О декольматации скважин

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДЕКОЛЬМАТАЦИИ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН

А.А. Цымбалов 

Библиографическая ссылка на данную статью (ГОСТ): Цымбалов А.А.Исследование процессов декольматации водозаборных скважин [Электронный ресурс].М.,2014-2018.- URL:http://www.doktorsc.ru/index.php/issledovanie-protsessov.

 

   Подземные воды играют значительную роль в водообеспеченности городского и сельского населения Российской Федерации. В сложившейся экологической обстановке в России при росте загрязнений поверхностных водоемов источником водоотбора становятся водоносные горизонты, как наиболее защищенные от каких-либо загрязнений[8,13]. Данная ситуация привела к увеличению бурения новых скважин в промышленных районах урбанизированных территориях и сельской местности. Каждая введенная в эксплуатацию новая скважина является дополнительной антропогенной нагрузкой на окружающую среду. Большое количество скважин на локальной территории особенно в промышленной зоне приводит к ухудшению качества подземных вод вследствие бактериального и химического загрязнения. Такие условия создают ряд неблагоприятных факторов для санитарно-экологической обстановки в регионе и отражаются на жизнеобеспечении всех живых организмов, в том числе человека, и здоровье людей [8,9, 10,13].

   Водозабор из подземных источников в виде артезианских скважин в период эксплуатации сопряжен с проблемой кольматации (закупорки) околоскважинного пространства. Процесс заиливания фильтрационной зоны приводит к снижению производительности, цикличной работе скважины, ухудшению санитарно-гигиенических показателей качества артезианской воды [11]. Опыт эксплуатации водозаборных скважин показывает, что их проектная производительность со временем снижается. Только (20-40)% скважин полностью отрабатывают свой срок. Из нашей практики имеются случаи, когда скважины перестают работать, не выработав амортизационный срок(25 лет). Снижение дебита скважин вызвано неизбежным процессом кольматации (механическая, химическая, биологическая) околоскважинного пространства[4,5].

 

а) Сетка фильтра с внешней стороны б) Сетка фильтра с внутренней стороны

Рис.1. Фрагменты кольматации фильтрационной колонны артезианской скважины (Ø159мм, Н=57м):
а) фильтрационная сетка со стороны предфильтровой зоны околоскважинного пространства;
б) фильтрационная сетка со стороны прифильтровой зоны (внутренней части фильтра) 

 

         Причиной кольматации являются сочетание физико-химических, бактериологических процессов в предфильтровой зоне околоскважинного пространства (ПФЗОП) за счет:

1)проникновения глинистых растворов в продуктивный пласт в процессе проведения буровых работ;

2) образования осадочного нароста в перфорационных отверстиях фильтрационной колонны и ячейках сеток фильтра полученных в результате реакций химических элементов артезианской воды с отдельными компонентами органического и не органического характера во внутренней части фильтра;

3)кольматации каналов ПФЗОП вызванная режимами эксплуатации;

4) кольматации капиллярной системы продуктивного пласта водоносного горизонта (ППВГ), образующей донорскую пространственную сеть притока артезианской воды, вследствие забивания поровых каналов коллоидно-дисперсными взвесями[4]. 

     В результате кольматационных процессов на сетке скважинных фильтров (рис.1) и песчано-гравийных обсыпках образуются глинистые коллоидно-дисперсные частицы и прочие нерастворимые разнородные соединения (соли железа, марганца и их гидрооксиды, карбонаты кальция и магния, соединения кремнекислоты и сульфиды) [4]. Они закупоривают поровое пространство предфильтровой зоны скважины (рис.2), снижая коллекторские свойства околоскважинного пространства водоносного горизонта и приводя к уменьшению дебита, ухудшению органолептических и санитарно-химических показателей воды.

   Для восстановления потерянной производительности водозаборов прибегают к бурению новых скважин, что ведет к росту общих капитальных затрат предприятия по водообеспечению.
Для населения это находит отражение на росте стоимости предоставляемых им услуг, для предприятий – это приводит к росту себестоимости выпускаемой продукции.

Рис.2. Фрагмент структуры порового пространства кольматанта 

Для поддержания стабильного режима эксплуатации, продления срока службы скважины, обеспечения приемлемого качества воды путем проведения чистки скважины ее дезинфекции, ремонту и техническому обслуживанию с минимально вредным воздействием на окружающую среду следует систематически проводить мероприятия предусмотренные рабочим проектом и техническим регламентом по декольматации скважин.

   Практика эксплуатации водозаборных скважин[13] показывает низкий уровень знаний обслуживающего персонала и инженерно-технической службы в понимании значимости проведения декольматации скважин и отрицательных последствий при не соблюдении сроков их проведения. Следует констатировать, что современные типовые конструкции скважин с установкой фильтров «впотай» или на эксплуатационной колонне являются не ремонтопригодными для осуществления капитального ремонта скважин (КРС). Проведение мероприятий по декольматации скважины связано с привлечением подъемно-транспортной техники и осуществлением монтажно-демонтажных операций насосно-компреcсорных труб (НКТ) и глубинного насоса привлеченными специалистами. Это требует дополнительных финансовых затрат. В период проведения работ прекращается эксплуатация скважины и водообеспечение, повышается вероятность нестандартных ситуаций при опускании и подъеме водоподъемного оборудования и НКТ.

  Учитывая все эти сложности, недропользователи, неохотно идут на предписанные сроки проведения межремонтных работ (МРР) по декольматации скважин и сами ускоряют процесс кольматации. Если на первой стадии образования кольматации структура кольматанта легко поддается разрушению и можно применить импульсные способы воздействия, то по прошествии определенного периода, когда кольматационный осадок набирает прочностные свойства и превращается в окаменелую породу, применяют реагентный метод или комбинированный[4]. Использование реагентного способа создает продукты реакции в скважине, которые удаляются на дневную поверхность в ходе технологических откачек.

        Теоретически применяемые реагенты не должны воздействовать на подземные воды водоносного горизонта и ухудшать качество воды. Согласно требований ВОЗ [Рекомендации.Т.1,Женева,2004] технологических процессов по восстановлению дебита скважин на воду не должны ухудшать качество питьевых вод.


      Применяемые нами методы восстановления дебита скважин основаны на исследованиях в области сейсмоакустики, волновых технологий и физико-химической механики. В зависимости от структуры сформированного кольматанта выбирается определенный способ интенсификации [15, 16]. Как известно, строительство каждой скважины является процессом строго индивидуальным, не имеющих прямых аналогов. Поэтому идентична ситуация и по регенерации скважины, т.е. по сути, восстановление дебита скважины уподобляется проведению научного эксперимента в не стабильных полевых условиях [14].

      Изучение нами вопроса кольматации скважин создали предпосылки для разработки технологии, где техническими средствами оказывают локальное воздействие на ПФЗОП продуктивного пласта водоносного горизонта. Таким образом, в области возмущенной части ППВГ создается некая активность, имитирующая природные геодинамические воздействия и побуждает низкопроницаемые изолированные зоны к капиллярной подпитке общей донорской пространственной сети артезианской воды (невозмущенная часть ППВГ) [4, 18].
     С применением нашего оборудования создаются условия воздействия среды на кольматант околоскважинного пространства с разупрочнением его структуры. На внешних и внутренних поверхностях кольматанта в порах, пустотах, зародышевых микротрещинах возникают процессы деформирования и потери прочности, что приводит к пластификации
кольматанта. 

     Эффективность работы регенерируемых скважин по нашей технологии составляет от 24 месяцев до 6 лет и зависит от остаточного ресурса скважины, дебита водоносного горизонта, геологического строения разреза, в котором размещена фильтрационная колонна  и ряд др. факторов.

Коэффициент успешности восстановления дебита скважин имеет интервал (85-92)%.

ЛИТЕРАТУРА

 [Номера ссылок источников указаны из раздела  «Литература»  «Список трудов»]

Список трудов