Кольматация фильтра скважины

5.4 Кольматация фильтров и прифильтровых зон скважин

В процессе эксплуатации скважин, как правило, происходит снижение их производительности. Одной из основных причин уменьшения дебита скважин является кольматация фильтров и прифильтровых зон водоносного пласта, которая вызывает увеличение гидравлических сопротивлений и снижение притока воды в скважины.

Различают три вида кольматации: механическую, химическую, биологическую.

Механическая кольматация наблюдается в сетчатых, щелевых, блочных фильтрах вследствие несоответствия проходных отверстий фильтров гранулометрическому составу водовмещающих пород. В результате механической кольматации водоприемные отверстия фильтров заклиниваются или перекрываются песком, глиной, гравием, в связи с чем удельный дебит скважин снижается на 20 — 30%. Снижению механической кольматации способствует создание фильтра из крупнозернистого песка и правильно выполненная гравийная обсыпка вокруг водоприемной части искусственного фильтра .

К механической кольматации можно отнести глинизацию фильтра и прифильтровой зоны при роторном бурении скважин с промывкой глинистым раствором, когда на стенке скважины образуется плотная глинистая корка толщиной 3 — 6 мм, ограничивающая поступление глинистого материала и шлама в пласт при бурении скважин. Проницаемость глинистой корки в 10³ — 10⁴ раз меньше проницаемости пласта, поэтому в водовмещающие породы попадает только глинистый раствор, содержащий тонкодисперсные и коллоидные частицы глины.

Глинистые частицы набухают в водной среде, и в связи с этим изменяется внутренняя геометрия порового пространства водоносной породы, а ее коэффициент фильтрации уменьшается в 50 раз и более. При установке фильтра в скважине, заполненной глинистым раствором, происходит его глинизация.

С течением времени глинистая корка уплотняется за счет усиления адсорбционных и молекулярных связей между глинистыми частицами, и ее удаление представляет значительную сложность. Поэтому необходимо стремиться к сокращению времени контакта глинистого раствора с водовмещающими породами, т. е. к оперативному выполнению работ по вскрытию пласта, полному удалению бурового шлама и глинистого раствора и оборудованию скважины фильтром .

При установке фильтра необходимо стремиться к уменьшению его глинизации. Для этого рекомендуется опускать фильтр с нижним открытым концом или с промывочными окнами, устанавливать выше фильтра цементный мост, разбуриваемый после установки фильтра, покрывать фильтр специальными составами, растворяемыми после спуска его в скважину.

Химическая кольматация обусловлена нарушением химического состава подземных вод в результате изменения гидродинамических параметров фильтрационного потока. При уменьшении давления воды в ней уменьшается растворимость газов (в основном СO₂), происходит их выделение и нарушается углекислотное равновесие:

Присутствие в воде катионов кальция и магния и нарушение угле-кислотного равновесия приводят к образованию труднорастворимых осадков СаСО₃ и MgCO₃. Интенсивно происходит выделение карбонатных осадков в зоне фильтров, при удалении от них интенсивность выпадения осадков уменьшается. В фильтрах, имеющих большие гидравлические сопротивления, возрастают потери давления, что приводит к более активному выделению из воды СO₂ и увеличению количества карбонатных осадков. Этому также способствует турбулизация потока грунтовых вод и их перемешивание при прохождении через водоприемную часть фильтра. Зарастание фильтров и прифильтровых зон карбонатными отложениями происходит в основном в скважинах, заложенных в известняках и доломитах.

Если кольматация происходит только карбонатными соединениями, то осадки по структуре близки к кристаллическим и имеют серовато-белый цвет. При их взаимодействии с соляной кислотой наблюдается интенсивное выделение углекислого газа.

Наиболее распространенными кольматирующими отложениями являются железистые осадки, которые выделяются при заборе подземных вод, содержащих закисное железо. Переход железа из за-кисного в окисное и выпадение в осадок происходит при наличии в воде растворенного кислорода. Этому также способствует выделение СО₂ и повышение рН воды вследствие нарушения углекислотного равновесия:

Fe(HCO₃)₃ → Fe(OH)₂ + 2СО₂;

4Fe(OH)₂ + 0₂ + 2H₂0 = 4Fe(OH)₃.

Гидрат оксида железа, имеющий студнеобразный вид, откладывается на поверхности фильтров и в поровом пространстве прифильтровых зон пласта. Интенсивность выпадения железистых осадков возрастает при неравномерной откачке воды из скважины, использовании эрлифта или инжектора, способствующих насыщению воды кислородом воздуха. Особенно активно происходит зарастание фильтров такими осадками при обнажении водоприемных отверстий и непосредственном контакте их с атмосферой. Железосодержащие осадки отличаются характерным желто-коричневым цветом, пачкают руки. Наличие их в подземных водах можно выявить визуально по осадкам на водоподъемных трубах и насосах.

Нарушение химического состава подземных вод эксплуатируемого пласта может происходить при взаимодействии с водами других водоносных горизонтов, при недостаточной мощности разделяющего водоупора и отсутствии или плохой цементации затрубного пространства. В этом случае подземные воды нижних пластов могут обогащаться железом и кислородом, что ведет к осаждению нерастворимых карбонатных и железистых соединений. При смешивании жестких и мягких вод может увеличиться концентрация углекислоты, что вызывает образование карбонатных осадков.

На зарастание скважин большое влияние оказывает наличие в подземных водах сероводорода H₂S. Содержание гидросульфитов HS~ приводит к образованию труднорастворимых и непроницаемых сернистых отложений железа, меди, цинка в результате реакции подземных вод с материалом каркаса фильтра. Сульфиды металлов в виде корковидных наростов черного цвета образуют прочное пленочное покрытие на сетках, проволочных обмотках, каркасах фильтров и способствуют постепенному разрушению их. При взаимодействии с кислотой эти осадки бурно выделяют сероводород, весьма опасный для здоровья человека. Сернистые отложения металлов практически не откладываются в прифильтровых зонах водоносного пласта, и после замены фильтров дебиты таких скважин обычно близки к первоначальным.

При наличии в железосодержащих подземных водах кремне-кислоты наблюдается образование труднорастворимых силикатных отложений с примесью закисного железа, придающий им бурую окраску. Такие осадки характеризуются высокой прочностью и практически нерастворимы в кислотах.

Относительно редко отлагаются осадки фосфатно-железистого состава. Выпадение фосфатов происходит при увеличении щелочности.

Предотвратить химическую кольматацию скважин при использовании вод с неустойчивым химическим составом невозможно, поскольку ее причиной является нарушение естественного режима водоносного пласта. Для уменьшения интенсивности кольматации следует не допускать неравномерного режима эксплуатации скважин, из-за которого происходит аэрация подземных вод, не использовать эрлифтные подъемники, необходимо проверять работу обратных клапанов погруженных насосов, чтобы предотвратить поступление аэрированных вод в зону фильтра. Высота столба воды от верхней секции насоса до динамического уровня воды в скважине, при которой не происходит активного аэрирования воды и интенсивного осадкообразования, не должна превышать 6 — 7 м.

Помимо выпадения осадков накопление отложений может происходить в результате коррозии самого фильтра вследствие агрессивности подземной воды, обладающей свойством электролита. Этот процесс протекает наиболее активно при наличии различных металлов в конструкциях фильтров и отсутствии надежной антикоррозионной защиты.

Электрохимической коррозии в большей степени подвержены сетчатые фильтры, представляющие собой стальную перфорированную трубу, обмотанную стальной проволокой и медной сеткой. Электрохимические процессы могут быть значительно ослаблены путем изготовления каркасов фильтров из пластмасс или стальных труб с антикоррозионным покрытием, использования фильтрующей сетки из нержавеющей стали, применения вместо обмоточной проволоки шнуров из полимерных материалов.

Биологическая кольматация обусловлена жизнедеятельностью микроорганизмов. Наиболее активно бактерии размножаются у фильтров, где в основном скапливаются осадки, образовавшиеся под действием химических и электрохимических процессов. В результате жизнедеятельности бактерий (железобактерий) выделяется гидрат окиси железа, что способствует переводу закиси железа в нерастворимую окись, осаждающуюся на рабочей поверхности фильтров, внутренних стенках ствола скважин и насосном оборудовании. Присутствующие в подземных водах марганцевые бактерии используют энергию окисления закисных соединений и переводят их в малорастворимые окисные соединения. Интенсивная биологическая кольматация характерна для подземных вод с содержанием кислорода 5 мг/л и более, находящихся в первых от поверхности земли водоносных горизонтах. Бактерии обнаруживаются не только в водоносных пластах вблизи поверхностных водоисточников, но и на больших глубинах в зонах, значительно удаленных от водотоков и водоемов.

Благоприятные условия для развития железобактерий имеются в большинстве гидрологических районов, поэтому для подавления их жизнедеятельности необходимо проводить периодически, не менее одного раза в 3 — 4 месяца, хлорирование скважин.

studfile.net

Кольматация

КОЛЬМАТАЦИЯ, кольматаж (от итал. соlmata — наполнение, насыпь * а. соlmatage; н. Kolmation, Verschlammung; ф. соlmatage; и. соlmatacion, соlmataje), — процесс естественного проникновения или искусственного внесения мелких (главным образом коллоидных, глинистых и пылеватых) частиц и микроорганизмов в поры и трещины горных пород, в фильтры очистных сооружений и дренажных выработок, а также осаждение в них химических веществ, способствующее уменьшению их водо- или газопроницаемости. Носителем кольматажного материала (кольматанта) могут служить жидкости и газы. Различают кольматацию механическую, химическую, термическую и биологическую.

В естественных условиях механической и химической кольматации подвергаются слагающие русло рек породы в результате вмывания в них взвешенных в открытом потоке частиц.

В искусственных условиях (при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений) кольматация играет двоякую роль — положительную и отрицательную. В первом случае её используют, а во втором — ведут с ней борьбу. Например, в гидротехнике, мелиорации и горном деле механическая кольматация служит для предотвращения фильтрации воды из каналов, канав, прудов-осветлителей путём заиления их дна и откосов малоконцентрированными глинистыми растворами, в нефтепромысловой практике — для заиления призабойной зоны нагнетательных скважин при вторичных методах добычи нефти и т.д. Наиболее интенсивно кольматация происходит при отношении диаметра пор кольматируемой породы к размеру взвешенных кольматирующих частиц около 5-6, содержании этих частиц в суспензии до 1% и при слабоминерализованной воде.

В горной практике химическую кольматацию используют для снижения степени выщелачиваемости растворимых пород, ликвидации проникновения воды и водопритоков в шахты осаждением гипса и каменной соли при взаимодействии насыщенного раствора хлоридов кальция и натрия, подаваемого через скважины в карстовые полости, заполненные раствором хлорида и сульфата магния.

Разрабатываются пути термической кольматации пористых и трещиноватых пород охлаждением растворов солей хлоридов, а также биологическая кольматация для создания барражных завес внесением отдельных видов микроорганизмов, создания оптимальной среды для их активной деятельности и накопления продуктов метаболизма (обмена).

Отрицательное влияние кольматации проявляется в заилении песчаных фильтров водоочистных сооружений, а также в заилении и зарастании карбонатами и гидроксидами железа зафильтрованной песчано-гравийной засыпки фильтров водозаборных и дренажных скважин. При поверхностном способе дренажа на шахтах и карьерах механическая и химическая кольматация приводит к резкому снижению водопроницаемости фильтров и пород прифильтровых зон и соответственно к снижению дебита скважин, что требует применения различных методов интенсификации дренажа обводнённых пород и "оживления" фильтров скважин.

www.mining-enc.ru

СКВАЖИННЫЙ ДОКТОР - О декольматации скважин

Подробности: Просмотров: 12258

А.А. Цымбалов

Библиографическая ссылка на данную статью (ГОСТ): Цымбалов А.А.Исследование процессов декольматации водозаборных скважин [Электронный ресурс].М.,2014-2018.- URL:http://www.doktorsc.ru/index.php/issledovanie-protsessov.

Подземные воды играют значительную роль в водообеспеченности городского и сельского населения Российской Федерации. В сложившейся экологической обстановке в России при росте загрязнений поверхностных водоемов источником водоотбора становятся водоносные горизонты, как наиболее защищенные от каких-либо загрязнений[8,13]. Данная ситуация привела к увеличению бурения новых скважин в промышленных районах урбанизированных территориях и сельской местности. Каждая введенная в эксплуатацию новая скважина является дополнительной антропогенной нагрузкой на окружающую среду. Большое количество скважин на локальной территории особенно в промышленной зоне приводит к ухудшению качества подземных вод вследствие бактериального и химического загрязнения. Такие условия создают ряд неблагоприятных факторов для санитарно-экологической обстановки в регионе и отражаются на жизнеобеспечении всех живых организмов, в том числе человека, и здоровье людей [8,9, 10,13].

Водозабор из подземных источников в виде артезианских скважин в период эксплуатации сопряжен с проблемой кольматации (закупорки) околоскважинного пространства. Процесс заиливания фильтрационной зоны приводит к снижению производительности, цикличной работе скважины, ухудшению санитарно-гигиенических показателей качества артезианской воды [11]. Опыт эксплуатации водозаборных скважин показывает, что их проектная производительность со временем снижается. Только (20-40)% скважин полностью отрабатывают свой срок. Из нашей практики имеются случаи, когда скважины перестают работать, не выработав амортизационный срок(25 лет). Снижение дебита скважин вызвано неизбежным процессом кольматации (механическая, химическая, биологическая) околоскважинного пространства[4,5].


а) Сетка фильтра с внешней стороны	б) Сетка фильтра с внутренней стороны

Рис.1. Фрагменты кольматации фильтрационной колонны артезианской скважины (Ø159мм, Н=57м):
а) фильтрационная сетка со стороны предфильтровой зоны околоскважинного пространства;
б) фильтрационная сетка со стороны прифильтровой зоны (внутренней части фильтра)

Причиной кольматации являются сочетание физико-химических, бактериологических процессов в предфильтровой зоне околоскважинного пространства (ПФЗОП) за счет:

1)проникновения глинистых растворов в продуктивный пласт в процессе проведения буровых работ;

2) образования осадочного нароста в перфорационных отверстиях фильтрационной колонны и ячейках сеток фильтра полученных в результате реакций химических элементов артезианской воды с отдельными компонентами органического и не органического характера во внутренней части фильтра;

3)кольматации каналов ПФЗОП вызванная режимами эксплуатации;

4) кольматации капиллярной системы продуктивного пласта водоносного горизонта (ППВГ), образующей донорскую пространственную сеть притока артезианской воды, вследствие забивания поровых каналов коллоидно-дисперсными взвесями[4].

В результате кольматационных процессов на сетке скважинных фильтров (рис.1) и песчано-гравийных обсыпках образуются глинистые коллоидно-дисперсные частицы и прочие нерастворимые разнородные соединения (соли железа, марганца и их гидрооксиды, карбонаты кальция и магния, соединения кремнекислоты и сульфиды) [4]. Они закупоривают поровое пространство предфильтровой зоны скважины (рис.2), снижая коллекторские свойства околоскважинного пространства водоносного горизонта и приводя к уменьшению дебита, ухудшению органолептических и санитарно-химических показателей воды.

Для восстановления потерянной производительности водозаборов прибегают к бурению новых скважин, что ведет к росту общих капитальных затрат предприятия по водообеспечению.
Для населения это находит отражение на росте стоимости предоставляемых им услуг, для предприятий – это приводит к росту себестоимости выпускаемой продукции.

Рис.2. Фрагмент структуры порового пространства кольматанта

Для поддержания стабильного режима эксплуатации, продления срока службы скважины, обеспечения приемлемого качества воды путем проведения чистки скважины ее дезинфекции, ремонту и техническому обслуживанию с минимально вредным воздействием на окружающую среду следует систематически проводить мероприятия предусмотренные рабочим проектом и техническим регламентом по декольматации скважин.

Практика эксплуатации водозаборных скважин[13] показывает низкий уровень знаний обслуживающего персонала и инженерно-технической службы в понимании значимости проведения декольматации скважин и отрицательных последствий при не соблюдении сроков их проведения. Следует констатировать, что современные типовые конструкции скважин с установкой фильтров «впотай» или на эксплуатационной колонне являются не ремонтопригодными для осуществления капитального ремонта скважин (КРС). Проведение мероприятий по декольматации скважины связано с привлечением подъемно-транспортной техники и осуществлением монтажно-демонтажных операций насосно-компреcсорных труб (НКТ) и глубинного насоса привлеченными специалистами. Это требует дополнительных финансовых затрат. В период проведения работ прекращается эксплуатация скважины и водообеспечение, повышается вероятность нестандартных ситуаций при опускании и подъеме водоподъемного оборудования и НКТ.

Учитывая все эти сложности, недропользователи, неохотно идут на предписанные сроки проведения межремонтных работ (МРР) по декольматации скважин и сами ускоряют процесс кольматации. Если на первой стадии образования кольматации структура кольматанта легко поддается разрушению и можно применить импульсные способы воздействия, то по прошествии определенного периода, когда кольматационный осадок набирает прочностные свойства и превращается в окаменелую породу, применяют реагентный метод или комбинированный[4]. Использование реагентного способа создает продукты реакции в скважине, которые удаляются на дневную поверхность в ходе технологических откачек.

Теоретически применяемые реагенты не должны воздействовать на подземные воды водоносного горизонта и ухудшать качество воды. Согласно требований ВОЗ [Рекомендации.Т.1,Женева,2004] технологических процессов по восстановлению дебита скважин на воду не должны ухудшать качество питьевых вод.

Применяемые нами методы восстановления дебита скважин основаны на исследованиях в области сейсмоакустики, волновых технологий и физико-химической механики. В зависимости от структуры сформированного кольматанта выбирается определенный способ интенсификации [15, 16]. Как известно, строительство каждой скважины является процессом строго индивидуальным, не имеющих прямых аналогов. Поэтому идентична ситуация и по регенерации скважины, т.е. по сути, восстановление дебита скважины уподобляется проведению научного эксперимента в не стабильных полевых условиях [14].

Изучение нами вопроса кольматации скважин создали предпосылки для разработки технологии, где техническими средствами оказывают локальное воздействие на ПФЗОП продуктивного пласта водоносного горизонта. Таким образом, в области возмущенной части ППВГ создается некая активность, имитирующая природные геодинамические воздействия и побуждает низкопроницаемые изолированные зоны к капиллярной подпитке общей донорской пространственной сети артезианской воды (невозмущенная часть ППВГ) [4, 18].
С применением нашего оборудования создаются условия воздействия среды на кольматант околоскважинного пространства с разупрочнением его структуры. На внешних и внутренних поверхностях кольматанта в порах, пустотах, зародышевых микротрещинах возникают процессы деформирования и потери прочности, что приводит к пластификации
кольматанта.

Эффективность работы регенерируемых скважин по нашей технологии составляет от 24 месяцев до 6 лет и зависит от остаточного ресурса скважины, дебита водоносного горизонта, геологического строения разреза, в котором размещена фильтрационная колонна и ряд др. факторов.

Коэффициент успешности восстановления дебита скважин имеет интервал (85-92)%.

ЛИТЕРАТУРА

[Номера ссылок источников указаны из раздела «Литература» «Список трудов»]

Список трудов

doktorsc.ru

Кольматация

КОЛЬМАТАЦИЯ, кольматаж (от итал. соlmata — наполнение, насыпь а. соlmatage; н. Kolmation, Verschlammung; ф. соlmatage; и. соlmatacion, соlmataje), — процесс естественного проникновения или искусственного внесения мелких (главным образом коллоидных, глинистых и пылеватых) частиц и микроорганизмов в поры и трещины горных пород, в фильтры очистных сооружений и дренажных выработок, а также осаждение в них химических веществ, способствующее уменьшению их водо- или газопроницаемости. Носителем кольматажного материала (кольматанта) могут служить жидкости и газы. Различают кольматацию механическую, химическую, термическую и биологическую.

В естественных условиях механической и химической кольматации подвергаются слагающие русло рек породы в результате вмывания в них взвешенных в открытом потоке частиц. В искусственных условиях (при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений) кольматация играет двоякую роль — положительную и отрицательную. В первом случае её используют, а во втором — ведут с ней борьбу. Например, в гидротехнике,мелиорации и горном деле механическая кольматация служит для предотвращения фильтрации воды из каналов, канав, прудов-осветлителей путём заиления их дна и откосов малоконцентрированными глинистыми растворами, в нефтепромысловой практике — для заиления призабойной зоны нагнетательных скважин при вторичных методах добычи нефти и т.д. Наиболее интенсивно кольматация происходит при отношении диаметра пор кольматируемой породы к размеру взвешенных кольматирующих частиц около 5-6, содержании этих частиц в суспензии до 1% и при слабоминерализованной воде. В горной практике химическую кольматацию используют для снижения степени выщелачиваемости растворимых пород, ликвидации проникновения воды и водопритоков в шахты осаждением гипса и каменной соли при взаимодействии насыщенного раствора хлоридов кальция и натрия, подаваемого через скважины в карстовые полости, заполненные раствором хлорида и сульфата магния. Разрабатываются пути термической кольматации пористых и трещиноватых пород охлаждением растворов солей хлоридов, а также биологическая кольматация для создания барражных завес внесением отдельных видов микроорганизмов, создания оптимальной среды для их активной деятельности и накопления продуктов метаболизма (обмена). Отрицательное влияние кольматации проявляется в заилении песчаных фильтров водоочистных сооружений, а также в заилении и зарастании карбонатами и гидроксидами железа зафильтрованной песчано-гравийной засыпки фильтров водозаборных и дренажных скважин. При поверхностном способе дренажа на шахтах и карьерах механическая и химическая кольматация приводит к резкому снижению водопроницаемости фильтров и пород прифильтровых зон и соответственно к снижению дебита скважин, что требует применения различных методов интенсификации дренажа обводнённых пород и "оживления" фильтров скважин.

КОЛЬМАТАЦИЯ ФИЛЬТРОВ И ПРИФИЛЬТРОВЫХ ЗОН СКВАЖИН

Механическая кольматация наблюдается в сетчатых, щелевых, блочных фильтрах вследствие несоответствия проходных отверстий фильтров гранулометрическому составу водовмещающих пород. В результате механической кольматации водоприемные отверстия фильтров заклиниваются или перекрываются песком, глиной, гравием, в связи с чем удельный дебит скважин снижается на 20 — 30%. Снижению механической кольматации способствует создание фильтра из крупнозернистого песка и правильно выполненная гравийная обсыпка вокруг водоприемной части искусственного фильтра [2, 14].

К механической кольматации можно отнести глинизацию фильтра и прифильтровой зоны при роторном бурении скважин с промывкой глинистым раствором, когда на стенке скважины образуется плотная глинистая корка толщиной 3 — 6 мм, ограничивающая поступление глинистого материала и шлама в пласт. Проницаемость глинистой корки в 103 — 104 раз меньше проницаемости пласта, поэтому в водо-вмещающие породы попадает только глинистый раствор, содержащий тонкодисперсные и коллоидные частицы глины.

Глинистые частицы набухают в водной среде, и в связи с этим изменяется внутренняя геометрия норового пространства водоносной породы, а ее коэффициент фильтрации уменьшается в 50 раз и более. При установке фильтра в скважине, заполненной глинистым раствором, происходит его глинизация.

С течением времени глинистая корка уплотняется за счет усиления адсорбционных и молекулярных связей между глинистыми частицами, и ее удаление представляет значительную сложность. Поэтому-необходимо стремиться к сокращению времени контакта глинистого раствора с водовмещающими породами, т. е. к оперативному выполнению работ по вскрытию пласта, полному удалению бурового шлама и глинистого раствора и оборудованию скважины фильтром [6, 46].

Химическая кольматация обусловлена нарушением химического состава подземных вод в результате изменения гидродинамических параметров фильтрационного потока. При уменьшении давления воды в ней уменьшается растворимость газов (в основном СO2), происходит их выделение и нарушается углекислотное равновесие:

Присутствие в воде катионов кальция и магния и нарушение угле-кислотного равновесия приводят к образованию труднорастворимых осадков СаСОз и MgCOs. Интенсивно происходит выделение карбонатных осадков в зоне фильтров, при удалении от них интенсивность выпадения осадков уменьшается. В фильтрах, имеющих большие гидравлические сопротивления, возрастают потери давления, что приводит к более активному выделению из воды СO2 и увеличению количества карбонатных осадков. Этому также способствует турбулизация потока грунтовых вод и их перемешивание при прохождении через водоприемную часть фильтра. Зарастание фильтров и прифильтровых зон карбонатными отложениями происходит в основном в скважинах, заложенных в известняках и доломитах [2, 14].

Наиболее распространенными кольматирующими отложениями являются железистые осадки, которые выделяются при заборе подземных вод, содержащих закисное железо. Переход железа из за-кисного в окисное и выпадение в осадок происходит при наличии в воде растворенного кислорода. Этому также способствует выделение СО2 и повышение рН воды вследствие нарушения углекислот -ного равновесия:

Fe(HCO3)3 -> Fe(OH)2 + 2СО2; 4Fe(OH}2 + 02 + 2h30 = 4Fe(OH)3.

Нарушение химического состава подземных вод эксплуатируемого пласта может происходить при взаимодействии с водами других водоносных горизонтов при недостаточной мощности разделяющего водоупора и отсутствии или плохой цементации затрубного пространства. В этом случае подземные воды нижних пластов могут обогащаться железом и кислородом, что ведет к осаждению нерастворимых карбонатных и железистых соединений. При смешивании жестких и мягких вод может увеличиться концентрация углекислоты, что вызывает образование карбонатных осадков.

На зарастание скважин большое влияние оказывает наличие в подземных водах сероводорода h3S. Содержание гидросульфитов HS~ приводит к образованию труднорастворимых и непроницаемых сернистых отложений железа, меди, цинка в результате реакции подземных вод с материалом каркаса фильтра. Сульфиды металлов в виде корковидных наростов черного цвета образуют прочное пленочное покрытие на сетках, проволочных обмотках, каркасах фильтров и способствуют постепенному разрушению их. При взаимодействии с кислотой эти осадки бурно выделяют сероводород, весьма опасный для здоровья человека. Сернистые отложения металлов практически не откладываются в прифильтровых зонах водоносного пласта, и после замены фильтров дебиты таких скважин обычно близки к первоначальным.

При наличии в железосодержащих подземных водах кремне-кислоты наблюдается образование труднорастворимых силикатных отложений с примесью закисного железа, придающий им бурую окраску. Такие осадки характеризуются высокой прочностью [20] и практически нерастворимы в кислотах.

Биологическая кольматация обусловлена жизнедеятельностью микроорганизмов. Наиболее активно бактерии размножаются у фильтров, где в основном скапливаются осадки, образовавшиеся под действием химических и электрохимических процессов. В результате жизнедеятельности бактерий (железобактерий) выделяется гидрат окиси железа, что способствует переводу закиси железа в нерастворимую окись, осаждающуюся на рабочей поверхности фильтров, внутренних стенках ствола скважин и насосном оборудовании. Присутствующие в подземных водах марганцевые бактерии используют энергию окисления закисных соединений и переводят их в малорастворимые окисные соединения. Интенсивная биологическая кольматация характерна для подземных вод с содержанием кислорода 5 мг/л и более, находящихся в первых от поверхности земли водоносных горизонтах. Бактерии обнаруживаются не только в водоносных пластах вблизи поверхностных водоисточников, но и на больших глубинах в зонах, значительно удаленных от водотоков и водоемов [14].

Книга БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ

Оглавление книги Бурение скважин на воду

Глава VI ВСКРЫТИЕ И ОСВОЕНИЕ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ КОЛЬМАТАЦИИ ПЛАСТА

Кольматация — сложный физико-механический процесс снижения проницаемости пласта, протекающий во времени.
Различают три зоны кольматации пласта: проникновения частиц бурового шлама (механический кольматаж), глинистого раствора и фильтрата глинистого раствора.

Зона механического кольматажа в рыхлых водосо-держащих породах невелика — не более 10—15 мм. По мере вскрытия пласта с глинистым раствором на стенках скважины образуется плотная глинистая корка толщиной 3—б мм, что, в свою очередь, ограничивает поступление глинистого материала и шлама в пласт. В трещиноватых горных породах частицы бурового шлама могут проникать достаточно глубоко (до нескольких десятков метров), что зависит от размера и конфигурации трещин, а также от перепада давления на пласт (репрессии).
Глубина проникновения глинистого раствора в пески, по данным различных исследователей, колеблется в широких пределах. Н. И. Шацов считает, что глубина проникновения глинистого раствора в пласт и толщина глинистой корки зависят от состава песка (табл. 23).
Большой интерес представляют исследования М. Кир-сена, С. Персонса и Г. Кэннона по проникновению глинистого раствора в пласт в зависимости от перепада давления на пласт (табл.24). И. Н. Бандырский в лабораторных условиях установил, что глубина проникновения глинистого раствора в водонасыщенные мелкозернистые пески составляет 50— 100 мм, а в среднезернистые— 100—200 мм. Такая от носительно большая глубина проникновения раствора в пласт объясняется, очевидно, тем, что опыты проводились в стендовых условиях, где пески имели разрыхленное состояние. В песчаниках глубина проникновения глинистого раствора значительно меньше — в среднем не более 20 мм. В трещиноватых породах эта величина может достигать нескольких десятков и сотен метров. В общем случае глубина проникновения глинистого раствора в пласт увеличивается с возрастанием репрессии на пласт и выражается формулой: (70) где — глубина проникновения глинистого раствора в пласт, см; А — коэффициент, учитывающий сопротивление движению жидкости в зависимости от размера зерен породы, их формы и т. д.; АР— репрессия на пласт, МПа; То — начальное сопротивление раствора сдвигу, МПа; уг-р — плотность глинистого раствора, г/см3; Рпл — пластовое давление, МПа; Н — глубина залегания пласта, м. В формуле (70) принято, что фильтрация глинистого раствора в пласт происходит при постоянном перепаде давления. Это искажает1 физику процесса, так как при бурении имеют место проработка ствола скважины, спускоподъемные операции с буровым инструментом и обсадными трубами, что ведет к динамической фильтрации глинистого раствора, т. е. к более интенсивному поглощению раствора пластом. Глинистая корка на стенках скважины формируется в течение от нескольких минут до 30 минут. Ее проницаемость обычно в 1000—10 000 раз меньше проницаемости пласта, поэтому после формирования глинистой корки в пласт попадает только фильтрат глинистого раствора, содержащий тонкодисперсные и коллоидные частицы глины, которые набухают и способствуют снижению проницаемости пласта.
Количество от фильтровавшейся жидкости в пласт — показатель распространения и характера зоны кольма-тации.
Количество жидкости, от фильтровавшейся в пласт при аскрытии пласта, определяется экспериментально или на основании теоретических расчетов (Башкатов, Олоновский, Дрягалин, 1969). С. К. Фергюссон и И. А. Клотц при исследовании водоотдачи промывочных растворов на модели скважины пришли к заключению, что из общего объема фильтрата на долю статической водоотдачи приходится 10—20 и 80—90 на фильтрат, выделяемый при гидродинамических условиях. Общее количество фильтрата, поступающего в пласт Ч, складывается из фильтратов раствора, поступающего при статических №с и гидродинамических условиях: № = №с-1-№д. (71)
Глинистые частицы набухают в водной среде, в результате изменяется внутренняя геометрия порового пространства, причем проницаемость породы при этом может уменьшаться до 50 раз и более. Процесс набухания глинистых частиц развивается во времени и в зависимости от состава глин может достигать предельной величины (для тонкодисперсных систем) через 24—л420 часов. Наибольшее набухание свойственно Иа- и Ы-бентонито-вым (до 840) и естественным бентонитовым (до 252) глинам.

www.referat911.ru

Состав и свойства кольматирующих образований водозаборных скважин

При бурении, освоении и эксплуатации водозаборных скважин проявляются процессы механического, химического и биологического кольматажа, определяющие не только длительность действия водозаборов, но и эффективность намечаемых технологий для восстановления дебитов скважин. Процессы механического кольматажа в основном завершаются на стадии строительной прокачки скважины, а химического и биологического – наблюдаются в течение всего периода действия водозабора.

По составу кольматирующие образования в скважинах, каптирующих песчаные водоносные горизонты, отличаются разнородностью и представлены различного рода неорганическими соединениями в аморфном или кристаллическом виде.

Авторами проанализированы пробы кольматирующих образований, отобранных из 125 водозаборных скважин промыслов и водозаборов городов Новый Уренгой, Когалым, Сургут, а также на объектах сельскохозяйственного водоснабжения в Башкирии, Воронежской, Тамбовской областях и Краснодарском крае. Исследуемые скважины каптируют песчаные водонасыщенные породы различного гранулометрического состава и возраста. Кольматирующие осадки были отобраны непосредственно с сеток фильтров, извлеченных из скважин, и с водоподъемного оборудования.

При эксплуатации водозаборных скважин происходит кольматация порового пространства прифильтровых зон скважин, что существенно снижает продуктивность скважин.

В гранулярных коллекторах в составе кольматирующих образований преобладают железистые соединения. Изложены методики химического и минералогического анализов скважин. Дается оценка интенсивности кольматационных процессов в скважинах. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании работ по восстановлению продуктивности скважин водозаборов подземных вод.

В связи со сложностью химического состава кольматирующих образований и их близостью по структуре к минералам при исследовании химического состава руководствовались методами химического анализа минералов и горных пород. Трактовка результатов химических анализов не всегда однозначна и порой, по-видимому, ошибочна. Для разработки эффективных мер по удалению кольматирующих образований из скважин необходимо знать прежде всего минералогический состав осадков. Минералогические методы изучения учитывают широко развитые явления изо- и полимофизма и дают наиболее достоверную информацию о составе минеральных образований, что позволяет достаточно обоснованно выбрать необходимые реагенты для их растворения. Вместе с тем методы химического анализа состава осадков позволяют получить информацию о количественном распределении в составе осадков основных видов их составляющих.

При выполнении химических анализов образцы высушивали до постоянной массы при 103 °С и определяли потери массы при прокаливании до 1000 °С. Для растворения образцов кольматирующих образований использовали концентрированную соляную кислоту в разбавлении 1:1. Растворение проводили при комнатной температуре, что исключало перевод в исследуемый раствор оксида кремния, представленного включением мелких частиц песка в кольматирующие образования в период пескования скважин. В прокаленных и растворенных образцах определяли содержание оксида и закиси железа, оксида алюминия. кальция, магния, марганца, кремния, фосфора, сульфат- и сульфид-ионов, углекислого газа.

Исследованиями установлено, что химический состав осадков изменяется в следующих пределах (%):

20,15–76,68 Fe2O3; 0,38–40,11 FeO; 0,05–12,23 Al2O3; 0,05–4.08 MgO; 1,63–20,25 CaO; 0,03–2,80 SiO2; 0,04–0,79 MnO; 0,11–6,12 Р2О5; 0,66–24,72 FeS. Потери при прокаливании составляют 13,99–36,42 %. Минералогический состав образцов кольматирующих образований изучали с помощью методов визуальных, микрохимического анализа, ИК-спектрометрии, рентгенофазового анализа, дифференциального термического анализа, дифференциального термогравиметрического анализа с использованием дериватографа. Результаты исследований минералогического состава кольматирующих образований представлены в табл 1.

Таблица 1. Перечень минеральных образований в водозаборных скважинах

Оксиды, гидроксиды	Вюстит	FeO
	Лимонит	FeOOH
	Гематит	α-Fe2O3
	Маггемит	γ-Fe2O3
	Магнетит	FeO·Fe2O3
	Гётит	α-FeO(ОН)
	Акагенитит	β-FeO(ОН)
	Лепидокрокит	γ-FeО(ОН)
	Цефаровичит	Al3(OH, F)3[PO4]2·5h3O
	Аугелит	Al2[(OH)3·(PO4)]
Карбонаты	Кальцит	СаСО3
	Арагонит	СаСО3
	Фатерит	μ-СаСО3
	Сидерит	FeСО3
Сернистые соединения	Макинавит	FeS
	Троилит	FeS
	Пирротин	Fe9S10
	Пирит	FeS2
	Марказит	FeS2

Во многих пробах осадков обнаружены такие примеси, как полиморфный кварц и глинистые минералы различного вида (монтмориллонит, гидрослюда, иллит, палыгорскит).

Общепризнанным является и то, что процессы коррозии конструктивных элементов скважины так-же существенным образов влияют на образование железистых кольматирующих соединений химического генезиса в скважинах. На первом этапе развития коррозийных процессов образуется вюстит (FeO) и далее происходит сложный многостадийный процесс трансформации продуктов коррозии оборудования1:

Сложные ассоциации минералов, возникающие в прифильтровых зонах скважин, предсказать трудно. Вместе с тем достоверным является то, что при каптаже подземных вод, приуроченных к песчаным коллекторам, в составе кольматирующих образований преобладает железистая составляющая.

Внутренние структурные связи кольматирующих образований определяют их прочностные свойства. На первом этапе формирования кольматирующих соединений образуются рыхлые отложения вязкопластичной консистенции с водно-коллоидными связями при незначительной прочности осадков. В процессе диагенеза водно-коллоидные связи кольматирующих образований замещаются на кристаллизационные, в результате чего в гранулированном коллекторе образуется цемент обрастания.

Совокупное воздействие кольматационных процессов приводит к отложению осадков в пористой среде гравийной обсыпки, а также в отверстиях фильтров. Накопление осадка в порах пористой среды обуславливает изменение ее структурных показателей, вызывает снижение коэффициента фильтрации прифильтровой зоны и, как следствие, этого – падение производительности скважины. Степень кольматации пористой среды обычно выражается через насыщенность порового пространства a осадком, определяемую по формуле

α=(n₀–n)/n₀,

где n₀ и n – коэффициенты начальной и текущей пористости среды.

Зависимость между проницаемостью среды и ее насыщенностью кольматирующими образованиями в общем случае, по мнению проф. Д. М. Минца, имеет вид:

k/k₀=(1–α)m,

где k и k0 – текущий и первоначальный коэффициент фильтрации прифильтровой зоны, m – показатель

степени (m=2,8÷3,3). При m=3, .

Результаты обследования скважин путем вскрытия прифильтровых зон и извлечения фильтров указывают на то, что в максимальной степени кольматируются породы, непосредственно примыкающие к фильтру скважин, а по мере удаления от фильтра наблюдается постепенное уменьшение количества отложений.

У сетчатых фильтров отложения формируются в непосредственной близости, и размер зоны кольматации, как правило, не превышает 15 мм, что связано с интенсивной кольматацией сетки фильтра. В лабораторных условиях оценивалась водопроницаемость закольматированных сеток, а после отмыва кольматирующих образований реагентами – насыщеннность сеток осадком (табл. 2).

Таблица 2. Коэффициенты фильтрации (м/сут) и насыщенность кольматирующими образованиями сеток фильтров скважин Тамбовской области

Район объекта	Период эксплуатации, лет	K	k₀	k/k₀	a
Кирсановский	13	0,210	29,30	0,01	0,809
	14	4,210	21,05	0,20	0,415
	14	0,250	28,71	0,01	0,794
Знаменский	13	0,410	17,52	0,02	0,714
	13	3,090	21,25	0,14	0,475
	14	4,350	35,20	0,12	0,502
Мукачевский	5	33,240	50,37	0,65	0,130
Мукачевский	8	19,100	39,60	0,48	0,216
Уметский	9	3,170	24,98	0,12	0,498
Рассказовский	4	2,580	26,19	0,10	0,537
Бондарский	9	6,290	33,44	0,18	0,427
Уваровский	12	19,200	28,62	0,67	0,125
Инжавинский	8	6,390	15,14	0,42	0,250

Лабораторными исследованиями натурных кольматирующих образований была определена их плотность, которая, согласно полученным данным (табл. 3), изменяется в пределах от 2240 до 3129 кг/ м³ и в расчетах может быть принята равной 3000 кг/м³..

Таблица 3. Плотность кольматирующих образований

География объекта	№ скважины	Место отбора пробы	Плотность, кг/м3
Тамбовская область, районы:
Жердевский	2080	Сцементированные породы прифильтровой зоны	2860
Токаревский	2563	Сцементированные породы прифильтровой зоны	3089
Рассказовский	1383	Внутренняя часть сетчатого фильтра	2240
Воронежская область, райны:
Новоусманский	239/71	Водоподъемное оборудование	2742
Рамронский	1378		2516
Панинский	862/1		2931
Краснодарский край, дренажные скважины Краснодарского водохранилища	198	Водовыпуск самоизливающихся скважин	2510
	142		3129
	174		2264

^{Рисунок: Кольматация фильтров водозаборных скважин. Вид снаружи и изнутри (данные видеообследования).}

Масса отложившихся кольматирующих образований Р (кг) ориентировочно может быть вычислена по насыщенности ими порового пространства a гравийной обсыпки:

P=αω_порρ_ос,

где w_пор – объем пор гравийной обсыпки, м³, rос плотность кольматирующих образований, кг/м³ (ориентировочно rос=3000 кг/м³).

По результатам экспериментальных обработок скважин в Тамбовской области, оборудованных сетчатыми фильтрами, установлено изменение насыщенности порового пространства кольматантом и массы последнего в зависимости от срока эксплуатации скважины (см. рисунок).

В практических расчетах интенсивность кольматационных процессов может быть оценена по данным об изменении удельного дебита скважин во времени при аппроксимации этой зависимости

где q_t– удельный дебит скважины в рассматриваемый момент времени t; q₀ – первоначальный удельный дебит скважины, т. е. при сдаче ее в эксплуатацию; β– коэффициент интенсивности кольматационных процессов, мес^–1; t_зап – период запаздывания во времени в наступлении экспоненциальной зависимости, мес.

Изменение насыщенности порового пространства (∞) и массы кольматанта прифильтровой зоны скважин во времени

Анализ зависимости q_t=ƒ(t) показывает, что опытные данные аппроксимируются не сразу после включения скважины в работу. Имеется некоторый период запаздывания t_зап во времени в наступлении этой зависимости (стабильный период работы скважины).

Величина коэффициента интенсивности кольматационных процессов β (по данным длительных наблюдений по 188 скважинам) колеблется в пределах (1,4÷4,5)×10^–2 мес^–1 (средние показатели). Прослеживается отчетливая связь между конструкциями фильтров и интенсивностью снижения удельных дебитов скважин. Так, для скважин с гравийно-проволочными фильтрами β=(0,5÷2,0)×10^–2 мес^–1 и время стабильной работы t_зап=12÷30 мес (средние показатели), а для скважин с блочными и сетчатыми фильтрами β=(3,5÷4,7)×10^–2 мес^–1 и t_зап<6 мес.

Рассчитанные параметры кольматационных процессов могут служить основой для оценки стабильной работы водозаборов и рациональных межремонтных периодов скважин.

Важно отметить: в практике сервисных компаний США, обслуживающих водозаборы подземных вод, для увеличения дебитов скважин, как правило, проводят обработки скважин растворами гранулированной сульфаминовой кислоты с периодичностью 1–2 года, т. е. на стадии образования водно-коллоидных связей в кольматирующих соединений, до их диагенеза, когда они легко растворяются в слабой кислоте органического происхождения.

Полученные результаты исследований состава и свойств кольматирующих соединений водозаборных скважин и интенсивности кольматационных процессов позволяют обоснованно определить рациональный межремонтный период скважин и наметить необходимые ремонтно-восстановительные мероприятия.

veselkov.me

Способ декольматации фильтра

Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться для предупреждения разрушения слабосцементированных пород при добыче воды, нефти и газа. Способ заключается в прокачке через фильтр жидкости или газа в направлении, обратном направлению фильтрации через него пластовых флюидов. Прокачку осуществляют в импульсном режиме с амплитудой давления, большей максимальной депрессии, создавшейся на фильтре при работе скважины, и меньшей перепада давления, разрушающего фильтр при одновременном отборе флюидов из пласта. Пластовые флюиды из зафильтрованного пространства направляют по затрубному пространству на устье скважины.

Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться для очистки фильтров, устанавливаемых в скважинах для предупреждения разрушения слабосцементированных пород при добыче воды, нефти или газа.

Известны способы декольматации фильтров путем механического удаления фильтрационной корки или с помощью кислот, щелочей и т.д., т.е. химические способы [1]. К недостаткам этих способов относится низкая степень очистки фильтров. Наиболее близким решением к предлагаемому является способ декольматации фильтров (фильтров Гранжера), заключающийся в прокачке через него жидкости в направлении, обратном направлению фильтрации. Недостатком данного способа является неполное восстановление фильтрационной способности фильтра. Это вызвано тем, что при прокачке жидкости через фильтр в обратном направлении для удаления образовавшейся фильтрационной корки и проникших в фильтр твердых частиц необходимо создать перепад давления на них больше перепада давления, создавшегося при их внедрении в фильтр. Например, газовая скважина, оборудованная фильтром, работала с производительностью 250 тыс.м³/сут при депрессии 1,5 МПа. Для того, чтобы создать такую депрессию при отмыве фильтра (декольматации), необходимо развить такую же производительность газом или водой. Учитывая, что вязкость воды приблизительно в 50 раз выше, то и расход можно уменьшить в 50 раз (при этом депрессия будет 1,5 МПа). Необходимый расход воды (секундный) определится: Q = 250000 : (50 24 60 60) = 0,05 м³/с Но при таких расходах возникают большие потери давления в трубах, т.е. противодавление на пласт, и следовательно, поглощение им жидкости, что в свою очередь приведет к уменьшению производительности скважины. При недостаточных депрессиях происходит неполная декольматация фильтров, при увеличении депрессий происходит поглощение жидкости. В результате - потеря производительности скважины. Целью изобретения является полное восстановление производительности скважины, потерянной в результате кольматации фильтра. Для достижения этой цели в известном способе декольматации фильтра, заключающемся в прокачке через него жидкости или газа в направлении, обратном направлению фильтрации через него пластовых флюидов, прокачку осуществляют в импульсном режиме с амплитудой давления, большей максимальной депрессии, создавшейся на фильтре при работе скважин, и меньшей перепада давления, разрушающего фильтр при одновременном отборе флюидов из пласта. Импульсный режим позволяет мгновенно создать необходимую любую амплитуду давления и очистить фильтр от проникших частиц при минимальном расходе жидкости. Амплитуда давления должна быть больше величины максимальной депрессии, при которой твердые частицы внедрялись в поры фильтра, и меньше перепада давления, разрушающего фильтр. Следовательно, для декольматации фильтра его прочность должна значительно превосходить величину максимальной депрессии, так как при декольматации импульсным способом он может разрушиться. В технике известно применение декольматации пластов путем импульсных методов для очистки пористых сред (призабойных зон), от механических частиц (Н. М. Антоненко. Воздействие на призабойную зону пласта гидроимпульсным насосом. - Нефтепромысловое дело, 1986, N 2, с. 2). Однако в сочетании ограничений по амплитуде давлений (больше максимальной депрессии и меньшей перепада давления, разрушающего фильтр) не обнаружено. А именно, сочетание перечисленных в формуле приемов придает способу новое качество, позволяющее достичь положительного эффекта - восстановления производительности скважины. Следовательно, изобретение удовлетворяет к р и т е р и ю "Существенные отличия". П р и м е р. Скважина эксплуатировалась с максимальным дебитом 310 тыс. нм³/сут и депрессии 0,8 МПа. В скважине установлен на насосно-компрессорных трубах стеклопластиковый фильтр с прочностью 10 МПа на внутреннюю радиальную нагрузку. В результате годичной эксплуатации дебит скважины снизился до 150 тыс. нм³/сут, а депрессия возросла до 2,0 МПа. После обычной прямой промывки дебит увеличился до 170 тыс.нм³/сут. Переводник над фильтром имеет сужение внутреннего канала до 52 мм (внутренний диаметр насосно-компрессорных труб 62 мм). Из пластмассы, например полиэтилена, изготавливают пробку диаметром, превышающим 52 мм, и экспериментальным путем определяют давление, при котором продавливается пробка через отверстие переводника диаметром 52 мм. Выбирают такую пробку, которая продавливается при давлении больше 2,0 МПа и меньше 10,0 МПа. Это будет пробка из полиэтилена диаметром 55 мм, которая продавливается через сужение проводника диаметром 52 мм при давлении 3,5 МПа, что удовлетворяет условию. Ее устанавливают в насосно-компрессорные трубы и приступают к продавке жидкостью, пеной или газом. Одновременно пускают в работу скважину по затрубью (на факел) для исключения попадания жидкости в пласт. На затрубье устанавливают шайбу диаметром 10 мм для ограничения дебита и возможного разрушения пласта. Продавку пробки осуществляют до регистрации скачка давления, свидетельствующего о прохождении пробки через сужение надфильтрового переводника. При этом на фильтр действует ударная волна с амплитудой 3,5 МПа и очищает фильтр. После очистки скважины от жидкости затрубье закрывают и пускают скважину в эксплуатацию на насосно-компрессорных трубах. Дебит скважины восстанавливается полностью. Экономическая эффективность достигается за счет восстановления дебита скважины, т.е. увеличения его против прототипа в 2 раза. При промывке дебит увеличился с 150 до 200 тыс.нм³/сут, т.е. на 50 тыс.нм³/сут, а при декольматации по предлагаемому способу с 200 до 310 тыс.нм³/сут, т.е. на 110 тыс. нм³/сут. Скважина 72 Голицынского ГКМ. Скважина работала с максимальным дебитом 173 тыс.нм³/сут. Затем в результате кольматации фильтра дебит снизился до 85 тыс.нм³/сут при депрессии Р = = 1,5 МПа. Прочность фильтра на внутреннее давление не превышает Р = 3,5 МПа. Исходя из этого выбирают полиэтиленовую пробку диаметром 53 мм, которая проходит через 52 мм отверстие переводника фильтра при Р = 2,1 МПа. Таким образом соблюдается Р Р_мми В результате проведенных работ по декольматации производительность скважины возросла до 165 тыс. нм³/сут, т.е. дебит увеличился до 80 тыс. нм³/сут.

Формула изобретения

СПОСОБ ДЕКОЛЬМАТАЦИИ ФИЛЬТРА, включающий прокачку через него жидкости или газа в направлении, обратном направлению фильтрации через него пластовых флюидов, отличающийся тем, что прокачку жидкости или газа через фильтр осуществляют в импульсном режиме с амплитудой, большей максимальной депрессии, создавшейся на фильтре при работе скважины, и меньшей перепада давления, разрушающего фильтр, при этом одновременно осуществляют отбор пластовых флюидов из пласта и направляют их совместно с жидкостью или газом из зафильтрованного пространства по затрубному пространству на устье скважины.

findpatent.ru

Способ кольматации стенок скважины

Использование: для увеличения нефте- и газоотдачи пластов. Цель изобретения - повышение прочности и изолирующих свойств кольматационного слоя стенки скважины. Способ реализуется с помощью кольмататора, представляющего комплект гидромониторных насадок, установленных в наддолотном переводнике. Насадки имеют различную пропускную способность. Оси насадок направляют таким образом, чтобы точки пересечения струй со стенкой скважины располагались одна за другой, в порядке убывания интенсивности струй, по следу струи наибольшей интенсивности. В варианте реализации способа струи направляют таким образом, чтобы точки, расположенные по следу струи наибольшей интенсивности, были смещены от ее следа в разные стороны. В другом варианте используют две струи максимальной интенсивности, смешенные одна относительно другой. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к средствам снижения проницаемости скважин при бурении на нефть и газ и может применяться с целью изоляции пластов друг от друга и уменьшения поглощения бурового раствора стенками скважины, предотвращения осложнений при бурении и увеличения нефте- и газоотдачи пласта.

Известен способ обработки (кольматации) стенок скважины с помощью нескольких струй бурового раствора, выходящих из наддолотного переводника через гидромониторные насадки [1] Струи высокого давления, несущие глинистые частицы раствора, при ударе о стенку скважины уплотняют ее механическим воздействием и внесением слоя глины. При этом изолирующие свойства стенки повышаются. Струи по этому способу направляются в разные стороны от переводника. Это, во-первых, ограничивает эффект механического воздействия струи на стенку скважины, поскольку давление, создаваемое насосом бурового раствора в наддолотном переводнике при заданном общем расходе будет тем меньше, чем больше в нем насадок. Во-вторых, затруднена равномерная обработка стенок скважины, так как скорость вращения снаряда и подача долота могут меняться, а расстояние между насадками фиксировано. В зависимости от указанных параметров на некоторые точки поверхности скважины могут последовательно воздействовать все струи в процессе погружения снаряда, а на другие меньшее их число. Стенка скважины оказывается обработанной неравномерно, что неизбежно ведет к появлению участков повышенной проницаемости и снижению изолирующих свойств кольматированного слоя горной породы. Качество кольматационной обработки остается невысоким. Эти недостатки в значительной степени снижаются при использовании способа кольматации, реализуемого колонковым снарядом [2] согласно которому стенку обрабатывают струями, сближающимися по пути к стенке и сфокусированными на этой стенке, что означает пересечение осей струй на поверхности стенки. В этом случае, хотя поток раствора и распределяется по нескольким струям, однако они результируются в точке на поверхности скважины, что обеспечивает усиление механического взаимодействия струй с этой поверхностью. Сближение струй к одной точке, усиливая взаимодействие их со стенкой, увеличивает зону этого воздействия, что повышает вероятность равномерной обработки всей стенки. Способ принят за прототип. Однако оно имеет существенные недостатки. В каждой точке поверхности скважины, попавшей под воздействие пучка струй в процессе вращения снаряда, давление резко поднимается, а затем также резко падает. Это вызывает упругую реакцию скважины в виде растягивающих напряжений в скелете горной породы. Жидкость, закачанная вглубь стенки в фазе повышения давления, распирает затем породу в фазе снижения давления и может разрушить поверхностный слой. Откол кольматированных частиц породы приведет к высокой проницаемости стенки. Кроме того, резкое падение давления после его максимума неблагоприятно сказывается на закреплении частиц раствора внутри пор горной породы, приводит к их частичному обратному выносу из пор внутрь скважины. В результате эффективность кольматации ухудшается. Цель изобретения повышение прочности и изолирующих свойств кольматированного слоя стенки скважины. Сущность изобретения состоит в том, что при воздействии на стенку скважины сближающимися струями используют струи разной интенсивности (разной скорости истечения из насадок) и направляют их таким образом, чтобы точки пересечения осей струй со стенкой располагались одна за другой в порядке убывания интенсивности по следу струи наибольшей интенсивности. В варианте реализации способа по крайней мере две точки, расположенные по следу струи наибольшей интенсивности, смещают в разные стороны от оси этого следа. В другом варианте используют две струи максимальной интенсивности и направляют их таким образом, чтобы точка пересечения одной из струй со стенкой была смещена относительно оси следа другой. Такие отличительные особенности способа в каждой обрабатываемой точке поверхности скважины обеспечивают падение давления более плавное, чем его скачек. Реакция стенки снижается. Стенка деформируется в основном в сторону ее механического уплотнения. Предотвращается откол породы и возможный вынос кольматирующих породу частиц. Одновременно увеличивается время действия струй, т. е. время насыщения стенки глинистыми частицами и улучшаются таким образом условия для этого процесса. Этому же способствует и снижение реакции стенки, предотвращение откола частиц породы. Расширяется зона воздействия струй на стенку, что еще больше повышает равномерность ее обработки, а следовательно, и качество этой обработки. На фиг. 1 показан кольмататор, поперечный разрез; на фиг. 2-4 линейное размещение точек пересечения осей струй с поверхностью стенки скважины; на фиг. 5 и 6 схема размещения точек при использовании двух струй максимальной интенсивности. Кольмататор представляет комплект гидромониторных насадок 1, 2 и 3, установленных, например, в наддолотном переводнике 4 (для упрощения показаны только отверстия насадок). Насадки рассчитаны на различную интенсивность струй. Наибольшая у насадки 1. Это легко может обеспечиваться, например, различной формой или длиной их каналов. Насадки могут располагаться как в одной плоскости, например, в плоскости поперечного сечения кольмататора (фиг. 1), так и быть смещенными по высоте. Насадки устанавливаются таким образом, что оси их сближаются у стенки 5, не пересекаясь. Оси пересекаются со стенкой в точках, размещенных одна за другой по мере убывания интенсивности струй, подаваемых через насадки, за точкой оси насадки наиболее интенсивной струи. Для удобства ориентации осей и оптимизации процесса кольматации насадки могут быть регулируемыми по положению их осей. Варианты направлений осей насадок демонстрируют точки А, А₁, В и С пересечения осей со стенкой 5 скважины. А и А₁ точки осей насадок струй максимальной интенсивности, точки В и С от осей насадок струй меньшей интенсивности. Каждая точка показана в центре зоны 6 (фиг. 2) взаимодействия кольматирующих струй, подаваемых через насадки, со стенкой 5 скважины. В этом взаимодействии образуется след 7 с осью 8 от струи 9 максимальной интенсивности. Способ осуществляется в следующих вариантах. Регулируя положение или направление насадок (фиг. 2 и 3), в точку А направляют струю максимальной интенсивности. В точки В и С струи меньшей интенсивности. В процессе вращения кольмататора (по стрелке на фиг. 1) каждая точка стенки скважины вначале попадает под струю 9 (с осью в точке А на фиг. 2), воспринимает ее механическое ударное действие и отбирает глинистые частицы от струи. После прохода точки А оси этой струи стенка попадает под действие струй меньшей интенсивности (точки В и С). Это уменьшает упругую реакцию стенки, уменьшает растягивающие напряжения, обусловленные снижением давления после воздействия струи максимальной интенсивности. Она уплотняется и повышается прочность кольматированного слоя. Одновременно возрастает время насыщения стенки глинистыми частицами, что еще больше повышает качество обработки. Оси насадок (фиг. 4) размещены таким образом, что струи меньшей интенсивности падают в точки В и С, смещенные относительно оси следа струи 9 максимальной интенсивности. Это расширяет полосу взаимодействия струй со стенкой скважины, т. к. эта полоса (показана пунктиром) шире следа струи, проходящей через насадку 1. Если мощность бурового насоса достаточна, то возможно использование одновременно двух струй максимальной интенсивности (точка А и А₁ на фиг. 5 и 6) в сочетании со следующими за ними струями меньшей интенсивности (точки В и С). При этом интенсивность каждой струи (точки А и А₁) может быть меньше интенсивности аналогичной струи на фиг. 1 и 2, но возрастает равномерность обработки стенки, а в результате и кольматационный эффект.

Формула изобретения

1. Способ кольматации стенок скважины, включающий воздействие на стенку скважины сближающимися на ее поверхности струями жидкости, отличающийся тем, что сближающимся на поверхности стенки скважины струям жидкости задают различную интенсивность, при этом направление осей струй жидкости задают из расчета обеспечения расположения точек пересечения их осей с поверхностью стенки скважины одна за другой в порядке убывания их интенсивности по следу струи жидкости наибольшей интенсивности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере две точки пересечения осей струй жидкости с поверхностью стенки скважины, расположенные по следу струи жидкости наибольшей интенсивности, смещают в разные стороны от оси этого следа. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что двум сближающимся на поверхности стенки струям жидкости задают максимальную интенсивность, а направление осей этих струй жидкости задают из расчета обеспечения расположения точки пересечения оси одной из этих струй жидкости с поверхностью скважины со смещением относительно следа другой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

findpatent.ru

КОЛЬМАТАЖ - это... Что такое КОЛЬМАТАЖ?

кольматаж — а, м. colmatage m. 1. То же, что заболачивание &LT; ?!&GT;. Брокг. 1907. Регуляторы и шлюзы устраиваются при речных и прудовых плотинах, в дамбах, служащих для кольматажа (заиления). ЭСХ 1903 5 336. 2. Естественное или искусственное осаждение на… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

КОЛЬМАТАЖ — (франц. colmatage от итал. colmata наполнение, насыпь),1) отложение на поверхности и в порах почвы принесенных водой наносов. Естественный (напр., на вогнутых склонах) и искусственный (для повышения низменных территорий) кольматаж.2) Обработка… … Большой Энциклопедический словарь

кольматаж — проникновение, кодьматирование, кольматация, заливание, вмывание, осаждение Словарь русских синонимов. кольматаж сущ., кол во синонимов: 7 • вмывание (1) • … Словарь синонимов

кольматаж — Естественное или искусственное вмывание глинистых и илистых частиц в поры грунта горных пород, изменяющее их влагоёмкость и водопроницаемость [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] кольматаж… … Справочник технического переводчика

КОЛЬМАТАЖ — естественное или искусственное вмывание (проникновение) глинистых и тонкозернистых частиц в поры г. п., изменяющие их влагоемкость и водопроницаемость. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия

КОЛЬМАТАЖ — (франц. colmatage, от итал. colmata наполнение, насыпь), 1) естественное или искусственное вмывание (проникновение) глинистых и тонкозернистых частиц в поры горных пород, изменяющее их влагоемкость и водопроницаемость; 2) процесс седиментации… … Экологический словарь

кольматаж — Отложение глинистых или илистых частиц на поверхности и в порах водопроницаемой породы, в результате чего снижается ее водопропускная способность; искусственное заполнение пор грунта глинистыми частицами для снижения фильтрации воды. Syn.:… … Словарь по географии

КОЛЬМАТАЖ — закупоривание фильтрационных ходов мельчайшими частицами грунта (глиной, илом), которые подаются в виде пульпы (вода с грунтом). Во вновь залитых водой прудах К. значительно уменьшает фильтрацию через дно водоема и тело плотины Уменьшение… … Прудовое рыбоводство

кольматаж — (франц. colmatage, от итал. colmata наполнение, насыпь), искусственное поднятие поверхности участка (например, при осушении низменности), повышение плодородия или создание нового плодородного слоя при окультуривании песчаных и каменистых почв за … Энциклопедический словарь

Кольматаж — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Кольматаж фильтров скважин. Термин кольматаж (фр. colmatage – закупорка, засорение, естественная цементация) используется для объяснения причин… … Википедия

кольматаж — (фр. colmatage) 1) естественное или искусственное осаждение на каком л, участке земли взвешенных в воде глинистых частиц и ила; образующиеся таким путем наносы представляют собой плодородную почву; 2) вмывание глинистых и илистых частиц в поры… … Словарь иностранных слов русского языка

agricultural_dictionary.academic.ru

Кольматация — Горная энциклопедия

Кольматаж (от итал. colmata — наполнение, насыпь * a. colmatage; н. Kolmation, Verschlammung; ф. colmatage; и. colmatacion, colmataje), — процесс естеств. проникновения или искусств. внесения мелких (гл. обр. коллоидных, глинистых и пылеватых) частиц и микроорганизмов в поры и трещины горн. пород, в фильтры очистных сооружений и дренажных выработок, a также осаждение в них хим. веществ, способствующее уменьшению их водо- или газопроницаемости. Носителем кольматажного материала (кольматанта) могут служить жидкости и газы. Различают K. механическую, химическую, термическую и биологическую.

B естеств. условиях механич. и хим. K. подвергаются слагающие русло рек породы в результате вмывания в них взвешенных в открытом потоке частиц.

B искусств. условиях (при стр-ве и эксплуатации инж. сооружений) K. играет двоякую роль — положительную и отрицательную. B первом случае её используют, a во втором — ведут c ней борьбу. Напр., в гидротехнике, мелиорации и горн. деле механич. K. служит для предотвращения фильтрации воды из каналов, канав, прудов-осветлителей путём заиления их дна и откосов малоконцентрир. глинистыми растворами, в нефтепромысловой практике — для заиления призабойной зоны нагнетат. скважин при вторичных методах добычи нефти и т.д. Наиболее интенсивно K. происходит при отношении диаметра пор кольматируемой породы к размеру взвешенных кольматирующих частиц ок. 5-6, содержании этих частиц в суспензии до 1% и при слабоминерализов. воде.

B горн. практике хим. K. используют для снижения степени выщелачиваемости растворимых пород, ликвидации проникновения воды и водопритоков в шахты осаждением гипса и кам. соли при взаимодействии насыщенного раствора хлоридов кальция и натрия, подаваемого через скважины в карстовые полости, заполненные раствором хлорида и сульфата магния.

Разрабатываются пути термической K. пористых и трещиноватых пород охлаждением растворов солей хлоридов, a также биол. K. для создания барражных завес внесением отд. видов микроорганизмов, создания оптим. среды для их активной деятельности и накопления продуктов метаболизма (обмена).

Отрицат. влияние K. проявляется в заилении песчаных фильтров водоочистных сооружений, a также в заилении и зарастании карбонатами и гидроксидами железа зафильтров. песчано-гравийной засыпки фильтров водозаборных и дренажных скважин. При поверхностном способе Дренажа на шахтах и карьерах механич. и хим. K. приводит к резкому снижению водопроницаемости фильтров и пород прифильтровых зон и соответственно к снижению дебита скважин, что требует приме- нения разл. методов интенсификации дренажа обводнённых пород и "оживления" фильтров скважин.

Литература: Шехтман Ю. M., Фильтрация малоконцентрированных суспензий, M., 1961; Короткевич Г. B., Соляной карст, Л., 1970.

M. C. Газизов, B. И. Костенко, Ю. П. Шохин.

Источник: Горная энциклопедия на Gufo.me

Значения в других словарях

кольматация — Кольматация — см. заиливание почвы. Толковый словарь по почвоведению
кольматация — орф. кольматация, -и Орфографический словарь Лопатина
кольматация — см. кольматаж Сельскохозяйственный словарь
кольматация — КОЛЬМАТАЦИЯ и, ж. КОЛЬМАТИРОВАНИЕ я, ср. То же, что кольматаж. СИС 1985. Словарь галлицизмов русского языка
кольматация — сущ., кол-во синонимов: 2 кодьматирование 2 кольматаж 7 Словарь синонимов русского языка

gufo.me

Кольматаж - это... Что такое Кольматаж?

dic.academic.ru

Глава 7 Освоение водоносных горизонтов, раскольматация пласта

7.1. Причины кольматации

Под освоением водоносного пласта следует понимать технологические операции, обеспечивающие оборудование водоприемной части скважины и восстановление естественной водоотдачи пласта или искусственное увеличение ее объема для достижения максимального дебита скважины.

При освоении зачастую требуется «раскольматировать пласт».

Кольматация (кольматаж) - Процесс естественного и искусственного вмывания мелких (главным образом глинистых и коллоидных) частиц в поры и трещины горных пород. Кольматация приводит к ухудшению фильтрационных свойств пород. Различают кольматацию механическую, химическую, термическую и биологическую.

В скважинах на воду кольматации в основном способствуют следующие факторы:

- шлам бурового раствора;

- частички глины пропластков разреза;

- соли Mg, Ca, Fe, образовавшиеся в результате реакции нагнетаемой воды с водами пласта.

Глинистый раствор является сильнейшим кольматантом в связи с тем, что частички глины, проникая в поры и трещины пласта, набухают и вызывают снижение проницаемости пласта и соответственно дебита скважины.

После оборудования приемной части скважины фильтровой колонной (а в некоторых случаях водоносный пласт оставляют, в скальных породах, без фильтра) приступают к освоению скважины. Операции освоения скважины сводятся к восстановлению естественных свойств пласта, то есть к различным способам и приемам очистки коллекторов водоносных пластов от твердых частиц, связанных с процессом бурения.

Операции по восстановлению проницаемости прифильтровой зоны заключаются в удалении глинистого раствора, бурового шлама и закольматированой породы пласта, - это достигается путем создания в прифильтровой зоне давления, ниже пластового, для чего используются различные методы откачки.

Откачка воды является обязательной операцией при освоении скважин. При откачке воды на фильтр и прилегающий водоносный пласт воздействует поток воды, поступающий через водоприемную поверхность внутрь скважины при создании в ней пониженного давления с помощью эрлифта, водоструйного насоса, скважинного центробежного насоса или другого водоподъемного средства.

Откачка является наиболее эффективным методом раскольматации после обработки скважины другими методами, вызывающими нарушение структуры связей в закольматированой породе, разрушение и диспергирование глинистой корки.

Очистка коллекторов, пор пласта должна начинаться немедленно после установки фильтра.

Обязательная промывка скважины осуществляется через фильтр водой. Продолжительность промывки зависит от глубины и диаметра скважины и составляет от 2 до 24 часов. Затем необходимо обязательное откачивание при помощи эрлифта или погружного центробежного насоса. Продолжительность и тип откачки зависит от состава водоносного пласта, динамического уровня. Возможно также чередование циклов откачки и промывки.

7.2. Откачка эрлифтом

После сооружения скважины обычно производится строительная откачка воздушным водоподъемником (эрлифтом) для удаления бурового шлама, глины, мелких фракций песка из прифильтровой зоны. Работа эрлифта основана на использовании сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором. В скважину помещается водоподъемная труба, на нижнем конце которой устанавливается смеситель - перфорированная труба, плотно опоясанная кожухом. К смесителю присоединяется воздухопровод от компрессора. Сжатый воздух по воздухопроводу подводится к смесителю, помещенному под динамический уровень на глубину, и, проходя через отверстия в нижнюю часть водоподъемной трубы, перемешивается с водой, образуя водоподъемную смесь. Плотность смеси меньше плотности воды, поэтому столб воды высотой вне водоподъемной трубы уравновешивается столбом воздушно-водяной смеси, имеющим большую высоту. При непрерывной подаче воздуха воздушно-водяная смесь выходит на поверхность земли.

При строительной откачке вода содержит большое количество взвешенных примесей, которые выносятся, и вода постепенно осветляется. Минимальный расход воды при строительной откачке должен быть не менее 75% расчетного эксплуатационного дебита скважины.

При строительной откачке водоподъемные трубы эрлифтной установки опускают в скважину до нижней части отстойника, а смеситель устанавливают выше — на глубине, соответствующей рабочему давлению компрессора. В этом случае проникшая в скважину порода и шлам будут вынесены водой на поверхность земли. Полное освобождение водоносной породы от шлама имеет особо важное значение при последующем оборудовании скважин центробежными насосами. При недостаточной откачке шлам проникает в насос, что может вызвать его быстрый износ.

Продолжительность строительной откачки зависит от свойств водоносной породы, интенсивности и способа откачки и не может быть заранее точно установлена. Признаками окончания строительной откачки являются полное осветление воды, прекращение выноса из скважины породы и шлама, установившийся режим с производительностью не менее 75% расчетной. Во время строительной откачки измеряют динамический уровень и дебит скважины. Обычно по мере осветления воды динамический уровень понижается, а удельный дебит возрастает.

Недостаток разглинизации скважин эрлифтной откачкой заключается в невозможности создания больших перепадов давления в системе водоносный пласт — скважина. Максимальное понижение уровня воды при откачке эрлифтом не может превышать 30—50% высоты столба воды в скважине. Так, при глубине скважины 100 м перепад давления будет не более 0,3—0,5 МПа. Столь низкий перепад давления не может обеспечить достаточного разрушения продуктов глинизации даже при продолжительной откачке.

Для увеличения эффективности откачки рекомендуется выключать компрессор с одновременным выпуском воздуха из ресивера. При этом за счет перепада давлений в трубах и затрубном пространстве вода с большой скоростью движется вниз, проходит через водоприемную поверхность фильтра и ударяет в стенки скважины. Это способствует лучшей очистке фильтра и обрушению стенок скважины.

studfile.net

Кольматация фильтра скважины

5.4 Кольматация фильтров и прифильтровых зон скважин

Кольматация

СКВАЖИННЫЙ ДОКТОР - О декольматации скважин

Список трудов

Кольматация

Состав и свойства кольматирующих образований водозаборных скважин

Состав и свойства кольматирующих образований водозаборных скважин

Способ декольматации фильтра

Способ кольматации стенок скважины

КОЛЬМАТАЖ - это... Что такое КОЛЬМАТАЖ?

Кольматация — Горная энциклопедия

Значения в других словарях

Кольматаж - это... Что такое Кольматаж?

Глава 7 Освоение водоносных горизонтов, раскольматация пласта

7.1. Причины кольматации

7.2. Откачка эрлифтом

Смотрите также