Научные статьи

МЕЖРЕМОНТНЫЙ ПЕРИОД РЕГЕНЕРАЦИИ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН

А.А.Цымбалов

Библиографическая ссылка на данную статью (ГОСТ): Цымбалов А.А. Межремонтный период регенерации водозаборных скважин [Электронный ресурс] / А.А.Цымбалов // Водоснабжение и санитарная техника. №10.2017. С 20-25 URL: http://doktorsc.ru/index.php/nauchnye-stati/109-mezhremontnyj-period-regeneratsii-vodozabornykh-skvazhin. 

Аннотация:
Разработка новых методов ремонта скважин в России является актуальной задачей. На основе регионального опыта показано, что поддержание дебита скважины в процессе эксплуатации возможно на основе плановых ремонтных работ. Основным фактором для проведения ремонтно-восстановительных работ является кольматация фильтровой части скважины, которая нарушает водообеспеченность и снижает ее дебит. Для поддержания проектной производительности следует либо создать новый источник, либо выполнять специальные ремонтно-технологические операции по восстановлению прежней работоспособности. Затраты на восстановление скважины составляют 25–30% от стоимости организации нового водозабора. Правильный выбор метода ремонта и межремонтного периода ремонтно-восстановительных работ влияет на долговечность и жизненный цикл скважины. Исходя из региональной практики сформулированы подходы к решению проблемы декольматации. Рекомендованы межремонтные сроки для методов регенерации закольматированных скважин.
Ключевые слова: водозаборная скважина, методы регенерации, ремонтно-восстановительные работы, межремонтный период, кольматация, жизненный цикл скважины.
 

Водным ресурсам России отводится значительная роль в решении социально-экономических задач. Режим рационального использования подземных вод связан с их экологической устойчивостью к загрязнениям в сравнении с открытыми водоемами.

Ежегодное строительство новых скважин, эксплуатация вновь пробуренных и поддержание нормального состояния скважин, построенных еще в период СССР, требуют организации технического обслуживания этого фонда на современном уровне. Поэтому обеспечение работоспособности скважин и эксплуатационной надежности водоприемной части (фильтра), а также разработка новых методов и технологий ремонта скважинных водозаборов являются важной научно-технической задачей.

Скважина – водозаборное инженерное сооружение для добычи подземных вод. Для надежной эксплуатации скважин в течение жизненного цикла требуется комплекс ремонтно-технических мероприятий. Поддержание проектной производительности скважин с планированием операций по их техническому обслуживанию и ремонту возлагается на недропользователя [1].

Основным фактором для проведения ремонтно-восстановительных работ является кольматация фильтровой части скважины, которая нарушает водообеспеченность и снижает ее дебит. Для поддержания проектной производительности следует либо создать новый источник, либо выполнять специальные ремонтно-технологические операции по восстановлению прежней работоспособности. Затраты на восстановление скважины составляют 25–30% от стоимости организации нового водозабора[2].

Кольматация фильтра скважины происходит по разным причинам и может иметь механическое, физико-химическое, биологическое или комбинированное происхождение [3-5]. Нормальная эксплуатация водозаборных скважин возможна при обеспечении таких критериев, как ремонтопригодность и долговечность. Ремонтопригодность скважин зависит от вероятности отказов и продолжительности устранения их последствий. Долговечность скважины определяется ее способностью сохранять эксплуатационный ресурс до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и капитального ремонта. Наступление предельного состояния (технического обслуживания и капитального ремонта) ожидается в течение регламентированного нормативного ресурса (t). Для скважинных водозаборов он принят 15–20 лет [6]. В зависимости от проектной документации, определяемой гидрогеологическими, технологическими и нормативно-техническими особенностями, время проведения технического обслуживания составляет 2–3 года, капитального ремонта – 5–10 лет. Необходимо учитывать возможность сочетания вариантов по назначению буровых скважин: временные водозаборы (например, строительные) со сроком эксплуатации 3–5 лет, периодические водозаборы (например, оросительные) со сроком 3–4 месяца в году.

Проведение технического обслуживания и капитального ремонта скважин в период их работы следует рассматривать по принципу контролируемой безопасности. Скважина как открытая инженерно-геологическая система развивается в условиях полной неопределенности и динамического влияния со стороны гидрогеологических свойств продуктивного пласта, погодных условий, аномальности сезонных времен года, эксплуатационных параметров, технологических особенностей буровых работ. Поэтому скважинами наследуется стартовый риск по формированию генезиса кольматации околоскважинного пространства. Данный риск является как бы отложенным с момента начала эксплуатации скважины. Отложенная уязвимость данного риск-события (кольматация) образуется в водонасыщенных грунтах за счет ряда факторов: химического состава подземных вод, гранулометрической фракции гравийной обсыпки, давления верхних слоев кровли, режима эксплуатации и др. У каждой скважины так называемые наследственные признаки риск-события строго индивидуальны, поэтому вероятность наступления кольматации в период жизненного цикла скважины может быть разной [7-9].

Опыт ООО «Архимед» в проведении ремонтно-восстановительных работ водозаборных скважин на геологических комплексах Саратовской области (обследование технического состояния, диагностика, ремонт, профилактика кольматации) показал, что уровень технической культуры недропользователей в обслуживании инженерных систем, в том числе скважинных водозаборов, весьма низкий. Слабый контроль эксплуатационных параметров, запущенность в ведении системы планово-предупредительных работ приводит к возникновению чрезвычайных ситуаций на водозаборном сооружении, после которых ремонт чаще всего носит реанимационный характер [2] с резким снижением жизненного цикла скважины. Низкое качество буровых работ из-за отсутствия операции освоения скважины после бурения с целью улучшения гидродинамики в системе «пласт – скважина» постоянно увеличивает количество скважин, требующих внеплановых ремонтно-восстановительных работ. Анализ результатов наблюдений показал, что появление некондиционных скважин наметилось с середины 1990-х годов.

Для восстановления и поддержания эксплуатационной производительности скважин, а также для продления их долговечности применяют различные методы ремонта. На сегодняшний день известны (по разным источникам) от двух до четырех десятков методов ремонтных работ водоприемной части скважин. В практике широкое применение нашли реагентные, импульсные и комбинированные методы [4,10-12]. Эффективность использования методов ремонта определяет рекомендуемый межремонтный период после регенерации фильтровой зоны скважины. За усредненный межремонтный период можно принять от 9 до 24 месяцев после декольматации [4, 10,11].

Разброс данных (min=5мес, max=33мес.) в работах [4,10-12] объясняется тем, что ремонт скважин осуществлялся в зависимости от технического состояния (степени закольматированности околоскважинной зоны) исследуемого объекта, метода ведения ремонтно-восстановительных работ и физико-механических свойств сформированного кольматанта. Близкие значения по времени продолжительности эксплуатации скважины до и после ремонтно-восстановительных работ были получены В. Т. Гребенниковым на 214 водозаборных скважинах в Саратовской области, при изучении долговечности скважин в Белоруссии и Новосибирской области, а также на скважинах Краснодарского края [13-15].

Опыт ремонтно-восстановительных работ скважин на территории Саратовской области с помощью метода ВИГДОС-СИЦА, разработанного ООО «Архимед» [1,2,12,16], на разных геологических комплексах глубиной 25–80 м (выборка из 70 скважин с различной степенью прочности кольматанта: предел прочности на разрыв σр = 3,51 МПа, предел прочности на сжатие σсж = 11,4 МПа [1,5]) показал следующие интервалы межремонтного периода: минимальные – 1,5–2 года, максимальные – 3–6 лет.

Опираясь на внедрения ООО «Архимед» метода ВИГДОС-СИЦА в Саратовской области и данные исследований [17], о том, что ежегодное строительство скважин в РФ составляет около 60 000 шт., требующих РВР – около 20 000 шт., а возвращенных из бесхозного фонда в эксплуатационный оборот - 3 000шт., определим экономию от ремонтно-восстановительных работ по РФ формулой (1):
Э = Э1 Х П                                                                                                                                                  (1)
Где:
Э –суммарный экономический эффект от внедрения нескольких скважин, руб.;
Э1 –экономический эффект от внедрения одной скважины, руб./шт.;
П – общее количество скважин, шт.
При подстановке в выражение (1) среднего значения экономического эффекта от внедрения ООО «Архимед» в ценах 2017г. - Э1 = 650 000 руб. и П = 3 000 шт. получим (2):
Э=650 000руб./шт. х 3 000шт. = 1 950 000 000руб. (2)

Вывод

Для водозаборных скважин, вышедших из работоспособного состояния по причине кольматации в срок до 5 лет, в отдельных случаях затраты на ремонтно-восстановительные работы могут превышать капитальные затраты на строительство новой скважины. Правильный выбор метода ремонта и межремонтного периода ремонтно-восстановительных работ влияет на долговечность и жизненный цикл скважины.

Работа выполнена в рамках Программы НИР «Архимед» Аrh. № ТЭР-R 642012-0001.000 «Исследование процессов кольматации околоскважинной среды и разработка методов декольматации водопропускных устройств: п.п. «а» – «е»; разд. 1, разд. 2».

Библиографический список

1. Цымбалов А. А. О прочностных особенностях кольматанта водозаборных скважин и деструктивных методах воздействия // Водоснабжение, водоотведение, экологическая безопасность строительства и городского хозяйства: Сборник научных трудов НПО ВОДГЕО. Вып. 17. – М.: Изд-во ДАР/ВОДГЕО, 2015. С. 110–112.
2. Цымбалов А. А. Регенерация подземных источников при проведении восстановительных работ после чрезвычайных ситуаций // Анализ, прогноз и управление природными рисками в современном мире: Сборник научных трудов РАН, ИГЭ РАН, ВНИИ ГОЧС (ФЦ). В 2-х томах. Т. 2. – М.: РУДН, 2015. С. 415–419.
3. Верстов В. В., Копанский А. Г. Пути совершенствования технологических решений устройства водозаборных скважин, пробуренных на мелкозернистые и пылеватые пески // Вестник гражданских инженеров. 2013. № 2 (37). С. 104–109.
4. Морозов Э. А., Стецюк А. В. Справочник по эксплуатации и ремонту водозаборных скважин. – Киев: Будiвельник, 1984. 96 с.
5. Цымбалов А. А. Результаты исследований структуры кольматационных отложений в водозаборных скважинах / Геологические науки: Сборник научных трудов СГУ и НВ НИИГГ. – Саратов: Издательство СО ЕАГО, 2014. С. 79–81.
6. Алексеев В. С., Мартинцов С. Н. К оценке жизненного цикла скважин на действующих водозаборах // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 2. С. 16–24.
7. Цымбалов А. А. Объяснение физических явлений и процессов декольматации околоскважинной зоны с применением математического моделирования // Приложение математики в экономических и технических исследованиях. Т. 1. № 7. – Магнитогорск: Издательство МГТУ, 2017. С. 199–204.
8. Цымбалов А. А. Рекомендации в устранении и предотвращении пескования водозаборных скважин // Новые идеи в науках о Земле: Сборник научных трудов РГГРУ. В 2-х томах. Т. 1. – М., МГРИ-РГГРУ, 2017. С. 494–495.
9. Tsymbalov A. A. Role of seismohydrogeologic effects in solution of problems on borehole area dekolmatation: Aftereffekt. Part II // Seismological Conference (TASECO–2016). – Tashkent: Muxammad Poligraf, 2016. Р. 606–609.
10. Ловля С. А. Взрывные работы в водозаборных скважинах. – М.: Недра, 1970. 120 с.
11. Романенко В. А., Вольницкая Э. М. Электрофизические способы восстановления производительности водозаборных скважин. – М.: Недра, 1986. 112 с.
12. Цымбалов А. А. Новые возможности метода очистки водозаборных скважин с импульсной активизацией призабойной зоны // Озон и другие экологически чистые окислители. Наука и технологии: Сборник научных трудов МГУ. – М.: Макспресс, 2016. С. 135–145.
13. Гребенников В. Т., Шакурова В. И. Реагентное освоение скважин сельскохозяйственного водоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. 1991. № 9. С. 19–20.
14. Шейко А. М., Ивашечкин В. В., Холодинская Н. В., Макарова Э. А. Анализ долговечности водозаборных скважин г. Минска // Вестник БНТУ. 2006. № 1. С. 27–31.
15. Омельянюк М. В. Технологии ремонта и восстановления водозаборных скважин // Водоснабжение и санитарная техника. 2015. № 3. С. 25–31.
16. Цымбалов А. А. Метод наилучших доступных технологий в регенерации закольматированных водозаборных скважин: – М., РУДН. 2017. Вып. 19. С. 434–439.
17. Сердюк Н.И. Совершенствование технологии кавитационного декольматажа фильтровой области гидрогеологических скважин : дис. ... док-ра техн. наук : 25.00.14 / Моск. гос. геологоразведоч. акад. им. С. Орджоникидзе (МГГА). 294с.