ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84) часть 4 - 19. Восстановление производительности водозаборных скважин

Содержание материала

   

19. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН

19.1. Опыт эксплуатации водозаборов подземных вод показывает, что их проектная производительность может существенно снижаться во времени. Одной из причин этого явления могут быть различные виды кольматажа фильтров и прифильтровых зон скважин. Для увеличения срока их службы возникает необходимость проведения мероприятий по декольматации и восстановлению производительности водозаборов. Такие мероприятия должны проводиться систематически и предусматриваться в проекте водозабора.

19.2. Для выявления целесообразности восстановительных работ и периодичности их проведения на водозаборных скважинах необходимо в процессе эксплуатации выполнить опробование скважин для оценки роста их сопротивления и снижения удельной производительности в результате кольматации и сопоставления полученных текущих величин с первоначальными.

Для декольматации и восстановления производительности скважин используются импульсные, реагентные и комбинированные методы. Технология этих методов восстановления производительности скважин регламентируется специальными руководствами и инструкциями.

19.3. Среди импульсных методов наибольшее распространение получили взрывная, электрогидравлическая и пневмоимпульсная обработки. В скважинах с пластмассовыми фильтрами из ПВХ и полиэтилена, а также в скважинах с фильтрами блочного типа импульсные методы использовать не рекомендуется.

19.4. Для взрывной обработки применяют торпеды ТДШ (ТДШ-50, ТДШ-25, ТДШ-В), снабженные детонирующим шнуром ДШ-В или ДШУ-В, и фугасные торпеды ТШ или Ф-2 различных конструкций.

Скважины, каптирующие рыхлые отложения, обрабатывают взрывом детонирующего шнура в одну нитку при следующих видах водоприемной поверхности: проволочная намотка диаметром каркаса 168-299 мм и штампованный лист диаметром каркаса 245- 299 мм. Обработка скважин производится через 2-5 лет их эксплуатации, но не более 3-4 раз за весь период службы скважины.

Для увеличения производительности скважин, каптирующих трещиноватые полускальные породы и оборудованных перфорированным трубчатым или каркасно-стержневым фильтром, используют фугасные торпеды различной конструкции или торпеду, состоящую из двух-трех ниток детонирующего шнура. Ориентировочная продолжительность межремонтного периода скважин изменяется от 4 до 6 лет.

19.5. Для электрогидравлической обработки скважин применяют специализированные установки ЭГУ, СЭУ и др., которые последовательно по всей длине фильтра создают ударные волны высоковольтными электрическими разрядами в жидкости.

Общее время электрогидравлической обработки скважин определяется конструкцией скважины. На 1 м фильтра с проволочной обмоткой или штампованным листом достаточно 300-500 импульсов, для сетчатых-100-200 импульсов. Для фильтровых каркасов, установленных в полускальных породах, количество импульсов на 1 м фильтра должно быть не менее 500.

Рациональным межремонтным периодом при обработке скважин, каптирующих рыхлые отложения, следует считать срок, равный 7 месяцам, а при обработке скважин, каптирующих трещиноватые полускальные породы и оборудованных каркасными фильтрами, ориентировочная продолжительность межремонтного периода находится в пределах двух-трех лет.

19.6. Для пневмоимпульсной обработки скважин применяют специализированную установку АСП-Т, которая последовательно по всей длине фильтра возбуждает при помощи сжатого воздуха упругие колебания жидкости.

Пневмоимпульсную обработку скважин в рыхлых отложениях проводят в зависимости от диаметра фильтра и водоприемной поверхности в соответствии с табл. 48.

Таблица 48

Фильтр

Технологические характеристики

Диаметр фильтра, мм

 

пневмоимпульсной обработки скважин

168

219

245

Сетчатый

Объем пневмокамеры, л

0,3

0.5

1

 

Давление в воздухосборнике, МПа/см2

4-6

6-8

8-10

 

Количество импульсов на 1 м фильтра, шт.

2-3

3-5

5-8

Каркасный с проволочной

Объем пневмокамеры, л

0,3

0,5

1

обмоткой или с

Давление в воздухосборнике, МПа/см2

10-15

10-15

10-15

штампованным листом

Количество импульсов на 1 м фильтра, шт.

4-5

5-8

8-12

При обработке скважин, каптирующих водонасыщенные полускальные породы и оборудованных трубчатыми или каркасными фильтрами, рекомендуются следующие технологические характеристики обработки: объем пневмокамеры 1 л, давление в воздухосборнике 10-15 МПа/см2, количество импульсов на 1 м фильтра не менее 10.

Рациональная продолжительность межремонтного периода при пневмоимпульсной обработке скважин в рыхлых отложениях не превышает 6 мес, а при обработке скважин, каптирующих трещиноватые полускальные породы и оборудованных каркасными фильтрами, ориентировочная продолжительность межремонтного периода находится в пределах двух-трех лет.

19.7. Реагентная обработка скважин включает следующие технологические операции: выбор необходимого количества реагента, подбор его количества, монтаж необходимого оборудования, подачу раствора в фильтр скважины, создание возвратно-поступательного движения реагента в закольматированной прифильтровой зоне, определение времени окончания обработки скважины и ее прокачки для удаления остаточного количества реагента и продуктов реакции.

Реагент выбирают в зависимости от состава кольматанта и устойчивости конструкционных элементов скважин против агрессивного воздействия реагента (табл. 49).

Химический состав кольматанта оценивается по пробе осадка, отобранного с водоподъемного оборудования, обсадной трубы или непосредственно с поверхности фильтра, извлеченного на данном водозаборе.

Таблица 49

Реагент

Состав кольматанта

Устойчивость фильтра

композиция

Концентрация, %

 

и обсыпки к кислотам

HCl+Na5P3O10

(20ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 225)+0,1

2O3, Fе(ОН)3, FеСО3, FeS СаСО3, МgСО3

Фильтр и обсыпка кислотоустойчивы

N2H4-2HCl+Na5P3O10

(8ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 210)+0,1

   

NH2SO3H + Na5P3O10

(8ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 210)+0,1

   

NaHS04-H2O + ...+ Na5P3O10

(5ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 27)+0,1

2O3, Fе(ОН)3, FеСО3, FeS

То же

Na2S2O4 +... + Na5P3O10

(6ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 28)+1

Преобладают Fе2O3, Fе(ОН)3

Фильтр неустойчив к кислоте

Na5P3O10 или (NaPO3)6,

(5-8)

2O3, Fе(ОН)3, FеСО3, СаСО3, МgСО3

Обсыпка содержит известковистые соединения

HC1 + Na5P3O10

(5ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 210)+ +(3-2,5)

2O3, Fе(ОН)3, FеСО3, FeS СаСО3, МgСО3

Фильтр и обсыпка устойчивы к разбавленной кислоте

В кислотных растворах применяют ингибиторы коррозии каталин-А и каталин-Б в концентрациях соответственно 0,5 и 0,05 %. При реагентных обработках скважин следует учитывать, что из всех рекомендуемых реагентов наиболее эффективна соляная кислота, близок к ней по растворяющей способности раствор дитионита натрия, достигающий около 90 % растворяющей способности соляной кислоты. Соответственно растворяющая способность раствора гидразина солянокислого составляет 60 %, раствора бисульфата натрия водного - 40%, раствора сульфаминовой кислоты - 10%. Применение фосфатных растворов возможно лишь на скважинах, срок эксплуатации которых не более трех лет.

19.8. При отборе железосодержащих вод гидрокарбонатно-кальциевого типа в песчаных отложениях и соблюдении межремонтного периода требуемое количество реагента приближенно может быть определено по табл. 50.

Таблица 50

Диаметр фильтра

 

Количество, кг

длиной 10 м, мм

Объем раствора, л

соляной кислоты 25 %-ной концентрации

порошкообразных реагентов

168

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

219

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

245

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

299

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Примечание. Над чертой - для гравийно-проволочных фильтров; под чертой - для сетчатых и блочных фильтров.

При приготовлении растворов из порошкообразных реагентов в заливочной емкости концентрация раствора в ней, необходимая для создания в фильтре скважины оптимальной концентрации, определяется по формуле

Ceмк = Coпт(Veмк+Vф)/Veмк, (226)

где Vф - объем воды в фильтре скважины, л; Vемк - объем раствора в заливочной емкости, л; Семк - концентрация реагента в заливочной емкости, %; Сопт - оптимальная концентрация реагента, %.

При подаче раствора непосредственно в ствол скважины необходимо учитывать весь объем воды, заключенный в нем.

Для восстановления производительности скважин, каптирующих трещиноватые карбонатные породы, необходимое количество соляной кислоты составляет 6-8 т, что позволяет не только растворить кольматирующие образования, но и существенным образом увеличить производительность скважины за счет увеличения проницаемости призабойной зоны. Добавка к соляной кислоте уксусной кислоты с концентрацией 1-3 % позволяет снизить скорость реакции соляной кислоты с карбонатами, что увеличивает дальность ее проникания в пласт.

19.9. Для восстановления производительности скважин реагентными методами необходимо следующее оборудование: передвижная емкость или баллоны в кислотостойком исполнении для доставки кислоты к скважине; заливочная емкость для приготовления раствора; насос в кислотостойком исполнении для закачки раствора в фильтр скважины; оголовок для герметизации устья скважины; пакер для герметизации фильтра; шланги для подачи реагента и отвода продуктов реакции; манометр; эрлифтная система; компрессор производительностью 3-6 м3/мин. В основном все оборудование для обработки скважин является стандартным; определенную специфику представляет оголовок для герметизации устья скважины. Основные типы оголовков представлены на рис. 110, а пневматический пакер для герметизации фильтра - на рис. 111. Для герметизации фильтра, установленного впотай, эффективно применение конического резинового уплотнительного элемента, герметизирующего фильтр под действием силы тяжести несущих труб.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 110. Конструкция оголовков скважины при реагентной обработке фильтра и прискважинной зоны

1 - обсадная колонна; 2 - нижний фланец; 3 - резиновая прокладка; 4 - отверстия под стягивающие болты; 5 - верхний фланец; 6 - корпус оголовка; 7 - патрубок для заливки реагента; 8 - вентили, 9 - манометр; 10 - патрубок для выпуска продуктов реакции.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 111. Пневматический пакер

1 - труба для подачи сжатого воздуха; 2 - фланец; 3 - опорный фланец; 4 - уплотнительный элемент; 5 - защитная покрышка; 6 - обечайка; 7 - ниппель; 8 - воздухопровод; 9 - труба для подачи реагента; 10 - резиновая прокладка; 11 - шайба; 12 - гайка; 13 - фаска для соединения хомутного типа

В условиях близкого залегания уровня подземных вод к верхней части фильтра, при установке фильтров большей длины и негерметичности эксплуатационной колонны труб используют специальное устройство (рис. 112), обеспечивающее непрерывное возвратно-поступательное движение реагента в закольматированной зоне и исключающее проникание сжатого воздуха в прифильтровую зону. Коническое седло с плавающим клапаном этого устройства представлено на рис. 113.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 112. Устройство для циклической реагентной обработки

а - после монтажа устройства; б - при задавливании реагента; 1 - скважина; 2 - фильтр; 3 - опора; 4 - труба; 5 - межтрубное пространство; 6 - пакер; 7, 18, 24 - трубопроводы; 8, 16, 19, 23, 25 - вентили; 9 - муфта; 10 - перфорированное отверстие; 11 - угловой клапан; 12 - коническое седло; 13 - шаровой клапан; 14 - реагентопровод; 15 - крышка; 17, 21 - обратные клапаны; 20 - воздуховод; 22 - манометр; 23 - уровень подземных вод; 27 - реагент.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 113. Коническое седло с плавающим шаровым клапаном и перфорированной перегородкой

19.10. При глубоком залегании уровня подземных вод (более 60 м) для восстановления производительности скважин на воду может использоваться способ "реагентной ванны". При восстановлении производительности скважин, каптирующих песчаные отложения, рекомендуемая длительность "реагентной ванны" 10-12 ч. При обработке скважин, каптирующих водонасыщенные трещиноватые карбонатные породы, целесообразно после закачки 6-8 т кислоты в герметизированную скважину продавить ее в пласт водой. Объем продавливаемой воды составляет 3-5 м3 при расходе воды не менее расхода поданной ранее кислоты. Кислота в герметизированной скважине выдерживается до окончания реакции кислоты с породами, что контролируют по окончанию газовых выделений из скважины.

19.11. Наиболее эффективная регенерация герметизированных скважин, каптирующих песчаные породы, обеспечивается созданием пульсирующего возвратно-поступательного движения реагента в прифильтровой зоне, осуществляемого путем повышения и снятия давления или путем вакуумирования скважины с последующей ее разгерметизацией. Количество задавливаемого реагента должно быть достаточным для заполнения пор гравийной обсыпки или закольматированной прифильтровой зоны, поэтому время задавливания и снятия давления определяется положением уровня жидкости в стволе скважины, что может контролироваться с помощью уровнемера. Ориентировочно в каждом цикле повышения - снятия давления должно обеспечиваться давление 0,15-0,2 МПа/см2 в течение 5 мин для гравийных фильтров и 10 мин для фильтров сетчатого и блочного типа с последующим сбросом давления в течение 3 и 5 мин соответственно. При обработке скважины с применением специального . устройства (см. рис. 112) время окончания задавливания реагента контролируется по моменту постановки плавающего шарового клапана на коническое седло, что фиксируется скачком давления на манометре, а время сброса давления и выпуска продуктов реакции принимается не менее времени задавливания реагента.

Время окончания циклической реагентной обработки при режиме задавливания реагента сжатым воздухом может определяться по стабилизации времени восстановления уровня, или времени задавливания реагента в скважине, или по стабилизации электрического сопротивления реагента, измеряемого в фильтре скважины. Общая продолжительность обработки может также приниматься не более трех часов.

После окончания обработки производят демонтаж оборудования, монтаж эрлифта или другого водоподъемного оборудования и прокачивают скважину. При прокачке из скважины удаляются остаточное количество реагента и продукты реакции. Во всех случаях при прокачке скважин всасывающая система водоподъемного оборудования должна располагаться в нижней части фильтра. Прокачка скважины прекращается, когда электрическое сопротивление откачиваемой жидкости становится равным электрическому сопротивлению чистой воды, зафиксированному перед обработкой в скважине.

19.12. С целью интенсификации обработки и достижения высоких показателей восстановления производительности скважин целесообразно применять комбинированный виброреагентный метод, разработанный ВНИИГС и ВОДГЕО, при котором воздействие на кольматант реагентом сочетается с его гидродинамической обработкой вибрирующим рабочим органом, осуществляемой виброустановками ВУР, применяемыми для разглиниэации скважин (см. разд. 3 настоящего Пособия). Вибрирование ускоряет реакцию растворения кольматирующих веществ, способствует разрушению их структурных связей, улучшает условия массообмена на контакте реагент-кольматант.

Виброреагентная обработка скважины включает в себя серию последовательных циклов, в каждом из которых чередуют вибрирование в течение 5-10 мин и выпуск продуктов реакции 3-5 мин. Общее время вибрирования составляет 40-60 мин, после чего осуществляют прокачку скважины. Время окончания обработки может контролироваться по стабилизации электрического сопротивления реагента или по достижению стабилизации наименьших по ходу обработки амплитуд гидродинамического давления, создаваемого в фильтре вибрационным рабочим органом. Для комплексной механизации работ виброреагентную обработку рационально осуществлять с использованием самоходных агрегатов АВО-2 и АВР-1 (см, разд. 3 настоящего Пособия).

19.13. В скважинах, значительное время находившихся в эксплуатации, для эффективного восстановления их производительности рекомендуется производить предварительное разрушение кольматирующих образований с использованием импульсных методов (взрыв детонирующего шнура, электрогидравлическая и пневмоимпульсная обработка) и последующую реагентную обработку.

19.14. Межремонтный период скважин водозабора Tмр в условиях сложного взаимодействия системы скважин и их кольматации определяется по времени стабильной работы скважин как сооружения, обеспечивающего производительность водозабора в целом с обеспечением допустимого понижения уровня.

При оценке действия одиночной скважины, а также отдельных скважин в водозаборе или дренажной системе состояние скважины и необходимость ее регенерации определяются на основе построения графиков зависимости ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2к = f(t) и q = f(t), где ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2к - показатель сопротивления, обусловленный кольматационными процессами, q - удельный дебит скважины. Восстановительные мероприятия приурочиваются к началу интенсивного изменения этих параметров до значений меньших, чем заданная удельная производительность.

При оценке действия системы скважин необходимо принимать во внимание, что зачастую отсутствует период стабильной работы системы tстаб, и межремонтный период будет определяться темпами снижения удельной производительности системы в целом (рис. 114).

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения) часть 2

Рис. 114. Изменение во времени суммарной удельной производительности самоизливающихся скважин дренажной системы

1 - по данным наблюдений; 2 - после реагентной обработки; 3 - прогнозные снижения; 4 - требуемая производительность системы; 5 - предельный срок межремонтного периода

При уточнении начала ремонтного периода системы скважин необходимо учитывать общее количество скважин, время, затрачиваемое на их обработку, степень восстановления производительности относительно первоначальной. Это определяется способностью кольматирующих соединений растворяться в выбранном реагенте, гидродинамическими и термическими условиями обработки, эффективностью используемого способа и др.

Ориентировочно межремонтный период при эксплуатации водоносных песчаных горизонтов с железосодержащими подземными водами гидрокарбонатно-кальциевого типа составит для импульсных методов до одного года, для реагентных и комбинированвых методов два - четыре года.