Объем скважины формула

Основным элементом системы водоснабжения является источник водоснабжения. Для автономных систем в частных домовладениях, на дачах или фермерских хозяйствах в качестве источников используют колодцы или скважины. Принцип водоснабжения прост: водоносный слой наполняет их водой, которая с помощью насоса подается пользователям. При длительной работе насоса, какова бы ни была его мощность, он не может подать воды больше, чем водонос отдает в трубу.

Любой источник имеет предельный объем воды, которую он может отдать потребителю за единицу времени.

Определения дебита

После бурения, проводившая работу организация предоставляет протокол испытания, либо паспорт на скважину, в который вносится все необходимые параметры. Однако, при бурении для домохозяйств, подрядчики часто вносят в паспорт приблизительные значение.

Перепроверить достоверность информации или рассчитать дебит вашей скважины можно своими руками.

Однако, абсолютно точно рассчитать продуктивность источника сложно. Расчет показателей требует времени и спецоборудования. Но, полученного результата будет достаточно для понимания возможностей вашего источника.

Динамика, статика и высота столба воды

Прежде чем приступить к измерениям, нужно понять, что такое статический и динамический уровень воды в скважине, а также высота столба воды в скважинной колонне. Замер данных параметров необходим не только для расчета производительности скважины, но и для правильного выбора насосного агрегата для системы водоснабжения.

• Статический уровень – это высота водяного столба при отсутствии водозабора. Зависит от внутрипластового давления и устанавливается во время простоя (как правило не менее часа);
• Динамический уровень – установившейся уровень воды во время водозабора, то есть когда приток жидкости равняется оттоку;
• Высота столба – разница между глубиной скважины и статическим уровнем.

Динамика и статика измеряется в метрах от земли, а высота столба от дна скважины

Произвести измерение можно с помощью:

• Электроуровнемера;
• Электрода, замыкающего контакт при взаимодействии с водой;
• Обычного грузика, подвязанного к веревке.

Замер с помощью сигнализирующего электрода

Определение производительности насоса

При расчете дебита необходимо знать производительность насоса во время откачки. Для этого можно воспользоваться следующими способами:

• Посмотреть данные расходомера или счетчика;
• Ознакомиться с паспортом на насос и узнать производительность по рабочей точке;
• Посчитать приблизительной расход по напору воды.

В последнем случае, необходимо на выходе водоподъемной трубы закрепить в горизонтальном положении трубу меньшего диаметра. И произвести следующие замеры:

• Длину трубы (мин 1,5 м.) и ее диаметр;
• Высоту от земли до центра трубы;
• Длину выброса струи от конца трубы до точки падения на землю.

После получения данных необходимо сопоставить их по диаграмме.

Сопоставьте данные по аналогии с примером

Измерение динамического уровня и дебита скважины нужно производить насосом с производительностью не менее вашего расчетного пикового расхода воды.

Упрощенный расчет

Дебит скважины – это отношение произведения интенсивности водооткачки и высоты водяного столба к разности между динамическим и статическим водными уровнями. Для определения дебита скважины определения используется формула:

Dт =(V/(Hдин-Нст))*Hв , где

• Dт –искомый дебит;
• V – объем откачиваемой жидкости;
• Hдин – динамический уровень;
• Hст – статический уровень;
• Нв – высота столба воды.

Например, мы имеем скважину глубиной 60 метров; статика которой составляет 40 метров; динамический уровень при работе насоса производительностью 3 куб.м/час установился на отметке 47 метров.

Итого, дебит составит: Dт = (3/(47-40))*20= 8,57 куб.м/час.

Упрощенный метод измерений включает замер динамического уровня при работе насоса с одной производительностью, для частного сектора этого может быть достаточно, но для определения точной картины – нет.

Удельный дебит

С увеличением производительности насоса, динамический уровень, а соответственно и фактический дебит снижается. Поэтому более точно водозабор характеризует коэффициент продуктивности и удельный дебит.

Для вычисления последнего следует произвести не один, а два замера динамического уровня при разных показателях интенсивности водозабора.

Удельный дебит скважины – объем воды, выдаваемой при снижении ее уровня за каждый метр.

Формула определяет его как отношение разности большего и меньшего значений интенсивности водозабора к разности между величинами падения водного столба.

Dуд=(V2-V1)/(h2-h1), где

• Dуд – удельный дебит
• V2 – объем откачиваемой воды при втором водозаборе
• V1 – первичный откачиваемый объем
• h2 – снижение уровня воды при втором водозаборе
• h1 – снижение уровня при первом водозаборе

Возвращаясь к нашей условной скважине: при водозаборе с интенсивностью 3 куб.м/час, разница между динамикой и статикой составила 7 м.; при повторном замере с производительностью насоса в 6 куб.м/час разница составила 15 м.

Итого, удельный дебит составит: Dуд =(6-3)/(15-7)= 0,375 куб.м/час

Реальный дебит

Расчет строится на основании удельного показателя и расстоянии от поверхности земли до верхней точки фильтровальной зоны, учитывая условие, что насосный агрегат не будет погружен ниже. Данный расчет максимально соответствует реальности.

Dт = (Hф-Hст)*Dуд, где

• Dт –дебит скважины;
• Hф – расстояние до начала фильтровальной зоны (в нашем случае примем за 57 м.);
• Hст – статический уровень;
• Dуд – удельный дебит.

Итого, реальный дебит составит: Dт =(57-40)*0,375= 6,375 куб.м/час.

Как видно, в случае с нашей воображаемой скважиной, разница между упрощенным и последующем измерением составила почти 2,2 куб.м/час в сторону уменьшения производительности.

Снижение дебита

В ходе эксплуатации производительность скважины может уменьшаться, основной причиной снижения дебита является засорение, а для его увеличения до прежнего уровня необходимо производить очистку фильтров.

Со временем рабочие колеса центробежного насоса могут износиться, особенно если ваша скважина на песке, в этом случае его производительность станет ниже.

Однако, прочистка может не помочь, если изначально у вас оказалась малодебитная водяная скважина. Причины этого разные: диаметр эксплуатационной трубы недостаточен, она попала мимо водоносного слоя или он содержит мало влаги.

Комплексная характеристика, позволяющая оценить возможность выработки поставлять воду в заданном режиме пользования, называется дебит скважины. Нахождение параметра необходимо для выбора эксплуатационного насоса. Снижение величины показателя говорит о проблемах с водозабором.

Скважина – бесплатный источник чистой воды.

Расходную характеристику источника узнают, основываясь на габаритах выработки и расстоянии зеркала в ней от земной поверхности, которое меняется в зависимости от времени года, погоды, технического состояния скважины. Рассчитывают дебит, воспользовавшись формулой Дюпюи для нефтяных и газовых стволов или упрощенным методом, точности которого достаточно, чтобы определить производительность помпы. При вычислениях расхода находят дебеты удельный и реальный.

Для выполнения расчетов по расходным показателям выработки потребуются исходные данные. К ним относятся: урез жидкости в стволе статический и динамический, высота водного столба. Чтобы узнать характеристики, нужно произвести замеры с помощью шнура, грузика, рулетки.

Последовательность операций:

1. Статический уровень (Нст) узнают спустя 2 часа после завершения работы откачивающего насоса. Эта характеристика, как и динамический урез, показывает расстояние от поверхности земли до зеркала воды в стволе. Шнур с привязанной гайкой опускают до дна, отмечают на нем устье выработки и вытаскивают. Измерение сухого отрезка укажет на величину Нст.
2. Динамический урез (Ндн) определяется при включенном насосе, от производительности которого и зависит. Помпу опускают в скважину по мере падения в стволе уровня воды до тех пор, пока урез не стабилизируется. После откачки выполняют измерение зеркала с помощью шнура. Для большей точности замеры повторяют с насосом другой мощности.
3. Высота столба (Нв) определяется арифметически: из длины скважины вычитают величину статического уреза.

Расположение уровней в скважине и их высота.

По разнице уровней судят о дебите выработки: чем меньше разрыв, тем больше водоотдача скважины. Высокопроизводительный водозабор характеризуется дистанцией 1 м, у артезианских источников статический и динамический уровни совпадают.

При расчете дебита понадобится еще один показатель, участвующий в расчетной формуле,- производительность (Р) откачивающего насоса для скважины. Узнают величину из паспорта помпы или маркировки, нанесенной на шильдике – закрепленной на корпусе прибора металлической бирке.

Если информацию обнаружить не удалось, пользуются расходомером, счетчиком или определяют расход при помощи мерного сосуда и секундомера.

Расчет производительности скважины.

Порядок проведения измерений:

• взять канистру установленной емкости, например, 20 л;
• запустить насос на воде, находящейся в скважине;
• направить струю из шланга в емкость и отметить время секундомером;
• определить период наполнения канистры по отметке хронометра.

Если помпа закачала контейнер за 50 секунд, то ее производительность составляет 20/50=0,4 л/с. Тогда часовой расход в кубометрах получится 0,4*3600/1000=1,44 м³/ч.

Для определения дебита подземной выработки пользуются формулой Д=Р/(Ндн-Нст)*Нв. Значения показателей расшифрованы выше.

В качестве примера рассматривается ситуация, характеризующаяся обстоятельствами:

• глубина скважины – 30 м, столб воды в ней Нв=10 м;
• статический уровень Нст=20;
• динамический урез Ндн=23 м;
• производительность откачивающего насоса может посчитаться согласно предыдущему примеру: Р=1,44 м³/ч.

В формулу подставляются значения показателей. Д=1,44/(23-20)*10=4,8 м³/ч. Точность представленного расчета обеспечивает возможность выбора подходящего для скважины насоса.

Когда на скважину ставят насос мощнее, динамический уровень падает, а с увеличением его абсолютного значения фактический дебит снижается. Более объективную оценку водозабору дает удельный расход, который характеризуется объемом откачанной воды при понижении уровня на 1 м ствола. Для вычисления показателя проводят повторное определение динамического уровня при иной производительности насоса.

Формула удельного дебита имеет вид Дуд=(Р2-Р1)/(h2-h1), где:

• Р1, Р2 – интенсивность первой и второй откачек, м³/ч;
• (h2-h1) – разница снижений уреза воды после каждой из процедур.

В продолжение предыдущего примера: насос 2 имеет ресурс 2,5 м³/ч. Динамический уровень с 23 возрос до 26 м. В таких условиях удельный дебит Дуд=(2,5-1,44)/(26-23)=0,38 м³/ч – на эту величину увеличится отдача скважины, если Ндн возрастет на 1 м.

При среднем дебите водозаборных выработок на дачных участках 2,0 м³/ч, увеличение расхода на 0,38 вызовет понижение зеркала на 1 м. Исходя из этого, скважинный насос опускают ниже динамического уровня не меньше чем на 100 см.

Расчет на основе удельного расходного показателя дает результат, приближенный к реальному дебиту. При вычислениях учитывается расстояние от устья скважины до начала зоны фильтрации (Нф). С учетом заданных параметров вымышленной выработки принимается, что Нф=28 м. Объективная водоотдача рассчитывается из выражения Др=Дуд*(Нф-Нст). Для рассматриваемых условий Др=0,38*(28-20)=3,04 м³/ч.

Упрощенный расчет показал результат Д=4,8. Реальный дебит оказался ниже вычисленного первым способом расхода на 37%. При выборе насоса для скважины его производительность принимают меньшей на 20%: <2,4 м³/ч или до 58 м³/сутки.

В процессе эксплуатации выработки расходные характеристики источника постепенно снижаются. Причины ослабевания подпора подземных вод бывают естественного и технического характера.

Их несколько:

1. Засорение фильтра. Периодическая очистка от известковых наслоений и песка, замена элементов конструкции обеспечивают восстановление дебита в прежнем объеме.
2. Износ деталей скважинного насоса. Профилактические ремонты продлевают срок его службы.
3. Сезонность. Подземные воды реагируют на морозную зиму и засушливое лето. Изменения водоотдачи незначительные и непродолжительные.
4. Выработка запасов водоносного горизонта.

Снижение дебита.

В последнем случае продлить существование источника помогает оборудование устья скважины герметичным оголовком. Таким образом убирается противодавление атмосферы, которое равно 10 м водного столба. В результате статический и динамический уровни повысятся, дебит выработки увеличится.

Производительность скважины на воду

Вода из водоносного горизонта поступает в обсадную трубу скважины, оттуда она и выкачивается при помощи насоса. Невозможно получить жидкости больше, чем ее способен отдать водоносный слой. Всегда существует некоторый предел, который удается получить из источника за час.

Производительность скважины на воду или ее дебит – это количество жидкости, выделяемое в единицу времени. Обычно эта величина измеряется в кубометрах. С высокой точностью ее значение определить довольно сложно. Для этого требуются специальное оборудование и соответствующие навыки. Обычно буровые компании определяют дебит с определенной степенью приближенности. Это необходимо, чтобы внести значение величины в паспорт.

Интенсивность насыщения водоносных слоев зависит от времени года и климатических особенностей. Поэтому при одной и той же технологии измерения эта величина может меняться.

Динамический и статический уровни

Час спустя после простоя скважины измеряют статический уровень воды. Его суть состоит в том, что пластовое давление жидкости внутри водоносного горизонта и давление водного столба уравновешивают друг друга. При этом появляется равновесие, препятствующее поднятию влаги.

Динамический уровень определяется в период откачивания, когда приток жидкости совпадает с ее оттоком. В процессе откачки водяной столб снижается, но на определенном уровне его падение прекратится. Эта величина может изменяться в зависимости от производительности насосного оборудования. Динамический уровень устанавливается, когда дебит скважины на воду совпадает с производительностью работающего насоса.

Знать эту величину необходимо, чтобы правильно подобрать и установить оборудование. Она также вносится в паспорт скважины. Оба уровня измеряются в метрах от земной поверхности. Чем выше водяной столб, тем эти показатели меньше.

Расчет производительности

Расчет дебита скважины осуществляют приблизительно спустя сутки после завершения бурения. Для этого уровень воды должен стать максимальным. Для вычислений потребуются следующие данные:

• глубина скважины;
• значение статического и динамического уровней;
• расположение фильтровой зоны;
• интенсивность водозабора.

Для определения дебита используют формулу:

Dt = V*Hв/(Hдин-Hстат), где

Hдин, Hстат — статический и динамический уровни воды;

V — скорость откачки,

Hв- высота столба.

Этот расчет содержит определенную неточность. В соответствии с ним производительность оборудования и падение водяного столба должны происходить строго пропорционально. На самом деле при возрастании мощности насоса наблюдается значительное падение уровня воды.

Для точности вычислений измерения повторяют. Окончательный дебит определяют по формуле:

Эти скважины имеют различные характеристики. Перечислим основные характеристики, которые присущи скважинам на воду:

Глубина скважин. От этого параметра напрямую зависит стоимость скважины. Различные водоносные пласты можно найти на различной глубине. Артезианские воды есть везде (по крайней мере в России), только на разной глубине, песчаную скважину и абиссинский колодец можно сделать не везде. Стоимость бурения определяется глубиной скважины, умноженной на стоимость метра бурения.

Производительность скважины.Это то количество воды, которое можно выкачать из скважины за 1 час. Наибольшей производительностью обладают артезианские скважины.

Срок службы.Также очень важный показатель. Скважины различных видов имеют различный срок службы. Наибольший срок службы у артезианских скважин.

Качество воды.Это степень чистоты воды. Загрязнения в воде бывают минеральные и органические. Минеральный состав воды отличен от дистиллированной воды. Хорошая питьевая вода имеет в своем составе растворенные соли, которые придают воде приятный вкус, полезны для организма, для орошения растений. Но иногда бывает повышенное содержание некоторых веществ. Основной бич воды в Подмосковье (не везде) – это растворенное двухвалентное железо Fe++, которое на воздухе переходит в трехвалентное Fe+++ и выпадает в осадок. В результате вода буреет, выпадает хлопьевидный осадок. Вода из такого источника требует специального фильтра-обезжелезивателя. Марганец – повышенное содержание марганца негативно сказывается на качестве воды – в воде образуется неприятный запах и появляется специфический цвет. Соли жесткости – обусловлены содержанием в воде солей кальция и магния. Повышенная жесткость вызывает образование накипи в стиральных машинках, в чайниках. Органические загрязнения – это наличие бактерий, органических остатков. Вода может быть мутная. Органические загрязнения, превышающие допустимые нормы приводят к неприятному запаху воды, в крайних случаях ведут к инфекционным заболеваниям желудочно-кишечного тракта.

Рассмотрим более подробно характеристики каждого вида скважин.

Артезианская скважина

Глубина.
Эти скважины обладают обычно значительной глубиной. В Московской области она колеблется от 35 до 250 метров, в зависимости от местности. Именно глубина делает артезианские скважины такими дорогими. Для артезианской скважины необходимо устанавливать несколько труб. Стандартный вариант – установка обсадной трубы 133мм, которая идет до водоносного известняка. Эта обсадная труба блокирует верховодку и более глубокие грунтовые воды. Вторая труба – это пластиковая, 125мм в диаметре, которая идет непосредственно от отверстия в пористом водоносном известняке. В эту трубу устанавливают глубинный погружной насос. Если глубина артезианской скважины весьма значительная – 200-250 метров, то в этом случае необходимо делать телескопическую скважину – то есть первые примерно 70 метров идет самая большая труба – 159 мм, затем идет более узкая, потом еще более узкая, и в конце – пластиковая труба, 125 мм в диаметре.

Производительность.
У артезианских скважин самая высокая производительность. Она составляет около 3 м3/час. А это – около 50 литров в минуту. Этого количества может хватить на несколько домов – до 2-5 коттеджей. Такая производительность водоносного известняка связана с пониженным гидравлическим сопротивлением воды, при прохождении по пористой структуре известняка.

Срок службы.

Служат очень долго – около 50 лет, иногда дольше.

Качество воды.

В артезианской воде практически нет органических загрязнителей. Связано это с тем, что залегание этой воды очень глубоко. Но вот с минеральными загрязнителями все не так гладко. В каждой местности и в каждом водоносном слое все обстоит по разному. В одной местности артезианская вода будет иметь благоприятный минеральный состав, а в другой может оказаться повышенное содержание железа (вода буреет на воздухе), марганца, солей жесткости. Для этой воды необходимо ставить систему очистки. Система очистки воды подбирается индивидуально. Сначала проводится химический анализ воды, потом исходя из данных анализа, а также из предполагаемого расхода подбирается оборудование для системы очистки воды.

Скважина на песок, под погружной насос.

Глубина.
Глубина песчаных скважин обычно определяется по месту, либо по опыту буровиков. То есть уже известно в какой деревне есть вода и на какой глубине. По нашему опыту глубина песчаных скважин колеблется от 15 до 50 метров.

Производительность.
Производительность песчаной скважины составляет гораздо меньше, чем артезианской. В час эта цифра составляет 0,6-1,2 м3/час, что составляет 10-20 литров в минуту. Для водоснабжения отдельной семьи этого вполне хватает. Чем больше и регулярнее забирать воду, тем больше будет воды и тем дольше будет работать скважина.

Срок службы.

Срок службы гораздо меньше, чем от скважины на известняк, и составляет 5-15 лет, в зависимости от регулярности использования и индивидуальных геологических особенностей. Чем более регулярно используется скважина, тем дольше работает. По истечении срока службы скважины происходит заиливание – зарастает фильтровая сетка. Это обычно обозначает, что надо делать новую скважину.

Качество воды.

Качество воды, как правило, хорошее. Песок – отличный адсорбент, который фильтрует все органические соединения. А тот факт, что вода все-таки поверхностная говорит о том, что и минеральный состав также благоприятный. Однако и в этом варианте бывает, что вода содержит в себе растворенное железо, от которого на воздухе вода буреет. Система очистки только от железа — недорогая. Подойдет кассетный фильтр-обезжелезиватель со съемными картриджами.

Абиссинский колодец.

Глубина
От 5 (реже 3-4) метров, до 15. Очень редко забивают абиссинский колодец на глубину 20-30 метров. В этом способе есть ограничение по глубине залегания грунтовых вод. Эта глубина должна быть не более 8 метров от уровня самовсасывающего насоса. Обычно вода в скважине держится на уровне не около самого дна, а где-то посередине. Так что от дна скважины столб воды составляет несколько метров. Поэтому скважина может быть глубиной 15 и более метров, а расстояние между насосом и зеркалом воды не должно превышать 8 метров. Связано это с вакуумным способом подъема воды. При создании вакуума в самовсасывающем насосе атмосферное давление толкает воду вверх, столб воды высотой в 8 метров, а также гидравлическое сопротивление движущейся воды равны атмосферному давлению, поэтому если глубина между насосом и зеркалом воды (НЕ ДНОМ СКВАЖИНЫ!!!) более 8 метров, то вода не сможет подняться, и насос будет работать всухую.

Производительность.
Производительность зависит от места. Для абиссинского колодца необходим водоносный пласт с достаточной производительностью. Если получается сделать абиссинский колодец, то производительность составляет 0,6-1,5 м3/час, что составляет 10-25 литров в минуту. Если неблагоприятные геологические условия в данной местности, и производительность будет гораздо меньше 10 литров в минуту, то это означает, что скважина вскоре заилится, поскольку фильтр забит не в водоносный слой, а где-то рядом. Если до водоноса не добить 1 метр, равно как и перебить 1 метр, то воды не будет, либо будет, но вскоре кончится.

Срок службы.

Срок службы зависит от квалификации мастера, от геологических особенностей данной местности, от регулярности использования. Поэтому абиссинская скважина может работать от 5 до 30 лет, в зависимости от вышеперечисленных фактов. Если фильтр забит точно в водоносный слой, если регулярно используется, а также если благоприятные геологические условия, то срок службы абиссинской скважины очень большой.

Качество воды.

Вода из абиссинского колодца обычно обладает самыми высокими показателями качества. Во первых, в ней минимум растворенных солей, так как вода все-таки поверхностная. Во вторых песок – лучший адсорбент, который фильтрует практически все органические загрязнения и бактерии. Вода из абиссинского колодца по составу приближается к родниковой, поэтому ее смело можно пить сырой. Очень редко бывает наличие железа в воде, что решается установкой фильтра-обезжелезивателя.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНОГО ОБЪЁМА ПОСТУПЛЕНИЯ ФЛЮИДА В СКВАЖИНУ, ДОПУСТИМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ, МАКСИМАЛЬНОГО ОБЪЕМА И ДАВЛЕНИЯ ГАЗА НА УСТЬЕ СКВАЖИНЫ

Каждая скважина в состоянии выдержать (обязана) поступление вполне определённого объёма пластового флюида. Но чтобы успешно провести операцию по глушению скважины, необходимо не допустить объема поступления пластового флюида более предельной величины. Эта величина рассчитывается из условия не допущения дополнительных осложнений, связанных с разрушением устьевого оборудования, нарушением целостности обсадных колонн, гидроразрывов пород в необсаженной части ствола скважины.

• 7.4.1. Предельный объём поступления флюида определяют по формуле:
  • — газообразный флюид

— жидкий флюид

где: — допустимое внутреннее давление в рассматриваемом сечении, МПа;

,пт — наименьшее из допустимых давлений на устье, МПа;

S — площадь поперечного сечения газовой пачки, м2;

Smin — наименьшая площадь поперечного сечения затрубного пространства, м2;

К — коэффициент, учитывающий изменение температуры и сжимаемости газа с глубиной (см. рис. 7.2);

р — плотность бурового раствора, кг/м3;

рг — плотность газа в рассматриваемом сечении, кг/м3;

Рф — плотность флюида, кг/м3;

g — ускорение свободного падения, м/сек2;

Р,и — пластовое давление, МПа;

Н — глубина залегания проявляющего пласта, м;

h — глубина нахождения рассматриваемого сечения, м;

АР — необходимое превышение забойного давления над пластовым МПа.

Наиболее разрушительным и скоротечным является газопроявление, поэтому при незнании вида поступившего в скважину флюида предварительные расчёты (т.е. до вскрытия отложений, из которых возможно проявление), ведут с предположением, что поступил газ.

Делают это для наиболее опасных сечений в скважине (устье, стык колонны, башмак обсадной колонны, пласт, склонный к гидроразрыву) до начала бурения для каждого возможного коллектора, вскрываемого скважиной.

В процессе бурения при изменении геологических условий уточняют расчёты предельных объёмов поступления газа в скважину. Меньший предельный объём указывает на самое опасное сечение в скважине и является предельным для всей скважины.

7.4.2. Допустимое внутреннее давление в любом сечении обсаженной части ствола скважины, которые не следует превышать во время глушения скважины, находят из выражения:

где: Ролр — устьевое давление опрессовки рассматриваемой части обсадной колонны, МПа;

ролр — плотность жидкости, на которой проводилась опрессовка рассматриваемой части обсадной колонны, кг/м3;

к — коэффициент запаса, принимают равным 0,8 — 1,0, к = 0,8 для изношенной обсадной колонны.

Допустимое внутреннее давление , МПа в необсаженной части ствола с учетом коэффициента запаса к = 0,95 находят из выражения:

где Н — глубина нахождения пласта, м;

Р — градиент давления гидроразрыва пласта, МПа/м.

Пример: Определите предельный объем притока для следующих условий:

Глубина скважины, м 6000.

Проектируемое пластовое давление, МПа 98.

Плотность бурового раствора, кг/м3 1770.

Площадь сечения затрубного пространства, м2 0,023.

Пласт склонный к гидроразрыву находится на глубине, м 5800.

Давление гидроразрыва, МПа 110.

• 2 -х секционная обсадная колонна диаметром 245 мм.
• 1- я секция, м 3000 — 5000.
• 2- я секция, м 0 — 3000.

Давление опрессовки, МПа 60.

Плотность жидкости опрессовки, кг/м3 1000.

Средняя температура бурового раствора, выходящего из скважины, °С 50.

Температура дневной поверхности, °С 25.

Геотермический градиент. С/100 м 3.

Решение

Определим допустимые внутренние давления для опасных сечений технической колонны и открытого ствола скважины:

— устье скважины

• — стык секции обсадной колонны
• — цементное кольцо башмака обсадной колонны
• — пласт на глубине 5800 м:

По номограмме 7.2 находят и коэффициент К. Для глубины продуктивного пласта градиент пластового давление 0,0163 МПа/м Кт = 2,5; Куст = 1,0. Определим К = K,JKycm = 2,5/1,0 = 2,5. По графику находим ргаз=310 кг/м3. Таким образом находим значения К и ргаз для других сечений.

Определим предельный объем притока газа для важных сечений.

— устье скважины:

— стык секций:

— башмак обсадной колонны:

— пласт наиболее слабый с точки зрения гидроразрыва:

Из расчетов видно, что наиболее опасное сечение находится на глубине 5800 м. Принимаем для принятия дальнейших решений V„p = 8,8 м . Превышение поступления газа этой величины приведет во время глушения к поглощению бурового раствора на глубине 5800 м.

Ошибки в оценки пластового давления для разведочных скважин не редки. Более того эту величину намерено занижают при составлении проекта на строительство скважины. Предположим, что пластовое давление может оказаться равным 105 МПа.

Выполним расчеты определения предельного объема притока газа для Рт = 105 МПа:

— устье скважины:

— стык секций:

— башмак обсадной колонны

— пласт на глубине 5800 м наиболее слабый с точки зрения гидроразрыва:

Совершенно очевидно, что должно быть установлено особое наблюдение за изменением объема в приемных емкостях, чтобы обнаружить в самом начале поступление пластового флюида и успеть загерметизировать затруб- ное пространство, и не допустить превышения его предельного значения. Поэтому принята норма: «Увеличение объема притока пластового флюида в ствол скважины не должен превышать допустимую величину Vdon, которую устанавливают равной ‘Л Vnp, но не более 1,5 м3» РД 39-0147009-544-87 «Технология управления скважиной при газонефтеводопроявлениях в различных горно-геологических условиях».

• Главная страница
• Доска объявлений
• Введение
• Горно-геологические и технико-технологические факторы, обусловливающие фонтаноопасность при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин
• Горно-геологические факторы фонтаноопасности при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин
• Фонтаноопасность нефтяных, нефтегазовых, газовых и газоконденсатных месторождений
• Фонтаноопасность нефтяных и нефтегазовых залежей как проявление режимов фонтанирования
• Фонтаноопасность газовых и газоконденсатных залежей как проявление режимов фонтанирования
• Фонтаноопасность залежей в зависимости от типа содержащихся в них флюидов
• Общие сведения по вопросу фонтаноопасности углеводородных залежей
• Геолого-физические характеристики пластов и их роль в возникновении и развитии ГНВП
• Свойства пластовых флюидов, обусловливающие характер развития ГНВП и степень фонтаноопасности
• Отличительные свойства и характеристики пластовых углеводородных флюидов
• Технико-технологические факторы фонтаноопасности при строительстве, эксплуатации и ремонте скважин
• Степень фонтаноопасности скважин в зависимости от их назначения
• Технология строительства скважин и способы бурения как источник возможного газонефтеводопроявления
• Эксплуатация нефтяных и газовых скважин и виды газоопасных работ
• Газоопасные работы при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин
• Ремонт скважин и операции, создающие угрозу флюидопроявлений
• Физические основы и причины возникновения газонефтеводопроявлений, выбросов и открытых фонтанов
• Возникновение и развитие ГНВП, условия их перехода в открытые фонтаны
• Причины возникновения и характеристики открытых фонтанов
• Возможные механизмы поступления флюидов пласта в ствол скважины
• Поступление флюида с выбуренной породой
• Гравитационное замещение пластового флюида буровым раствором
• Поступление флюида из пласта в скважину за счет процессов массообмена
• Поступление флюидов из пласта в ствол скважины в результате действия капиллярных сил
• Поступление флюидов в ствол скважины вследствие действия контракционных эффектов, происходящих в буровом и цементном растворах
• Поступление флюида из пласта вследствие седиментации бурового раствора
• Причины изменения давления в скважине на пласты, слагающие ее разрез
• Гидростатическое давление столба бурового раствора
• Потери давления на гидравлические сопротивления при движении бурового раствора по затрубному пространству скважины
• Гидродинамическое давление, возникающее при движении колонн труб (бурильных и обсадных) или иных средств, по стволу скважины
• Потери давления из-за поршневания при движении колонн труб (бурильных и обсадных) или иных средств
• Потери давления вследствие «зависания» бурового раствора на бурильных и обсадных трубах, а также на стенках скважины при простоях
• Снижение давления на стенки скважины в результате поглощения бурового раствора
• Совмещенный график давлений и необходимые геобарические данные для его построения
• Основные закономерности изменения давления в затрубном и трубном пространствах при поступлении и движении флюида по стволу скважины
• Движение газовой пачки в загерметизированной скважине
• Движение газовой пачки в открытой скважине
• Определение характеристик газонефтеводопроявления по результатам измерения технологических параметров на устье скважины
• Уточнение пластового давления
• Определение «длины» пачки флюида
• Определение плотности и оценка возможного типа флюида, поступившего в скважину
• Определение допустимого объема поступления флюида в ствол скважины
• Классификация причин возникновения газонефтеводопроявлений
• Геологические причины возникновения ГНВП
• Технологические причины возникновения ГНВП
• Технические причины возникновения ГНВП
• Организационные причины возникновения ГНВП
• Предупреждение, обнаружение и ликвидация ГНВП
• Определения и основные понятия о ГНВП
• Предупреждение ГНВП на стадии проектирования
• Выбор плотности бурового раствора
• Определение предельного и допустимого объемов пластового флюида
• Определение допустимой механической скорости бурения
• Определение допустимых гидродинамических давлений при епуско-подъемных операциях
• Комплекс оперативных технологических мероприятий по предупреждению ГНВП при строительстве и капитальном ремонте скважин
• Признаки газонефтеводрпроявлений
• Комплекс мероприятий по организации раннего обнаружения ГНВП. Первоочередные действия персонала при обнаружении ГП6П
• Обнаружение ГНВП
• Первоочередные действия буровой вахты при ГНВП
• Ликвидация газонефтеводопроявлений
• Метод уравновешенного пластового давления
• Принципы управления забойным давлением
• Забойное давление после герметизации, устья скважины при ГНВП
• Основные приемы управления скважиной при ГНВП стандартными методами
• Запуск насоса и выход на выбранный режим промывки
• Циркуляция при установившемся режиме работы насоса
• Корректировка давления
• Вымыв поступившего пластового флюида на поверхность
• Остановка циркуляции
• Формулы для расчета технологических параметров глушения скважины
• Стандартные методы ликвидации ГНВП
• Метод бурильщика
• Вымыв флюида буровым раствором начальной плотности
• Закачка в скважину бурового раствора с необходимой для глушения плотностью
• Метод ожидания и утяжеления
• Управление скважиной без циркуляции
• Построение графика изменения давления в бурильных трубах
• Заполнение бурильной колонны буровым раствором конечной плотности
• Проверка заполнения бурильной колонны буровым раствором конечной плотности
• Заполнение затрубного пространства буровым раствором конечной плотности
• Непрерывный метод
• Действия персонала при возникновении «нештатных ситуаций» в процессе ликвидации ГНВП
• Причины возникновения нештатных ситуаций
• Первоочередные действия при возникновении нештатных ситуаций
• Восстановление циркуляции в скважине при возникновении нештатных ситуаций
• Нестандартные методы ликвидации ГНВП
• Метод глушения скважины в «лоб» задавкой флюида в пласт на поглощение
• Технология глушения
• Объемный метод управления скважиной
• Управление скважиной при ГНВП объемным методом
• Приложение
• Список использованной литературы
• Введение
• Роль конструкции скважин и технических средств при бурении, эксплуатации и ремонте в предупреждении возникновения, развития ГНВП и их перехода в открытое фонтанирование
• Роль конструкции скважин в предупреждении осложнений и ликвидации аварий
• Буровые установки и станки для ремонта скважин
• Список использованной литературы
• Введение
• Аппаратно-программный тренажер «ГЕОС-М1»
• Назначение, возможности и состав аппаратно-технических средств
• Проведение практических занятий по обнаружению и ликвидации ГНВП в процессе бурения и СПО
• Тема занятия №1: «Обнаружение ГНВП»
• Вариант 2. Подъем бурильного инструмента
• Тема занятия №2: «Герметизация устья скважины. Первоочередные действия персонала при ГНВП»
• Тема занятия №3: Ликвидация ГНВП
• Вариант 3. Управление скважиной при ГНВП «объем­ным методом»
• Вариант 3. Управление скважиной при ГНВП «объем­ным методом»
• Тема занятия №4: «Нештатные ситуации в процессе ликвидации ГНВП»
• Промышленный тренажер на базе буровой установки «УРАЛМАШ 4Э-76»
• Назначение, возможности и состав технических средств
• Буровая установка «Уралмаш 43-76»
• Скважина-ресивер
• Проведение практических занятий по обнаружению и ликвидации ГНВП в процессе бурения и СПО
• Тема занятия №3: Ликвидация ГНВП при СПО
• Компьютерная тестовая система подготовки, проверки знаний и аттестации работников буровых организаций и нефтегазодобывающих предприятий в области предупреждения, обнаружения и ликвидации ГНВП
• Назначение, возможности и состав технических средств
• Проведение занятий по самоподготовке
• Типовые задачи, возникающие при ликвидации ГНВП и открытых фонтанов, методы и способы их решения
• Газонефтеводопроявлений, выбросов и открытых фонтанов
• Предупреждение, обнаружение и ликвидация ГНВП
• Роль конструкции скважин и технических средств при бурении, эксплуатации и ремонте в предупреждении возникновения, развития ГНВП и их перехода в открытое фонтанирование
• Оказание первой доврачебной неотложной помощи (ПДНТТ)
• Список использованной литературы

Для заполнения паспорта изготовленной скважины используются расчетные данные источника. Например, определение объема скважины по формуле, учитывающей параметры насоса, дает возможность найти ее дебит. Эта величина, характеризующая производительность источника, позволяет узнать, способен ли он отдать на поверхность нужное количество воды.

Формула вычисления объема.

Расчет объема скважины и коммуникационного средства

Вычислить этот показатель можно по формуле:

V=πR²H,

где R — радиус внутреннего сечения обсадной трубы, а Н — высота столба воды. Поскольку эта величина для источника не является определяющей, пользуются значением дебита — главной характеристики скважин на воду.

Однако при добыче нефти и газа стволы имеют большие размеры и сложную конфигурацию. Глубина такого устройства достигает 3 км и больше. При подходе к нефтяному (газовому) горизонту для предотвращения выброса среды на поверхность скважину глушат с помощью растворов или пресной воды. Чтобы правильно рассчитать необходимое количество жидкости, нужно знать объем ствола устройства.

В связи с тем, что по высоте колонны ее диаметр неодинаков и уменьшается с глубиной, рассчитывают емкость каждого интервала изготовления шахты.

Если скважина имеет 3 участка с разными размерами, то общий объем будет равен:

Vскв=Va+Vb+Vc,

где Va, Vb, Vc — объемы соответствующих участков.

Еще одна формула вычисления объема.

Обсадные колонны, укрепляющие стенки колодца, уменьшают его емкость, что отражается на количестве жидкости необходимой для глушения.

Объем коммуникационного устройства определяется по формуле:

Vку=Vд-Vв,

где Vд — объем участка ствола, рассчитанный по диаметру долотом, а Vв — вычисленный по внутреннему диаметру обсадной колонны. Зная эти величины, можно рассчитать количество раствора для глушения на каждом интервале сверления.

Расчет объема технологических отходов бурения для скважины

Наиболее опасными видами отходов при изготовлении шахты скважины считаются отработанный промывочный раствор и буровой шлам или выбуренная порода. Они учитываются при расчете потерь промывочного раствора в процессе его очистки.

Величина технологических отходов на искомом интервале изготовления шахты вычисляется по формуле:

Vпр=0,785(αDв)²Lи,

где: Dв — внутренний диаметр обсадной трубы, опускаемой для крепления участка бурения; Lи — длина интервала бурения; α — коэффициент кавернозности породы в зоне бурения.

Данные рассчитываются для каждого участка ствола, пробуренного долотом своего диаметра. Среди значений емкости колонны на рассчитываемом интервале сверления выбирают большее. Эта величина используется для определения количества бурового раствора на каждом участке по формуле:

Vосв=kVскв,

где Vскв — максимальный объем участка бурения; k — коэффициент, учитывающий запас промывочной жидкости.

Эти величины нужны для расчета запаса технологического раствора, требуемого для безопасного проведения работ по освоению геологоразведочных либо ремонта действующих скважи.

> Расчет продавки кислотного раствора

Расчет объема скважины

Для проведения обработки необходимо определить объем скважины в интервале перфорации 3321- 3331м:

Vскв = V3331 — VНКТ = (р· D2вн.э.к. /4)·L — LНКТ·р·(d2НКТ — d2НКТ.вн)/4

Где Vскв — объем скважины, занимаемый жидкостью до глубины 3331 м;

V3419 — объем обсадной колонны до глубины 3331 м;

VНКТ — объем жидкости, вытесненной из НКТ, м3;

Dвн.э.к. — внутренний диаметр обсадной колонны, м;

dНКТ — наружный диаметр НКТ, м;

dНКТ.вн. — внутренний диаметр НКТ, м;

L — длина участка обсадной колонны, м;

LНКТ — глубина спуска НКТ, м.

V3331 = (3,14·0,1562/4)·3331 = 63,6 м3

VНКТ = 3331·3,14·(0,0732-0,0622)/4 = 3,9 м3

V скв = 63,6 — 3,9 = 59,7 м3

Расчет объема НКТ

VНКТ внутр = Lнкт·р·d2НКТ.вн/4,

где VНКТ внутр — внутренний объем НКТ до низа колонны;

dНКТ.вн. — внутренний диаметр НКТ;

Lнкт — глубина спуска НКТ.

VНКТ внутр = 3331·3,14·0,0622/4 = 10,1 м3

Расчет объема участка обсадной колонны

Необходимо провести расчет объема, находящегося на глубине (3331-3364 м).

V1 = (L1 — L2)·р·( D2о)/4,

где V1 — объем скважины в интервале обработки пласта L1 = (3364 м), верх интервала перфорации на глубине L2 = (3331 м);

D0 — внутренний диаметр открытого ствола скважины, м;

V1 = (3364 — 3331)·3,14·(0,1562)/4 = 0,6 м3

V2 = П ·d2НКТ /4·(h)

где V2 — объем НКТ по наружному диаметру в интервале обработки пласта

V2 = 0,785 · 0,0732 ·10 = 0,04м3

где V3 — объем кольцевого пространства между открытым стволом скважины и наружным диаметром НКТ

V3 = V1 — V2 = 0,6 — 0,04 = 0,56 м3 (3.15)

Расчет объема продавочной жидкости

С целью предохранения эксплуатационной колонны от длительного агрессивного влияния соляной кислоты и для более глубокой обработки ПЗП необходимо предусмотреть дополнительный объем продавочной жидкости, с помощью которого кислота будет задавлена вглубь пласта. Обычно принимается 10%-ное превышение расчетного объема продавочной жидкости.

Vпродавки. =Vв.л.+ VНКТ внутр + V3

>Расчет количества бурового раствора

Расчет объема скважины и коммуникационного средства.

Чтобы рассчитать необходимые качества бурового раствора, нужно вычислить объем скважины по формуле:

В метрической системе:

V = объем скважины в куб.м

D = диаметр скважины в метрах

L = длина скважины в метрах

Объем зазора может быть вычислен как разница между посчитанным объемом скважины и объемом коммуникационного средства.

Объем коммуникационного средства вычисляется так же, как и объем скважины, только диаметр скважины заменяется на диаметр коммуникационного средства.

Для эффективного вывода шлама из скважины и предотвращения их осаждения из суспензии в скважине, объем потока жидкости должен быть подсчитан путем умножения объема скважины на количество жидкости, протекающей в единицу времени, между 1 и 5 (обычно 3), в зависимости от состояния грунта, размера шлама и дистанции, которую шлам должен пройти до выхода из скважины. В песке объем, который нужно закачать, может быть в 1-3 раза больше, чем посчитанный объем скважины или зазора. Объем жидкости может быть большим в пористой породе или гравелистом грунте из-за потери жидкости при бурении. Для высоко пластичной (разбухающей) глины накачиваемый объем может превосходить объем скважины в 3-5 раз или даже больше, потому что глина увеличивается в объеме и pacтворяется в скважине при вбирании в себя воды. Требуемое количество жидкости может быть очень большим, в случае если:

— глина находится в твердом, сжатом состоянии, т.к. потенциал разбухания будет большим

— глина находится в обезвоженном, высушенном, потрескавшемся состоянии, т.к. будет происходить уход жидкости в породу через усадочные трещины.

1) Рассчитаем объем выбуренной породы согласно формуле:

где Vн. Vп1. Vк. Vп2. Vэ – объемы выбуренной породы на соответствующем интервале бурения.

2) Объем выбуренной породы на каждом из интервалов бурения определяется по формуле:

где Dсквi – диаметр скважины на i-ом интервале, k – коэффициент кавернозности, Li – длина i-го интервала.

Теперь рассчитаем объем выбуренной породы на каждом интервале, согласно (2).

Vн = 0,785∙0,590 2 ∙1,2∙30 = 9,84м 3 .

· I промежуточная колонна:

Vп1 = 0,785∙0,490 2 ∙1,2∙95 = 21,49м 3 .

Vк = 0,785∙0,3937 2 ∙1,2∙255 = 37,23м 3 .

· II промежуточная колонна:

Vп2 = 0,785∙0,2953 2 ∙1,2∙670 = 55,04м 3 .

Vп1 = 0,785∙0,2159 2 ∙1,1∙1150 = 46,29м 3 .

Рассчитаем общий объем выбуренной породы согласно (1):

Vпор = 9,84 + 21,49 + 37,32 + 55,04 + 46,29 = 169,89м 3 .

3) Рассчитаем объем шлама по формуле:

где 1,2 – коэффициент, учитывающий разуплотнение выбуренной породы.

Таким образом, объем шлама по формуле (3):

Vш = 1,2∙169,89 = 203,87м 3 .

4) Рассчитаем объем отработанного бурового раствора (ОБР):

где kп – коэффициент, учитывающий потери бурового раствора, уходящего со шламом при очистке на вибросите, пескоотделителе и илоотделителе (в соответствии с РД 39-3-819-91, kп = 1,052); Vц – объем циркуляционной системы буровой установки.

Объем циркуляционной системы буровой установки определяется исходя из класса буровой. Для буровой установки БУ – 2500/160 ЭП объем циркуляционной системы равен 105м 3 .

Таким образом, согласно (4) объем ОБР:

VОБР = 203,87∙1,052 + 0,5∙105 =266,97м 3 .

5) Рассчитаем объем буровых сточных вод (БСВ):

Таким образом, согласно (5) объем БСВ:

VБСВ = 2∙266,97 = 533,94м 3 .

6) Рассчитаем объем шламового амбара:

Таким образом, согласно (6) объем шламового амбара:

VША = 1,1(203,87 + 266,97 + 533,94) = 1105,26м 3 .

Результаты расчет представлены в табл. 2.

Объем шламового амбара, м 3

Как видно из расчета, объем экологически небезопасных отходов весьма велик. Исходя из этого, шламовые амбары являются источником повышенной опасности для окружающей среды. Поступления токсических веществ из шламовых амбаров в грунтовые воды обычно происходит вследствие отсутствия или некачественной гидроизоляции дна и стенок амбаров.

Необходимо качественно изолировать шламовый амбар, чтобы не допустить поступления токсических веществ в грунт. Работы по изоляции шламового амбара представлены на рис. 4.

Рис. 4. Изоляция шламового амбара.

185.154.22.52 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Расчет потребного количества бурового раствора для бурения скважины

Количество бурового раствора (в м3), требуемое для бурения геологоразведочной скважины в нормальных условиях, можно определить из выражения

где Vс — объем скважины заданной проектной глубины, м3; 2 — числовой коэффициент, учитывающий запас промывочной жидкости на буровой; Vо.с — объем очистной системы (объем желобной системы, очистных и приемных емкостей), принимаемый в зависимости от геологических условий и глубины скважины равным 3-8 м3; nс =2÷3 — частота смены промывочной жидкости (при бурении в глинистых и малопрочных породах промывочную жидкость можно заменять и чаще).

При бурении в условиях поглощения промывочной жидкости

Vп — потери промывочной жидкости, принимаемые равными 3-6% от объема скважины).

На основании обобщения и анализа большого числа фактических данных А.М.Яковлев предлагает необходимый объем промывочной жидкости (в м3) при колонковом бурении рассчитывать по формуле

где V’p =(4,71÷6,28)D2 — расход промывочной жидкости на 1 м бурения скважины диаметром D, м3; Lε — общий объем бурения с применением промывочной жидкости, м; kс — коэффициент сложности, учитывающий различные геологические условия; для групп сложности I, II, III и IV устанавливаемых опытным путем значения kс соответственно равны 1;2;4; более 5,5.

При бурении с промывкой глинистым раствором потребное количество глины в т может быть рассчитано (если известны плотность глины и плотность раствора) по формуле

где qг — расход глины на 1 м3 раствора, т.

Масса глины mг для приготовления 1 м3 бурового раствора (в кг) с учетом влажности W

где ρг — плотность глины, ρг =2300÷2600, кг/м3; ρв — плотность воды, ρв =1000 кг/м3; ρб.р — плотность бурового раствора, кг/м3; W — влажность глины, доли единицы. Для инженерных расчетов принимается W=0,05-0,1.

Объем бурового раствора для глубокого бурения скважины на нефть и газ

где V1 — объем приемных емкостей буровых насосов, V1 =10÷40 м3; V2 -объем циркуляционной желобной системы, V2 =4÷7м3; V3 — требуемый объем бурового раствора, необходимый для механического бурения, м3

V4 — объем скважины, м3; K3 =2 — коэффициент запаса; L1. L2. Ln — длины интервалов одного диаметра, м; n1. n2. nn — нормы расхода бурового раствора на 1 м проходки, м в зависимости от вида обсадной колонны, под которую ведется бурение, приводятся ниже