Районирование территории Республики Беларусь по применению методов регенерации водозаборов подземных вод

4.2 Районирование территории Республики Беларусь по характеру кольматации и регенерации фильтров скважин

Химический кольматаж представляет собой постепенное отложение химических соединений в порах фильтра и на зернах пористой среды призабойных зон скважин, вызванное смещением химического равновесия в подземных водах в непосредственной близости от скважины.

Возможность прогноза смещения химического равновесия в подземных водах и идентификация состава кольматанта по осадкам создает предпосылки для районирования территории Беларуси с целью выделения зон кольматирующих отложений, характеризующихся интенсивным снижением производительности работы водозаборов и назначения соответствующих методов их регенерации [2,9,10].

Район распространения водоносных комплексов, приуроченных к четвертичным отложениям. Район эксплуатации четвертичных водоносных отложений (рис. 1.2) характеризуется изменяющимся в широких пределах значениями индекса стабильности (от 7 до 9). В кольматирующих образованиях скважин, каптирующих этот водоносный горизонт, отмечается преобладание железосодержащего компонента в виде гидроокислов, окислов и сульфидов железа, а также соединения кальция и магния, алюминия, кремния, марганца и фосфора. Интенсивное залегание кольматанта наблюдается в зонах неглубокого залегания водоносных отложений. В таких условиях эффективны реагентные способы регенерации скважин с применением реагентной ванны и циклическим задавливанием реагента за контур фильтра. В качестве реагента может служить соляная кислота (HCl), бисульлфат (NaHSО₄) и тприполифосфат натрия (Na₅ Р₃ О₁₀) [22,19,20,21].

Характеристика применения различных способов регенерации для конкретных гидрогеологических условий приведена в таблице 4.3.

Применение дитионита натрия, для достижения максимального восстанавливающего эффекта, возможно в районах с минимальным содержанием сульфидов железа (FeS) в кольматанте.

Для скважин, которые не подвергались ремонтно-восстановительным мероприятиям более 5-10 лет, целесообразно применение комбинированных импульсно-реагентных методов регенерации фильтров скважин.

Оптимальные межремонтные периоды для скважин, эксплуатирующих водоносный комплекс четвертичных отложений, составляет 1,5-3 года для условий стабильной их работы.

Таблица 4.2

Районирование территории Беларуси по характеру кольматации и по способам восстановления производительности водозаборных скважин

Район распространения водоносных комплексов, связанных с палеоген-неогенными и четвертичными отложениями. Водоносные горизонты палеоген-неогеновых и четвертичных отложений широко развиты и активно эксплуатируются на юге республики, в пределах Брестского и Припятского артезианских бассейнов (рис. 1.2).

Для рассматриваемого района характерен кольматаж фильтров и прифильтровых зон водозаборных скважин преимущественно гидроокисными формами железа и алюмосиликатными соединениями. Алюминий и кремний фиксируются в виде коагелей взаимного с гидроокисью железа осаждения. Концентрация водорастворенных форм кремнекислоты достигают 10 и более мг/л [22,16,17].

Агрессивность вод по отношению к карбонатным соединениям характеризуется величинами показателя Ризнера от 8,5 до 10 и более.

Наличие повышенных содержаний алюмосиликатов в составе кольматирующих образований является отличительной особенностью рассматриваемого гидрогеохимического района. В начальной стадии эксплуатации водозаборных скважин осаждение коагели железа и алюмосиликатов могут быть удалены традиционными способами. Со временем происходит формирование плотной цементной корки сложной по составу.

Удовлетворительная степень растворения сформированного таким образом цемента обрастания достигается добавками к рабочему раствору реагента незначительных количеств плавиковой кислоты (НF). Для обеспечения безопасности выполняемых работ возможна замена плавиковой кислоты ее солью - бифторидом аммония (NН₄ НF₂). Кроме того, для этих целей применимы также растворы фторида аммония (NН₄F) и метилформиата (С₂Н₄ О₂). Положительный результат может быть получен и в случае применения комбинированных методов регенерации.

На юго-западе республики значительного увеличения алюмосиликатов в кольматирующих образованиях не наблюдается, что позволяет рекомендовать реагентные обработки с применением растворов соляной кислоты, бисульфата и триполифосфата натрия.

Продолжительность стабильной работы водозаборных скважин (до 30 % снижения удельных дебитов) составляет 2-4 года.

Район распространения водоносных комплексов мезозойского возраста. интенсивный водоотбор из водоносных комплексов меловых и юрских отложений осуществляется на западе и юго-востоке республики (рис. 1.3). основными эксплутационными комплексами района являются представленные песчаными и мергельно-меловыми породами верхнесеноманско-маастрихтские, альб-маастрихтские, альб-сеноманские, а также оксфордские и альб-сеноманские отложения [22].

Кольматирующие образования на фильтрах скважин характеризуются преобладанием железосодержащего компонента в виде гидроокислов и сульфидов железа. Оптимальным способом регенерации фильтров скважин в этом случае является реагентный с применением соляной кислоты, бисульфата и триполифосфата натрия.

Отличительной особенностью кольматанта фильтровых колонн скважин, каптирующих водоносные карбонатные отложения мезозойского возраста, является повышенное содержание карбоната кальция. В этом случае эффективно применение кислотных методов регенерации. Во избежание газлифта с достаточной эффективностью могут быть также применены растворы фосфатов и дитионит натрия (при незначительном содержании сульфида железа в кольматанте).

Величина рН мезозойского водоносного комплекса характеризуется значениями от 7,2 до 7,5. Величины индекса стабильности изменяются в пределах от 7,5 до 8,5. Содержание водорастворенного железа - от 0,4-0,8 мг/л на западе республики возрастает до 1,2-1,6 мг/л в ее юго-восточных областях.

Продолжительность стабильной работы скважин составляет 3-5 лет.

Район распространения водоносных комплексов, связанных с палеозойскими отложениями. Из палеозойских водоносных комплексов наиболее интенсивно эксплуатируются карбонатная толщи верхнего девона, старооскольские и ланские водоносные отложения среднего и верхнего девона. Все они широко развиты в северной, северо-восточной и восточной частях республики (рис. 1.4).

Водоносная толща старооскольских и ланских отложений представленных песками и песчаниками, характеризуется железистыми кольматантами (гидрооксид и сульфид железа). Известняки и доломиты карбонатной толщи верхнего девона способны отлагать на фильтрах водозаборных скважин кольматирующие образования сложного химического состава. В целом, район распространения девонских водоносных отложений характеризуется низкими значениями рН и несколько повышенным содержанием водорастворенного железа. Численные значения паказателя Ризнера (от 6,7 до 6,9) свидетельствуют о склонности вод к выделению из раствора солей жесткости [22].

Преобладающими в составе кольматанта компанентами являются карбонатные соединения кальция и магния, а также железистые образования, представленные гидроокисными и сульфидными формами. На отдельных участках развития девонских водоносных отложений в кольматирующих образованиях отмечаются повышенные содержания алюмосиликатов.

При выполнении работ по восстановлению производительности скважин, оборудованных с целью эксплуатации водоносных комплексов палеозойского возраста, возможно применение как импульсных, так и реагентных методов регенерации.

Периодичность проведения ремонтных мероприятий может изменяться от 3 до 6-7 лет.

Условия эксплуатации протерозойских водоносных отложений определяются сравнительно глубоким залеганием водовмещающей толщи и ее литологическим составом. В подземных водах отмечены повышенное содержание хлоридов и сульфатов, а в ряде случаев - железа в районах, прилегающих к Микашевичско-Житковичскому выступу.

Железистые отложения на фильрах водозаборных скважин представлены преимущественно сульфидами.

Район распространения водоносных отложений протерозойского возраста характеризуется изменяющихся в широких пределах значениями индекса стабильности - от 7,5 до 9 и более. В таких условиях и при наличии высоких содержаний водорастворенного железа выпадения из растворов солей жесткости в больших количествах маловероятно.

Регенерация водозаборных скважин, каптирующих протерозойские водоносные комплексы, может выполняться реагентным методом с применением соляной кислоты, триполифосфата и бисульфата. При восстановлении производительности скважин, эксплуатирующих водоносные горизонты скальных и полускальных пород, целесообразно проведение импульсных обработок, обеспечивающих развитие трещиноватости и способствующих улучшению фильтрационных свойств зоны водоотбора [22].

Снижение удельной производительности до 20-30 % от первоначальной наступает через 2-5 лет эксплуатации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании исследовании установлено, что в ходе эксплуатации скважин в большинстве случаев наблюдается снижение их производительности вследствие механического, химического и биологического кольматажа. Поэтому для поддержания производительности водозаборных скважин необходимо проведение профилактических и ремонтно-восстановительных мероприятий с периодичностью не превышающей рационального межремонтного периода. Для Беларуси в целом значения межремонтного периода изменяются от 1,5 до 7 лет, что в среднем составляет около 3-х лет.

Анализ состава кольматирующих соединений показал, что основными компонентами отложений на фильтрах на территории республики являются соединения железа (40-70%) и кальция (3-38%). Соединения железа представлены оксидами и сульфидами. Минералогически оксиды железа представлены лимонитом, гидрогетитом, гетитом и рентгено-аморфной гидроокисью железа. Соединения кальция состоят из кальцита, доломита. Сульфидные соединения состоят из пирита и маркизита.

Кроме того, определены основные принципы районирования территории по характеру образования кольматанта, периодичности и методам восстановления производительности скважин. Районирование основывается на особенностях геолого-гидрологических условиях водоносных горизонтов, литологическом составе водоносных пород, химическом составе кольматанта, интенсивности кольматажа.

Сочетание импульсного и реагентного методов дает наилучшие результаты при восстановительных ремонтах, так как эффективность восстановления практически не зависит от гидростатического давления в скважине и от типа применяемого фильтра, а только от количества и состава кольматанта и состояния самого фильтра. Под действием импульсных нагрузок водонепроницаемые структуры кольматанта разрушаются, создаются дополнительные трещины, увеличивается контакт кислоты с цементирующими осадками, более глубоко проникает кислота за контур фильтра, благодаря чему возрастаем степень растворения солевых соединений. Это способствует более эффективному восстановлению структуры, пористости и проницаемости прилегающих к фильтру пород и увеличению срока эксплуатации скважин. Данный метод рекомендуется практически по всей территории республики для скважин, возраст которых составляет от 5 до 10 и более лет.

Для увеличения ресурса водозаборных скважин и повышения их коррозионной стойкости, необходимо применение более прогрессивных пластиковых фильтров (германская фирма «Пройсаг») и обсадных колонн, а также фильтров, изготовленных полностью из нержавеющей стали (американская фирма «Джонсон») и устанавливаемых впотай.

Полученные результаты являются основой организации планово-профилактических работ, связанных с декольматажом фильтров водозаборных скважин.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алексеев В. С. Об особенностях подземных вод, склонных к осадкообразованию. Труды ВНИИ «ВОДГЕО», М.: вып. 13, 1966 г.-с.118-120.

2. Алексеев В. С., Коммунар Г. М., Гребенников В. Г. Опыт районирования методов тегенерации скважин. Гидротехника и мелиорация. №4, 1979 с. 77- 82.

3. Апельцин И. Э. Подготовка воды для затопления нефтяных пластов. М., Гостоптехиздат, 1960, 299с.

4. Башкатов А.Д. Предупреждение пескования скважин. - М.: Недра, 1991. - 176 с.: ил.

5. Воробьева Г. И., Гуринович А. Д., Макарова Э. А., Ничипор В. В. Геохимическое районирование территории БССР (Брестская область) для организации технического обслуживания сельскохозяйственного водоснабжения. Отчет БелКТИГХ, инв.№ Б 946393, Минск, 1980, 55 с.

6. Гаврилко В.М., Алексеев В.С. Фильтры буровых скважин. Изд.2, перераб. и доп. М.,”Недра”,1976. 345 с.

7. Герасимович А. И. Математическая статистика: [Учеб. Пособие для инж.-техн. и экон. спец. втузов].- 2-е изд., перераб. и доп.- Мн.: Выш. Школа, 1983.- 279 с., ил.

8. Герасимович А.И. Учебное пособие для инж.-техн. Спец. - 2 - е изд., перераб. И доп. - Мн.: Высш. школа, 1983. - 279 с., ил.

9. Гуринович А. Д., Сытин А. П., Макарова Э. А., Смирнов П. П., Глухова А. В., Панасенко В. А. Геохимическое районирование территории БССР для организации технического обслуживания сельскохозяйственного водоснабжения. Геохимическое районирование Витебской области. Отчет БелКТИГХ, инв.№ 02850045909, Минск, 1983, 60 с.

10. Гуринович А. Д., Сытин А. П., Макарова Э. А., Смирнов П. П., Глухова А. В., Панасенко В. А. Геохимическое районирование территории БССР для организации технического обслуживания сельскохозяйственного водоснабжения. Геохимическое районирование Могилевской области. Отчет БелКТИГХ, инв.№ 02850045907, Минск, 1983, 82 с.

11. Гуринович А.Д. Питьевое водоснабжение из подземных источников: проблемы и решения. - Мн.: «ТЕХНОПРИНТ», - 2001 - 305 с.

12. Дубровский В.В. Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду. Изд. 2, переработанное и дополненное. М., «Недра» , 1972, 512 с.

13. Ивашечкин В. В., Кондратович А. Н., Макарова Э. А. Исследование отложений в фильтах водозаборных скважин и тестирование реагентов для их удаления. - Мир технологий №1, 2004 г., стр. 81 - 88.

14. Квашнин Г.П., Деревянных А.И. Водозаборные скважины с гравийными фильтрами. М., Недра, 1981. 216 с.

15. Кудельский А. В., Пашкевич В. И., Ясовеев М. Г. Подземные воды Беларуси. - Мн. : Институт геологических наук НАН Беларуси, 1998 г. - 260 с .

16. Макарова Э. А., Воробьев Л. А., Гуринович А. Д. Исселдование режимов регенерации и технологии реагентного восстановления водозаборных скважин коммунальных систем водоснабжения. Выбор направлений исследований. Промежуточный отчет БелКТИГХ, № Гос. Регистрации 01830030052, Минск, 1983, 59 с.

17. Макарова Э. А., Воробьев Л. А., Гуринович А. Д., Шкуратов В. Г. Исселдование режимов регенерации и технологии реагентного восстановления водозаборных скважин коммунальных систем водоснабжения. Экспериментальные исследования. Промежуточный отчет БелКТИГХ, № Гос. Регистрации 01830030052, Минск, 1984, 29 с.

18. Макарова Э. А., Воробьев Л. А., Гуринович А. Д., Шкуратов В. Г. Исселдование режимов регенерации и технологии реагентного восстановления водозаборных скважин коммунальных систем водоснабжения. Заключительный отчет БелКТИГХ, № Гос. Регистрации 01830030052, Минск, 1987, 110 с.

19. Макарова Э. А., Воробьева Г. И., Глухова А. В., Гуринович А. Д., Панасенко В. А., Смирнов П. П., Геохимическое районирование территории Гомельской области для организации технического обслуживания сельскохозяйственного водоснабжения. Отчет БелКТИГХ, инв.№ 02829045924, Минск, 1983, 86 с.

20. Макарова Э. А., Воробьева Г. И., Глухова А. В., Гуринович А. Д., Панасенко В. А., Смирнов П. П., Геохимическое районирование территории БССР для организации технического обслуживания сельскохозяйственного водоснабжения. Геохимическое районирование Гродненской области Отчет БелКТИГХ, инв.№ 02850045908, Минск, 1983, 60 с.

21. Макарова Э. А., Воробьева Г. И., Глухова А. В., Гуринович А. Д., Панасенко В. А., Смирнов П. П., Геохимическое районирование территории Минской области для организации технического обслуживания сельскохозяйственного водоснабжения. Отчет БелКТИГХ, инв.№ 02830013273, Минск, 1983, 96 с.

22. Панасенко В. А. Гидрогеохимические особенности зоны активного водообмена территории Белорусской ССР в связи с оптимизацией эксплутационных режимов водозаборных скважин. Диссертация на соискание степени кандидата геолого-минералогических наук. Мн.,1986 г.

23. Плотников Н.А. Алексеев В.С. Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод. - М.: Стройиздат, 1990. - 256 с.ил.

24. Работнова И. Л. Общая микробиология. М.,1966, 260 с.

25. Романенко В.А. Электрофизические способы восстановления производительности водозаборных скважин. - Л.: Недра, 1980.- 79 с.

26. Рябушко В. В., Бархатов А. П., Юруть И. Е. Сборник индивидуальных заданий по теории вероятностей и математической статистике.- Мн.: Выш. Шк., 1992. - 191 с.: ил.

27. Станкевич Р. А. Минское месторождение глубоких артезианских вод: краткий очерк природных условий и истории освоения. - Мн.: Беларуская навука, 1997. - 87 с.

28. Сытин А. П., Макарова Э. А., Смирнов П. П., Панасенко В. А. Геохимическое районирование территории БССР для организации технического обслуживания сельскохозяйственного водоснабжения. Заключительный отчет БелКТИГХ, № Гос. Регистрации 80032447, Минск, 1985, 83 с.

29. Усенко В.С. Вопросы теории фильтрационных расчетов дренажных и водозаборных скважин. М., « Колос», 1968, 301 с.

30. Шенк Х. Теория инженерного эксперимента/ Пер. с англ., М.: Мир, 1972, 381 с.

Размещено на Allbest.ru