Контрольная работа: Эксплуатация водозаборных скважин

Обработка водозаборных скважин реагентами может осуществляться свободным наливом растворов реагентов в скважину (метод реагентной ваннны) или циклическим задавливанием реагента в скважине сжатым воздухом. Регенерация фильтров водозаборных скважин способом реагентной ванны производится при уровне залегания подземных вод более 30 м. В данном случае раствор реагента подаётся в полость фильтра и выдерживается в течение определенного времени (10-12 часов).

Реагентная обработка скважины с циклическим задавливанием реагента производится путем последовательного повышения и снятия давления или вакуумированием скважин с последующей разгерметизацией. При этом создаётся возвратно-поступательное движение столба воды в скважине и увеличивается глубина проникновения реагента за пределы фильтра в профильтровую зону и повышается интенсивность взаимодействия реагента с кольматантами. Превышение давления над естественным пластовым при циклический реагентной обработке скважин должно составлять 0,13-0,2 МПа при продолжительности задавливания 10 минут и снятии давления до 5 минут. Общая продолжительность реагентной обработки скважин циклическим задавливанием реагента снижается до 2 часов. Повышение давления в полости скважины создается за счет нагнетания сжатого воздуха или азота. При этом максимальное понижение уровня жидкости в скважине не должно быть не более 2 м.

При обработке водозаборных скважин, каптирующих водоносные горизонты сложенные известняками, реагентами с сильной кислотной реакцией должны предусматриваться мероприятия по предотвращению газлифтного выноса раствора реагента из скважины, Оголовки обрабатываемых скважин должны герметизироваться, на трубопроводах для подачи кислоты в скважину монтироваться обратные клапаны. При проведении работ по реагентной декольматации водоподъемное оборудование скважины демонтируется. Растворы жидких реагентов должны подаваться в полость фильтра скважины по специальной заливочной трубе или шлангу. При этом нижний конец трубы, устанавливается в нижней части фильтра, и в процессе подачи раствора реагента трубы поднимают таким образом, чтобы к окончанию подачи раствора реагента нижний срез заливочной трубы находился на отметке верха фильтра. После проведения реагентной декольматации фильтра из скважины удаляются продукты реакции реагента и кольматанта, а также и остаточное количество реагента откачкой на сброс. Продолжительность таких откачек после определяется периодом, в течение которою электрическое сопротивление в откачиваемой жидкости становится равным (или выше) электрическому сопротивлению воды скважины до обработки. В случае декольматации скважины кислотными реагентами время окончания откачки может определяться по значению активной реакции среды (рН) откачиваемой воды.

Процесс растворения кольматанта при реагентной обработке (особенно при использовании соляной кислоты) ускоряется при повышении температуры в зоне реакции до 50-60 ^ОС. Разогрев зоны реакции реагента с кольматантом может осуществляться различными способами:

введением в скважину дополнительных реагентов, при растворении которых в воде, выделяется большое количество теплоты (например, хлористого алюминия);

введением в скважину дополнительных реагентов, которые вступают в экзотермическую реакцию с реагентом (например, при обработках соляной кислотой могут добавляться безводный хлорид алюминия или магния);

разогревом реагента в скважине специальными нагревательными приборами.

Предложены и другие способы увеличения температуры реагента. Например, разогрев соляной кислоты может производиться за счёт её электролиза. При этом кроме увеличения температуры реагента в нём образуется раствор активного хлора, который позволяет одновременно производить подавление биохимического кольматажа в скважинах.

Биохимический кольматаж фильтров и прифильтровых зон водозаборных скважин обуславливается жизнедеятельностью железистых, марганцевых, сульфатопродуцирующих бактерий, переводящих растворенные в подземных водах в нерастворимые органические либо неорганические соединения.

Наличие процесса биохимического кольматажа в скважине может быть определено на основании данных микробиологических анализов при обнаружении штампов микроорганизмов, которые вызывают появление кольматирующих соединений. Кроме того, о наличии биохимического кольматажа можно судить по косвенным признакам - резкому снижению дебита скважин после проведения восстановительных мероприятий в течение короткого отрезка времени, наличии на конструктивных элементах скважин пенообразных образований и суспензий охристого, светло-коричневого либо черного цвета.

Основным способом борьбы с биохимическим кольматажом фильтров является хлорирование в сочетании с кислотной обработкой. Применение одного хлорирования не даёт долговременного эффекта, так как уничтожаются только микроорганизмы находящиеся на поверхности кольматанта. В то же время микроорганизмы внутри кольматанта или же в прифильтровой зоне остаются жизнеспособными. Поэтому вначале, скважина обрабатывается кислотой, которая растворяет отложения и открывает доступ к микроорганизмам, после чего скважина хлорируется. При проведении обработок скважин не должны смешиваться растворы кислотных реагентов и хлорсодержащих дезинфектантов из-за опасности выделения газообразного хлора. Поскольку железобактерии и другие микроорганизмы, которые являются причиной биохимического кольматажа, достаточно устойчивы к действию растворов активного хлора, то биоцидная концентрация в полости фильтра должна быть достаточно высокой 200-1000 мг/л активного хлора. В целях снижения расхода дезинфектанта раствор активного хлора должен вводиться непосредственно в полость фильтра по заливной трубе.

Механические и импульсные методы декольматации фильтров водозаборных скважин весьма разнообразны. К наиболее простым приспособлениям для очистки фильтров от кольматанта. относятся механические ерши, щетки, свабы, гидроерши, которые перемещают во время очистки по полости скважин с помощью штанг. Для механической очистки фильтров скважин также могут применяться такие способы как нагнетание воды в скважину с поинтервальной промывкой фильтра, откачка воды из скважины эрлифтом с изменяющимся расходом, подача в полость фильтра сухой углекислоты, желонирование, сбрасывание грузов в скважину, и т.д. У вышеперечисленных способов обработки скважин основным недостатком является их небольшая эффективность очистки из-за относительно низкой интенсивности воздействия на кольматирующие образования.

К настоящему времени разработаны способы импульсной декольматации скважин с более мощным воздействием на фильтр. Одним из таких способов является очистка фильтров с помощью взрыва торпед из детонирующего шнура (ТДШ). В данном случае для обработки фильтра используется взрыв твёрдых взрывчатых веществ в полости фильтра. При взрыве возникает ударная волна, распространяющаяся в радиальном направлении. Встречаясь со стенками фильтра, ударная волна, частично отражается, а частично переходит в затрубное пространство. Гидродинамические и фильтрационные потоки воды, сопровождающие взрывы, способствуют удалению разрушенного кольматанта с поверхности фильтра, а также из пор и трещин прифильтровой зоны.

При взрыве 1 м ТДШ выделяется энергии до 70 кДж, в фильтрах создаётся избыточное давление до 30-40 МПа. Недостатком способа являются трудность регулирования интенсивности воздействия на фильтр, из-за чего существует опасность разрушения фильтра и, соответственно выхода скважины из строя. При применении этого метода в фильтрах скважин эксплуатирующихся продолжительное время вероятность разрушения фильтра резко возрастает. Не рекомендуется обработка взрывом ТДШ скважин, оборудованных фильтрами с сетчатой водоприемной поверхностью, блочными, керамическими и пластмассовыми фильтрами.

Более широкое распространение получили способы импульсной обработки скважин, предполагающие регулирование величины импульсного воздействия на поверхность обрабатываемого фильтра. Например, электрогидравлическая обработка скважины, которая основана на импульсном выделении электроэнергии при высоковольтном искровом разряде между двумя электродами разрядника. Для реализации способа используется оборудование включающее генераторы импульсов, накопители электроэнергии (конденсаторные батареи), разрядник с коаксиальным высоковольтным кабелем. При обработке скважины разрядник устанавливается в полости фильтра, по коаксиальному кабелю к нему через короткие промежутки времени в доли секунды подводится напряжение от конденсаторных батарей. При создании высоковольтного электрического разряда в полости фильтра создаётся ударная волна, воздействующая на закольматированный фильтр. Энергетические возможности способа в сравнении с взрывом ТДШ ниже. При единичном разряде ЭГУ выделяется около 1,25 кДж энергии. Однако здесь возможно многократное воспроизведение разрядов, а также регулирование интенсивности импульсного воздействия путём изменения расстояния между электродами разрядника и величины рабочего напряжения.

При декольматации электрогидравлическим способом водозаборных скважин оборудованных трубчатыми и каркасно-стержневыми фильтрами с водоприемной поверхностью из штампованною листа или проволоки рекомендуется производить 300-500 импульсов на 1 м. Для фильтров с сетчатой водоприемной поверхностью - 100-200 импульсов на 1 м. Для фильтров из перфорированных труб, установленных в скальных или полускальных водоносных породах и в скважинах каптирующих скальные или полускальные водоносы без установки фильтров - не менее 500 импульсов на 1 м.

Способ достаточно эффективен, однако использование высоких напряжений (до 60 кВ) требует применения определённых мер безопасности для обслуживающего персонала.

Другим известным способом импульсной очистки фильтров, оборудование, для реализации которого выпускается серийно, является пневмовзрыв. Очистка фильтра пневмовзрывом основана на мгновенном преобразовании энергии выхлопа сжатого воздуха в механическую работу. Возникающая при пневмоимпульсе ударная волна и пульсация образовавшегося воздушного пузыря разрушает осадок и очищает фильтр. В состав установок для регенерации фильтров пневмовзрывом (АВПВ-150; АСП-Т) входят рессивер, компрессор высокого давления (до 15 МПа), шланги с пневмоснарядом. Перед обработкой скважины в рессиверы компрессором накачивается воздух. Затем в скважину опускается пневмоснаряд, к которому подаётся воздух из рессиверов. Обработка производится поинтервальным перемещением пневмоснаряда по полости фильтра до сработки давления в рессиверах. Пневмовзрывная установка АСП-Т обладает энергией около 25 кДж на 1 дм³ сжатого воздуха при давлении 10 МПа. Предельная глубина обработки скважин 150 м. При обработке пневмоимпульсным способом скважин и каптирующих водоносные горизонты сложенные рыхлыми породами количество импульсов определяется с учетом типа и размеров фильтра.

Подобный пневмовзрыву характер воздействия на обрабатываемый фильтр имеет взрыв горючих газовых смесей в полости фильтра. Большая часть энергии расходуется на расширение продуктов взрыва и создание гидропотока жидкости в фильтре, меньшая на воздействие ударной волной. В качестве горючих газов предлагалось применение пропана, метана, ацетилена, водорода в качестве окислителя кислорода, воздуха, хлора. Например, разработано несколько типов устройств, для очистки фильтров ацетиленовыми газогенераторами, в которых газовая смесь образуется при взаимодействии твёрдого карбида кальция с водой. Однако необходимость перезарядки газогенератора после каждого взрыва и, связанные с этим большие затраты времени на обработку фильтра явились серьёзным препятствием для широкого применения такого рода устройств.

В этом отношении более практичны устройства, разработанные в БГПА, в которых сжигается водородно-кислородная газовая смесь. В комплект установки входят скважинные снаряды, грузоподъёмная лебёдка с электроприводом и кабель-тросом, пульт управления с выпрямителями. Скважинный снаряд содержит электролизер, в котором из воды получают газовую смесь водорода и кислорода. Газовая смесь накапливается в камере сгорания и при её заполнении поджигается свечой. При взрыве 1 дм³ водородно-кислородной смеси выделяется порядка 7,7 кДж энергии, что позволяет производить достаточное воздействие на обрабатываемый фильтр. Регулирование интенсивности импульсной обработки фильтра возможно путём изменения объёма сжигаемой газовой смеси. Предельное давление создаваемое в полости фильтра при импульсных обработках не должно превышать допустимых давлений на фильтр, обусловленных его видом сроком и условиями эксплуатации (таблица).

Допустимые давления на поверхность фильтра при импульсивной регенерации водозаборных скважин

Кроме импульсных методов декольматации скважинных фильтров к настоящему времени разработаны методы декольматации, предполагающие различные способы физического воздействия на фильтр и прифильтровую зону. Например, вибрацию, акустические волны и т.д. Сущность вибрационного метода заключается в том, что при откачках из скважин в ней периодически возбуждается интенсивная вибрация с помощью рабочего органа, находящегося в зоне фильтра. Кольматант выносится из скважины с откачиваемой водой. Прокачка осуществляется путем подачи в скважину из-вне воды либо эрлифтом. Вибрационная декольматация заканчивается при прекращении выноса шлама из скважины.