Обеспечение хозяйственно-питьевого водоснабжения города Великий Новгород

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение

1. Геолого-методическая часть

1.1 Общие сведения о районе и участке работ

1.2 Краткая характеристика района работ

1.2.1 Стратиграфическая характеристика

1.2.2 Тектоническая характеристика

1.2.3 Гидрогеологические особенности района работ

1.2.4 Физико-механические свойства пород

1.3 Методика проектируемых работ. Геолого-гидрогеологическая изученность

1.4 Буровые работы

1.4.1 Опытно-фильтрационные работы — одиночные откачки

1.4.2 Геофизические работы

1.4.3 Топографо-геодезические работы

1.4.4 Подсчет запасов подземных вод

1.4.5 Результаты подсчета эксплуатационных запасов подземных вод и категоризация запасов

2. Техническая часть

2.1 Анализ ранее выполненных работ

2.2 Геолого-технические и гидрогеологические условия бурения

2.3 Обоснование и выбор способа бурения

2.4 Разработка конструкции скважины

2.4.1 Выбор типа и конструкции фильтра

2.4.2 Расчет конструкции скважины

2.5 Выбор бурового оборудования

2.6 Обоснование и выбор бурового инструмента

2.6.1 Породоразрушающий инструмент

2.6.2 Бурильные трубы и соединения

2.6.3 Обсадные трубы

2.6.4 Вспомогательный инструмент

2.6.5 Аварийный инструмент

2.7 Технология бурения

2.7.1 Технологические режимы бурения

2.7.2 Проверочные расчеты

2.8 Спуско-подъемные операции

2.9 Промывка скважин

2.10 Тампонирование обсадных колонн

2.11 Технология вскрытия водоносного пласта

2.12 Специальная глава Оборудование фильтра с гравийной обсыпкой

2.12.1 Расчет гравийной обсыпки

2.12.2 Технология устройства гравийной обсыпки

2.12.3 Расчет эрлифта

3. Охрана окружающей среды

3.1 Общая экологическая характеристика района

3.2 Основные нарушения и загрязнения

3.3 Мероприятия, обеспечивающие охрану окружающей среды

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Характеристика условий и анализ потенциальных опасностей

4.2 Обеспечение безопасности при проектируемых работах

4.2.1 Обеспечение безопасности при монтаже и эксплуатации оборудования

4.2.2 Санитарно-бытовое и медицинское обслуживание

4.2.3 Мероприятия по предупреждению несчастных случаев при транспортировке людей и грузов

4.3 Обеспечение безопасности при чрезвычайных ситуациях

4.3.1 Предупреждение и ликвидация пожаров

5. Организационно-экономическая часть

5.1 Проектирование

5.2 Полевые работы

5.2.1 Буровые работы

5.2.2 Геофизические работы

5.2.3 Гидрогеологические работы

5.2.4 Оборудование оголовков скважин

5.2.5 Топографо-геодезические работы

5.3 Организация и ликвидация полевых работ

5.4 Транспортировка грузов и персонала

5.5 Камеральные работы

5.6 Лабораторные работы

5.7 Основные технико-экономические показатели

5.8 Организация работ

5.8.1 Расчет производительности труда при бурении скважин

5.8.2 План-график выполнения этапов геологического задания

5.8.3 Штатное расписание и фонд оплаты труда

5.9 Смета на производство геологоразведочных работ

5.9.1 Расчет основных расходов по видам работ

5.9.2 Компенсируемые затраты

5.9.3 Сводная смета Заключение Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Дипломный проект посвящен проблеме обеспечения хозяйственно — питьевого водоснабжения города Великий Новгород.

Город Великий Новгород — центр Новгородской области РФ с населением свыше 200 тыс. человек. Расположен на р. Волхов, у северного побережья оз. Ильмень.

Хозяйственно — питьевое водоснабжение города основано на использовании поверхностных вод р. Волхов. Производительность поверхностного водозабора составляет 93 — 96 тыс. м3/сут.

Потребность г. Великого Новгорода в подземных водах питьевого качества — 95 тыс. м3/сут.

Поисково — оценочные работы будут проводиться Федеральным государственным унитарным предприятием «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» (ГП ПКГЭ МПР России). Территория г. Великий Новгород относится к району практически не обеспеченному пресными подземными водами из-за приуроченности его к Приильменской низине — очагу разгрузки глубоких горизонтов соленых вод. Практически с поверхности в гидрогеологическом разрезе района развиты солоноватые воды.

Граница появления пресных вод в верхней части разреза проходит ~ в 20 км к западу от города. Мощность зоны пресных вод в разрезе увеличивается в западном направлении от этой границы.

На основании геолого-съемочных материалов для поисково — оценочных работ были выбраны 2 участка. Один (Юрьевский), вблизи южной окраины города Великого Новгорода, второй (Батецкий), в 34 км к северо — западу от города, в верховьях р.Луги.

Основанием для выбора Юрьевского участка послужили сведения о приуроченности пресных подземных вод к межморенным горизонтам в древней долине р.Волхов.

Выбор Батецкого участка был обусловлен информацией о высокой водообильности саргаевско — семилукского и арукюласко — аматского водоносных горизонтов в долине р.Луги. Именно этот участок я и рассматриваю в своём дипломном проекте.

1. ГЕОЛОГО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общие сведения о районе и участке работ Район работ охватывает частично Батецкий и Новгородский районы Новгородской области, а также Лужский район Ленинградской области (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Схема расположения участка работ Условные обозначения: — участок Батецкий Рассматриваемая территория находится на равнине в бассейне верхнего течения р. Луги, в междуречьи рек Оредеж-Луга и северо-западной части Приильменской низины. Рельеф района представляет собой плоскую и волнистую, участками всхолмленную равнину, полого наклоненную на юго-восток в сторону р. Шелонь и оз.Ильмень. Абсолютные высоты поверхности уменьшаются в этом направлении от 70−80 м до 20 м. Пониженная часть равнины в значительной степени заболочена.

Климат района умеренно континентальный с чертами морского. Среднегодовая температура воздуха +5о. Средняя зимняя температура -7о, летняя +17оС. Среднегодовая относительная влажность воздуха составляет 70%. Снежный покров устанавливается в декабре и сходит в конце марта — первой половине апреля.

Батецкий участок поисково-оценочных работ расположен в Батецком районе вдоль обоих берегов верховья р. Луги, в 34 км западнее г. Новгорода. Областной центр г. Великий Новгород расположен на обоих берегах р. Волхов и является крупным промышленным, административным, культурным центром и транспортным узлом.

Источником водоснабжения г. Новгорода и сельскохозяйственных предприятий являются поверхностные воды.

Участок работ пересекают шоссейная дорога Новгород-Батецкая-Луга и железнодорожная ветка, соединяющая Новгород с районным центром Батецкая.

1.2 Краткая характеристика района работ

1.2.1 Стратиграфическая характеристика Девонская система представлена средним и верхним отделами. Отложения нижнего отдела, так же как силура и частично верхнего ордовика здесь отсутствуют. Средний отдел в составе наровской, арукюлаской и оредежской свит распространен на всей площади. В верхнем отделе выделяются снетогорская, староизборская, рдейская свиты. На дочетвертичную поверхность выходит верхняя часть разреза староизборской и, за пределами участка, рдейской свит. В ходе буровых работ пройдены отложения верхнего и среднего девона. Средний отдел девона, на рассматриваемой, территории представлен терригенными отложениями эйфельского и живетского ярусов.

Наровская свита (D2nr) несогласно залегает на отложениях среднего ордовика, распространена на всей территории и перекрывается породами арукюлаского горизонта. По кровле наровской свиты наблюдается незначительное падение в ЮВ направлении. Свита, сложена доломитами и мергелями с прослоями глин, реже песчаниками и алевролитами. Венчают разрез глины мергелистые, мергели с подчиненными прослоями песчаника крепкого, тонкозернистого, и алеврита. В средней части свиты наблюдаются отдельные маломощные прослои гипса и включения сульфидов. В подошве свиты отмечается конгломерат на известковистом цементе, состоящий из обломков подстилающих пород. Мощность свиты в районе работ составляет 60−65 м, в северном направлении она сокращается.

Арукюлаская свита (D2ar) согласно залегает на породах наровской свиты. В основании свиты залегают мелкозернистые, косослоистые, глинистые пески и слабо сцементированные песчаники, выше по разрезу маломощные прослои мергеля. Далее преобладают пески среднезернистые слабо пылеватые, почти кварцевые, обводненные, с единичными прослоями (не более 1 м) мергеля крепкого. Венчает свиту мергель (мощность 5 м) крепкий с подчиненными прослоями глины слабо алевритистой. Мощность свиты 75−80 м.

Буртниекская-аматская свиты (D2bt-D3am). Нерасчлененные образования с несогласием перекрывают отложения арукюлаской свиты, вскрыты всеми скважинами, пробуренными на Батецком участке. Под четвертичные отложения выходят западнее Батецкого участка в долине р. Луга, и далее, на западе выходят на дневную поверхность (рис. 2.1).

В основании разреза залегают пески мелко и среднезернистые, кварцевые с подчиненными маломощными прослоями алевритов и глин. В верхней части свиты мощность единичных прослоев глин увеличивается, но не превышает 1 м. Глины слабо алевритистые, пластичные. Среднюю часть слагают пески среднезернистые, кварцевые слабо пылеватые. В верхней части свиты преобладают пески тонкозернистые глинистые, слюдистые, большей частью кварцево-полевошпатовые. В кровле свиты залегают глины мергелистые, плотные, горизонтально слоистые, слабо алевритистые.

Почти во всех скважинах, пробуренных на участке, в 15−20 м ниже кровли терригенных отложений, наблюдаются признаки интенсивного размыва: песчаник слабо сцементированный косослоистый, песок крупнозернистый с включениями грубоокатанного гравия и мелкой гальки кварцита.

Мощность нерасчлененных отложений 87−90 м.

Образования франского яруса на территории района представлены, преимущественно, карбонатными отложениями саргаевско-семилукского горизонта в составе снетогорской и староизборской свит. Суммарная мощность карбонатной толщи не одинакова и увеличивается в южном и юго-восточном направлениях. Состав карбонатной толщи на правом коренном берегу реки Луга, является более «глинистым», чем в скважинах на левобережье, где глины или мергеля среди известняков маломощны или встречаются в виде примазок.

Рис. 1.2 Геологическая схема района работ Условные обозначения:

Снетогорская свита (D3sn) согласно залегает на нижележащих терригенных образованиях буртниекской свиты, относительно ровная поверхность которой имеет незначительное падение в юго-восточном направлении. Верхняя граница проводится по замене доломитов и доломитовых мергелей глинистыми известняками псковских слоев. По литологическому составу свита хорошо выдерживается в разрезе по всей территории. Она представляет собой пачку микрокристаллических доломитов, массивных доломитизированных известняков, с подчиненными прослоями мергеля. В средней части свиты или ближе к подошве наблюдаются участки кавернозного доломита почти черного цвета. Подчиненные тонкие глинистые прослои и примазки, формирующие переслаивание карбонатных и глинистых пород представлены глинами известковистыми, глинами мергелистыми или мергелями. Свита в полном объеме соответствует снетогорским слоям. Мощность ее не более 9 м.

Староизборская свита (D3si)развита на всей рассматриваемой территории, выходит на дневную поверхность и согласно залегает на образованиях снетогорской свиты. В ходе работ вскрыта всеми скважинами. Формирование староизборской свиты происходило в условиях баровой зоны и открытого мелкого шельфа и представлена она водорослевыми известняками, доломитами, органогенно-обломочными известняками, мергелями и глинами.

Нижняя часть свиты представлена тремя, почти равными пачками; верхняя и нижняя — преимущественно карбонатные, средняя глинистомергелистая. Обе карбонатные пачки сложены известняками и доломитами толсто и тонко плитчатыми, доломиты иногда мелкокавернозные. Известняки слоистые, местами обломочные, с неравномерно распределенным органогенным детритом. По плоскостям напластования наблюдаются тонкие прослои и примазки глин.

В верхней части разреза следует чередование карбонатных и глинисто-мергелистых пород. Известняки преимущественно микрокристаллические массивные, разбиты на горизонтальные отдельности различной величины (не более 0,5 м), неравномерно глинистые. Глины плотные известковистые, слабо алевритистые по напластованию. Мощность прослоев глин в некоторых скважинах достигает 5,0 м. Для глин характерно переслаивание с тонкими, подчиненными прослоями известняка глинистого или мергеля известковистого. Глины гидрослюдистые с каолинитом и невысоким содержанием кальцита (2,5−8,4%) и доломита (0−5,94%). Мощность свиты не превышает 33 м.

Рдейская свита (D3rd) представлена глинисто-мергелистыми отложениями с подчиненными прослоями известняков. Глины гидрослюдистые, пластичные, часто с хорошо проявленной горизонтальной слоистостью, слабо алевритистые по напластованию. Мергели слоистые. Мощность образований увеличивается в восточном направлении и достигает в районе р. Веряжки, 20−24 м.

Четвертичные отложения имеют повсеместное распространение, залегают на денудированной поверхности верхнего девона и представлены комплексом ледниковых и водно-ледниковых, озерных и современных: аллювиальных, озерно-аллювиальных и болотных образований. Четвертичные отложения развиты практически повсеместно, средняя мощность их не превышает 10 м, увеличиваясь лишь в пределах древних долин р. Луга и ее притоков до 28 м. Рельеф дочетвертичной поверхности, представляет собой почти плоскую равнину, слабо наклоненную в сторону оз. Ильмень.

1.2.2 Тектоническая характеристика В геолого-структурном плане рассматриваемая территория расположена на северо-западе Русской плиты в пределах Балтийской моноклинали.

Плитный осадочный чехол неметаморфизованных пород представлен разноплановыми структурными ярусами; нижнебайкальским, верхнебайкальским, каледонским и нижнегерцинским. В целом он повторяет положение поверхности дорифейского кристаллического фундамента сложенного гнейсами, гранитами, мигматитами и залегающего на абсолютных отметках -600 м (г. Луга) — 800 м (г. Новгород) с падением в доли градусов на ЮВ к приосевой части Московской синеклизы.

В кристаллическом фундаменте по характеру геофизического поля и геологическим данным выделяется ряд структур, в пределах одной из них — Новгородского блока — находится район работ.

1.2.3 Гидрогеологические особенности района работ Рассматриваемая территория расположена в северо-западной части Московского артезианского бассейна (бассейн II порядка) и в центральной части Ленинградского артезианского бассейна (III порядок).

Подземные воды четвертичных отложений. Водоносные горизонты приурочены к современным и осташковским отложениям. Из современных водоносных горизонтов наиболее широко развит.

Болотный (bH), сложенный торфом. Уровень воды на болотах 0,1−1,0 м. В половодье торфяники полностью насыщаются водой, которая затем постепенно поступает в поверхностные водотоки.

Аллювиальный водоносный горизонт (аH) развит в пределах поймы и надпойменных террас рек Луги, Волхова и их притоков. Водовмещающие породы представлены песками от тонкозернистых глинистых до крупнозернистых с гравием и галькой, реже супесями и суглинками. Общая мощность горизонта от 1,0 до 5,0 м. Глубина грунтовых вод 0,4−3,0 м. Пополнение их запасов в межень осуществляется инфильтрацией атмосферных осадков, в паводковый период в питании принимают участие и речные воды. На участках, где имеют место тектонические нарушения, возможны подтоки из нижележащих напорных водоносных горизонтов.

Озерно-ледниковый и флювиогляциальный осташковский водоносный горизонт (lg, flllos) развит на небольших отдельных площадях в пределах всего района и залегает преимущественно на осташковской морене, реже на девонских породах. Водовмещающими породами являются пески от мелкозернистых до разнозернистых мощностью 1,0−6,0 м, в древних долинах р. Луги мощность водоносного горизонта увеличивается до 10−50 м. Уровень грунтовых вод залегает на глубине 0,5−4,0 м. На отдельных участках озерно-ледниковые отложения сложены суглинками с линзами и прослоями песков и представляют собой относительно водоупорный горизонт. В восточной части района на территории, примыкающей к рекам Веряжа и Волхов, широко развиты озерно-ледниковые водоупорные глины мощностью 2−10 м, залегающие на морене или перекрывающие озерно-ледниковые пески. Подземные воды, приуроченные к пескам, обладают напором равным 2,0 м. Удельный дебит скважины 0,01 л/с.

Относительно водоупорный осташковский моренный горизонт (glllos) распространен в районе практически повсеместно. Он сложен валунными суглинками, реже супесями, с линзами и прослоями песков, с которыми и связана обводненность морены. Мощность горизонта чаще 5−10 м, в погребенных древних долинах и на водоразделах увеличивается до 20−40 м. Подземные воды песчаных прослоев обладают напором до 1−5 м.

Для всех четвертичных водоносных горизонтов района характерна слабая водоносность. Удельные дебиты изменяются от тысячных до десятых долей л/с. Дебиты родников 0,02−0,5 л/с.

По химическому составу воды пресные гидрокарбонатные и хлоридно-гидрокарбонатные с переменным катионным составом и с минерализацией 0,2−0,9 г/дм3. Нередко отмечается повышенное содержание NO3 и NH4, что свидетельствует о поверхностном загрязнении.

Подземные воды четвертичных отложений широко используются для водоснабжения местным населением с помощью колодцев и каптированных родников. Однако для централизованного водоснабжения они не могут быть использованы из-за слабой водообильности и незащищенности от поверхностного загрязнения.

Подземные воды дочетвертичных образований.

Саргаевско-семилукский водоносный горизонт (D3sr-sm) развит повсеместно, за исключением северо-западной части территории и частично долины р. Луги. Он залегает непосредственно под четвертичными отложениями и приурочен к образованиям семилукского и саргаевского горизонтов среднефранского яруса верхнего девона. На большей части территории водоносный горизонт сложен карбонатными породами саргаевского горизонта и лишь восточнее д. Люболяды и Видогощь в его состав входят образования семилукского горизонта, представленного глинисто-мергелистыми породами с прослоями известняков.

Саргаевско-семилукский горизонт сложен известняками и доломитами в различной степени трещиноватыми и кавернозными с подчиненными прослоями глин и мергелей. Глубина залегания водоносного горизонта варьирует от 10 до 40 м. Мощность его возрастает в восточном и юго-восточном направлении от 5−10 м до 60 м. В пределах древних долин мощность горизонта составляет 8−30 м.

Подземные воды преимущественно напорные. Величина напора над кровлей горизонта увеличивается в восточном направлении от 3−15 м до 21−39 м на Приильменской низине. На отдельных возвышенных участках вскрываются безнапорные воды. Пьезометрический уровень в зависимости от рельефа дневной поверхности залегает на глубине 7−23 м в западной части территории, на Батецком участке глубина залегания уровня воды составляет преимущественно 1,9−3,8 м, в восточной части территории — на Приильменской низине — скважины обычно изливают. Уровень превышает поверхность земли на 1,6−6,0 м. Максимальные абсолютные отметки пьезометрического уровня 50−60 м приурочены к наиболее гипсометрически высоким участком современного рельефа в северной части территории. Падение их до 20−40 м направлено к долине реки Луги и оз. Ильмень, что свидетельствует о движении подземных вод в этом направлении.

Питание водоносного горизонта происходит за счет атмосферных осадков, на Приильменской низине и в тектонически ослабленных зонах также за счет подтока из нижележащего высоконапорного арукюласко-аматского водоносного горизонта.

Водообильность горизонта неравномерная и зависит от степени трещиноватости и глинистости водовмещающих пород. Наибольшая трещиноватость наблюдается в известняках, залегающих близко к дневной поверхности. Удельный дебит скважин изменяется от 0,003 до 6,1 л/с, чаще 0,2−0,8 л/с, коэффициент водопроводимости — от 0,3 до 680 м2/сут.

Химический состав подземных вод весьма неоднороден. На водоразделах развиты пресные гидрокарбонатные магниево-кальциевые воды с минерализацией 0,4−0,8 г/дм3. На площади вдоль р. Луги, в пределах Батецкого участка вскрываются гидрокарбонатные, хлоридно-гидрокарбонатные и реже гидрокарбонатно-хлоридные воды с переменным катионным составом и с минерализацией 0,3−0,7 г/дм3. На Приильменской низине наряду с пресными подземными водами гидрокарбонатно-хлоридного состава распространены солоноватые воды хлоридного состава с минерализацией 1,1−2,1 г/дм3. Граница зоны пресных вод удалена от участка работ на 28−30 км восточнее.

Аномальный состав — сульфатно-хлоридный с минерализацией 1,26−1,7 г/дм3 имеют подземные воды в долине р. Луги в районе деревень Заупора и Передольская. Здесь имеют место тектонические нарушения, вызвавшие подток солоноватых вод из нижележащих водоносных горизонтов.

Подземные воды саргаевско-семилукского горизонта используются для водоснабжения населенных пунктов на площади развития пресных вод скважинами глубиной 35−50 м. На Приильменской низине подземные воды находят применение в качестве природных столовых минеральных вод.

Подземные воды горизонта могут быть использованы для организации централизованного водоснабжения населенных пунктов.

Арукюласко-аматский водоносный горизонт (D2ar — D3am) распространен на рассматриваемой территории повсеместно. Выходы его под четвертичные отложения наблюдаются в северо-западной части территории, по долинам рек Луги и Удрайки, на остальной территории перекрыт саргаевско-семилукским водоносным горизонтом. В состав водоносного горизонта включены породы аматского и гауйского горизонтов верхнего девона, а также буртниекского и арукюлаского среднего девона.

Водоносный горизонт залегает на слабопроницаемых породах наровского горизонта, который вследствие преобладания плотных мергелей и глин служит относительным водоупором.

Водовмещающие породы представлены песками и слабосцементированными песчаниками от мелкодо среднезернистых с редкими прослоями глин, мергелей и алевролитов. Мощность горизонта довольно выдержанная и составляет 160−200 м.

Глубина залегания кровли горизонта под четвертичными отложениями составляет 2−20 м, при погружении под саргаевско-семилукский горизонт она изменяется от 8−10 м до 80 м.

Подземные воды преимущественно напорные. Величина напора увеличивается с погружением кровли от 10−25 м до 55−83 м. На участках выхода водовмещающих пород под четвертичные отложения встречены безнапорные воды на глубине 5−16 м (д. Ташино, Раково, Вычербок). Пьезометрические уровни устанавливаются на различной глубине от 1−5 м до 20−25 м, на Батецком участке от 5,1 м до +3,7 м, на Приильменской низине скважины обычно изливают. Уровень превышает поверхность земли на 1−6 м. Абсолютные отметки пьезометрических уровней снижаются от 50−69 м на водоразделах до 30 м в долинах р. Луги и у озера Ильмень, являющихся основными дренами. Пополнение запасов подземных вод, в основном, происходит в северо — западной части района и далее на запад за пределами рассматриваемой территории, где водовмещающие породы выходят на дочетвертичную поверхность.

Водообильность горизонта оценивается как высокая. Удельный дебит скважин на разведанном участке достигает 1,2−4,2 л/с. Эксплуатационные на воду скважины, пробуренные в различных частях района и вскрывшие верхние слои горизонта, имеют дебит 0,2−2,2 л/с.

Коэффициент водопроводимости обычно не превышает 100 м2/сут в верхней части горизонта, в средней части возрастает до 255−560 м2/сут и в подошве уменьшается до 110−130 м2/сут.

Химический состав подземных вод изменяется по площади и в вертикальном разрезе. В западной части территории на водоразделах распространены гидрокарбонатные, реже хлоридно-гидрокарбонатные магниево-кальциевые воды с минерализацией 0,4−0,6 г/дм3. В восточном направлении наблюдается увеличение содержания хлора. Так, на Батецком участке преобладают гидрокарбонатно-хлоридные воды с переменным катионным составом с минерализацией 0,5−0,9 г/дм3. В скважине 28 с глубиной происходит изменение химического состава от гидрокарбонатно-хлоридного с минерализацией 0,5 г/дм3 (интервал опробования 120−160 м) до хлоридно-сульфатного с минерализацией 0,95 г/дм3 (интервал 160−200м). На Приильменской низине повсеместно развиты солоноватые хлоридные воды с минерализацией 1−2,5 г/дм3. Граница пресных и солоноватых вод (1 г/дм3) проходит в 13- 16 км восточнее от Батецкого участка. В зонах интенсивной разгрузки по тектоническим нарушениям в долине р. Луга и Иномерка скважинами вскрыты сульфатно-хлоридные воды с минерализацией 1,2−1,7 г/дм3.

Мощность зоны пресных вод значительно меняется в пределах района — от 300 м в западной части до 50 м — в восточной. В зонах тектонических нарушений сокращается до 0−20 м.

Пресные воды широко используются для водоснабжения населения, сельскохозяйственных и промышленных предприятий в Батецком районе. Водоносный горизонт перспективен для организации централизованного водоснабжения.

Наровский относительно водоупорный горизонт (D2nr) приурочен к наровскому горизонту эйфельского яруса среднего девона. Он залегает на карбонатных породах ордовикского горизонта и перекрывается арукюласко-аматским водоносным горизонтом.

Горизонт мощностью 60−65 м сложен мергелями и доломитами с прослоями глин и песчаника, с отдельными маломощными прослоями гипса. Наровский горизонт вскрыт в районе только скважиной № 956, а также в д. Вольное Загорье, расположенной севернее границы района. Глубина залегания кровли составляет 204,5−230 м. Горизонт является относительным водоупором, разделяющим водоносные горизонты терригенных отложений среднего девона и карбонатных пород ордовика. Залегающий ниже ордовикский водоносный горизонт содержит хлоридные натриевые воды с минерализацией 2,1 г/дм3.

1.2.4 Физико-механические свойства пород Физико-механические свойства пород, слагающих разрез, представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Физико-механические свойства пород

1.3 Методика проектируемых работ. Геолого-гидрогеологическая изученность Основными источниками сведений о геологическом строении и гидрогеологических условиях территории являются геолого-съемочные работы масштабов 1:200 000 и 1:50 000, разведочно-эксплуатационные на воду скважины, данные мониторинга подземных вод, региональные работы.

С 1959;1960 гг. ро 1982 г. выполнялись комплексные гидрогеологические и инженерно-геологические съемки масштаба 1:50 000 для мелиоративного строительства в бассейнах рек Луга и Плюсса и в междуречьи рек Луга и Шелонь. В результате этих работ получена детальная гидрогеологическая характеристика верхней части разреза, включающей в себя четвертичные и дочетвертичные водоносные горизонты, изучены инженерно-геологические свойства пород.

В кадастрах подземных вод СССР, вышедших в 1975 и 1989 годах, сведены данные по скважинам как геолого-съемочных, так и поисково-разведочных работ и эксплуатационных на воду скважин, пробуренных на территории Новгородской области.

В 1995 г. проведено обследование и инвентаризация эксплуатационных и бесхозных скважин на воду на территории Батецкого и Новгородского районов Новгородской области.

В 1999 г. по заказу Северо-Западного регионального геологического центра МПР РФ была выпущена книга «Геология и полезные ископаемые Новгородской области» Авторы: И. И. Киселев, В. В. Саванин и др., в которой в доступной форме изложены представления о геологическом строении территории, подземных водах, перспективах новых открытий месторождений.

В 2001 г. специалистами ГП ПКГЭ составлена гидрогеологическая карта основных водоносных горизонтов Новгородской области в масштабе 1:500 000. Карта выполнена по геолого-гидродинамическому принципу, где приоритетом в выделении горизонтов являются тип коллектора и характер циркуляции подземных вод.

В настоящее время ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» ведет мониторинг состояния недр на территории Новгородской области. Ежегодные выпускаемые Информационные бюллетени включают изучение уровенного режима и качества подземных вод, а также состояние ресурсов.

Целевое назначение поисково-оценочных работ — определение возможности водоснабжения города Великого Новгорода за счет подземных вод.

Задачи работ:

— уточнение геологического строения и гидрогеологических условий района работ;

— обоснование и выбор участков, перспективных для постановки поисково-оценочных работ;

— изучение качества подземных вод и гидрогеологических параметров перспективных водоносных горизонтов;

— оценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод в количестве 95 тыс. м3/сут по категории С1.

На стадии проектирования, на основании материалов геолого — съемочных работ и сведений по эксплуатационным скважинам на воду, в качестве объектов разведки были выбраны 2 участка. Один — Юрьевский, вблизи южной окраины города, второй — Батецкий, в 34 км к северо — западу от города, в верховьях р. Луги.

Батецкий участок выбран на основании данных о высокой водообильности пород саргаевско — семилукского и арукюласко — аматского водоносных горизонтов в долине р. Луги. Для подтверждения правильности выбора, была выполнена прогнозная оценка эксплуатационных запасов обоих горизонтов, позволявшая надеяться на получение положительного результата. Удаленность участка от границы пресных и солоноватых вод исключала процесс подтягивания солоноватых вод к водозабору при эксплуатации.

Полевые работы проводятся в две стадии — поисковую и оценочную.

1.4 Буровые работы На поисковой стадии на Батецком участке запланировано бурение 13 поисковых скважин (№№ 1, 5, 7, 9 — 13, 15, 16, 18 — 20) глубиной 80 м.

Задача поисковых скважин глубиной 80 м — изучение саргаевскосемилукского и верхней части (интервал 40 -80 м) арукюласко — аматского горизонта.

1.4.1 Опытно-фильтрационные работы — одиночные откачки Саргаевско-семилукский водоносный горизонт будет вскрыт полностью. Фильтрационные свойства известняков саргаевско-семилукского горизонта будут изучаться с помощью одиночных откачек из всех поисковых скважин глубиной 80 м.

Откачки проводятся из открытого ствола по мере вскрытия водоносного горизонта на полную мощность. Четвертичные отложения предварительно перекрываются трубами 219 мм. Перед проведением откачки ствол скважины промывается водой через буровой снаряд и прокачивался эрлифтом в течение 1бр/см.

Откачки проводятся эрлифтом с одним понижением уровня воды. Продолжительность откачек 1 — 3 бр/см. В конце каждой откачки отбираются пробы воды на полный химический, радиологический и бактериологический анализы. После откачек наблюдается восстановление уровня.

Арукюласко-аматский водоносный горизонт вскрывается до проектной глубины. Изучение фильтрационных свойств пород арукюласко — аматского водоносного горизонта проводится с помощью одиночных откачек из скважин глубиной 80 м. Откачки выполняются эрлифтом.

1.4.2 Геофизические работы Геофизические работы на Батецком участке проводятся для:

— уточнения геологического разреза по площади;

— выделения и прослеживания зон повышенной трещиноватости и закарстованности известняков саргаевско-семилукского водоносного горизонта;

— установления границы пресных и солоноватых вод в разрезе арукюласко-аматского водоносного горизонта и определения закономерности изменения минерализации с глубиной и по площади участка.

Поставленные задачи решаются с помощью метода вертикального электрического зондирования (ВЭЗ) и электрокаротажа (КС). Применение этих методов основано на различии удельных электрических сопротивлений (УЭС) пород, в частности, четвертичных отложений и карбонатных пород саргаевско — семилукского горизонта. В качестве регистрирующего прибора применяется аппаратура АЭ-72 № 373.

В состав комплексного каротажа входят: радиоактивный каротаж (ГК), электрометрия (КС), резистивиметрия. Комплексный каротаж выполняется во всех поисковых скважинах.

1.4.3 Топографо-геодезические работы Задачей топографо-геодезических работ является плановая и высотная привязка скважин. Плановая привязка скважин проводится посредством спутниковых определений геодезических координат приемником GPS в статическом режиме.

1.4.4 Подсчет запасов подземных вод При подсчете эксплуатационных запасов принимается:

— расчетный срок эксплуатации месторождения — 10 000 суток;

— режим работы — круглосуточный.

Оценка эксплуатационных запасов арукюласко — аматского водоносного горизонта проводится гидродинамическим методом по формуле неустановившегося движения.

Расчет сводится к определению понижения уровня в скважинах к концу амортизационного (расчетного) срока работы водозабора с учетом взаимодействия всех водозаборных скважин.

На начальном этапе эксплуатации водозабор будет работать в условиях напорного режима, затем, по мере сработки напора, — в напорно — безнапорном режиме. Поскольку допустимое понижение уровня к концу срока эксплуатации будет меньше половины мощности горизонта (интервала), расчет величины понижения проводится по формулам для напорных вод.

Величина понижения определяется по формуле:

[Qсум. х Rn — (Qlnro + Q1lnr1 + Q2lnr2 + … + Qnlnrn)], (1.1)

где km — cредняя величина коэффициента водопроводимости, 891, 52 м2/сут; Qсум. — расчетный дебит водозабора, равный величине водопотребности г. Великого Новгорода, 95 000 м3/сут; Q — дебит скважины, для которой рассчитывается понижение уровня воды, 5590 м3/сут; Q1, Q2, Qn — дебиты скважин, вызывающих срезку и находящихся на расстоянии r1, r2, rn от скважины, в которой определяется понижение, 5590 м3/сут; Rn — радиус влияния водозабора, м; а — средняя величина коэффициента пьезопроводности, 1,45×106 м2/сут; t — время работы водозабора, 104 сут; r1, r2rn — расстояние скважин водозабора от скважины, для которой определяется величина понижения, м; ro — радиус водозаборных скважин принимается равным радиусу центральной скважины при кустовой откачке — 0,23 м.

Rn =. (1.2)

Расчет величины понижения приводится для скважины, находящейся в «худших условиях» при эксплуатации — в центре водозабора и для крайних скважин.

Подставляя исходные значения в формулу 1.1, определим расчетное понижение для скважины, расположенной в центре водозабора:

S = [95 000 ln 180 624 — 5590 (ln 0.23 + 2 ln 1000+ 2 ln 2000 + 2

ln 3000 + 2 ln 4000+ 2 ln 5000 + 2 ln 6000 + 2 ln 7000 + 2 ln 8000)] =

[95 000×12,1 — 5590 (-1,47+2×6,9

+2×7,6+2×8,0+2×8,29+2×8,52+2×8,7+2×8,85+2×8,99) ] = [1 149 500

— 5590×130,23] = 0.1 786 (1 149 500 — 727 986) = 75,3 м.

Понижение в крайних скважинах водозабора составит:

S =[1 149 500 — 5590 (ln 0,23 + ln 1000 + ln 2000 + ln 3000 + ln 4000 + ln 5000 + ln 6000 + ln 7000 + ln 8000 + ln 9000 + ln 10 000 + ln 11 000 + ln 12 000 + ln 13 000 + ln 14 000 + ln 15 000 + ln 16 000)] = 0,1 786 [(1 149 500 — 5590 (-1,47 + 6,9 + 7,6 + 8,0 + 8,29 + 8,52 + 8,7 + 8,85 + 8,99 + 9,1 + 9,21 + 9,3 + 9,39 + 9,47 + 9,55 + 9,61 + 9,68)] = 0,1 786 (1 149 500 — 5590· 139,69) = 65,84 м.

Расчетные понижения меньше допустимого (78,2 м), что свидетельствует о возможности обеспечения заявленной водопотребности города полностью за счет подземных вод арукюласко — аматского водоносного горизонта.

Динамический уровень в горизонте к концу амортизационного срока будет располагаться в центре водозабора на глубине ~ 72 — 73 м (абсолютная отметка минус 25 — 28 м), в крайних скважинах на глубине ~ 62 — 65 м (абсолютная отметка минус 18 — 20 м).

1.4.5 Результаты подсчета эксплуатационных запасов подземных вод и категоризация запасов Рассматриваемое месторождение по степени сложности гидрогеологических условий относится ко 2 группе (сложные гидрохимические условия).

Проведенные расчеты гидродинамическим методом подтверждают возможность обеспечения заявленной водопотребности города за счет подземных вод арукюласко — аматского водоносного горизонта.

Подсчитанные эксплуатационные запасы в течение всего периода работы водозабора будут обеспечиваться естественными (упругими и емкостными) запасами горизонта.

По условиям геолого-гидрогеологической изученности эксплуатационные запасы оцениваются по категории С1:

— изучены условия залегания водоносного горизонта, мощность, литологический состав пород;

— запасы подсчитаны применительно к условной расчетной схеме водозабора в соответствии с заявленной водопотребностью;

— проектные дебиты скважин и гидрогеологические параметры горизонта обоснованы опытно — фильтрационными работами;

— источники формирования эксплуатационных запасов изучены приближенно в степени, позволяющей оценить обеспеченность водоотбора применительно к принятой условной схеме водозабора;

— химический состав подземных вод изучен в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.4.1074−01. Проведено поинтервальное гидрохимическое опробование горизонта, выполнено санитарно — экологическое обследование участка. Подтверждена сложная гидрохимическая обстановка на разведанном месторождении. Дан расчетным путем прогноз изменения качества подземных вод к концу срока эксплуатации водозабора. Рассчитаны зоны санитарной охраны.

Ожидаемые результаты:

— уточнено геологическое строение и гидрогеологические условия района работ;

— обоснован и выбран участок, перспективный для постановки поисково-оценочных работ;

— изучено качество подземных вод и гидрогеологических параметров перспективных водоносных горизонтов;

— произведена оценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод в количестве удовлетворяющем потребность в 95 тыс. м3/сут по категории С1.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Анализ ранее выполненных работ Основными источниками сведений о геологическом строении и гидрогеологических условиях территории являются геолого-съемочные работы масштабов 1:200 000 и 1:50 000, разведочно-эксплуатационные на воду скважины, данные мониторинга подземных вод, региональные работы.

С 1959;1960 гг. ро 1982 г. выполнялись комплексные гидрогеологические и инженерно-геологические съемки масштаба 1:50 000 для мелиоративного строительства в бассейнах рек Луга и Плюсса и в междуречьи рек Луга и Шелонь. В результате этих работ получена детальная гидрогеологическая характеристика верхней части разреза, включающей в себя четвертичные и дочетвертичные водоносные горизонты, изучены инженерно-геологические свойства пород [20, 23].

В кадастрах подземных вод СССР, вышедших в 1975 и 1989 годах, сведены данные по скважинам как геолого-съемочных, так и поисково-разведочных работ и эксплуатационных на воду скважин, пробуренных на территории Новгородской области.

В 1995 г. проведено обследование и инвентаризация эксплуатационных и бесхозных скважин на воду на территории Батецкого и Новгородского районов Новгородской области [14, 16].

В 1999 г. по заказу Северо-Западного регионального геологического центра МПР РФ была выпущена книга «Геология и полезные ископаемые Новгородской области» Авторы: И. И. Киселев, В. В. Саванин и др. [7], в которой в доступной форме изложены представления о геологическом строении территории, подземных водах, перспективах новых открытий месторождений.

В 2001 г. специалистами ГП ПКГЭ составлена гидрогеологическая карта основных водоносных горизонтов Новгородской области в масштабе 1:500 000. Карта выполнена по геолого-гидродинамическому принципу, где приоритетом в выделении горизонтов являются тип коллектора и характер циркуляции подземных вод.

В настоящее время ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» ведет мониторинг состояния недр на территории Новгородской области. Ежегодные выпускаемые Информационные бюллетени включают изучение уровневого режима и качества подземных вод, а также состояние ресурсов.

2.2 Геолого-технические и гидрогеологические условия бурения С учетом материалов геолого-методической части проекта и собранных в период производственной практики данных определяются основные физико-механические и гидрогеологические свойства горных пород. Геологотехнические и гидрогеологические условия бурения представлены в табл.2.2.

Объединенный показатель по буримости рассчитывается по формуле:

(2.1)

где коэффициент динамической прочности, а коэффициент абразивности.

Для глин с тонкими прослойками песчаника:

Для глин плотных:

Для слабосцементированного песчаника:

Для остальных горных пород, представленных в разрезе определить и по методу К. И. Сыскова и М. М. Протодьяконова (метод толчения) не представляется возможным, поскольку породы сыпучие и рыхлые.

Таблица 2.2

Геологотехнические и гидрогеологические условия бурения

2.3 Обоснование и выбор способа бурения На поисковой стадии на Батецком участке запланировано бурение 13 поисковых скважин (№№ 1, 5, 7, 9 — 13, 15, 16, 18 — 20) глубиной 80 м.

Задача поисковых скважин глубиной 80 м — изучение саргаевскосемилукского и верхней части (интервал 40 -80 м) арукюласко — аматского горизонта.

2.4 Разработка конструкции скважины

2.4.1 Выбор типа и конструкции фильтра Основное назначение фильтра — пропуск воды из водоносного горизонта внутрь скважины и предохранение ее водной части от завалов в результате оплывания и обрушения пород.

Ко всем фильтрам водозаборных скважин предъявляются следующие основные требования:

— обеспечение проектного поступления воды в скважину при минимально возможных гидравлических сопротивлениях на весь расчетный период эксплуатации (не менее 25 лет);

— достаточная механическая и химическая прочность, включая периоды периодического импульсивного воздействия для разрушения кольматирующих отложений и регенерации водоприемной поверхности химическими реагентами;

— предотвращение попадания в эксплуатационную колонну частиц водосодержащей породы (продуктов солевых отложений и коррозии);

— удовлетворение санитарно-гигиеническим нормам для питьевого водоснабжения;

— ремонтопригодность и экономичность.

Фильтр обычно состоит из рабочей части (перфорированная труба с сеткой или без нее), отстойника, в котором при откачке оседают частицы песка, и надфильтровой (вспомогательной) части, расположенной выше рабочей. Длина отстойника 2 — 4 метра (для мелкозернистых порд длина отстойника увеличивается максимум до 10 м). Перед спуском фильтровой колонны в нижнюю часть отстойника забивают деревянную пробку или заваривают дно, чтобы предупредить возможность зпоподания песка в скважину при откачках воды.

В соответствии с гидрогеологическими условиями бурения выбирается фильтр с гравийной обсыпкой. Фильтр состоит из рабочей части (перфорированных обсадных труб, обтянутых сеткой галунного плетения из нержавеющей стали), надфильтровой (вспомогательной), части и отстойника, куда оседают частицы песка при откачке. Длина отстойника составляет 6 м. Поскольку водоносные породы представлены мелкозернистыми слабосцементированными песчаниками, каркас фильтра предусматривается обтягивать сеткой. С учетом размера частиц выбирается сетка галунного плетения номер 16/100, размер ячейки 0,23 мм, диаметр проволоки 0,5 мм. Скважность фильтра составляет 30%. Перед натягиванием сетки на каркас фильтра по спирали наматывается проволока диаметром 3 мм.

Определение наружного диаметра фильтра центральной (разведочной) скважины:

(2.2)

где Qдебит скважины, 5500 м3/сут, lp =40 мдлина рабочей части фильтра, — допустимая скорость фильтрации, м/сут.

(2.3)

где k — коэффициент фильтрации, 45 .

м/сут.

Исходя из полученных данных, выбираем ближайший по типоразмеру диаметр трубного каркаса,. С учетом сетки и проволоки.

Выбор насоса для откачки воды Откачка подземных вод из водоносного горизонта на земную поверхность осуществляется только из центральной скважины. Для откачки используется артезианский погружной центробежный насос с электродвигателем ЭЦВ-6−16−75. Параметры насоса (табл. 2.3) удовлетворяют необходимым условиям.

Таблица 2.3

Технические характеристики погружного насоса ЭЦВ-12−250−70 НРО

2.4.2 Расчет конструкции скважины Конструкция скважины — это характеристика буровой скважины, определяющая изменение ее диаметра с глубиной, а так же диаметры и глубины обсадных колонн, установленных в скважине.

Основными факторами, определяющими конструкцию скважины, являются:

гидрогеологическое строение;

конструкция фильтра и способ его установки;

глубина бурения;

проектный дебит;

способ откачки.

Расчёт конструкции центральной скважины.

1. Конечный диаметр бурения (диаметр долота под фильтр):

при 10 мм, (2.4)

где — диаметр фильтра, мм; - зазор между фильтром и стенкой скважины (мм);

DД =189+2*10=209 мм.

Принимаем DД =219 мм.

2. Внутренний диаметр труб эксплуатационной колонны:

при мм, (2.5)

где DНФ — диаметр надфильтровой трубы, мм;- зазор между надфильтровой трубой и внутренним диаметром труб эксплуатационной колонны (мм).

=196+2*50=296 мм.

Принимаем внутренний диаметр эксплуатационной колонны =312 мм, наружный — =325 мм, толщина стенки труб 6,5 мм.

Выбранный для проведения откачек погружной насос ЭЦВ-12−250−70 НРО имеет поперечный размер равный 281 мм, то есть свободно помещается внутри колонны обсадных труб.

3. Диаметр долота под эксплуатационную колонну (с учётом цементирования затрубного пространства):

при мм, (2.6)

гдезазор между стенками скважины и наружным диаметром труб эксплуатационной колонны ().

мм.

Принимаем = 345 мм.

4. Внутренний диаметр кондуктора:

где — зазор между долотом и внутренним диаметром кондуктора ().

=190+2*5=355 мм.

Принимаем внутренний диаметр кондуктора = 355 мм, наружный — = 361 мм, толщина стенки труб 8 мм.

5. Диаметр долота под кондуктор (с учётом цементирования затрубного пространства):

= 361+2*10 мм = 381 мм.

Принимаем = 381 мм.

6. Внутренний диаметр направляющей трубы:

при 8 мм, (2.7)

где — зазор для свободного прохода долота ().

dнв=381+2*5=391 мм.

Принимаем внутренний диаметр направляющей трубы dнв= 393 мм, наружный Dн=407 мм, толщина стенки труб 7 мм.

7. Диаметр долота под направляющую трубу. Поскольку верхний интервал бурения представлен мягкой рыхлой породой, направляющая труба будет опускаться под действием собственного веса. В том случае, когда труба не будет самостоятельно опускаться, её будут осаживать ударами стальной «бабой» по наголовнику. Подбуривание под трубу будет осуществляться тем же долотом, которое будет использоваться для бурения под кондуктор.

Таблица 2.4

Интервалы и диаметры бурения

2.5 Выбор бурового оборудования Исходя из проектных глубин скважин, диаметра и способа бурения для прохождения наблюдательной скважины применяется буровая установка УРБ-3А3. Установка самоходная, состоит из механизмов, смонтированных на общей раме, которая крепиться к раме шасси автомобиля МАЗ-5337.

Буровая установка типа УРБ-3А3 представляет собой модификацию комплекса унифицированных самоходных агрегатов БА15 и применяются для бурения структурно-поисковых скважин на нефть и газ, для водоснабжения, водопонижения и для других целей с прямой промывкой забоя при соответствующей комплектации. УРБ-3А3 является модернизацией буровой установки УРБ-3АМ, увеличена величина подроторного пространства и высота над рамой установки, улучшена система управления при транспортировки блока и уменьшена транспортная ширина блока. В качестве привода используется автономный двигатель повышенной мощности. Мачта складывающегося типа. Подъем и опускание мачты осуществляется гидродомкратами двойного действия. Тормоз лебедки ленточный с ретинаксовыми колодками. Ротор имеет повышенный ресурс работы. На палубе установки расположен генератор мощностью 30 кВт, питающий электромеханизмы, лампы освещения и другое. Вращения палубного двигателя через трансмиссию передается на раздаточный редуктор и коробку передач. Буровой насос с клиноременной трансмиссией монтируется на автоприцепе.

Установка имеет механизм свинчивания и развинчивания бурильных труб с электродвигателем, а также механизм-противозатаскиватель. Бурильные трубы устанавливаются на подсвечник. На мачте установлена стрела грузоподъемностью 10 кН с передвижной талью для вспомогательных работ. Установка снабжена легкосъемными укрытиями над рабочим местом бурильщика и верхового рабочего. Управление механизмами осуществляется с пульта. Общий вид установки представлен на рис. 2.3, техническая характеристика — в таблице 2.5.

Рис. 2.3 Схема буровой установки УРБ-3А3

Таблица 2.5

Техническая характеристика буровая установка УРБ-3А3

Техническая характеристика бурового насоса НБ-50 установки УРБ-3А3, приведена в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Техническая характеристика насоса НБ-50

2.6 Обоснование и выбор бурового инструмента

2.6.1 Породоразрушающий инструмент Выбор породоразрушающего инструмента (ПРИ) производится в соответствии с выбранным способом бурения, конструкцией скважины, а также в зависимости от физико-механических свойств горных пород.

Техническая характеристика выбранного ПРИ приведена в табл.2.7.

Таблица 2.7

Техническая характеристика породоразрушающего инструмента

Для бурения центральной скважины будут использоваться трехшарошечные долота. Буровые шарошечные долота служат для бурения сплошным забоем. Важнейшими конструктивными элементами, определяющими эффективность работы долота, является форма и расположение шарошек, их вооружение, опоры и промывочная система долот.

Долота трехшарошечного типа, которые позволяют наиболее полно использовать габариты скважины для размещения шарошек, вооруженных наибольшим числом рабочих и калибрующих зубьев, а также позволяют разместить во внутренней полости шарошек наиболее мощные опорные подшипники и обеспечить надежную устойчивость долота на забое при оптимальной нагрузке.

Для бурения всех интервалов выбраны трехшарошечные долота типа М-ЦВ, которое предназначено для бурения мягких, вязких и пластичных пород. Эти долота характеризуются режуще-скалывающим действием вооружения на разрушаемые породы и имеют многоконусную форму самоочищающегося типа. Вооружение шарошек состоит из острых фрезерованных зубьев, имеющих одностороннюю наплавку мелкозернистым твердым сплавом.

2.6.2 Бурильные трубы и соединения Бурильные трубы (штанги), свинченные в бурильную колонну, передают момент вращения породоразрушающему инструменту, осевую нагрузку, промывочную жидкость для очистки забоя.

Технические параметры бурильных труб регламентированы ГОСТами: «Трубы бурильные геологоразведочные и муфты к ним» — ГОСТ 7909–87; «Трубы стальные ниппельного соединения» — ГОСТ 8467–83; «Трубы стальные бурильные универсальные (ТБСУ)» — ГОСТ Р 51 245−99.

Указанные ГОСТы распространяются на бурильные трубы, предназначенные для всех видов, способов и условий геологоразведочного бурения.

Для бурения центральной скважины будут использоваться стальные универсальные бурильные трубы ТБСУ-89, техническая характеристика которых приведена в табл. 2.8. Трубы изготавливают из нормализованной легированной стали марки 36Г2С с поверхностной закалкой токами высокой частоты и приварными резьбовыми соединениями из стали марки 40ХН.

Таблица 2.8

Техническая характеристика бурильных труб ТБСУ-89

2.6.3 Обсадные трубы Обсадные трубы применяются для закрепления неустойчивых стенок скважины, разъединения пластов горных пород и устройства эксплуатационных колонн.

При бурении скважин на воду широко используются обсадные трубы нефтяного сортамента (ГОСТ 632−80). Соединение труб предусмотрено выполнять муфтами. Однако применение муфтового соединения утяжеляет конструкцию скважин при бурении на воду.

С целью оптимизации конструкции скважины и ввиду небольшой глубины проектом предусмотрено использование безмуфтового соединения обсадных труб «труба в трубу» с нарезкой внутренней и наружной резьбы для их соединения. Для удобства труборезных работ внутреннюю резьбу нарезают на патрубке, который затем приваривается к основной трубе электросваркой.

Технические данные обсадных труб приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9

Техническая характеристика обсадных труб

2.6.4 Вспомогательный инструмент Вспомогательный инструмент предназначен для закрепления стенок скважины и обслуживания технологического инструмента. К вспомогательному инструменту относятся обсадные трубы и соединения, хомуты, ключи, элеваторы, подкладные вилки.

Хомуты применяются для спуска и подъема колонны обсадных труб с упором под муфту и для поддержания колонны на весу с захватом в любом месте трубы.

Для подъема и спуска бурильной колонны служит элеватор, подвешенный на талевом стальном канате лебедки бурового станка. Элеватор своим гнездом подхватывает бурильную колонну за прорези замка. Он имеет подвижное кольцо (защелку), препятствующее выпадению труб. При проведении спуско-подьемных операций колонна бурильных труб удерживается на весу с помощью подкладной вилки.

Для ручного свинчивания и развинчивания бурильных труб применяются цепные и шарнирные ключи.

2.6.5 Аварийный инструмент Аварии прибурении можно рассматривать как непредвиденное прекращение углубки скважины, вызванное нарушением нормального состояния бурового инструмента (обрывы, падения инструмента в скважину, прижоги коронки и другое.).

Опыт проведения буровых работ показывает, что наиболее частые аварии связаны с обрывами бурильных труб. При обрыве бурильной колонны необходимо установить причину, место и характер излома поднятой части бурильной колонны. При сложных изломах или «завалах» спускают печать, по отпечатку определяют аварийную ситуацию и выбирают необходимый аварийный инструмент.

Ликвидация аварии начинается с попыток извлечь оставленный инструмент из скважины. Для извлечения оставленного инструмента из скважины используются труболовки, метчики, колокола и пики. Метчики ловильные используются для извлечения бурильных и обсадных труб путем соединения с аварийным концом трубы за нарезаемую ими резьбу. Для этого на конусной поверхности метчика имеется остроугольная резьба. Метчики изготавливаются с правой резьбой из легированной стали марки 12ХН2. Метчики обычно используются для ликвидации обрывов, происшедших в соединении бурильной трубы или в ее утолщенной части (высадке).

Колокол ловильный используется для извлечения аварийных бурильных труб за нарезаемую им на трубе или замке наружную резьбу. Колокол обычно применяют при больших диаметрах скважин и в случае невозможности использовать метчик, например, при клиновом или спиральном изломе трубы.

Колокола по конструкции могут быть проходные (пропускающие через себя трубу и захватывающие за верхнюю часть замка) и непроходные, нарезающие резьбу на конце аварийной трубы. Ловильная конусная остроугольная резьба колокола выполняется правой или левой (для извлечения бурильных труб по частям левым снарядом).

Для извлечения и подъема с забоя металлических предметов применяются магнитные ловушки. Ловушка состоит из корпуса, верхнего переходника, постоянного магнита и фрезерной коронки. Магнит имеет центральный канал для прохода промывочной жидкости. Ловушку спускают в скважину на бурильной колонне. При подходе к забою включают промывочную жидкость и с вращением ставят на забой. Продолжительность вращения ловушки на первой скорости станка 5 -10 мин, при осевой нагрузке 100 — 200 даН и расходе промывочной жидкости 15−25 л/мин. Подъем необходимо выполнять без рывков и ударов. Во избежание размагничивания ловушку не рекомендуется хранить около источников тепла и в зоне действия электромагнитного поля, подвергать воздействию вибраций.

Для отрезания в скважине части колонны труб для последующего извлечения на поверхность при проведении ремонтно-восстановительных работ в процессе подземного и капитального ремонта скважин применяются труборезы внутренние механические типа РВ.

Для отклонения к оси скважины конца аварийной бурильной трубы, попавшего в каверну или в выемку стенки скважины применяют отводной крюк. В верхней части корпуса крюка иногда располагают метчик или колокол. Крюк спускают в скважину на трубах, заводят ниже оборванного конца трубы и вращением вправо лезвием крюка выводят трубу на положение по оси скважины. Опуская крюк ниже, накрывают конец трубы колоколом или метчиком.

2.7 Технология бурения

2.7.1 Технологические режимы бурения Основными параметрами технологических режимов при вращательном способе бурения скважин являются: осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, частота вращения бурового снаряда, расход и качество очистного агента.

На интервале от 0 до 40 м (рыхлые, малоустойчивые породы) применятся малоглинистый раствор плотностью 1050 кг/м3, от 40 до 80 м (водоносный горизонт) — техническая вода.

2.7.2 Проверочные расчеты Проверочные расчеты определяют возможность осуществления процесса бурения при работе выбранного бурового инструмента и оборудования. По их результатам производится окончательный выбор режимных параметров бурения, которые затем заносятся в ГТН.

В качестве примера проверочные расчеты произведены только для центральной скважины.

Расчет потребной мощности на бурение Мощность двигателя, расходуемая в процессе собственно бурения, складывается из трех основных составляющих:

(2.12)

где Nz — мощность, расходуемая на забое скважины;Nт — мощность на вращение колонны бурильных труб в скважине;Nст — мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка.

(2.13)

где Р — осевая нагрузка, даН; n — частота вращения, об/мин; D — диаметр долота, м.

.

Nт мощность на вращение колонны бурильных труб в скважине складывается из двух составляющих: мощности на холостое вращение колонны бурильных труб в скважине Nхв и дополнительной мощностиNдоп, затрачиваемой на вращение сжатой части бурильной колонны.

Границу раздела зон частот вращения колонны бурильных труб:

(2.14)

где d — наружный диаметр бурильных труб, м; - радиальный зазор, =(D-d)/2=(0,19−0,089)/2=0,05 м.

об/мин.

При высоких частотах вращения колонны бурильных труб при n>n0 (190>51) используется формула Л. Г. Буркина (ВИТР):

(2.15)

где k — коэффициент, учитывающий влияние смазки и промывочной жидкости, k= 1; q — масса 1 м бурильной трубы, q = 21,2 кг/м; д — радиальный зазор, д = 0,05 м; dнаружный диаметр бурильных труб, d = 0,089 м; L — глубина бурения, L =150 м.

кВт.

;(2.16)

кВт.

; (2.17)

кВт.

Мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка, определяется по формуле:

(2.18)

где Всткоэффициент, характеризующий переменные потери в станке, кВт*мин/об.

кВт.

кВт.

Данные расчеты удовлетворяют техническим характеристикам установки УРБ-3А3, приведенным в табл. 2.5. Следовательно, бурение на предельную глубину с использованием выбранного оборудования, инструмента и режимных параметров осуществимо.

Расчет колонны бурильных труб на прочность.

Цель расчета — определение напряжений у устья скважины при аварийном извлечении КБТ.

Вес, растягивающий колонну бурильных труб, принимается равным усилию лебедки на 1-й скорости подъема (G=30 000 Н).

Напряжения растяжения в верхнем сечении у устья по формуле:

(2.19)

где F — площадь сечения трубы, м2.

МПа.

Мощность, расходуемая в трансмиссии и других узлах бурового станка, определяется по формуле:

(2.20)

где Всткоэффициент, характеризующий переменные потери в станке, для установки УРБ-3А3 равен 5,5· 10−3 кВт· мин/об;.

кВт.

Угловая скорость:

. (2.21)

с-1.

Крутящий момент:

. (2.22)

Н.м.

Касательные напряжения:

(2.23)

где — полярный момент сопротивления кручению:

(2.24)

м3.

МПа.

Коэффициент запаса прочности у устья скважины при действии статических нагрузок:

(2.25)

где = 490 МПа — предел текучести при растяжении для труб ТБСУ-89.

Данные расчета показывают, что при бурении напряжения, возникающие в бурильных трубах, не выходят за пределы допустимых значений. Следовательно, при работе колонны обрывов не должно произойти.

Гидравлический расчет Для обеспечения циркуляции промывочного агента в заданном количестве насос должен развивать давление, достаточное для преодоления гидравлических сопротивлений, встречающихся во всех звеньях циркуляционной системы. Давление, которое должен создавать буровой насос при прокачке промывочного агента, складывается из суммы потерь давления на различных участках потока.

Наиболее напряженный участок работы насоса 40 — 80 м, где расход насоса составляет 330 л/мин = 0,0055 м3/с. В соответствии с технической характеристикой насоса НБ-50 максимальное давление нагнетания 6,3 МПа.

Общее потребное давление, которое должен развивать насос:

МПа (2.26)

где k — коэффициент, учитывающий необходимость запаса давления на преодоление дополнительных сопротивлений при зашламовании скважины, образовании сальников и т. п. (k= 1,3 -1,5);р1 — давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в нагнетательном шланге, сальнике, ведущей трубе, бурильных и утяжеленных трубах, МПа; р2 — давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в соединениях бурильной колонны, МПа; р3 — давление на преодоление сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины, МПа; р4 — давление на преодоление сопротивлений в колонковом снаряде, коронке или долоте, МПа.

Формула для определения давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в бурильных, утяжеленных трубах, нагнетательном шланге, сальнике и в ведущей трубе имеет следующий вид:

[МПа] (2.27)

где с — плотность промывочной жидкости, кг/м3, с=1000 кг/м3; d1 -внутренний диаметр бурильных труб, м, d1= 0,067 м; l — длина колонны бурильных труб, м, l=80м; V1 — скорость нисходящего потока промывочной жидкости, м/с:

[м/с] (2.28)

л1 — безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления; Dэ — эквивалентный диаметр канала потока, м, Dэ=0,067; Rе — параметр Рейнольдса:

(2.29)

— кинематическая вязкость промывочной жидкости (для воды =110−6 м2/с);

(2.30)

где, кШгидравлическая или эквивалентная шероховатость, кШ=0,05.10−3.

.

lээквивалентная длина бурильных труб, потери давления на которой приравниваются к потерям давления в нагнетательном шланге, сальнике, ведущей трубе, м:

м (2.31)

где lш — длина шланга, м, l=20 м; lс — длина сальника, м, lс = 0,895 м; lвт — длина ведущей трубы, м, lвт = 13,7 м [5]; dш — диаметр шланга, м, dш = 0,049 м; dс — диаметр сальника, dс = 0,054 м; dвтдиаметр ведущей трубы, dвт = 0,14 м.

.

.

Формула для определения давление на преодоление гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в соединениях бурильной колонны имеет следующий вид:

МПа (2.32)

где n — количество соединений в бурильной колоне, шт, n=длина КБТ/длина 1 бурильной трубы= 167/6=28 шт; о — коэффициент местного сопротивления, б/р:

(2.33)

dо — наименьший диаметр проходного отверстия в бурильной колонне, м, dо=0,045 м; а — опытный коэффициент, зависящий от вида соединения бурильной колоны, при муфтово-замковом соединении а=2.

.

Формула для определения давления на преодоление гидравлических сопротивлений при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины имеет следующий вид:

МПа (2.34)

где с1 — плотность промывочной жидкости, обогащенной шламом, кг/м3, с1= 1040 кг/м3;

эквивалентный диаметр между диаметром скважины и бурильными трубами Dэ = Dc-d = = 0,132−0,089 = 0,043 м;кр — безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве скважины:

м/с (2.35)

где — скорость восходящего потока; F — площадь сечения кольцевого пространства скважины,

м2 (2.36)

По формулам находим:

(2.37)

.

(2.38)

.

Давление на преодоление гидравлических сопротивлений в колонковом снаряде или УБТ и ПРИ, как правило, не рассчитывается, а принимается на основании практических данных в зависимости от длины снаряда, наличия керна, расхода и свойств промывочной жидкости. Для практических расчетов можно принимать р4 =0,35 МПа.

Общее потребное давление, которое должен развивать насос:

Таким образом, общее потребное давление, которое должен развивать насос, будет равно 0,85 МПа, что соответствует возможностям насоса НБ-50 при подаче 330 л/мин. Техническая характеристика насоса НБ-50 приведена в табл. 2.6.

2.8 Спуско-подъемные операции Спуско-подъемный инструмент применяется для выполнения операций по наращиванию бурильной колонны, ее спуску и подъему, а также операций с обсадкой.

Спуско-подъемные операции на установке УРБ-3А3 производятся с помощью талевой системы. Талевая система представляет собой оснастку 2×1 при 3-х скоростях подъема буровой колонны. Скорость подъема талевого блока: 0,54; 0,94; 1,56 м/с. Лебедка однобарабанная с фрикционной двухдисковой муфтой и одноленточным тормозом.

Бурильные трубы спускают и поднимают свечами. Длина свечи 12 м. Для этого применяется подвисной полуавтоматический элеватор ЭН-12,5 (табл. 2.10) Для работы с трубами ТБСУ-89 используется безрезьбовой наголовник, который состоит из корпуса, головки, кольца, стопорного винта и пружинной шайбы.

Установка имеет механизм свинчивания и развинчивания бурильных труб электродвигателем, а также механизм — противозатаскиватель. Бурильные трубы устанавливаются на подсвечник. Также на мачте устанавливается стрела грузоподъемностью 10 кН с подвижной талью для вспомогательных работ.

Таблица 2.10

Техническая характеристика полуавтоматического элеватора ЭН-12,5

Спуско-подъемные операции на буровой установке комплекса КГК-А-150 осуществляются с помощью механизма спуско-подъема и подачи инструмента, техническая характеристика которого приведена в табл. 2.11.

Таблица 2.11

Техническая характеристика механизма спуско-подъема и подачи инструмента

2.9. Промывка скважин Промывочные жидкости, используемые при бурении скважин, выполняют ряд функций:

очищает зону забоя скважины от разбуренной породы;

закрепляет или удерживает стенки скважины при бурении в неустойчивых породах;

препятствует прорывам пластовых вод в скважину;

обладает смазочными свойствами;

снижает коррозионную агрессивность среды в скважине;

поддерживает частицы выбуренной породы во взвешенном состоянии во время перерывов в работе, когда жидкость находится в скважине в полном покое;

охлаждает породоразрушающий инструмент в процессе бурения;

облегчает процесс разрушения горных пород

На интервале от 0 до 40 м (рыхлые, малоустойчивые породы) применятся малоглинистый раствор плотностью 1050 кг/м3, от 40 до 80 м (глина, водоносный горизонт) — техническая вода.

2.10 Тампонирование обсадных колонн Для укрепления неустойчивых горных пород, ликвидации поглощений промывочной жидкости, герметизации затрубного пространства обсадной колонны проектом предусматривается тампонирование скважин.

Наблюдательные скважины после проведения работ будут ликвидированы, поэтому нет смысла крепить затрубное пространство цементным раствором. С этой целью будет использоваться глинистый раствор.

Центральную скважину в дальнейшем рационально использовать как эксплуатационную, поэтому её необходимо зацементировать. Эксплуатационная колонна будет цементироваться на интервале 0 — 40 м. Направление цементировать не требуется в виду небольшого интервала и малого давления пород.

При разработке технологии цементирования скважин большое значение имеет правильный подбор сорта цемента, состава и свойств цементного раствора. Выбор сорта цемента зависит главным образом от геологических условий бурения скважин. В практике цементирования скважин разведочного бурения наиболее распространен тампонажный портландцемент для «холодных» скважин (с температурой на глубине цементируемого интервала не выше 50 [17]).

Цементные растворы, превращаемые затем в цементный камень, характеризуются прокачиваемостью (подвижностью или растекаемостью), сроками загустевания и схватывания, прочностью полученного из них цементного камня и так далее. Прокачиваемость цементного раствора по трубам в течение времени, необходимого для процесса цементирования должна составлять не менее 18 см. Цементный раствор должен характеризоваться малой вязкостью и высокой плотностью.

Проектом предусматривается использовать способ одноступенчатого цементирования с двумя разделительными пробками, изготовленными из пластмассы. Такое цементирование производится следующим образом: скважину полностью промывают до полного удаления шлама. Затем в обсадную колонну вставляют нижнюю разделительную пробку. Пробка продавливается к башмаку колонны при нагнетании цементного раствора насосом цементировочного агрегата. После закачивания расчетного количества цементного раствора опускается верхняя разделительная пробка. Сверху закачивается продавочная жидкость.

Нижняя пробка останавливается на упорном кольце выше башмака обсадной колонны. Поскольку закачка жидкости в колонну продолжается, то давление над пробкой возрастает. Под влиянием этого давления диафрагма нижней пробки разрушается, и цементный раствор поступает в затрубное пространство.

В процессе цементирования давление в колонне меняется. Поскольку удельный вес цементного раствора выше удельного веса продавочной жидкости, то по мере заполнения цементным раствором колонны давление в насосе уменьшается. Когда цементный раствор начинает выходить в кольцевое пространство и подниматься к устью, давление в насосе и цементировочной головке вновь возрастает. При посадке верхней пробки на нижнюю происходит скачок давления, что служит сигналом для прекращения закачки продавочной жидкости в обсадную колонну.

Расчет цементирования центральной скважины для интервала 0 — 40 м Требуется провести расчет цементирования обсадной колонны диаметром D = 325 мм, спущенной в скважину на глубине 40 м. Высота подъема цементного раствора за трубами hц = 40 м. Плотность цемента 3200 кг/м3; водоцементное отношение m= 0,5; плотность воды 1000 кг/м3; плотность продавочной жидкости 1250 кг/м3;

Объем тампонажного раствора, необходимый для цементирования заданного интервала скважины:

(2.39)

где — коэффициент, учитывающий возможное увеличение диаметра скважины и проникновение цементного раствора в пористые породы; - соответственно диаметр скважины и наружный диаметр эксплуатационной колонны, м; - внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м; - длина участка цементирования, м; - высота цементного стакана, оставляемого в колонне, м.

.

Масса тампонажного цемента, необходимого для приготовления тампонажного раствора:

(2.40)

где — коэффициент, учитывающий потери цемента при приготовлении раствора, = 1,05…1,15; - масса цемента в 1 м3раствора плотностью 3200 кг/м3:

(2.41)

(2.42)

— водоцементное число, выражающее соотношение масс воды и сухого цемента в единице объема раствора, = 0,4−0,6:

.

.

Объем воды для приготовления тампонажного раствора:

(2.43)

.

Объем продавочной жидкости для транспортирования цементного раствора в затрубное пространство:

(2.44)

где — коэффициент запаса продавочной жидкости, учитывающий ее сжимаемость, = 1,03…1,05; - внутренний диаметр колонны, м; - длина скважины по ее оси, м.

.

Продолжительность процесса цементирования находится из уравнения:

(2.45)

где Qнподача насоса, м3/с;t1 = 600 — 900 сек минимальное время, необходимое на установку верхней пробки.

Подача насоса, закачивающего тампонажный раствор в скважину, равна:

(2.46)

где = 0,1…0,4 м/с — скорость восходящего потока в кольцевом пространстве.

.

Минимально необходимый срок начала загустевания цементного раствора:

(2.47)

где =10−20 минимальный резерв времени, мин.

.

Давление в конце цементирования найдем из уравнения

(2.48)

где pг-потери давления на гидравлические сопротивления, МПа; -плотность цементного раствора кг/м3:

. (2.49)

.

В качестве оборудования для производства цементных работ принимается цементосмесительная машина с механической системой разгрузки СМ-10 и цементировочный агрегат ЦА-320М, табл. 2.12:

Таблица 2.12

Характеристика цементировочного агрегата ЦА-320М

По истечению времени, необходимого для затвердевания цементного раствора, проверяют герметичность колонны, а затем затрубного пространства.

При испытании тампонажа выполняют следующие требования и операции:

— Качество тампонажа должно быть последовательно проверено испытанием на герметичность обсадной и фильтровой колонны и на отсутствие притока воды к скважине.

— Для ликвидации течи в трубах следует сделать длительную прокачку чистой водой для промывки образовавшихся каналов, опустить заливочные или бурильные трубы, остановив их выше места повреждения, и закачивать цемент при закрытой головке на устье. Движению цемента ниже места повреждения будет препятствовать спущенная ранее пробка.

— В случае отсутствия течи в трубах, следует считать причиной неудачи негерметичность цемента. Ликвидация неудачного тампонажа при значительном поглощении состоит в длительной прокачке скважины водой, и затем повторение тампонажа. После суточной остановки следует вновь произвести испытание.

— Тампонаж считается удачным, если в течение 8 часов после понижения уровень остается на месте или поднимается менее чем на 1 метр.

2.11 Технология вскрытия водоносного пласта Вскрытие водоносного пласта является наиболее ответственной технологической операцией, от правильности реализации которой зависят достоверность полученной гидрогеологической информации и дебит скважины. На эффективность вскрытия водоносного горизонта влияют способ проходки продуктивного пласта, режим бурения, способ и вид промывочных среды. К вскрытию водоносного горизонта приступают после завершения всех работ, связанных с сооружением скважины до кровли водоносного пласта. После крепления этого интервала колонной обсадных труб, цементирования затрубного пространства, разбуривании цементной пробки и тщательной промывки скважины, с целью удаления продуктов цементирования и ранее применяемого промывочного раствора, приступают к бурению водоносного горизонта.

Определяющим фактором при вскрытии водоносного горизонта является промывка. При бурении вращательным способом с промывкой раствором с вяжущими свойствами возможна кольматация пласта (закупорка). Это вызывает снижение дебита скважины и требует дополнительных работ по удалению продуктов кольматанта из пор и трещин водоносного горизонта. Кольматация может происходить за счет: проникновения в пласт вместе с водой вместе с водой тонких твердых частиц, которые могут абсорбироваться породой продуктивного пласта или механически ею удерживаться, путем образования глинистой корки на стенках скважины в зоне водоносного горизонта или за счет проникновения фильтрата раствора в пласт. Во избежание кольматации, проектом предусмотрено при вскрытии водоносного пласта использовать техническую воду.

2.12 Специальная глава Оборудование фильтра с гравийной обсыпкой Фильтр — один из важнейших элементов конструкции скважин, в конечном счете, определяющий эффективность буровых работ и качество гидрогеологических исследований при разведке и оценке запасов подземных вод, а также при получении достоверных сведений о режиме водоносных горизонтов. Фильтр предотвращает вынос твердых часть водоносной породы в эксплуатационную колонну и предохраняет водоприемную часть ствола от разрушения.

При освоении пород водоносных пластов, представленных неустойчивыми породами, мелкои среднезернистыми песками, а также слабоустойчивыми породами, например песчаниками, наиболее широкое применение в отечественной и зарубежной практике нашли фильтры с гравийной обсыпкой. Гравийная обсыпка в значительной мере предотвращает пескование скважины, улучшает фильтрационные свойства пород в прифильтровой зоне, позволяет увеличить размер проходных отверстий, а следовательно, и скважность фильтровых каркасов. Таким образом, гравийная обсыпка повышает водоотбор и увеличивая срок эксплуатации фильтра.

К основным параметрам гравийных фильтров относятся:

— качество гравия;

— гранулометрический состав гравия;

— размер отверстий каркаса фильтра;

— толщина гравийного фильтра и его диаметр.

2.12.1 Расчет гравийной обсыпки Для обсыпки фильтра проектом предусматривается использовать гравий однородного состава с коэффициентом однородности 1,5 — 3 [5,8]. Это поможет значительно снизить расслоение гравия в процессе засыпки в скважину и получить однородный по высоте фильтр. Также на пропускную способность фильтра влияет окатанность гравия. Угловатые частицы способствуют снижению количества пропускаемой воды, поэтому будет использоваться окатанный гравий.

Гранулометрический состав гравия находится по соотношению:

(2.50)

где — размер зерен гравия, содержание которых по массе составляет 50% (средний диаметр зерен гравия), мм; - средний диаметр частиц песка, мм.

Водоносный пласт, рассматриваемый в проекте, сложен мелкозернистым слабосцементированным песчаником со средним размером частиц песка. Находим средний размер зерен гравия:

.

Минимальную толщину обсыпки следует выбирать в зависимости от размеров гравия. При размере зерен 0,75 — 4 мм, толщина слоя обсыпки составляет 60 мм [5,8]. Наиболее надежны в работе фильтры с толщиной обсыпки 100 — 200 мм. Большая толщина обсыпки при имеющихся размерах частиц водоносной породы может повлиять на увеличение выноса песка. Поэтому выбирается однослойная гравийная обсыпка толщиной 100 мм. Так как может произойти проседание или вынос обсыпки, проектом предусматривается запас столба гравия над верхнем краем рабочей части фильтра. Высота слоя обсыпки на 3 м больше длины рабочей части фильтра, гравием засыпается интервал 147 — 167 м. Кроме того, столб гравия, расположенный выше рабочей части фильтра между надфильтровой трубой и трубой эксплуатационной колонны выполняет роль сальника.

Поскольку водоносные породы представлены мелкозернистыми слабосцементированными песчаниками, каркас фильтра предусматривается обтягивать сеткой. С учетом размера частиц выбирается сетка галунного плетения номер 16/100, размер ячейки 0,23 мм, диаметр проволоки 0,5 мм. Скважность фильтра составляет 30%. Перед натягиванием сетки на каркас фильтра по спирали наматывается проволока диаметром 3 мм.

Объем засыпки рассчитывается по формуле:

(2.51)

где Dc — диаметр скважины, м; dфнаружный диаметр фильтра, м;lдлина фильтра, засыпаемая гравием, м; - коэффициент растекания (принимаем).

Объем засыпки для надфильтровой части:

Dc = 0,221 м; dф =0,189 м; l=3 м.

.

На 1 м надфильтровой части понадобится .

Объем засыпки для остальной части фильтра:

Dc = 0,221 м; dф =0,189 м (с учетом проволоки и сетки); l=40 м.

.

На 1 м фильтра понадобится .

Всего необходимо гравия: .

Отверстия каркаса круглые. С учетом размера частиц водоносной породы, применения сетки, удобства изготовления отверстий, обеспечения достаточной водопропускной способности фильтра размер отверстий принимается равным 12 мм. Отверстия располагаются в шахматном порядке.

Расстояние между центрами отверстий по длине трубы:

(2.52)

где — диаметр отверстия, мм.

.

Расстояние между центрами отверстий по окружности:

. (2.53)

.

Техническая характеристика разработанного фильтра представлена в табл. 2.13.

Таблица 2.13

Техническая характеристика фильтра

2.12.2 Технология устройства гравийной обсыпки Проектом предусматривается устройство гравийной обсыпки фильтра с одновременной откачкой (методом замещения). Откачку проводят с помощью пакера эрлифтом поинтервально (0,5−1 м). Гравий засыпают одновременно с откачкой. При такой технологии засыпки гравия можно управлять толщиной слоя обсыпки, а не требуется дополнительно разбуривать ствол скважины под гравийную засыпку. Поинтервальная откачка позволяет получить каверну от 0,3 до 0,5 м. На каждый интервал откачки засыпается определенное (рассчитанное) количество гравия. Таким образом, поинтервально вымывая песок и постепенно засыпая вместо него гравий, получают необходимое пространство под засыпку.

При засыпке гравия предусматривается определенная последовательность выполнения технологических операций.

1. После вскрытия водоносного пласта спускают фильтровую колонну на бурильных трубах. На конце фильтровой колонны установлен переходник, имеющий правую внутреннюю замковую резьбу для соединения с бурильными трубами. На 0,5 м выше башмака отстойника в трубе прорезаны отверстия общей площадью не менее 50 см².

2. Промывают скважину до тех пор, пока не начнется вынос песка.

3. Вращением инструмента вправо срезают шпильки, отвинчивают переходник и извлекают бурильные трубы на поверхность.

4. Собирают пакерный узел, соединяют его с водоподъемной трубой (прижимные гайки сжимают сальники).

5. Замеряют длину водоподъемных труб, спускают пакерный узел в зону фильтра так, чтобы верхний пакер был установлен ниже начала рабочей части фильтра на 1 м. Над пакерным узлом устанавливается крышка фильтра наружным диаметром 181 мм таким образом, чтобы водоподъемные трубы могли спокойно перемещаться внутри него. Такой сальник будет препятствовать попаданию гравия в фильтр во время засыпки.

6. Опускают в водоподъемные трубы воздушные трубы эрлифта. Подключают компрессор и в течение 60 минут проводят откачку.

7. После выноса 1 м³ песка откачиваемая вода через отстойник направляется в межтрубное пространство.

8. При циркуляции, когда вся откачеваемая вода уходит обратно в скважину, начинают засыпку гравия, объем гравия замеряют; при снижении интенсивности циркуляции объем гравия также уменьшают. Засыпать гравий до полного прекращения циркуляции нельзя, так как может образоваться гравийная пробка. С увеличением интенсивности циркуляции скорость засыпки гравия увеличивается.

9. Не прекращая откачку, пакерный узел опускают на 1 м ниже. Далее повторяют операции по засыпке гравия. После прекращения пескования из второго интервала водоносного пласта, не прекращая откачку, пакерный узел спускают еще на 1 м. Описанные операции повторяют до тех пор, пока не будет пройден весь водоносный пласт.

10. Если при очередном спускании водоподъемных труб пакерное устройство встретит песчаную пробку, надо приподнять и, не прекращая откачку, опустить их медленно, чтобы удалить их через отверстие для размыва песчаных пробок внизу пакерного узла.

11. После окончания засыпки гравия по всей длине каркаса фильтра, не прекращая откачку, трубы медленно поднимают вверх. Откачку проводят до прекращения пескования.

12. Воздушными труба разбивают диск на конце пакерного узла и проводят откачку из всего фильтра, затем извлекают из скважины эрлифт с пакером.

13. Отстойник засыпают гравием, после чего скважина готова к проведению пробных и кустовых откачек с помощью погружного насоса.

2.12.3 Расчет эрлифта Проектом предусматривается концентрическая схема расположения воздухопроводящих и водоподъемных труб. Для расчета эрлифта определяют глубину погружения смесителя, давление воздуха, расход воздуха и размер воздухоподающих и водоподъемных труб.

1. Глубина погружения смесителя:

(2.54)

где — коэффициент погружения смесителя, зависящий от динамического уровня :

Для принимаем. Тогда

2. Удельный расход воздуха:

(2.55)

где с — опытный коэффициент, зависящий от коэффициента погружения смесителя :

Для принимаем с=12. Тогда:

3. Полный расход воздуха, необходимый для получения заданного расхода воды:

. (2.56)

4. Давление воздуха при пуске компрессора:

(2.57)

где g — ускорение свободного падения, м/с2; - плотность воды, кг/м3.

5. Рабочее давление воздуха:

(2.58)

6. Расход водовоздушной смеси непосредственно выше смесителя:

(2.59)

где Ра — атмосферное давление (Ра=0,1 МПа).

7. Расход водовоздушной смеси на уровне излива:

(2.60)

8. Площади сечения канала водоподъёмных труб непосредственно выше смесителя F1и на уровне излива F2:

(2.61)

где — скорости движения водовоздушной смеси у смесителя и на изливе, определяемые в зависимости от глубины динамического уровня воды в скважине по табл.:

Для принимаем Тогда:

9. Внутренний диаметр водоподъёмной трубы непосредственно выше смесителя при концентрическом расположении труб:

(2.62)

где — наружный диаметр воздухопроводящих труб, м. зависит от полного расхода воздуха :

Для выбираем трубы 43/34 мм; =43*10−3 м, тогда:

.

10. Внутренний диаметр водоподъёмной трубы на изливе при концентрическом расположении труб:

. (2.63)

.

Водоподъемные трубы выбираются, исходя из наибольшего диаметра, полученного при расчетах по формулам (2.62), (2.63). Выбираем водоподъемные трубы 89/79 мм с ниппельным соединением.

11. Производительность компрессора:

(2.64)

12. Рабочее давление компрессора:

(2.65)

где — суммарные потери давления в воздушной линии от компрессора до скважины, принимается равным 0,05 МПа.

13. Расчётная мощность на валу компрессора:

(2.66)

где — удельная мощность на валу компрессора (кВт), зависящая от рабочего давления компрессора:

Для принимаем = 1,03 кВт, тогда:

14. Действительная мощность на валу компрессора:

(2.67)

Воздух подается при помощи компрессора ПР-8/0,7, техническая характеристика которого (табл. 2.14) удовлетворяют расчетным требованиям.

Таблица 2.14

Техническая характеристика компрессора ПР-8/0,7

3. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

3.1 Общая экологическая характеристика района Район работ охватывает частично Батецкий и Новгородский районы Новгородской области, а также Лужский район Ленинградской области (рис. 1.1).

Рассматриваемая территория находится на равнине в бассейне верхнего течения р. Луги, в междуречьи рек Оредеж-Луга и северо-западной части Приильменской низины.

Батецкий участок поисково-оценочных работ расположен в Батецком районе вдоль обоих берегов верховья р. Луги, в 34 км западнее г. Новгорода.

Областной центр г. Великий Новгород с населением 216,7 тыс. человек расположен на обоих берегах р. Волхов и является крупным промышленным, административным, культурным центром и транспортным узлом. Новгородский район характеризуется как промышленно-сельскохозяйственный.

В связи с ограниченными запасами пресных подземных вод источником водоснабжения г. Новгорода и сельскохозяйственных предприятий являются в основном поверхностные воды.

Город Великий Новгород имеет прямое железнодорожное и шоссейное сообщение с Москвой, Санкт-Петербургом и другими городами. Существует и авиасообщение.

Участок работ пересекают шоссейная дорога Новгород-Батецкая-Луга и железнодорожная ветка, соединяющая Новгород с районным центром Батецкая.

Рельеф района представляет собой плоскую и волнистую, участками всхолмленную равнину, полого наклоненную на юго-восток в сторону р. Шелонь и оз.Ильмень. Абсолютные высоты поверхности уменьшаются в этом направлении от 70−80 м до 20 м. Наиболее расчленена возвышенная часть равнины на юго-западе территории в районе оз. Борковское. Здесь развит холмистый рельеф с относительными превышениями от 4−5 до 15−20 м.

Пониженная часть равнины в значительной степени заболочена.

Гидрографическая сеть района представлена верхним течением р. Луги и ее притоками Удрайка, Мойка, Черная. Река Луга берет начало за пределами рассматриваемой территории в Тесово-Нетыльском болоте и впадает в Лужскую губу Финского залива, т. е. относится к бассейну Балтийского моря.

От северной границы района до д. Теребони река течет в юго-западном направлении, затем резко поворачивает на запад и у д. Ожогин Волочек меняет направление на северо-западное.

На отрезке реки до д. Теребони (в пределах Батецкого участка работ) долина реки неглубокая 3−10 м шириной 300−500 м. Здесь наблюдается лишь пойма высотой 2−3 м. В районе д. Косицкое в долине реки появляется I надпойменная терраса на высоте 6−7 м над урезом воды, а от д. Ожогин Волочок и II надпойменная терраса, встречающаяся фрагментарно. Форма долины ящикообразная. На отдельных участках долины русло сильно меандрирует, образуя озеровидные расширения и старицы.

Глубина реки Луги составляет 1,6−2,1 м, ширина 10−20 м. Абсолютные отметки уреза воды в реке в пределах района изменяется вниз по течению от 43,7 м до 36,5 м.

Питание реки атмосферно-грунтовое с преобладанием атмосферного.

По данным стационарного гидрометрического створа на реке Луга в д. Воронино, расположенного в пределах участка работ, коэффициент подземного питания, являющийся показателем степени участия подземного притока в формировании речного стока, составляет 13%. Реки Шелонь и Мшага, протекающие за пределами южной границы рассматриваемого района, принадлежат бассейну оз.Ильмень. Озера имеют на территории ограниченное развитие и характеризуются небольшими размерами не более 0,5−1,0 км2: оз. Борковское, Святейское, Вяжицкое, Любыш. Крупным является только озеро Ильмень, заходящее в пределы рассматриваемого района своей западной и северной частью. Максимальная глубина озера 4,5 м, средняя 2,75 м. Площадь его зеркала варьирует в зависимости от сезонных колебаний от 770 до 2100 км², составляя в среднем 1200 км². Из озера вытекает река Волхов, ширина которой у истока 200−250 м.

Климат района умеренно континентальный с чертами морского, характеризуется теплым летом и умеренно-холодной зимой с частыми оттепелями. Среднегодовая температура воздуха +5о. Средняя зимняя температура -7о, летняя +17оС. Количество осадков за год за период 2000;2006 гг. составляло от 457 до 813 мм (метеостанция Старая Русса), в среднем 635 мм.

Среднегодовая относительная влажность воздуха составляет 70%, наименьшая характерна для мая — июля (55−58%). Снежный покров устанавливается в декабре и сходит в конце марта — первой половине апреля.

Ледостав на реках начинается в конце ноября — начале апреля. В паводок уровень воды в реках повышается на 2−3 м над меженным. Летне-осенняя межень устанавливается в июне и продолжается до конца сентября, зимняя межень начинается в ноябре — начале декабря и оканчивается обычно в конце марта.

3.2 Основные нарушения и загрязнения Основные источники загрязнения при бурении гидрогеологических скважин складываются из технико-технологических составляющих, а именно:

очистные агенты;

тампонажные смеси;

буровые сточные воды (БСВ);

шлам;

продукты сгорания топлива при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС);

горюче-смазочные материалы (ГСМ);

хозяйственно-бытовые сточные воды;

твердые бытовые отходы;

загрязненные ливневые сточные воды.

Основные факторы, нарушающие экологическую целостность природного ландшафта представляют собой следующие аспекты:

поступление токсичных веществ из шламовых амбаров, в которых скапливаются все отходы бурения, в грунтовые воды в результате отсутствия или некачественной гидроизоляции дна и стенок шламовых амбаров;

загрязнение почв и грунтовых вод в результате отсутствия надежной гидроизоляции технологических площадок (складом ГСМ и др.), а также при неорганизованном сборе сточных вод и сбросе их неочищенными в водоемы или на рельеф местности;

поступление загрязнителей в почву и грунтовые воды сточных вод и других отходов в результате порывов трубопроводов и разрушения обваловки шламовых амбаров, разлива ГСМ и отработанных масел;

поступление в природные объекты материалов для приготовления буровых и цементных растворов при нарушении требований в процессе их погрузки, транспортировки, разгрузки и хранении;

загрязнение атмосферного воздуха происходит при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС);

ущерб биосфере наносится вследствие изменения условий обитания при строистроительстве дорог, электролиний водопроводов, вырубки леса и создаваемого шума транспортом и оборудованием буровой установки.

Вредные вещества, попадая из источников загрязнения в одну из природных сред (воздушную, природную, почвенную) вовлекаются в общую миграцию (круговорот) веществ и, как правило, в течение того или иного отрезка времени получают распространение во всех природных средах. В связи с этим необходимые требования к техническим средствам и технологии ведения строительства скважин, а такжеспециальные природоохранные мероприятия должны быть направлены, в основном, на ликвидацию источников загрязнения природной среды или на сведение их влияния к минимуму, соответствующему ПДК.

3.3 Мероприятия, обеспечивающие охрану окружающей среды Перетаскивание бурового оборудования при монтаже и демонтаже производить на специальных тележках по трассам шириной не более 15 м. В случае нарушения почвенного слоя трассы перетаскивания произвести их планировку;

С целью нанесения минимума ущерба прилегающим сельскохозяйственным угодьям использовать наземные пути, только согласно утвержденной схеме;

Перед началом монтажа буровой установки необходимо снять почвенный слой глубиной до 20 см на всей площади строительства, перенести его на расстояние 75 м, уложить в виде вала для хранения до окончания работ;

Произвести планировку территории строительства буровой с уклоном, направленным в сторону, противоположную береговой линии водоема, оврага;

С целью недопущения порчи и загрязнения прилегающей территории сельскохозяйственных угодий производить обваловку;

Амбары, ГСМ и дополнительное оборудование располагать только на территории земельного отвода;

Котлованы для сброса шлама и воды цементировать слоем 10−15 см;

Запасной глинистый раствор хранить только в закрытых емкостях на специальной площадке;

Категорически запрещается слив использованного бурового раствора, промышленных сточных вод в открытые водные бассейны;

Для сохранения запасов поверхностных вод внедрить оборотное водоснабжение при бурении скважин по замкнутому циклу скважина-отстойник;

Буровые сточные воды по водоотводным канавам собираются в котлованах-ловушках, вырытых на площадке буровой. Дно и стенки котлована покрываются уплотненным грунтом. Котлован разделяется земляным валом на две половины. В первой отстаиваются взвешенные частицы. Отстоявшийся раствор по трубе поступает во вторую половину котлована, где происходит дальнейшее осаждение взвешенных частиц и испарение части жидкости;

Процесс бурения скважины будет проводиться в строгом соответствии с «Инструкциями Госгортехнадзора по ведению буровых работ» ;

ГСМ и топливопроводы необходимо герметично закрывать;

При заправке ГСМ и работе двигателей необходимо избегать утечек ГСМ на землю;

Для охраны атмосферного воздуха от загрязнения газами сократить объем работ с использованием установки ДВС заменой на установку с электроприводом;

Устьевое оборудование всех консервируемых скважин должно быть защищено от коррозии;

Устья ликвидируемых скважин должны быть оборудованы репером, на котором электросваркой делают надпись: номер скважины, наименование площади и организации, пробурившей скважину, а также ставится дата начала и окончания строительства;

После окончания работ на скважине, демонтажа бурового оборудования площадка очищается от посторонних предметов: металлолома, цемента, химических реактивов;

Сбор производственных и бытовых отходов, вывоз отходов на свалку мусора;

После окончания работ временные здания и сооружения ликвидируются, зумпфы циркуляционных систем буровых скважин засыпаются, площадки рекультивируются и передаются землепользователям;

В точке заложения скважины перед началом бурения снимается почвенно-растительный слой, который складируется, а по окончании работ укладывается на место;

Буровой шлам и керн (кроме отобранных для хранения образцов) вывозится на свалку.

Рубка леса и кустарника производится только при крайней необходимости;

Вокруг скважины устраиваются зоны санитарной охраны;

Туалеты должны устраиваться с водонепроницаемым выгребом;

Конструкция скважины обеспечивает полную изоляцию горизонтов подземных вод между собой и от грунтовых вод;

Бурение скважины предусматривается глинистым раствором, приготовленным на основе пресной воды или водой;

Скважина герметизируется и оборудуется запорным устройством;

Подъездные дороги к проектируемой скважине прокладываются с максимально возможным использованием уже имеющихся дорог.

При проведении гидрогеологических работ предусматривается соблюдение следующих природоохранных положений:

Откачки из скважин проводятся при тщательной изоляции вышележащих водоносных горизонтов;

Сброс откачиваемых вод в поверхностные водоемы будет производиться при соблюдении условия, что сбрасываемые воды не содержат токсических компонентов более ПДК;

Сброс откачиваемых вод организуется таким образом, чтобы предотвратить возможность затопления и заболачивания территории;

Почвенных, слой, пропитанный нефтепродуктами, снимают и вывозят в ближайшие отвалы или захороняют на глубину не менее 2 м, при обеспечении его изоляции от грунтовых вод. Места захоронения согласовываются с санэпидстанцией;

Непригодный буровой раствор, сбрасывают в котлован, обезвреживают в соответствии с Гигиеническими нормативами Министерства здравоохранения СССР № 1003−72 г. Котлован и амбар засыпают грунтом толщиной слоя 0.6 м и производится планировка земельного участка. Он покрывается равномерно плодородным слоем и засевается травой. Земельный участок, арендуемый под строительство скважины, возвращается по акту приема-передачи основным землепользователям в состоянии, пригодном для дальнейшего использования. Составляется отчет о рекультивации земель, снятии и использовании плодородного слоя почвы.

О фактах «Чрезвычайных происшествий», связанных с аварийным загрязнением территории и водоемов (сброс минерализованных вод, утечки ГСМ из емкостей и прочее), незамедлительно информируются местные органы Госнадзора.

4. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

4.1 Характеристика условий и анализ потенциальных опасностей Рельеф района представляет собой плоскую и волнистую, участками всхолмленную равнину, полого наклоненную на юго-восток в сторону р. Шелонь и оз.Ильмень. Абсолютные высоты поверхности уменьшаются в этом направлении от 70−80 м до 20 м. Наиболее расчленена возвышенная часть равнины на юго-западе территории в районе оз. Борковское. Здесь развит холмистый рельеф с относительными превышениями от 4−5 до 15−20 м. Пониженная часть равнины в значительной степени заболочена.

Гидрографическая сеть района представлена верхним течением р. Луги и ее притоками Удрайка, Мойка, Черная. Река Луга берет начало за пределами рассматриваемой территории в Тесово-Нетыльском болоте и впадает в Лужскую губу Финского залива, т. е. относится к бассейну Балтийского моря.

Существует вероятность встречи с хищными животными, преимущественно лосями, кабанами. Также присутствует опасность встречи со змеями, велика опасность укуса клещей, вызывающая клещевой энцефалит.

Существует опасность возникновения пожаров ввиду нахождение большого количества различных деревьев, кустарников в непосредственной близости с местом ведения работ.

В районе ведения бурения отсутствует АЭС, крупные заводы и другие объекты повышенной степени опасности.

Климат характеризуется, как умеренно континентальный. В районе преобладают ветры южных и юго-западных направлений, которые господствуют, как летом, так и зимой, возможны метели, существует опасность изоляции бригады.

Основным видом работ являются буровые работы. Бурение на участке работ проводится самоходной буровой установкой УРБ-2-А2. При работе буровой установки наибольшую опасность представляют:

— подвижный вращатель;

— открытая вращающаяся часть бурильной трубы;

— при опускании труб в скважину возникает опасная зона, которая будет равняться длине опускаемой на данный момент колонны. Максимальная длина свечи 4,80 м;

— привод буровой установки — двигатель внутреннего сгорания (ДВС), представляющий повышенную опасность вследствие большого количества вращающихся элементов: ременные передачи, карданы, ролики ремней натяжения;

— гидравлические шланги подачи, так как в процессе работы они находятся в непосредственной близости от помощника буровика, то при обрыве возможны серьезные травмы. Максимальное развиваемое давление — 60 атмосфер;

— при очистке колонкового снаряда от породы при помощи компрессора возможен вылет твердых фракций;

— при опускании обсадной колонны возможен обрыв страховочного троса;

— насос НБ — 32, при замене плунжеров возможно поражение очистным агентом, находящемся в полостях под давлением;

— нагнетательный шланг;

При работе на буровых установках проявляется ряд вредных факторов, влияющих на здоровье людей:

— вибрация от работы ДВС;

— шум от работы буровой установки, насоса, компрессора;

— пыль от используемой при приготовлении бурового раствора глины, КМЦ;

— загрязнение воздуха продуктами отработки ДВС (различные несгораемые летучие фракции, СО);

— постоянный контакт с ГСМ может приводить к аллергенным симптомам, появлению сыпи частях тела, вступающих в непосредственный контакт.

4.2 Обеспечение безопасности при проектируемых работах

4.2.1 Обеспечение безопасности при монтаже и эксплуатации оборудования На основе анализа потенциальных опасностей предусматриваются следующие мероприятия:

— выполнение работ осуществляется следующими лицами: буровой мастер, буровик V разряда, помощник буровика IV разряда, водитель II разряда, технолог — гидрогеолог;

— проводится следующий инструктаж: первичный — перед непосредственным началом работы, представляет собой ознакомление с правилами по технике безопасности и охране труда. Повторный инструктаж производится не реже одного раза в 3 месяца. Проведение первичного и повторного инструктажа по технике безопасности отмечается в «Журнале регистрации инструктажа по технике безопасности»;

— на буровых рабочие обеспечиваются спецодеждой, касками, наушниками, резиновыми перчатками, рукавицами;

Для защиты от насекомых бригада обеспечивается различными средствами индивидуальной защиты: накомарниками, спреями отпугивающими летучих насекомых.

Предусматривается обеспечение предметами по оказанию первой медицинской помощи (бинт, вата, жгут, шина).

Для поддержания бесперебойной оперативной связи между собой и базой партии, все буровые обеспечиваются устройствами сотовой и транкинговой связи.

Подготовка подъездных путей, выставление буровой установки, размещение оборудования, устройство жизнеобеспечения, освещения и другие виды работ производятся по проектной схеме:

— до начала монтажа буровой установки площадка для неё планируется и очищается. Планировка предусматривает устройство удобного подъезда и сточных канав для отвода дождевых вод и промывочной жидкости.

— подъем мачты проводится при ветре силой не более 5 балов (8−10,7 м/с), а также при отсутствии грозы, ливня, сильного снегопада.

— рабочее место бурового мастера и его помощника обеспечивается прочным настилом из досок толщиной 50 мм размером 3×4 м и защитой от ветра, атмосферных осадков и солнечных лучей.

Для предотвращения попадания на вращающиеся части и механизмы на оборудовании устанавливаются защитные кожухи, колпаки, сетки, барьеры.

При подъёме и спуске мачты, производимыми буровым мастером, зона вокруг неё радиусом 20 м (10 м высота мачты плюс 10 м) огораживается по периметру. Буровые рабочие обеспечиваются защитными касками. Общее освещение буровой от гирлянды светильников и местных источников света питаемых от сети буровой установки.

При работах по ремонту электрооборудования (электрическая часть насоса, компрессорная установка) вывешиваются предупредительные знаки и сигналы, исключающие возможность поражения электрическим током.

4.2.2 Санитарно-бытовое и медицинское обслуживание Работники проходят подробный инструктаж по оказанию первой медицинской помощи при всех видах травм.

Водоснабжения поселка не функционирует, поэтому налажена доставка питьевой воды в емкостях — 50 литров для хранения и использования непосредственно на участке.

На подготовленной площадке предусмотрено выполнение всех необходимых условий для поддержания санитарно-гигиенических норм, установлен биотуалет, баня с душевой кабиной на базе прицепа, выгребная яма в соответствии с нормами располагающаяся в стороне от водоема и строений посёлка.

Членами бригады предусматривается организовать мероприятия по уборке близлежащей территории расположения партии от мусора и обследованию камеральных и жилых помещений на наличие вредных насекомых.

4.2.3 Мероприятия по предупреждению несчастных случаев при транспортировке людей и грузов Перевозка вахтовых рабочих проводится на специально предназначенных для этой цели вахтовых машинах.

Водители автомобильного транспорта 1 и 2 класса, имеющие разрешающую отметку «Д» .

В сложных дорожных и погодных условиях водителю выдаётся маршрутная карта с указанием особенностей пути и мер безопасности.

Автомобиль с кузовом типа фургон оборудуется: открывающимися наружу дверями сзади кузова; подножками, расположенными непосредственно под дверью; ровным герметичным полом; освещением, вентиляцией и звуковой сигнализацией; глушителем, выведенным за габариты кузова на 3 — 5 см; зеркалом заднего вида. Автомобиль оборудован сиденьями, хорошо укрепленными на расстоянии 15 см до верхнего края бортов. Заднее сиденье и сиденья, расположенные вдоль бортов, имеют прочные спинки. Число перевозимых людей не превышает количества оборудованных для сидения мест. У бортовых автомобилей и автоцистерн, предназначенных для перевозок легковоспламеняющихся и огнеопасных грузов, выпускная труба глушителя выведена вправо под радиатор с наклоном выпускного отверстия вниз и оборудована искрогасителем. Автоцистерны, кроме того, оборудованы: металлическими заземляющими цепочками, приваренными одним концом к корпусу цистерны и имеющими на другом конце металлическое острие (штырь), касающееся земли; а также приспособлениями для крепления шлангов в нерабочем состоянии. Все автомобили комплектуются упорами под колеса (не менее двух башмаков), козелками и приспособлениями для жесткой сцепки при буксировании. Водитель, выезжая в рейс, берёт с собой необходимые инструменты и приспособления.

4.3 Обеспечение безопасности при чрезвычайных ситуациях

4.3.1 Предупреждение и ликвидация пожаров Так как при буровых работах используются горюче-смазочные материалы, наиболее вероятной чрезвычайной ситуацией при буровых работах является пожар; поэтому надо проводить следующие противопожарные мероприятия:

На видных местах вывешиваются плакаты-предупреждения «Огнеопасно, не курить!». В группе проведения полевых работ назначается лицо, ответственное за обеспечение мер противопожарной безопасности.

На буровой оборудуются и укомплектовываются противопожарные щиты, бочки с водой, ящик с песком, согласовав с местными органами пожарного надзора их перечень.

Перед проведением буровых работ территория вокруг буровой установки очищается от сухой травы, ветоши и кустарников в радиусе 15 м. Горючие материалы хранятся за пределами этих территорий. Внутри этих участков хранится запас топлива не более сменной потребности. Буровая установка в соответствии с ППБ обеспечивается огнетушителями (пенными ОХП-10, две штуки), ящиком с песком вместимостью 0,2 м³, войлоком, кошмой или асбестовым полотном размером 2×2 метра, двумя комплектами пожарного инструмента (лом, топор, багор), бочкой с водой, емкостью 400 литров.

При внезапном возгорании на буровой: останавливается двигатель внутреннего сгорания (ДВС); перекрывается превентором устье скважины; ставятся в известность должностные лица; вызывается добровольная пожарная дружина, пожарная охрана, медицинская часть; прекращаются всякие работы на буровой, рабочие удаляются на безопасное расстояние; закрывается движение на прилегающих дорогах.

Территория склада ГСМ обваловывается и окапывается канавкой шириной 1 метр и глубиной 0,5 метра. Топливо и смазочные материалы хранятся в закрывающейся таре.

Для курения предусматриваются специально отведенные места.

5. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ водоснабжение гидрогеологический бурение скважина

5.1 Проектирование Целью проектирования является составление проектно-сметной документации и ее утверждение Заказчиком. При проектировании выполняются следующие виды работ:

Сбор фондовых и опубликованных материалов по объекту работ;

Систематизация сведений, извлеченных из источников информации;

Составление проекта, сметы и графических приложений.

Проектирование осуществляется в ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» в г. Санкт-Петербург.

Затраты труда на составление проектно-сметной документации (ПСД) сборниками ССН-92 и СНОР-93 не предусмотрены и определяются исходя из опыта работ ООО «РИТ» на аналогичных объектах за 2013;2014 гг. Продолжительность работ составит 120 чел.-дн., объем работ — 1 комплект ПСД. Расчет затрат труда специалистов на составление ПСД приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Затраты труда на проектно-сметные работы

НП — начальник партии;

ИГ — инженер-геолог 1 категории;

ИГг — инженер-гидрогеолог 1 категории;

ИБ — инженер по бурению 1 категории;

ИЭ — инженер-экономист 1 категории;

ТГг — техник-гидрогеолог 1 категории.

5.2 Полевые работы

5.2.1 Буровые работы Проектом предусматривается бурение 13 поисково-оценочных скважин глубиной 80 м каждая, общий объем бурения — 1040 м. Бурение будет производиться вращательным способом с прямой промывкой при помощи самоходной буровой установки роторного типа УРБ-3АМ. В качестве породоразрушающего инструмента (ПРИ) предусматривается использовать трехшарошечные долота типа М-ЦВ, С-ЦВ.

Вспомогательные работы, сопутствующие бурению скважин, включают в себя проработку ствола скважин, крепление скважин обсадными трубами, цементирование затрубного пространства, ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ), опрессовку обсадных колонн, разбуривание цементных пробок (высота одной пробки — 2м), промывку скважин (перед обсадкой), ожидание при проведении геофизических исследований в скважинах (ГИС).

При проведении работ предусматривается 13 монтажей-демонтажей и перемещения буровой установки на расстояние до 1 км. Средний диаметр скважины: (445*4+349*31+219*45)/80=281 мм.

Геолого-техническая карта проектируемых скважин (скважин 2-ой группы, ССН, в.5, т.3) представлена в табл.5.2, объем вспомогательных работ в табл.5.3.

Таблица 5.2

Геолого-техническая карта скважин 2-й группы

Таблица 5.3

Объем вспомогательных работ

Расчеты затрат времени и затрат труда на бурение, вспомогательные работы и МДП представлены в табл. 5.4 — 5.7.

Таблица 5.4

Расчет затрат времени на бурение

Таблица 5.5

Расчет затрат времени на вспомогательные работы

Таблица 5.6

Расчет времени на монтаж-демонтаж и перемещение буровых установок

Таблица 5.7

Расчет затрат труда на бурение, вспомогательные работы и МДП

5.2.2 Геофизические работы При проведении геофизических исследований скважин (ГИС) предусматривается по одному выезду на каждую скважину. Объект работ находится в 34 км от базы полевого отряда (г. Новгород), путь туда и обратно — 68 км. Расчет затрат времени и затрат труда на геофизические исследования скважин приведены в табл. 5.8- 5.9.

Таблица 5.8

Расчет затрат времени на геофизические работы

Таблица 5.9

Расчет затрат труда геофизические работы

5.2.3 Гидрогеологические работы Опытно-фильтрационные работы В состав опытно-фильтрационных работ входят прокачка и откачка скважин эрлифтом. Продолжительность 1 рабочей смены при проведении ОФР составляет 7 ч, соответственно в сутках содержится 3,43 бр.-см. Продолжительность одной прокачки — 1 бр.-см., откачки 3 сут. или 10,29 бр.-см., наблюдений за восстановлением уровня воды после откачки 1 сут.= 3,43 бр.-см.

Для водоотведения во время откачек на каждой скважине планируется строительство временного водоотвода (водопровода) из труб без краски и подмотки. Длина одного водоотвода принимается равной 100 м, диаметр — 50 мм. Всего 13 водоотводов.

Таблица 5.10

Продолжительность проведения ОФР: 215,76/25,4/3,43=2,5 мес.

Таблица 5.11

Расчет затрат труда на проведение ОФР

5.2.4 Оборудование оголовков скважин Всего необходимо оборудовать оголовками 13 скважин. Затраты времени составят: 13*0,2=2,6 см. или 2,6/25,4=0,1 мес. (ССН-1, ч.4, т.59, ст. 1, гр. 3). Состав производственной группы: рабочий 2 раз., техник-гидрогеолог — 0,07 чел.-см. (ССН-1.4, п.287). Затраты труда составят: 0,4+0,07*13=1,31 чел.-дн.

5.2.5 Топографо-геодезические работы Планово-высотная привязка устьев скважин будет производиться с применением спутниковой геодезической системы 4600 LS Survegor методом статической съемки. Данный вид работ не предусматривается сборниками ССН. По опыту проведения аналогичных работ ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» продолжительность работ по привязке 13 скважин составит 3 смены. При выполнении работ предусматриваются затраты труда геодезиста 2 кат. и рабочего 3 разр. Затраты труда — 2*3 = 6 чел.-см.

5.3 Организация и ликвидация полевых работ Затраты на организацию и ликвидацию полевых работ в соответствии с «Инструкцией по составлению проектов и смет на геологоразведочные работы» т.6.8.12 составляет соответственно 1,5 и 1,2% от стоимости полевых работ.

5.4 Транспортировка грузов и персонала Транспортировка грузов и персонала включает доставку персонала и необходимых грузов от базы предприятия на участок работ и обратно, перевозку грузов в пределах участка работ, перегон буровой установки. Согласно п. 6.8.34 «Инструкции по составлению проектов и смет…», 1993 г., затраты на транспортировку грузов и персонала определяются в процентах от стоимости полевых геологоразведочных работ и строительства зданий и сооружений.

По фактическим данным ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» за последние два года стоимость транспортировки составляет 5% от стоимости полевых работ.

5.5 Камеральные работы Затраты труда на камеральные работы сборниками ССН-92 и СНОР-93 не предусмотрены и определяются исходя из опыта работ ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» на аналогичных объектах за 2013;2014 гг. Продолжительность работ составит 310 чел.-дн.

Таблица 5.15

Затраты труда на камеральные работы

5.6 Лабораторные работы Стоимости проведения анализов, указанные в табл.5.16 соответствует прайс-листам перечисленных лабораторий, с которым ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» постоянно сотрудничает.

Таблица 5.16

Стоимость проведения анализов по расценкам лабораторий

5.7 Основные технико-экономические показатели Ниже приводится сводная таблица, в которой указываются затраты времени и труда на проектируемые работы.

Таблица 5.17

Основные технико-экономические показатели

5.8 Организация работ

5.8.1 Расчет производительности труда при бурении скважин Производительность труда определяется по формуле:

(5.1)

где Qпл — планируемый объем работ в физических единицах, м, м3 и т. д.; Фрв — месячный фонд рабочего времени, смен (50,8 при двухсменном режиме рабочего времени); Звр — затраты времени в ст.-см.; к1 — коэффициент корректировки, учитывающий, что фактическая продолжительность времени отличается от принятой в ССН, к1= 1,324; к2 — коэффициент, учитывающий плановое повышение производительности труда в результате организационно-технических мероприятий, к2 = 1,05…1,3.

Бурение скважин:

.

Необходимое число буровых установок для выполнения всего объема работ:

(5.2)

где Тбур — планируемый срок выполнения буровых работ, мес.

(5.3)

Откорректированный срок выполнения буровых работ:

мес. (5.4)

Общее число буровых установок:

. (5.5)

5.8.2 План-график выполнения этапов геологического задания Календарный план-график строится, исходя из общего срока выполнения геологического задания, данных о производительности труда и сроке выполнения каждого вида работ (табл. 5.18).

Таблица 5.18

План-график выполнения этапов геологического задания, мес

5.8.3 Штатное расписание и фонд оплаты труда Численность и профессиональный состав персонала на каждый вид работ определяют на основе рассчитанных по нормам ССН затрат труда на данный вид работ и срока их выполнения:

(5.6)

где Nст — число станков в работе, nч — число работников на одной установке, С — число смен. Расчет приведен в табл.5.19.

Таблица 5.19

Штатное расписание бурового отряда

Должностные оклады приняты в соответствии с Инструкцией по составлению проектов и смет на геологоразведочные работы, 1993 г., (прил.3, табл.2) с пересчетом в текущие цены. Индекс пересчета после 01.01.2014 г. равен 2,468 (в соответствии с Федеральным Законом № 336 ФЗ от 02.12.2013 г.).

5.9 Смета на производство геологоразведочных работ

5.9.1 Расчет основных расходов по видам работ Для расчетов использованы коэффициенты, применяемые ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» при составлении смет на производство работ. Должностные оклады приняты в соответствии с Инструкцией по составлению проектов и смет на геологоразведочные работы, 1993 г., (прил.3, табл.2) с пересчетом в текущие цены. Индекс пересчета после 01.01.2014 г. равен 2,468 (в соответствии с Федеральным Законом № 336 ФЗ от 02.12.2013 г.).

Расчет № 1 на составление проекта (районный коэффициент к зарплате — 1,0; ТЗР к материалам — 1,06; ТЗР к амортизации 1,04)

Таблица 5.20

Расчет № 2 основных расходов на единицу работ на бурение (районный коэффициент к зарплате — 1,0; ТЗР к материалам — 1,06; ТЗР к амортизации 1,04; коэффициент индексации 0,985)

Таблица 5.21

Расчет № 3 на монтаж, демонтаж, перемещение (районный коэффициент к зарплате — 1,0; ТЗР к материалам — 1,06; ТЗР к амортизации -1,04; коэффициенты индексации 0,564)

Таблица 5.22

5.9.2 Компенсируемые затраты К компенсируемым затратам относятся выплаты полевого довольствия. Затраты на полевое довольствие определяются, исходя из затрат труда на проведение полевых работ и размера полевого довольствия, установленного на предприятии, для ФГУП «Петербургская комплексная геологическая экспедиция» — 500 руб. в день. Таким образом, затраты на полевое довольствие составят:

2142 чел.-дн.*500 руб. = 1 071 000 руб.

5.9.3 Сводная смета В табл. 5.34 приведена общая смета на проведение проектируемых работ.

Таблица 5.34

Общая сметная стоимость геологоразведочных работ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ожидаемыми результатами запланированных работ являются оценка и государственная экспертиза эксплуатационных запасов подземных вод в количестве 95 000 м3/сут по категории С1.

По окончании работ составляется отчетная документация. Отчетные материалы по объекту должны соответствовать действующим нормативным правовым актам, стандартам, санитарным правилам и нормам по качеству воды с учетом требований территориального центра Роспотребнадзора, классификации запасов и прогнозных ресурсов питьевых, технических и минеральных вод, приказам и распоряжениям МПР России и Роснедра в области геологического изучения и воспроизводства ресурсов и запасов подземных вод, лицензирования пользования недрами.

Окончательный геологический отчет составляется в соответствии с ГОСТ 7.63−90 «Отчет о геологическом изучении недр. Общие требования к содержанию и оформлению» и «Временными методическими указаниями по подготовке, оформлению и сдачи в федеральный и территориальный геологические фонды отчетных материалов, выполненных с использованием компьютерных технологий».

1. Антонов В. В. Поиски и разведка месторождений подземных вод / Ленинградский горный ин-т. Л., 1985.

2. Башкатов А. Д. Предупреждение пескования скважин. М., Недра, 1991.

3. Башкатов Д. Н., Панков А. В., Коломиец А. М. Прогрессивная технология бурения гидрогеологических скважин. М., Недра, 1992.

4. Башкатов Д. Н., Драхлис С. Л., Сафонов В. Ю., Квашнин Г. П. Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду. М., Недра, 1988.

5. Башкатов Д. Н., Сулакшин С. С., Драхлис С. Л., Квашнин Г. П. Справочник по бурению скважин на воду. М., Недра, 1979.

6. Бродов Г. С. Бурение и оборудование скважин на воду. Практическое руководство, проектирование и расчет. СПб, 2006.

7. Буровой инструмент для геологоразведлчных скважин: Справочник/ Н. И. Корнилов, Н. Н. Бухарев, А. Т. Киселев и др. Под ред. Н. И. Корнилова.- М., Недра, 1990.

8. Гаврилко В. М., Алексеев В. С. Фильтры буровых скважин. М., Недра, 1985.

9. Калинин А. Г., Ошкордин О. В., Питерский В. М., Соловьев Н. В. Разведочное бурение: Учеб. для вузов. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000.

10. Николаев Н. И., Нифонтов Ю. А., Блинов П. А. Буровые промывочные жидкости: Учеб. пособие. СПГГИ (ТУ), СПб, 2002.

11. Охрана труда на геологоразведочных работах /А.А. Харев, В. И. Несмотряев — М., Недра, 1987.

12. Правила безопасности при геологоразведочных работах. — СПб, 2005.

13. Правила пожарной безопасности при геологоразведочных работах ППБО-93. — СПб, ВИТР, 1993.

14. СанПиН 2.1.4.1074−01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». М., Госкомсанэпиднадзор России, 2001.

15. Сборник норм основных расходов (СНОР): Вып. 1,5 / ВИЭМС, М., 1994

16. Сборник сметных норм (ССН): Вып. 1,5-/ ВИЭМС, М., 1993.

17. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. Под ред. Козловского Е. А. 1 и 2 том. М., Недра, 1984.

18. Справочное руководство гидрогеолога. 3-е изд., перераб. и доп. В. М. Максимов, В. А. Кирюхин, Б. В. Боревский и др.

19. Справаочник по бурению геологоразведочных скважин. Под общей ред. Козловского Е. А., СПб, ВИТР, 2000.

20. Федченко А. А., Синьков Л. С. Организация, планирование и управление производством геологоразведочных работ: методические указания по курсовому проектированию / СПГГИ (ТУ). СПб, 2005.