Кольматаж фільтрів свердловин та методи відновлення продуктивності водозабірних свердловин»

Ефективна робота водозаборів підземних вод за наявності процесів кольматажу можлива лише за умови обов'язкового проведення відновлювальних заходів. Основне призначення ремонтно-відновлювальних робіт – підтримання стабільної експлуатації водозабірних споруд. Успіх цих робіт забезпечується обґрунтованим вибором міжремонтного періоду. У міру його збільшення ускладнюється технологія обробки водозабірних споруд та збільшується її вартість [7,6].

Основним завданням робіт при відновленні продуктивності свердловин на воду, обладнаних фільтрами, є видалення відкладень, що кольматують, з фільтра і з прифільтрової зони. При цьому головна труднощі полягає у видаленні кольматанту із зовнішньої поверхні фільтра та гравійного обсипання (водоносних порід). Розв'язання цього завдання досягається розчиненням кольматирующих відкладень при подачі реагенту в привибійну зону свердловини або таким руйнуванням кольматанта і цементу обростання, при якому розмір кольматирующих частинок, що утворюються, стає менше розміру пір гравійної обсипки, і вони виносяться при наступному або одночасному з імпульсним впливом.

Отже, якщо виключити методи очищення внутрішньої поверхні фільтра, то характером на фільтр і прифильтровую зону можна назвати дві основні групи методів: реагентні і імпульсні. Перша група цих методів призначена для розчинення кольматанту, і завданням технологічних досліджень є підбір виду реагенту, його кількості, обґрунтування раціональної технології обробки в залежності від гідрогеологічних умов та конструкції свердловини, надійного методу контролю ходу обробки та критерію оцінки її закінчення.

Поєднання імпульсних та реагентних методів покликане забезпечитибільшу ефективність внаслідок створення більш рівномірної водопроникності порід у прифільтровій зоні по вертикалі та розвиненій поверхні кольматанту при імпульсному впливі, що забезпечує інтенсивне та досконале розчинення внутрішньопорового цементу.

В основі імпульсних методів лежить вплив на утворення ударних хвиль, що кольматують, і створених ними високошвидкісних гідродинамічних потоків. Арсенал технічних засобів, здатних створити гідроімпульсний вплив на фільтрову частину свердловини, широкий. До них відносяться: вибух торпеди тротилового детонуючого шнура (ТДШ), вибух газової суміші, пневмоімпульс, високовольтний електричний розряд та ін. Джерелом створення пружних гідродинамічних впливів може бути вібрація та ультразвук [1].

При різних способах створення гідроудару його фізична дія на фільтр виявляється практично однаковим. Застосування електрогідравлічного способу регенерації (ЕГ спосіб), наприклад, дозволяє створити у фільтровій частині свердловини ударну хвилю, яка б'ється від каналу розряду зі швидкістю, що перевищує швидкість звуку. У міру віддалення від розрядника основні параметри ударної хвилі (тиск, швидкість та ін) зменшуються. Продукти кольматації руйнуються і диспергуються під дією ударної хвилі та гідродинамічного потоку, що утворюються у водному середовищі. Імпульсний вплив ударної хвилі у свердловині може значно зростати за рахунок її відбиття від жорстких ділянок внутрішньої поверхні фільтра. в результаті дифракції та взаємодії відбитих ударних хвиль відбувається більш ефективне руйнування цементу обростання як безпосередньо на поверхні, що фільтрує, так і в прифільтровій зоні [1].

Останнім часом запропоновано низку імпульсних методів, де як енергоносійзастосовуються газоподібні вибухові речовини. Перспективною є газодинамічна установка на основі водню. Використання енергоносія водню, одержуваного разом з окислювачем безпосередньо в зоні фільтра за рахунок електролізу води, дозволяє забезпечувати багаторазове застосування установки без її підйому для перезарядки. Спалювання суміші призводить до отримання початкових продуктів реакції в їхньому попередньому обсязі, що, крім гідроімпульсного, створює вторинний імплозійний ефект [1].

Використання імпульсних методів регенерації забезпечує досить повне механічне руйнування опадів, що кольматують, і їх частковий винос. Невіддалені частки зруйнованих утворень є каталізатором процесу кольматажу (зокрема, за рахунок здатності гідрооксидів заліза адсорбувати різні елементи). Тому процес «старіння» водозабірних свердловин, оброблених гідроімпульсними способами, протікає значно інтенсивніше, ніж у нових водозабірних споруд або відновлених реагентними методами.

Структура і характер відкладень зціментованих порід у зоні установки фільтрів підтверджують, що всі механічні та гідромеханічні способи очищення фільтрів через стовбур не можуть видалити опади на зовнішній поверхні і в зоні прилеглих порід. Застосування вибухового способу також малоефективне, оскільки під час вибуху розтріскуються зацементовані зони, утворюються мікротріщини без порушення зв'язку хімічних опадів з частинками гірських порід [2].

Найбільш ефективно в таких випадках вплив хімічних реагентів на закольматовані фільтри і прифільтрові зони і, зокрема, соляної, оцтової, сульфамінової кислот, також поліфосфатів або їх сумішей з різними добавками.

Методи кислотної обробки. Вибір методу кислотноїобробки свердловин залежить від конструкції фільтрів, хімічного складу відкладень та ін. В даний час застосовуються два основні методи: кислотна ванна та задавлювання кислоти за контур фільтра стисненим повітрям. Метод кислотної ванни полягає в тому, що в свердловину трубками заливають реагент, який під впливом великої щільності і процесів дифузії проникає за контур фільтра і розчиняє опади. При цьому способі обробки необхідно враховувати діаметр фільтра, його довжину та розмір зони кольматажу. Метод задавлювання кислоти стисненим повітрям ефективніший порівняно з кислотною ванною, оскільки кислота доставляється в пласт під тиском стисненого повітря, що подається від компресора. Після нагнітання повітря компресор відключається і розчин, віджатий за контур, повертається у фільтр свердловини, де змішуючись із кислотою, що не увійшла в реакцію, підвищує свою концентрацію. Інтервал між циклами задавлювання кислоти за контур приймається 5 – 10 хв [2].

Для очищення фільтрів як основний розчинник застосовують технічну соляну кислоту, під впливом якої солі переходять у розчинний стан за такими рівняннями:

Fe(ОН)3 + 3HCl = FeCl3 + 3 Н2О (2.1)
СаСО3 + 2HCl = СаCl2 + Н2О + СО2 (2.2)
MgСО3 + 2HCl = MgCl2 + Н2О + СО2 (2.3)
FeСО3 + 2HCl = FeCl2 + Н2О + СО2 (2.4)
FeS + 2HCl = FeCl2 + Н2S (2.5)
CuS + 2HCl = CuCl2 + Н2S (2.6)

Розчинені продукти і гази, що утворюються в результаті зазначених реакцій, видаляються зі свердловини при подальшому відкачуванні. Для промивання фільтрів використовується соляна технічна кислота концентрацією від 18 до 35,2 %.

При обробці свердловин соляною кислотою та розчиненні залізистих сполук відбувається нейтралізація соляної кислоти. Коли концентрація врозчині водневих іонів рН

Обробляти свердловини соляною кислотою необхідно при дотриманні правил техніки безпеки, оскільки недотримання їх може призвести до тяжкого отруєння. Отруєння може наступати не тільки внаслідок вдихання парів соляної кислоти, а й під дією інших газів, зокрема сірководню, який може виділятися з води при розчиненні сульфідних сполук у процесі обробки свердловин соляною кислотою. Соляна кислота є отруйною рідиною. Попадання концентрованої кислоти на шкіру спричиняє опіки, а вдихання її пари – задуху та отруєння. Усі з'єднувальні вузли монтажної схеми повинні бути герметичними, що не допускають витоку. Трубу для випуску повітря та газів із свердловини необхідно виводити у підвітряну сторону. Кислоту для затоки повинні готувати робітники, одягнені у спеціальні гумові чи вовняні костюми, гумові чоботи, рукавички та протигази [2].

Поліфосфатні обробки. Розчинний вплив соляної кислоти на опади часто супроводжується виділенням газів Н2S та СО2, які вимагають суворих правил з техніки безпеки. Гравій може розчинятися під дією кислот, що призводитиме до його просідання і викликати піскування свердловини. Великі незручності пов'язані також із транспортними перевезеннями та зберіганням соляної кислоти. Зазначені вище причини призвели до пошуку інших хімічних реагентів. Для регенерації свердловин із цією метою застосовуються солі фосфорної кислоти двох видів: гексаметафосфат натрію Na2[Na4(РО3)6] та триполіфосфат натрію Na5 Р3О10. Вплив цих солей на залізисті та карбонатні сполуки представлені такими рівняннями [2]:

Na2[Na4(РО3)6] + Fe(ОН)3 = Na2[NaFe(РО3)6] + 3NaOH (2.7)
Na2[Na4(РО3)6] + 2FeСО3 = Na2[Fe2(РО3)6] + 3Na2СО3(2.8)
Na2[Na4(РО3)6] +2СаСО3 = Na2[Са2(РО3)6] + 3Na2СО3 (2.9)
3Na5 Р3 О10 + 5Fe(ОН)3 = Fe5(Р3О10)3 + 15NaOH (2.10)
3Na5 Р3 О10 +5СаСО3 = Са5(Р3О10)2 + 5Na2СО3 (2.11)
3Na5 Р3 О10 + 5 FeСО3 = Fe5(Р3О10)2 + 5 Na2СО3 (2.12)

Для відновлення дебіту свердловин поліфосфати можуть бути успішніше використані у двох варіантах: як монореагент і як добавка до соляної кислоти для стабілізації, що попереджає випадання заліза в осад при кислотних обробках.

При вмісті 7% триполіфосфату у водному розчині розчиняється до 32% залозистого кольматанту і максимальна концентрація трипіліфосфату натрію знаходиться в межах 8 – 12%. Триполіфосфат натрію являє собою порошок білого кольору, добре розчинний у воді та кислотах. Розчин триполіфосфату може готуватись як на поверхні, так і безпосередньо в свердловині.