Содержание к диссертации
Введение
Глава I Технологии восстановления дебита разведочно-эксплуатационных гидрогеологических скважин, характерные особенности и нерешенные проблемы 7
1.1. Факторы, определяющи е целесообразность восстановления дебита разведочно-эксплуатационных гидрогеологических скважин.. 7
1.2. Анализ научно-исследовательских работ в области вскрытия и повышения эффективности освоения продуктивного пласта 14
1.2.1. Освоение скважин на воду, стадии и оценки проведения работ. 15
1.2.2. Краткий обзор применяемых методов регенерации скважин 22
1.2.2.1. Гидро-газодинамические методы 23
1.2.2.2. Реагентные и комбинированные методы 33
1.2.3. Применяемые оценки эффективности результатов освоения и Регенерации скважин 38
1.3. Особенности эксплуатации гидрогеологических скважин, Определяющие продолжительность их эффективной работы 47
1.3.1. Влияние технологии эксплуа тации гидрогеологических скважин. 47
1.3.2. Современные средства эксплуатации гидрогеологических скважин...56 выводы по главе, цели и задачи исследований 64
Глава II Выбор и обоснование методов исследований 71
2.1. Разработка структурной схемы исследований снижения проницаемости Фильтровой зоны скважин и кавитации, как средства ее восстановления 71
2.2. Обоснование методов исследований 71
2:2:1: Существующая методология исследований. 71
2.2.2. Исследование кавитации с применением системного подхода 78
2.2.2.1. Разработка классификационных признаков 79
2.2.2.2. Исследование факторов, оказывающих влияние на возникновение кавитации и характер ее развития. 80
2.2.2.3. Анализ параметров кавитации и разработка критерия управления 82
2.3. Методика исследований кавитации 87
2.3.1. Направления и задачи аналитических исследований кавитации 87
2.3.2. Методика проведения стендовых экспериментальных исследований разрушающей способности кавитации и возможностей ее регулирования 88
Выводы по главе ii 93
Глава III. Теоретические представления о процессах кольматажа-декольматажа фильтровой области разведочно-эксплуатационных гидрогеологических скважин в процессе их сооружения и эксплуатации ..95
3.1. Влияние коллекторов продуктивных горизонтов, конструкций скважин и фильтров на продолжительность работы скважин 95
3.2. Факторы, определяющие кольматаж фильтровой области скважин при вскрытии водоносных горизонтов . 105
3.2.1. Схемы вскрытияикольматажа фильтровойзоны. 105
3.2.2. Очистные агенты, предотвращающие кольматаж фильтровой зоны 112
3.3. Факторы, определяющие кольматаж при эксплуатации водоносных горизонтов. 113
3.3.1. Виды кольматажа фильтров иприфильтровых зон скважин. 113
3.3.2. Экспериментальное исследование факторов, определяющих снижение проницаемости фильтров и прифильтровых зон водозаборных скважин 121
3.3.3 существующие представления о причинах изменения производительности водозаборных скважин. 136
3.3.4. Закономерности изменения производительности скважин, определяемые накоплением кольматанта в фильтровых зонах 141
3.4. Восстановление производительности водозаборных скважин 148
3.4.1. Методы восстановления дебита скважин 148
3.4.2. Расчеты величин удельной энергии рассеиваемой при различных способах обработки призабойной зоны скважин. 151
3.4.2.1. Оценка энергетики импульсных воздействий. 152
3.4.2.2. Оценка энергетики гидродинамических воздействий, возбуждаемых механическими колебаниями 157
3.4.2.3. Энергетика методов химической обработки. 161
3.4.2.4. Оценки энергетики методов комбинированной обработки 164
Выводы по главе III 173
Глава IV Теория возбуждения и использования гидродинам ических колебаний жидкости в фильтровой области разведочно-эксплуатационных
Гидрогеологических скважин с целью ее декольматажа 176
4.1. Теория импульсных воздействий на горную породу 176
4.1.1. Особенности импульсных воздействий в воде и водонасыщенных Горныхпородах 176
4.1.2. Изменения структуры водонасыщенных горных пород при импульсных Воздействиях. 185
4.1.3 область разрушения структуры горной породы при импульсных Воздествиях. 186
4.1.4. Длительность межремонтных периодов при эксплуа тации Водозаборных скважин 192
4.2. Теоретическое изучение кавитационных способов декольматажа Фильтровой области разведочно-эксплуатационных гидрогеологических Скважин в процессе сооружения и эксплуатации 195
4.2.1. Типы гидродинамических кавитационных колебаний жидкости 195
4.2.2. Основные характеристики гидродинамических кавитационных колебаний жидкости 204
Выводы по главе iv 221
Глава V Экспериментальные исследования возможности применения Эффекта кавитации с целью декольматажа фильтровой области Разведочно-эксплуатационных гидрогеологических скважин 224
5.1. Исследование влияния эффекта кавитации на процесс разрушения Кольматанта в призабойной зоне скважин 224
5.2 экспериментальное исследование возможности управления эффектом Кавитации посредством регулирования параметра р2/р, 232
5.3 экспериментальное исследование возможности разрушения глинистого Кольматанта в призабойной зоне скважин за счет использования эффекта кавитации. 240
Выводы по главе v 245
Глава VI Разработка рекомендаций по использованию результатов Теоретических и стендовых исследований в производственных условиях 247
6.1. Разработка системы автоматического регулирования проницаемости фильтров и прифильтровых зон водозаборных скважин 247
6.2. Оптимизация режима работы погружных откачных насосов в водозаборных скважинах 250
Основные выводы и рекомендации. 265
Литература
- Анализ научно-исследовательских работ в области вскрытия и повышения эффективности освоения продуктивного пласта
- Обоснование методов исследований
- Факторы, определяющие кольматаж фильтровой области скважин при вскрытии водоносных горизонтов
- Особенности импульсных воздействий в воде и водонасыщенных Горныхпородах
Введение к работе
Подземные воды более защищены от техногенных и других видов загрязнений. Несмотря на это в России из подземных источников добывают около 30 %, а из поверхностных 70 % воды, в то время как в большинстве ведущих стран мира это соотношение находится, соответственно в пределах 70 и 30%.
Производительность водоносных горизонтов резко снижается из-за кольматажа фильтров и прифильтровых зон скважин осадками различного происхождения.
Ведущими научно-исследовательскими организациями (ВНИИ ВОДГЕО, Русбурмаш, ОАО НПО "Буровая техника" - ВНИИБТ, ВИТР, СКБ Геотехника, ВНИИГаз и др.) разработаны методы и средства вскрытия, освоения и эксплуатации водоносных горизонтов.
Однако, при использовании указанных средств, имеет место ряд неблагоприятных факторов, снижающих общие эколого-экономические показатели эффективности перечисленных технологических процессов. Зачастую наиболее эффективные способы сооружения и восстановления работоспособности гидрогеологических скважин основываются на использовании материалов и химических реагентов, ухудшающих качество питьевой воды. Задача обеспечения безопасной жизнедеятельности населения путем улучшение качества водоснабжения, современное повышение экологических требований до мирового уровня, предъявляемых к технологическим процессам сооружения и эксплуатации скважин, призвано приостановить негативную тенденцию возрастания техногенной нагрузки на окружающую среду, угрожающую необратимыми последствиями. Разрабатываемым в настоящее время Проектом Федеральной программой комплексного совершенствования систем водоснабжения, в соответствии требованиями ВОЗ, предусматривается исключение из состава технологических процессов сооружения и эксплуатации скважин на воду материалов и реагентов ухудшающих качество питьевых вод.
Необходимо принять во внимание и тот фактор, что использование современных средств декольматажа водоносных горизонтов требует использования энергоемкого оборудования и осуществления монтажно-демонтажных операций насосно-компрессорных установок, что существенно удорожает работы, прерывает процесс эксплуатации скважин и повышает вероятность аварий технологического оборудования при выполнении различных установочных и спускоподъемных операций. Учитывая указанные сложности, пользователи увеличивают межремонтные периоды, способствуя, таким образом, усилению кольматажа фильтров и околофильтровых областей, что требует применения кардинальных мер (использование кислот, химреагентов, микровзрывов и т.п.) для их декольматажа.
С учетом сказанного приобретают актуальность вопросы комплексного совершенствования технологий сооружения и эксплуатации скважин, исключающие или сводящие к минимуму противоречивость между увеличением межремонтных периодов и сложностью последующих обработок скважин с целью восстановления их дебита.
Идея работы заключается в разработке более совершенного, с экологической точки зрения, метода восстановления проницаемости призабойных зон скважин, повышения эффективности процесса освоения продуктивных горизонтов, увеличения срока службы водозаборных скважин, снижения себестоимости работ путем использования гидродинамических кавитационных колебаний жидкости, генерируемых специальным кавитационным устройством.
Объектом исследований являются цели, условия, средства и результаты технологических процессов сооружения скважин, добычи, подготовки и использования подземных вод.
Предметом исследований являются методы, способы и средства повышения производительности скважин на жидкие полезные ископаемые в различных условиях.
Цель работы - снижение себестоимости восстановительных работ и увеличение срока службы гидрогеологических скважин, за счет совершенствования технологии декольматажа их фильтровой области. Основные задачи исследований.
1. Уточнение причин и закономерностей, определяющих снижение производительности водозаборных скважин в процессе эксплуатации.
2. Установление основных закономерностей кольматажа фильтров и изменения проницаемости прифильтровых зон в процессе сооружения водозаборных скважин, зависимости ее изменения от характеристик продуктивных пластов, методов и средств их вскрытия, способов организации технологических процессов и других факторов.
4. Установление амплитудно-частотных характеристик гидродинамических кавитационных колебаний жидкости в призабойной зоне скважины, искусственно создаваемых с помощью эффекта кавитации в зависимости от конструктивных параметров специального устройства, применяемого для их создания - кавитатора, а также характеристик насоса и фракционного состава горных пород.
5. Изучение принципиальной возможности декольматажа фильтра прифильтровой зоны водозаборных скважин в процессе освоения эксплуатации гидрогеологических скважин за счет использования эффекта кавитации, без демонтажа водоподъемного оборудования.
6. Разработка критериев и методик предпроектного, комплексного прогнозирования эффективности технологий сооружения и эксплуатации гидрогеологических скважин в различных горно-геологических и эколого-экономических условиях и их последующего использования.
Анализ научно-исследовательских работ в области вскрытия и повышения эффективности освоения продуктивного пласта
Основу технологии сооружения скважин, способов вскрытия и освоения водоносных горизонтов на протяжении многих лет сформировали работы российских и зарубежных ученых: Н.И. Куличихина, Б.И. Воздвиженского, Э.Ф. Эпштейна, Ф.А. Шамшева, К.Г. Володченко, С.А. Волкова, А.В. Марам-зина, B.C. Федорова, B.C. Владиславлева, Д.Н. Башкатова, А.Д. Башкатова, С.С. Сулакшина, Е.А. Козловского, Б.Б. Кудряшова, В.М. Питерского, А.Г. Калинина, Б.М. Ребрика, В.Г. Кардыша, А.Т. Киселева, Л.А. Лачиняна, Л.К. Горшкова, A.M. Яковлева, Н.Г. Шелковникова, В.М. Гаврилко, Г.П. Квашнина, О.С. Брюховецкого, В.П. Дробаденко, СП. Экомасова, Р.И. Ши-щенко, Б.И. Есьмана, А.Х. Мирзанджанзаде, Н.С. Беликова, Муррея, Н.А. Гукасова, В.А.Белякова, В.С.Алексеева, А.В. Панкова, В.И. Касаткина,
Э.М. Вольницкой, Ю.Д. Бессонова, С.Л. Драхлиса, В.Т. Гребенникова, A.M. Ко-ломийца, В.И. Власюка, Н.В. Соловьева, С.Я. Рябчикова, В.Д. Евсеева, А.Я. Третьяка, G.B. Ошкордина, А.Н. Давиденко, Н.И. Николаева, О.И. Ка-линиченко и др.
В области теории и практики вскрытия и освоения продуктивных горизонтов изучались вопросы прочности конструкций скважин; создавались средства и методы обеспечения гидродинамической связи скважины с пластом; разрабатывались методы обработки пласта с использованием различных типов воздействий; исследовались условия вскрытия пласта с сохранением его собственной проницаемости; разрабатывались технологии проведения изоляционных работ; совершенствовались методики гидродинамических исследований в скважинах.
Методы вскрытия и обработки пласта являются важной составной" частью процессов освоения разведочных скважин. Их разрабатывают с учетом очень сложных и разнообразных явлений, возникающих между пластом и скважиной. В зависимости от геолого-физических условий они могут либо способствовать или наоборот препятствовать установлению между пластом и скважиной устойчивой гидродинамической связи [151].
Анализ и исследования современных способов освоения и восстановления гидрогеологических скважин содержится в работах: Д.Н. Башкатова, А.Д. Башкатова, Г.Т. Овнатанова, В.М. Гаврилко, B.C. Алексеева, Г.П. Квашнина, А.В. Панкова, В.М. Касаткина, В.М. Белякова, Э.М. Вольницкой, Э.М. Романенко, В.Т. Гребенникова, С.Л. Драхлиса, A.M. Коломий-ца, Е.Н Дрягалина, А.Я. Третьяка и др.
Обработка пласта начинается с момента его вскрытия. При этом агентом обработки служит промывочная жидкость, которая в процессе его разбу-ривания вытесняется в пласт. Методами обработки пласта решается большой круг задач. С их помощью возможно обезопасить фильтрационные способности пласта от потери своих природных свойств, сохранить или восстановить естественную проницаемость продуктивных пород при вскрытии, а при разработке интенсифицировать приток жидкости из продуктивного пласта.
На пласт воздействуют с целью сохранения его естественных свойств и предупреждения потери проницаемости призабойной зоны вследствие увеличения при вскрытии пласта межфазных натяжений, набухания глинистых минералов, содержащихся в продуктивной породе, суффозии, загрязнения призабойной зоны в процессе вскрытия или эксплуатации скважин минеральными осадками и продуктами коррозии (окисью железа и сульфидом), частицами силикатов (илом, глиной, тонкозернистым песком), органическими веществами (бактериальными); выпадения нерастворимых карбонатов и сульфидов в поровых каналах вследствие изменения давления и температуры; смыкания естественных микротрещин и перерождения капиллярных каналов, вызванных обнажением разреза продуктивных пород.
В" [112]"выбор способа освоение скважины рассматривается с учетом конструкции скважин и срока ее службы; способа сооружения скважин; свойств очистного агента, применяемого при сооружении скважин; наличия фильтра и его характеристик; характера и степени кольматации фильтра и профильтровой зоны; гидрогеологических и гидрохимических условий. Показано каким образом эффективность освоения скважины определяется качеством вскрытия пласта. Среди факторов, способствующих эффективному освоению водоносного горизонта, выделены следующие: - водоносный горизонт обладает высоким напором и представлен устойчивыми породами без пропластков глины, а также крупно- и среднезер-нистыми песками, гравием, галечником; - при вскрытии водонасосного горизонта не применяется глинистый раствор, вскрытие пласта производится с промывкой водой, аэрированным или полимерными растворами;
Обоснование методов исследований
В этой связи, при изучении общих понижений в пласте гидрогеологи рекомендуют с целью устранения искажений формулы Дюпюи (доп.) располагать наблюдательные скважины на расстоянии от эксплуатационной скважины не менее чем 20 ее диаметров.
Резкое понижение пластового давления наблюдается непосредственно вблизи скважины, в зоне кольматажа. Большим количеством полевых исследований установлено, что кольматаж имеет место лишь на незначительном расстоянии от стенок скважины до 0,4...0,5 м [68].
Формулы, описывающие закономерности кольматажа фильтровой зоны преследуют цель установить взаимосвязь изменения проницаемости породы со степенью насыщенности ее порового пространства. Многим исследователям удалось выразить это достаточно удачными формулами. Но получаемый с их помощью коэффициент проницаемости фильтровой зоны характеризует проницаемость именно данной зоны, но не всего пласта.
В целом попытки применения формулы Дюпюи к зоне кольматажа носят весьма условный характер, поскольку распределение давления на контуре зоны кольматажа (аналог контура питания пласта) в действительности имеет неравномерный характер. Движение притекающих в скважину подземных вод, носит явно не ламинарный характер, поэтому не работает закон фильтрации Дарси u = kl, используемый в ходе выводы формулы Дюпюи, турбулентное движение не подчиняется линейному закону фильтрации, а фильтрация происходит не по всей поверхности фильтра.
Стремление выделить в пласте вокруг скважины зоны с кольцевой неоднородностью и последовательно применять к этим зонам формулу Дюпюи, «сшивая» решения на границах, наталкивается, на то, что зона кольматажа в сравнении с размерами пласта мала, а движение в ней жидкости носит неламинарный характер, закономерности которого прослеживаются неотчетливо. Именно в данных условиях, когда с одной стороны получение точного решения затруднено, а известные точные решения получены с применением дос таточно условных допущений, более практичной оказывается оценка кольма —У тажа с использованием показателя обобщенного сопротивления общ .
Коэффициент обобщенных сопротивлений общ характеризует как несовершенство скважин - j, так и несовершенство фильтра и развитие коль-матажа в фильтровой зоне в процессе эксплуатации скважин - 2. Далее будет показано, что общее сопротивление не определяется согласно общему принципу наложения гидравлических сопротивлений (не выполняются условия необходимые для этого) общ , + Ъ,2.
Определение обобщенного коэффициента сопротивлений общ более удобно и с точки зрения ведения буровых работ (в отличие от гидрогеологи ческих наблюдений с использованием наблюдательных скважин). Обобщенный коэффициент определяется посредством специальных работ в скважине, например экспресс-наливами, отжатием воды давлением сжатого воздуха и другими воздействиями, связанными с резким повышением и понижением уровня-воды в скважине.
В силу того, что обобщенный коэффициент сопротивления общ на графике распределения давления в пласте (см. рис. 2.3.) имеет только услов ное графическое изображение, целесообразно определять не непосредствен но общ-, а наблюдать изменения дебита или удельного дебита скважин с течением времени (Q = Q(t) или q = q{t)) и через эти величины оценивать степень кольматажа или раскольматажа фильтровой зоны.
Одной из задач, решаемых на начальном этапе исследований, являлась разработка концептуальной модели кавитации, которая проводилась с использованием системного метода проведения исследований, заключающего ся в анализе и синтезе исследуемого процесса. Аналитические исследования проводились с использованием данных литературных и патентных источников, а также существующих методик их обработки [20; 33]. Обзор литературных и патентных источников позволил сделать вывод, что явление кавитации в основном изучается как вредное, возникающее в жидкости при работе винтов, турбин и другого высокооборотного оборудования. Перечисленные условия, встречаются в различных отраслях промышленности: судостроении, сооружении гидроэлектростанций и плотин, насосной промышленности и др. В результате проведенного анализа установлен факт отсутствия единой терминологии при изложении результатов теоретических и экспериментальных разработок, что значительно усложняет процесс осмысления материала. Это обусловлено, очевидно тем, что исследования проводились в различных отраслях промышленности, а, следовательно, цели и условия проведения экспериментов были существенно различными.
С учетом изложенного выше целесообразна систематизация информации, накопленной по кавитации, с целью применения ее при разработке способов совершенствования процессов освоения водозаборных скважин и аналогичных им, имеющих место при ведении горно-буровых работ. Систематизация проводилась в соответствии со структурной схемой исследования эффекта кавитации, приведенной на рис 2.1, с применением методики обработки информации, изложенной ниже.
На первом этапе были определены цель и задачи систематизации, назначение которых заключается в установлении таких классификационных признаков, которые позволят определить возможность применения кавитации для совершенствования процесса освоения гидрогеологических скважин. Второй этап посвящен анализу особенностей кавитации, связанных с необходимостью управления кавитацией в условиях реальной буровой скважины.
На третьем - проводилась работа по определению оптимального для существующих условий критерия управления кавитацией.
С учетом сказанного выше были выбраны следующие классификационные признаки кавитации: - виды и особенности кавитации; - факторы, оказывающие влияние на возникновение и характер развития кавитации; - параметры кавитации.
Указанные классификационные признаки наиболее полно учитывают особенности явления кавитации и условия ее применения. Подробный анализ классификационных признаков приводится ниже.
Факторы, определяющие кольматаж фильтровой области скважин при вскрытии водоносных горизонтов
B.C. Алексеевым и В.П. Ткаченко [8] были проведены исследования с целью изучения изменения фильтрационных свойств призабойных зон скважин при различных способах бурения. Условия проведения опытов были таковы, что опытные скважины были оборудованы фильтрами одинаковой конструкции - каркасно-стержневыми с гравийной обсыпкой; гравий во всех опытных скважинах имел идентичный состав. Данные по сопротивлению призабойных зон при различных способах бурения приведены на рис. 3.4.
Из приведенных данных сопротивления призабойных зон скважин, пробуренных роторным способом с обратной промывкой, изменяются от 2,26 до - 1,04, при среднем значении -0,27 и стандартном отклонении 1,23. Отмечено, что на сопротивление оказывают влияние наличие или отсутствие в разрезе глин и суглинков над водоносным горизонтом. Положительные сопротивления в скважинах, пробуренных роторным способом с обратной промывкой, объясняются тем, что даже при замене глинистого раствора чистой водой перед вскрытием водоносного горизонта при наличии в необсаженном стволе глинистых пород происходит глинизация водоносных песков.
Сопротивления призабойных зон для скважин, пробуренных ударным способом, колеблются в пределах от 0,76 до -1,04 и по разбросу значений (стандартное отклонение 0,85), а также по абсолютным величинам (среднее -0,21) близки к сопротивлению скважин, пробуренных роторным способом с обратной промывкой.
Скважины, пробуренные роторным способом с промывкой глинистым раствором, характеризуются высокими сопротивлениями (на рис. 3.4 среднее отклонение 6,53 при стандартном - 4,45), иногда в десятки раз превышающими гидравлические сопротивления пород в призабойных зонах скважин, когда пласты вскрывают другими способами.
Эксперименты по определению дополнительных сопротивлений в скважине проведенные во ВСЕГИНГЕО при различных способах разглини-зации прифильтровой зоны показали следующие результаты (рис. 3.5) [112].
Вскрытие водоносного пласта с промывкой водой во всех случаях обеспечивает наилучшие результаты. Техническую воду в качестве промывочной жидкости для вскрытия водоносных горизонтов, представленных песками начали применять с 1960 г. по рекомендации Д.Н. Башкатова и Г.П. Квашнина. Однако применение роторного бурения с промывкой технической водой может быть ограничено, например, большими коэффициентами фильтрации 20 м/сут и более. В этих случаях применяют другие средства сооружения скважин.
Ударно-канатное бурение характеризует простота организации работ, возможность наиболее точного определения горных пород и границы смены грунтов, более качественное определение промежуточных горизонтов и, кроме того, сооружение скважин больших диаметров. Существенными недостатками ударно-канатного бурения являются: незначительная скорость бурения, сравнительно больший расход обсадных труб и несколько большая стоимость буровых работ по сравнению со значением этих показателей при роторном бурении. Несмотря на отрицательный подход многих специалистов к оценке эффективности этого способа бурения, его преимущества перед другими видами бурения в определенных геолого-гидрогеологических условиях очевидны. Необходимо также отметить, что в случае бурения неглубоких скважин в определенных геологических условиях стоимость буровых работ при ударном бурении бывает ниже, чем при вращательном, а качество воды, полученной в результате применения этого способа бурения, и дебит скважин более высокие.
В.И. Закревским установлено [99], что затраты времени на сооружение скважин ударно-канатным способом бурения хотя и в 1,5...3,0 раза выше, но их удельный дебит в 1,3...2,3 раза больше, чем при роторном способе бурения и промывке глинистым раствором.. Стоимость ударно-канатного бурения в 1,1...1,3 раза выше, но удельные капитальные вложения на 1 м3/ч воды в 1,1...3,0 раза меньше по сравнению с роторным способом.
Роторный способ бурения с обратной промывкой оптимален при бурении скважин глубиной 300 м и более, диаметром 1000 мм и более в породах, не содержащих включений валунов и большого количества крупной гальки, при глубине залегания уровня подземных вод 3 м и более от земной поверхности.
Роторный" способ бурения с глинистым раствором целесообразно применять в случаях, когда: гидрогеологические условия района бурения достаточно изучены, водоносные горизонты опробованы (имеются подробные данные о количестве воды и физико-химических показателях) и горизонты характеризуются большими напорами, а буровая организация в состоянии самостоятельно проводить геофизические исследования и цементирование обсадных колонн; имеется вспомогательное оборудование, необходимое в процессе бурения.
При бурении скважин роторным способом с промывкой глинистым раствором не всегда обеспечивается вскрытие водоносного горизонта без существенной глинизации стенок скважины, а последующее освоение не устраняет полностью последствий глинизации. Значительная часть гидравлических потерь приходится на призабойную зону скважины, что существенно увеличивает величину понижения динамического уровня воды в добывающей скважине.
Особенности импульсных воздействий в воде и водонасыщенных Горныхпородах
Аэрирование воды осуществлялось прокачкой воздуха через воду в напорном баке подаваемого двухканальным микрокомпрессором AQUAEL Тур ARP 300 с подачей 300 л/мин.
Регистрация содержания кислорода осуществлялась с помощью рН-метра - иономера-БПК-термооксиметра «Эксперт-001-4.01» по методике работы с данным прибором. Прибор сертифицирован и тарирован в Эконикс-эксперт.
Фильтрование осуществлялось под напором 2,25 м.вод.ст. Скорости фильтрования в сечении трубы площадью 44,17 см составляли 15,9...16,2 см/ч или 3,82...3,89 м/сут. Отмечено, что в течение всего месяца проведения экспериментов скорость фильтрования фактически не изменилась. Принимая во внимание закон линейной фильтрации Дарси: Уф = kAH/AL (АН- напор, AL = 2,55 м - длина фильтрации), определяем, что указанным скоростям фильтрации иф и напору АН соответствует коэффициент фильтрации к в пределах 1,7...1,73, поэтому с точки зрения фильтрационных свойств песок загрузки можно классифицировать как «песок мелкозернистый» [183].
Отбор проб воды в первой серии экспериментов производился из кранов, расположенных исключительно вдоль нижней стороны трубы. Соответствующие штуцера вдоль верхней стороны трубы были открыты и к ним подсоединялись пьезометры. Обобщенные результаты первой серии экспериментов приведены на рис. 3.11.
График, обозначенный как 1, построен по результатам замеров содержания кислорода на исходе 3-го дня непрерывной фильтрации аэрированной воды через песчаную загрузку. Показанное на графике распределение концентраций кислорода растворенного в фильтрате свидетельствует о том, что зона распространения «заряженного» песка составляет не более 1,0...1,5 м от входа в трубу. При этом необходимо отметить, что представленное распределение концентраций кислорода по трубе наметилось уже в конце первого дня фильтрации, а в последующие два дня это распределение менялось незначительно. Создалось впечатление, что избыток кислорода, растворенного в воде, поглощается песком исключительно на первых полутора метрах, а далее в фильтрате остается лишь фоновое (равновесное) содержание кислорода. Причина этому была обнаружена достаточно быстро.
Цикл фильтрации, включающий предварительную суточную аэрацию и последующее 4 суточное фильтрование с замером содержания кислорода по трубе в последние 2 сут, позволил получить графики 2 и 3. Визуальный анализ этих графиков свидетельствует о полном их сходстве с графиком «15.07.04». Таким образом, получается, что распределение концентраций кислорода по трубе, полученное в первом опыте, не являлось случайным. Но факту, что в трубе способны «заряжаться» только первые полтора метра песка, трудно было найти целесообразное объяснение. Детальный анализ условий проведения опыта позволил сделать предположение, что растворенный в воде кислород, реальные количества которого в воде в действительности невелики, способен улетучиваться по трубкам пьезометров, подсоединенных к верхним штуцерам трубы. Поэтому в последующем пьезометры были отсоединены, штуцера перекрыты, а опыты с фильтрацией повторены.
Результаты следующей серии опытов представлены на рис. 3.12 - 3.14. Существенным их отличием от результатов, представленных на рис. 3.11 является, то, что замеры распределения содержания кислорода в фильтрате проводились не только с отбором проб из нижних сливных кранов, но и из верхних штуцеров. Это преследовало цель построить распределение кислорода, как по нижнему, так и по верхнему боку трубы.
Полученные результаты вполне корректны после первых «неудачных» опытов. График распределения растворенного кислорода по трубе свидетельствует о том, что в первом опыте действительно происходили утечки кислорода. Можно сделать вполне обоснованное предположение, что процесс освобождения воды от избыточного кислорода протекает по времени достаточно быстро, что, несомненно, требуется учитывать при попытках закачивать аэрированную воду в пласт через скважину.
В серии проведенных опытов, после 20 июля, как это отражено на графиках, равномерной «зарядке» кислородом оказался подвергнут весь песок на всем пути фильтрования.
Концентрация кислорода в пробах, отбираемых сверху, наблюдалась выше, чем в пробах, отбираемых из нижних кранов. Разница концентраций растворенного в воде 02 между ними, в среднем устойчиво составляла 0,9...1,0 мг/л. Это указывает, что обогащенная воздухом вода стремится двигаться в трубе не по всей толще песка, а в первую очередь вдоль верхней ее части.
Различие между концентрациями кислорода в аэрированной воде на входе в трубу и концентрациями кислорода в фильтрате по трубе невелики и находятся в пределах 1...1,5 мг/л. Процесс захвата песком растворенного в воде кислорода не останавливается даже на четвертые - пятые сутки фильтрования, однако интенсивность его невелика. Вследствие этого можно сделать важный вывод о том, что процесс зарядки песка с помощью аэрированной воды протекает относительно неспешно, а вовсе не мгновенно, как предполагается в ряде математических моделей.
