автостроймеханизация

Проблемы со скважиной и способы их решения

Кольматация фильтра скважины

 

Кольмата́ж — засорение, естественная цементация фильтров скважин.

Кольматация скважины – это процесс засорения пор и трещин в горных породах, фильтрах, вызванный проникновением мелких частиц и микроорганизмов либо осаждением в них химических веществ. В результате этого снижается прохождение потока жидкости или газа, что прямым образом отражается на производительности и изоляционных свойствах скважины.

Термин кольматаж используется для объяснения причин снижения фильтрационных характеристик водовмещающих пород и фильтрующих элементов водозаборных сооружений.

Эффективность работы фильтров водозаборных скважин значительно зависит от кольматационно-суффозионных процессов на контактах каркас фильтра — порода, гравийная обсыпка — порода и каркас фильтра — гравийная обсыпка. В ходе эксплуатации скважин в большинстве случаев наблюдается снижение их производительности, обусловленное отложением в отверстиях фильтров, порах гравийной обсыпки и водоносных породах осадков физико-химического и биологического происхождения. В более просто языком, это образование непроницаемой для воды корки в прифильтровой зоне и непосредственно на фильтре скважины.

Сущность этих процессов необходимо знать как для разработки методов подбора и расчета фильтров, так и для формулирования рекомендаций по поддержанию стабильного дебита скважин во времени за счет применения комплекса профилактических мер и ремонтных работ.

Прямым следствием кольматажа является увеличение скоростей фильтрации, рост входных гидравлических сопротивлений и снижение притока воды к скважине. Процесс кольматообразования протекает на различных этапах работы водозаборных сооружений, в разнообразных геологических и гидрогеологических условиях, а его интенсивность и характер изменяются во времени и пространстве.

Кольматанты включают в себя коллоиды, глинистые и пылеватые элементы, а также осадки, которые образуются в результате природной эксплуатации скважины.

 

      

 

Всего кольматаж подразделяют на три вида:

  • механический

  • биологический

  • химический.

 

Механический кольматаж.

Механический кольматаж контактной зоны между гравийной обсыпкой и водовмещающей породой (водоносным горизонтом), а также на границе фильтрующей поверхности (проволочная обмотка фильтра либо фильтрующая сетка) и прилегающей к ней гравийной обсыпки вызывается заклиниванием отверстий пылеватыми частицами водоносного горизонта, обеспечивающих фильтрацию.

При отборе воды из рыхлых песчаных отложений водоносного горизонта вода прежде чем попасть в скважину, вода проходит через два барьера, это контур гравийной обсыпки фильтра и непосредственно сам фильтр скважины. В процессе сооружения скважины, создается естественный фильтр на контакте каркаса фильтра с породой, либо на контакте гравийной обсыпки с породой. Естественный фильтр формируется при непременном песковании скважин, так как только при этих условиях наблюдается сортировка пород по диаметрам фракций и отмывка мелкозернистых (пылеватых) частиц, снижающих фильтрационные свойства пород в прифильтровой зоны.

Пескование, т.е. вымыв и вынос в скважину частиц песка из водоносного пласта, называется механической суффозией. Для возникновения суффозии необходимо выполнения следующих условий:

    1. геометрических, определяемых соотношением между частицами фильтра и песка, защищаемого от выноса

    2. гидромеханических, определяемых градиентами и входными скоростями фильтрации.

 

Если частицы песка не проникают сквозь поры гравийной обсыпки, т. е. по геометрическим условиям механическая суффозия невозможна, то любые большие градиенты и скорости фильтрации не могут вызвать пескования скважины. Для предотвращеня процессов механического кольматажа, следует применять гравийную обсыпку соответствующей фракции в зависимости от гранулометрического состава водоносного горизонта, также в пылеватых и мелкозернистых водоносах предусматривать мощный слой гравийной обсыпки фильтра соответствующих гранулометрического состава и толщины.

 

       

 

Химический кольматаж.

Происходит из-за изменений в химическом составе подземных вод, вызванных сдвигами в гидродинамических условиях фильтрационного потока. Снижение давления в воде приводит к уменьшению растворимости газов, в частности углекислого (CO2), что вызывает выделение газов и нарушение углекислотного равновесия. В результате, в присутствии катионов кальция и магния, формируются труднорастворимые осадки CaCO3 и MgCO3, особенно вблизи фильтров, где их интенсивность уменьшается по мере удаления от этих зон.

 

Основные типы осадков при химической кольматации фильтра

  • Железистые осадки, возникающие при окислении закисного железа в подземных водах с растворенным кислородом. В результате образуется Fe(OH)2 и его последующее превращение в Fe(OH)3;

  • Сернистые отложения, образующиеся из-за реакции подземных вод, содержащих H2S, с материалом фильтра, что приводит к формированию труднорастворимых отложений железа, меди, цинка;

  • Силикатные отложения с примесью закисного железа, придающие ему бурый цвет, образуются в результате наличия кремниевой кислоты в водах;

  • Фосфатно-железистые осадки, формирующиеся при увеличении щелочности воды.

 

Снижение интенсивности химических засорений

Полное предотвращение химических процессов засорения невозможно из-за наличия естественного режима водоносного пласта. Но для снижения интенсивности рекомендуется:

  1. Избегать неравномерного режима эксплуатации скважин, препятствующего аэрации подземных вод;
  2. Не использовать эрлифтные подъемники;
  3. Проводить регулярную проверку работы обратных клапанов погружных насосов для предотвращения попадания аэрированных вод в зону фильтра;
  4. Ограничивать высоту столба воды до 7 метров от верхней секции насоса до динамического уровня воды в скважине, чтобы минимизировать риск аэрации воды и осадкообразования.

 

   

 

Биологический кольматаж.

Данный процесс возникает из-за биологической активности микроорганизмов. В частности, деятельность определенных видов бактерий способна приводит к следующим последствиям:

  • Выделению гидрата окиси железа, который трансформирует закись железа в нерастворимую форму окиси железа;

  • Накоплению окиси железа на рабочих поверхностях фильтров, внутренних стенах скважин и оборудовании для насосов.

 

Процессы химического кольматажа, происходящие в прифильтровых зонах скважин, интенсифицируются биологической деятельностью. Основной причиной этого являются железо-, сульфат- и марганцевые бактерии, которые в нескольких видах присутствуют во всех водоносных породах и подземных водах и в результате жизнедеятельности осаждают железо, марганец и выделяют сероводород из подземных вод. Все организмы, способные осаждать эти компоненты из подземных вод, можно разбить на четыре основные группы.

 

Первую группу составляют железо и марганцевые бактерии, способные использо-вать энергию окисления закисных соединений Fe и Mn по уравнению:

4Fe(НСО3)2 + 6 Н2О + О2 > 4 Fe(ОН)3 + 4 Н2 СО3 + 4 СО2 + 58 000 кал.

4 MnСО3 + О2 > 2MnО +2 СО2 +76 000 кал.

 

Сюда относятся Leptothrix, Gallionella, Siderococcus и другие железобактерии авто-трофного образа жизни, использующие энергию как солнца, так и энергию окисления дру-гих веществ. Длина отдельных разновидностей (Leptothrix ochracea) достигает 1 см. Они могут прикрепляться к субстрату и вести плавающий образ жизни, по существу, производя хемосинтез.

Ко второй группе относится ряд гетеротрофных организмов, покрытые слизистой оболочкой, которая может абсорбировать из раствора окисные или закисные соединения, пропитывать их гидратом окиси Fe или Mn. Энергия, выделяющаяся при окислении этих соединений, организмами не используется. Сюда относится ряд нитчатых бактерий из рода Cladothrix.

К третьей группе могут быть отнесены организмы, которые способны использовать органические соединения гуматов железа. Типичный представитель этой группы Sidero-capsa treubii. Эти бактерии, используя для своего питания органическую часть гуминового комплекса, осаждают освобождающееся железо на своей поверхности.

К четвертой группе относятся представители высшей водной растительности и нитчатых водорослей, например Conferva. Во время интенсивного фотосинтеза они используют углекислоту бикарбонатов, железа, кальция и марганца. При этом сильно подщелачивается окружающая среда и из раствора выделяются марганец и железо в виде гидратов окиси.

 

Железобактерии характеризуются следующими физиологическими особенностями:

способностью оказывать каталитическое действие на процесс перевода закиси железа в окись, интенсивным выделением огромного количества гидрата окиси железа, основного продукта их окислительной работы. Они обычно не нуждаются в органических питательных веществах, присутствие которых в больших количествах угнетающе действует на их развитие. Все они предпочитают низкую температуру, свет не играет особой роли в жизнедеятельности железобактерий: они лучше размножаются в темноте. Наиболее благоприятная для развития железобактерий слабо – кислая реакция, но они могут развиваться при почти нейтральной реакции.

 

Необходимыми условиями развития железо- и марганцевых бактерий являются:

  1. Величина рН должна находиться в пределах 5,7 – 7,2;
  2. Содержание железа Fe2+ не должно быть меньше 1,6 мг/л и не превышать 10 – 12 мг/л;
  3. Подземная вода должна содержать углекислоту;
  4. Окислительно – восстановительные условия должны характеризоваться величинами Еh > -10 мВ ± 20мВ, а rH  14,5±1. Процесс развития бактерий интенсифицируется с увеличением скорости фильтрации, так как в этом случае увеличивается интенсивность поступления питания (Fe2+, Mn2+) к бактериям.

 

С целью уменьшения действия бактерий, для поддержания стабильной работы скважин, необходимо предусматривать профилактические мероприятия. К ним относятся:

  1. С частотой 1 раз в 3 – 4 месяца предусматривать хлорирование скважин с остаточной концентрацией хлора 5 – 7 мг/л. При этом возможно хлорирование скважин путем подачи воды с хлором из напорного водовода. После введения раствора хлорной извести в скважину целесообразно включить насос на 30 – 50 с и затем отключить его с тем, чтобы обработался не только фильтр, но и прифильтровая зона скважины.
  2. Все оборудование, включая и насосное, во время бурения скважины, ее ремонта и обслуживания, необходимо перед установкой дезинфицировать, для исключения попадания бактерий в скважину с поверхности земли.
  3. Вода, используемая при бурении, очистке и другом обслуживании не должна быть взята из озер или прудов.
  4. Обсадная труба скважины должна в обязательном порядке быть водонепроницаемой, сверху герметично закрыта, и выступать над поверхностью земли не менее чем на 0,5 м.

 

 

Более устойчивый эффект на длительный период времени обеспечивает установка в фильтре специального источника гамма лучей. В качестве такого источника опробовано применение радиоактивного кобальта и цезия, помещенных в закрытом излучателе.

Альтернативным и более дорогим методом борьбы с бактериями можно считать применение воды нагретой до температуры + 600 С, и выдерживаемой в скважине в течении 30 минут. Из всего выше изложенного можно заключить, что для Республики Беларусь в общем и для г. Минска в частности, условия для развития бактерий являются вполне приемлемыми, т. к. величина рН колеблется в пределах от 7 до 8,2, содержание железа лежит в пределах от 1,4 до 12 мг/л, в образцах кольматанта присутствует сульфид железа и наблюдается сокращение в водах иона SО4 (присутствие сульфатредуцирующих бактерий), а также отмечается разница в количественном содержании сульфида железа и окиси кальция в образцах, взятых с водоподъемного оборудования, и полученных при кислотных образцах.

 

Обращайтесь к профессионалам – мы поможем! Мы выполняем работы по ремонту скважины на воду в сжатые сроки, официально с гарантией, выезжая по месту расположения скважины в любой регион Республики Беларусь. Безналичный расчёт. Звоните сейчас +375 29 379 17 89 мы поможем решить вашу проблему.