Опыт реагентной разглинизации водозаборных скважин после бурения

В процессе бурения скважин происходит поглощение промывочной жидкости, что и является причиной кольматации порового пространства прискважинной зоны коллоидно-дисперсными частицами, приводящей к снижению продуктивности скважин. Обогащение промывочной жидкости кольматирующими частицами происходит не только при наличии в кровле продуктивных водоносных пластов толщи глин, но и при наличии в разрезе пласта глинистых пропластков различной мощности. Состав глинистых кольматирующих образований определяется, в основном, как составом собственно промывочной жидкости, так и составом образующегося при бурении естественного глинистого раствора. В общем случае минералогический состав такого рода образований может быть представлен монтмориллонитовыми, гидрослюдистыми, каолинитовыми группами и их различными сочетаниями.

Для разглинизации водозаборных скважин использовали порошкообразные реагенты с различной реакцией среды. Их взаимодействие с глинистыми образованиями происходит на основе комплексных химических и физико-химических процессов, обеспечивающих как частичное их растворение, так и перевод в пелитовую тонкодисперсную фазу. При этом, в агрегатах глинистых образований разрушаются коагуляционные контакты, происходит их коренная структурная перестройка с потерей способности к последующей агрегации, что позволяет удалить их из пласта при создании депрессии.

Реагентная разглинизация скважин производилось на различных объектах сельскохозяйственного водоснабжения в Российской Федерации, а также на водозаборах подземных вод городов Нефтеюганска (Тюменская область) и Тернополя (республика Украина). Технология успешно применялась на месторождениях урана и системе мониторинга.

В Тамбовской области скважины сельскохозяйственного водоснабжения каптируют четвертичный, неогеновый и меловой водоносные комплексы, приуроченные к пескам различного гранулометрического состава мощностью от 5 – 20 до 40 – 70 м. Коэффициент фильтрации рыхлых отложений изменяется в пределах от 0,1 – 10 до 30 – 50 м/сутки. Значения суммарной водопроводимости водоносных комплексов изменяются в широких пределах: от 50 до 1750 м²/сутки.

При сооружении скважин роторным способом прямая промывка забоя производилась образующимся в процессе бурения естественным глинистым раствором. Плотность этого раствора в зависимости от мощности глинистых отложений в зоне аэрации изменялась от 1,05 до 1,15 г/см³.

После постановки фильтра и сооружения гравийной обсыпки производилась прокачка скважины в течение 26–38 часов и далее производили реагентное освоение скважины путем закачки раствора в прифильтровую зону с последующей его выдержкой в пласте в течение 12–20 часов (метод реагентной ванны), а также путем периодического задавливания раствора за контур фильтра при помощи сжатого воздуха в течение 4–8 часов (циклическая обработка).

Эффективность реагентного освоения скважин сопоставляли с результатами их прокачек после бурения. Удельный дебит 41 скважины после прокачики составлил в среднем 1,2 м³/(ч м), а после их реагентной обработки возрос до 1,7 м³/(ч м), то есть на 41%. При этом реагентная обработка 41 скважины при их освоении позволила увеличить их суммарную производительность с 475,27 до 647,2 м³/час, т. е. на 36 %. Для достижения разницы в суммарном дебите 172 м³/час потребовалось бы дополнительно построить не менее 15 скважин.

Центральная часть Оренбургской области расположена в засушливой зоне южного Урала и подземные воды зачастую являются единственным источником сельскохозяйственного водоснабжения. Здесь подземные воды приурочены к осадочным породам от пермского до четвертичного возраста. Они залегают на глубинах от 3–5 до 200 м. Наиболее водообильными являются песчаные породы мощность которых изменяется от 3 – 6 до 20 – 50 м.

Бурение скважин производилось станками УРБ – 3АМ и 1БА – 15В с прямой промывкой как технической водой, так и глинистым раствором плотностью от 1180 до 1300 кг/м³. Скважины оборудовались гравийно-проволочными фильтрами диаметром 168 – 325 мм, устанавливаемыми на общей колонне. Обсыпку производят при прямой промывке ствола скважины. Толщина обсыпки составляет 100 – 150 мм на сторону. После установки фильтра и сооружения обсыпки производят гидравлическое освоение скважины через башмак фильтра, а затем эрлифтную прокачку скважину в течение 3–5 суток.

Удельные дебиты скважин сельскохозяйственного водоснабжения изменяются от 0,4 до 2,5 м³/(ч м) и во многих случаях не соответствуют фильтрационным параметрам пласта.

Экспериментальными исследованиями при бурении скважин в Оренбургской области была произведена оценка дальности проникновения промывочной жидкости в пласт в зависимости от глубины вскрытия пласта. Установлено, что при плотности промывочной жидкости от 1130 до 1390 кг/м³ дальность проникновения промывочной жидкости в верхнюю часть водоносного горизонта составляет 1,5 – 2 м, а в нижней части промывочная жидкость практически не попадает в водоносный горизонт, что соответствует существующим представлениям о характере фильтрации промывочной жидкости в водоносный горизонт. Например, аналитическими расчетами установлено, что при коэффициенте фильтрации от 10 до 50 м/сутки дальность проникновения промывочной жидкости в верхнюю часть водоносного горизонта составляет 35 – 45% его мощности.

После строительной прокачки скважины производили ее реагентное освоение методом реагентной ванны в течение 10 – 12 часов. Затем монтировался эрлифт и производилась откачка в течение одних суток.

Результаты реагентной разглинизации 10 скважин приведены в таблице 1.

Таблица 1. Эффективность реагентной разглинизации скважин после бурения в Центральной части Оренбургской области

В результате реагентного освоения суммарный дебит 10-ти скважин был увеличен с 88,1 до 198,5 м3/ч, т. е. на 125 %. Среднее увеличение удельного дебита скважин составило 2,9 раза.

Республика Татарстан. В сельскохозяйственном водоснабжении Татарстана доля подземных вод в общем балансе водопотребления составляет не менее 65 %. Основные водоносные горизонты, используемые для водоснабжения, приурочены к осадочным породам от пермского до четвертичного возраста. Сооружение скважин в этих породах производится роторным способом. Обогащение промывочной жидкости кольматирующими частицами происходит не только при наличии в кровле водоносного горизонта толщи глинистых пород, но и пропластков глинистых отложений мощностью 0,5 – 3 м.

Полевыми экспериментам установлено, что при вскрытии песчаных водоносных горизонтов плотность промывочных жидкостей составляла 1200 – 1300 кг/м³, что свидетельствует о наличии в их составе глинистых коллоидно-дисперсных частиц с концентрацией 200 – 250 г/л.

Мощность водонасыщенных песчаных пород различного гранулометрического состава составляет в среднем 10 – 30 м при глубине залегания от 30 до 350 м. Диаметр скважин 168 – 273 мм, длина сетчатого фильтра 10 – 15 м. Удельные дебиты эксплуатационных скважин изменяются от 0,4 до 6,5 м³/(ч м). Во многих случаях они не соответствуют фильтрационным параметрам каптируемых водоносных горизонтов.

Реагентное освоение скважин после бурения производили методом реагентной ванны продолжительностью 10 – 16 часов. Продолжительность прокачки скважин после обработки не превышала двух суток. Результаты реагентной разглинизации 17 скважин приведены в таблице 2.

Таблица 2. Эффективность реагентной разглинизации скважин после бурения в Республике Татарстан

В результате реагентного освоения суммарный дебит 17-ти скважин был увеличен с 133,78 до 188,64 м³/ч, т. е. на 41%. Среднее увеличение удельного дебита скважин составило 3,9 раза.

В Ярославской области было произведено реагентное освоение 6-ти скважин, каптирующих неогеновые и четвертичные водоносные комплексы, приуроченные к средне-, мелкозернистым пескам. Скважины диаметром 168 мм оборудованы сетчатыми фильтрами длиной 10 – 15 м. Реагентное освоение скважин производили методом реагентной ванны в течение 16 – 24 часов.

В результате реагентного освоения суммарный дебит 6-ти скважин был увеличен с 40,8 до 72,3 м³/ч, т. е. на 77%. Среднее увеличение удельного дебита скважин составило 2,5 раза.

В Саратовской области для сельскохозяйственного водоснабжения используют водоносные горизонты, приуроченные к пескам различного гранулометрического состава от нижнемелового до четвертичного возраста. Скважины бурятся с прямой промывкой забоя естественным и глинистым раствором. Вскрытие водоносных горизонтов производят при замене промывочной жидкости на чистую воду, что не исключает кольматацию прифильтровой зоны глинистыми отложениями. При вскрытии водоносных горизонтов плотность промывочных жидкостей составляет 1100 – 1150 кг/м³.

Мощность водонасыщенных песчаных пород различного гранулометрического состава изменяется в основном от 10 до 25 м при глубине залегания от 40 до 320 м. Диаметр скважин 168 – 273 мм, длина сетчатых и проволочных фильтров 10 – 15 м. Удельные дебиты эксплуатационных скважин изменяются от 0,2 до 1,5 м³/(ч м) и во многих случаях не соответствуют фильтрационным параметрам каптируемым водоносным горизонтам. Для освоения скважин применяли реагентную ванну (6 – 12 часов).

В результате реагентной разглинизации 214-ти скважин суммарная производительность скважин была увеличена с 1896,5 до 2650 м^₃/ч, то есть на 39,7 %. При этом средний удельный дебит скважин был увеличен с 0,23 до 0,62 м³/(ч м), то есть в 2,7 раза.

Водозабор подземных вод г. Нефтеюганска Тюменской области имеет площадное расположение (300×300 м) в городской черте и представлен 24 скважинами, каптирующими подмерзлотный атлымский напорный водоносный горизонт, подошва которого расположена на глубине 300 м.

Средняя мощность водонасыщенных песков в районе водозабора 70 м, глубина залегания от поверхности земли 180 – 200 м. Подстилается водоносный горизонт глинами и алевролитами, кровля водоносного горизонта проводится по контакту с толщей многолетних мерзлых пород. Средняя водопроводимость пласта 1125 м²/сутки, коэффициент пьезопроводности составляет 4,9×10 – 5 м²/сутки. Вода по составу гидрокарбонатно – хлоридно – натриево – кальциевая с минерализацией 0,2 – 0,5 г/л. Температура пластовой воды 4 °С.

Скважины диаметром 377 и 426 мм оборудованы сетчатыми фильтрами диаметром 146 и 168 мм, установленными впотай. Длина фильтров 20 – 33 м, отстойников 10 м. Удельные дебиты скважин составляют 0,6 – 1,5 м³/(ч м), что не соответствует фильтрационным параметрам пласта. По данным Тюменской гидрогеологической экспедиции, удельные дебиты разведочно-эксплуатационных скважин, каптирующих атлымский водоносный горизонт на других площадях, составляют 7 – 9 м³/(ч м). Это свидетельствует о значительном сопротивлении прифильтровых зон скважин, вызванных нарушением технологии их сооружения, в частности глинизацией прифильтровых зон скважин.

После девяти лет эксплуатации на водозаборе осуществлена соляно – кислотная обработка скважин для удаления с фильтров железистых кольматирующих образований. Так как после обработки скважин эффект не достигнут, принято решение провести реагентную разглинизацию скважин раствором на основе порошкообразного реагента.

Непосредственно перед реагентной разглинизацией для повышения пластовой температуры в прискважинной зоне в скважину закачивали 10 м³ нагретой воды с температурой 86 – 93 °С. Далее в пласт закачивали 10 м³ технологического раствора с температурой 86 – 93 °С. Нагрев воды и технологического раствора производили паропередвижными установками ППУ.

После закачки раствора производили циклическое его задавливание за контур фильтра сжатым воздухом в течение 2 – 4 часов. Далее раствор оставляли в скважине на 6 – 8 часов и производили эрлифтную прокачку скважины с выбросом жидкости на поверхность по сбросному трубопроводу. Продолжительность эрлифтной прокачки составляла 2 – 3 часа. После демонтажа эрлифта монтировали водоподъемное оборудование и производили прокачку скважин в течение 6 – 8 часов.

Эффективность реагентной разглинизации скважин представлена в таблице 3.

Таблица 3 Эффективность реагентной разглинизации скважин водозабора г. Нефтеюганска

Как видно из представленных, удельный дебит 9-ти скважин увеличился в среднем в 5,6 раза. При этом подача воды потребителю увеличилась с 163,5 до 388,5 м³/ч, т. е. на 137,6%.

Водозабор г. Тернополя представлен линейным рядом скважин, каптирующих верхнетуронский водоносный горизонт, приуроченный к мелко-, среднезернистым пескам. Скважины пробурены на глубину 65 м и оборудованы гравийно-проволочными фильтрами диаметром 168 мм длиной 10 м.

Через 6 лет эксплуатации на всех скважинах водозабора была произведена соляно – кислотная обработка скважин. На 4-х скважинах не были получены положительные результаты и на них была произведена реагентная разглинизация скважин циклическим способом в течение 3 – 4 часов.

В результате обработок 4-х скважин их средний удельный дебит был увеличен с 0,16 до 0,66 м/(ч м), то есть в 4,1 раза. При этом суммарная производительность скважин была увеличена с 16 до 64 м³/ч или на 300 %.

На объекте подземного выщелачивания урана, расположенного в восточной части пустыни Кызыл Кум (республика Узбекистан), производилась реагентная разглинизация закачных и
откачных технологических скважин. Здесь продуктивные горизонты представлены тонко-, мелкозернистыми песками мелового возраста. Скважины бурились роторным способом с прямой промывкой глинистым раствором, приготовленным из местной глины. Плотность раствора 1100 – 1200 кг/м3, водоотдача 6–12 см3 за 30 минут, условная вязкость 17 – 25 с и СНС = 2 – 3 Па. Средняя глубина скважин 150 м. После бурения скважины и постановки фильтра производили эрлифтную строительную прокачку в течение 2 суток.

Реагентное освоение скважин после строительной прокачки производили циклическим способом в течение 3 – 6 часов. В результате реагентного освоения 16-ти технологических скважин удельный дебит увеличился в среднем в 2,5 раза, а суммарная производительность – с 44,3 до 117,54 м³/ч, то есть на 165%.

В системе мониторинга в Львовской области на территории, расположенной между р.Верещицей и г.Новояром, производилась реагентная разглинизация наблюдательных скважин. Здесь скважины каптируют неогеновый водоносный горизонт, приуроченный к тонкозернистым пескам. Скважины были пробурены роторным способом с прямой промывкой глинистым раствором. Для освоения скважин применяли эрлифтную прокачку с одновременной промывкой чистой водой. Положительные результаты не были достигнуты: скважины оказались безводными и в эксплуатацию не вводились.

Реагентную разглинизацию 5-ти скважин производили методом реагентной ванны в течение 8 – 12 часов. В результате реагентного освоения был получен водоприток при прокачке эрлифтом, подтвержденный фиксированными значениями дебитов (0,9 – 5,3 м³/ч), а также подъем уровня воды в скважине после прокачки до статического уровня. Освоенные таким образом скважины включены в эксплуатацию в составе режимной сети.

Эффективность реагентной разглинизации скважин после бурения представлена в таблице 4.

Таблица 4. Эффективность реагентной разглинизации скважин после бурения

Как видно из представленных данных, реагентная разглинизация 288 водозаборных скважин после бурения на объектах сельскохозяйственного водоснабжения позволило увеличить подачу воды потребителю с 2634,43 до 3756,64 м³/ч, то есть на 42,6%. При этом среднее увеличение удельного дебита скважин составило 2,7 раза. Реагентное доосвоение 13 скважин городских водозаборов позволило увеличить подачу воды потребителю на 152%. Реагентное же разглинизация16-ти технологических скважин обеспечило увеличение дебита откачных скважин на 165%.