывались на ежегодных пленарных заседаниях научной сессии Новочеркасского государственного технического университета (1983-
1995), на научных конференциях в Московской государственной геологоразведочной академии (1989-1994), а также на 2-м Международной симпозиуме по бурению разведочных скважин в осложнённых условиях, Санкт-Петербург, 1992; на Всероссийских научных конференциях седьмая краевая конференция по геологии и полезным ископаемым Северного Кавказа, Ессентуки, 1991; Экологические проблемы в горном деле и геологии, Нижний Новгород, 1993; Научно-практическая конференция по бурению скважин, Екатеринбург. 1994; Гидрогеология, инженерная геология и геология месторождений полезных ископаемых, Екатеринбург, 1994; Проблемы геологии полезных ископаемых юга России, Новочеркасск,1995.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в монографии "Сооружение гидрогеологических скважин", 1992 г., а также в 27 печатных работах.
Объем и структура диссертации, Диссертационная работа изложена на 290 страницах машинописного текста. Текстовая часть иллюстрирована 21 таблицей и 42 рисунками. Список литературы состоит из 222 источников.
