Роль подземных вод в общем балансе водопотребления, как в нашей стране, так и в странах СНГ, постоянно возрастает. В сельскохозяйственном водоснабжении подземные воды служат основным источником, особенно при организации водоснабжения небольших водопотребителей.
В Казахстане система локального водоснабжения включает более 54 тыс. водозаборных скважин, 23 тыс. шахтных колодцев 18,3 тыс. км водопровода. Забор подземных вод оценивается в 2,5 куб. км в год [1].
Как показывает практика, период устойчивой работы водозаборных скважин с постоянной производительностью незначителен и составляет от полугода до 5лет. В дальнейшем происходит зарастание фильтров и прифильтровых зон скважин, а вместе с этим падение их дебита. Плановые сроки эксплуатации скважин превышают фактические, поэтому важно вовремя принять меры по регенерации.
Эффективность и долговечность работы водозаборных скважин зависит от службы поддержания их в рабочем состоянии. Известно, что в процессе длительной работы фильтры скважин и вся прифильтровая зона забивается наносами, что отрицательно сказывается на работе скважин в целом.
Уменьшение дебита водозаборных скважин обусловлено различными видами кольматации фильтров и прифильтровых зон: механической, химической и биологической. В ряде случаев могут проявляться все виды кольматации. Установить непосредственно на месте работ природу этих процессов довольно трудно. Однако, представление о возможном преобладающем влиянии того или иного вида кольматации позволяет более правильно и обоснованно подойти к выбору метода восстановления дебита скважин.
Известен способ восстановления производительности скважин путем воздействия на фильтр и фильтровую зону реагентом, ликвидации старого фильтра путем выдергивания его из забоя, разбуриванием, фрезерованием с последующей установкой на его место вновь изготовленного фильтра [2].
Однако процесс доставки на забой химических реагентов требует значительных людских и материальных затрат. Кроме того, зачастую удалить фильтр, установленный на обсадной колонне с помощью передвижных механических средств, практически невозможно. При обрастании фильтра прочной массой химических осадков затрудняется его протяжка через обсадную колонну. При коррозионном разрушении фильтра возможен его обрыв. Такие аварии часто служат причиной списания скважин.
Также широко известен способ восстановления производительности скважин путем закачки в зону фильтра реагента, например, соляной кислоты, сульфаминовой кислоты, полифосфата натрия и гидрозина солянокислотного, которые растворяют накопившиеся осадки как на фильтре, так и в прифильтровой зоне. С целью более полного растворения осадков в зоне фильтра создают гидроимпульсы, например, электрогидро-ударной (ЭгУ) установкой. Указанный способ позволяет эффективно очищать фильтр и призабойную зону скважины, так как удары образуют трещины в призабойной зоне, в которые входит реагент и в процессе своего движения по трещинам наиболее полно растворяет кольматант [3].
Недостатком известного способа является низкая степень восстановления сетчатых фильтров в связи с невысокой прочностью фильтрующей сетки, последняя от гидроудара частично разрушается и при заборе воды фильтр пескуется, что вызывает выход из строя насосного оборудования и заполнение внутренней части фильтра песчаными и глинистыми частицами.
Предлагаемый нами способ восстановления производительности водозаборных скважин [4] включает ликвидацию кольматирующих отложений в фильтровой и прифильтровой зонах скважины, этот процесс осуществляют воздействием кавитационной эрозии, которую создают в кольцевом зазоре между стенками скважины и наружной поверхностью головки путем подачи в этот зазор высоконапорного потока жидкости, который подают с поверхности через трубы, последние перемещаются вместе с головкой вдоль оси скважины в фильтровой и прифильтровой зонах.
Технический результат предлагаемого способа заключается в снижении затрат времени и средств на восстановление заборной части скважин.
Способ осуществляется следующим образом.
Разрушение кольматирующих отложений на фильтрах и прифильтровых зонах осуществляется за счет кавитационной эрозии. Например, известно, что механические повреждения рабочих органов гидравлических машин в результате кавитационной эрозии могут за относительно короткий срок достигнуть размеров, затрудняющих нормальную эксплуатацию и даже делающих ее практически невозможной. Для восстановления производительности скважин во внутрь скважин вводят подвижную головку, во внутреннюю полость которой с помощью гибкого шланга подводится жидкость от источника высокого давления. Первоначально подвижная головка ложится на дно скважины. При подаче жидкости, под высоким давлением, во внутреннюю полость головки, последняя с большой скоростью поступает в кольцевое пространство между стенками скважины и наружной поверхностью подвижной головки, и создает очаги кавитационной эрозии. Одновременно кавитационная зона занимает все кольцевое живое сечение потока и распространяется вниз по течению под действием реактивной силы струи жидкости, выходящей через кольцевую щель, подвижная головка перемещается от дна скважины к устью.
На дно скважины опускается подвижная головка, внутренняя полость которой с помощью гибкого шланга через задвижку соединена с насосом. При работе насоса жидкость подается через шланг во внутреннюю полость, а из нее через кольцевую щель в кольцевое пространство между стенками фильтра и наружной поверхностью головки. Скорость жидкости, вытекающей из кольцевой щели, должна быть не менее 15,0 м/с. Для очистки скважины, например, диаметром 200 мм, на дно скважины опускается подвижная головка, внутренняяполость которой с помощью гибкого шланга через задвижку соединена с насосом марки 4К 90/85, который развивает напор в пределах 72...98м водяного столба при производительности от 37,5 до 18 л/с. Поэтому при работе насоса жидкость, подаваемая во внутреннюю полость, создает в ней давление в пределах 60-90 м вод. столба. Величина давления жидкости в полости может регулироваться величиной щели, которая образует кольцевое пространство в нижней части подвижной головки. При таком давлении обеспечивается скорость истечения жидкости более 15 м/с, при которой появляется кавитация. Под действием реактивной силы струи жидкости, выходящей через кольцевую щель, подвижная головка поднимается по стволу скважины.
Жидкость вместе с кольматирующими частицами, оторванными в процессе кавитационной эрозии от стенок фильтра скважины, через отверстие в головке, за счет разности давления в нижней и верхней части скважины, поступает в верхнюю часть скважины (на верх головки), а оттуда откачивается специальным насосом в емкость (на рисунке не показано), в которой она отделяется от кольматирующих отложений и песка и используется повторно насосом для закачки в полость головки. Направляющие предотвращают перекашивание подвижной головки.
Время очистки скважины от кольматирующих отложений на фильтрах и прифильтровых зонах зависит от толщины кольматирующих отложений и химического состава кольматента, скорости жидкости, вытекающей из кольцевой щели, ориентировочно может быть от 2-4 до 6-8 часов.
Таким образом, разработанный способ восстановления производительности водозаборных скважин относится к эксплуатации водозаборов подземных вод и может быть использован в скважинах, оборудованных металлическими фильтрами. Применение предлагаемого способа позволяет уменьшить капитальные затраты, интенсифицирует процесс очистки фильтров и прифильтровых зон от кольматирующих отложений без нарушения сетчатых фильтров и прифильтровой зоны скважин.
