СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Российский патент 1994 года по МПК E03B3/06 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для восстановления водоносных пластов путем извлечения грязных подземных вод из пласта для последующей их очистки и утилизации.

Известен способ определения гидрогеологических параметров многослойного пласта [1] , по которому сооружают скважины на все подпитываемые и опробуемые водоносные горизонты для измерения понижений уровня воды в исследуемых водоносных горизонтах.

Известный способ предусматривает откачку небольшого количества воды, и поэтому отпадает необходимость сохранения границы раздела вод различного качества.

Недостатком известного способа является то, что в случае откачки подземных вод в больших количествах (ликвидация источников загрязнения) произойдет перемешивание подземных вод и для отбора подземных вод определенного качества, например загрязненных, потребуются большие энергозатраты для их откачки, так как увеличивается их объем, а также трудозатраты для последующей очистки.

Наиболее близким к изобретению является способ извлечения подземных вод спаренными скважинами и раздельный отбор вод различного качества из различных слоев водоносных горизонтов, расположенных на соответствующих глубинах [2].

Недостаток известного способа заключается в том, что при откачке минерализованных (загрязненных) вод с течением времени при изменении мощности слоев в скважину поступает смесь пресных и минерализованных вод, это значительно повышает необходимый объем откачиваемых вод и приводит к увеличению энергозатрат.

Задачей изобретения является создание способа извлечения подземных вод из водоносного пласта с загрязненными и чистыми слоями, имеющими границу раздела, который обеспечит локализацию отбора при горизонтальном расслоении вод различного качества.

Предложен способ извлечения подземных вод из водоносного пласта с загрязненными и истыми слоями, имеющими границу раздела, включающий сооружение двух и более скважин и одновременный раздельный отбор вод через них из каждого водоносного пласта. Отличительная особенность способа состоит в том, что при отборе вод из каждого слоя водоносного пласта расход регулируют пропорционально изменяющейся в процессе отбора проводимости соответствующего слоя, при этом соотношение расходов при отборе вод из различных слоев поддерживается равным соотношению проводимостей данных слоев.

Для повышения дебита откачки на границе зоны загрязнения можно сооружать дополнительные скважины, через которые во время отбора воды производить одновременную раздельную закачку чистой воды в каждый слой водоносного пласта с расходом для каждого слоя, равным расходу при отборе воды из соответствующего слоя.

На фиг. 1 изображена фаза раздельного отбора из двух водоносных слоев; на фиг.2 - то же, с углублением отбора; на фиг.3 - то же, при дополнительной закачке чистых вод; на фиг.4 - то же, при оттеснении загрязненных вод путем подачи чистых вод в зону границы раздела пластов.

Предложенный способ осуществляют следующим образом. В водоносном пласте с загрязненными 1 (фиг.1), чистыми 2 водами и границей 3 раздела между ними сооружают парные скважины: скважину 4 в зоне с загрязненными водами и скважину 5 в зоне с чистыми водами и оборудуют их фильтрами 6 и 7 соответственно в интервале каждого слоя. Через вертикальные скважины 4 и 5 производят одновременный раздельный отбор вод из каждого водоносного пласта. При отборе вод из каждого водоносного пласта при углублении расход регулируют пропорционально изменяющейся в процессе отбора проводимости соответствующего слоя, т.е. изменяющейся во времени мощности m_г и m_ч(проводимости) каждого слоя и в течение откачки поддерживают зависимость
= , (1) где Т_г - проводимость грязного слоя;
Т_ч - проводимость чистого слоя;
g_г - дебит откачки грязных вод;
g_ч - дебит откачки чистых вод.

Такое соотношение получено опытным путем и позволяет в течение длительного времени поддерживать стабильную границу раздела между грязными и чистыми водами, исключая их перемешивание.

Из этого следует, если из слоя загрязненных вод, имеющем проводимость Т_г, откачку ведут с дебитом g_г, то дебит g_ч откачки чистых вод, имеющего проводимость Т_ч определится по зависимости:
g_ч= (2)
Однако в процессе откачки мощность m_г загрязненного слоя 1 уменьшается и уже поддерживать заданное соотношение (1) пропорционально изменяющейся во времени проводимости слоев, заполненных соответствующей жидкостью, сохраняя границу раздела слоев с изменением мощности, не представляется возможным.

Для того, чтобы исключить перемешивание при изменении мощности слоев и сохранить границу раздела жидкостей, фильтр 7 скважин 5 устанавливают на всю мощность М водоносного пласта и скважины 4 и 5 (фиг.2) оборудуют пакерами 8 и 9 на границе раздела грязных и чистых вод.

Когда граница (фиг.1) раздела переместится и займет положение 10 (фиг. 2) в скважине 5, пакер 9 передвигается вниз и на границе 10 раздела грязных и чистых вод занимает положение 11, в скважину 4 также устанавливается пакер 8 на границе 10 раздела чистых и грязных вод. Так, по мере опускания (изменения) границы раздела, соотношение расходов при отборе вод из различных слоев поддерживают равным соотношению проводимости данных слоев, где проводимость Т = К ˙ m, где К - коэффициент фильтрации слоя м/сут; m - мощность слоя, м.

При неизменном значении К - дебит откачки из каждого слоя регулируется только соотношением мощностей этих слоев.

Для ускорения извлечения из пласта загрязненных вод путем повышения дебита при раздельном отборе на границе зоны загрязнения (в плане) проводят в пласт закачку только чистой воды в разные интервалы пласта с дебитами, пропорциональными их проводимости.

Так, на фиг.3 показана схема осуществления закачки чистой воды в разные слои пласта. Для этого на границе 10 с выклиниванием 12 грязных вод (или отведенной границы очистки подземных вод от загрязнения) оборудуются дополнительные парные скважины 13 и 14 с установкой фильтров 15 и 16 соответственно в интервале слоя загрязнения и в интервале всей мощности пласта, точно так же как в скважинах 4 и 5, предназначенных для откачки. В скважине 14 устанавливают разделяющий пакер 17 на границе 10 грязных и чистых вод.

Так, в скважину 14 проводят закачку чистой воды, отбираемой из откачной парной скважины 5 с дебитом g_г = g_ч.

В скважину 13 проводится закачка также чистой воды, отбираемой из другого источника (или из удаленного от загрязнения участка подземных вод) с дебитом g_ч, равным дебиту откачки грязных вод g_г, а грязную воду из скважины 4 отводят на очистку или утилизацию. Таким образом, соотношение дебитов закачки сохраняется равным соотношению дебитов откачки:
= = . (3)
Так как при закачке в пласт жидкости создается дополнительный напор, то соответственно возрастают дебиты откачки - закачки и ускоряется процесс извлечения из пласта грязных вод. Кроме того, за счет вытеснения грязных вод истыми без смешивания их в пласте по вертикали ускоряется и сама очистка водоносного пласта от грязных вод.

На фиг.4 показано как продвигается граница 10 раздела чистых и грязных вод в процессе откачки грязных вод с одновременной поинтервальной закачкой чистых вод в скважины 13 и 14. В случае, если бы закачка проводилась произвольно, граница 10 раздела занимала бы в определенный момент времени положение 10¹, что привело бы к смешиванию жидкостей разных слоев.

Предлагаемый способ позволяет сохранить движение линий тока 18 чистых вод параллельно движению линии токов 19 грязных вод, вследствие чего граница раздела 10 остается все время параллельной линиям тока обоих слоев.

Сущность изобретения: при отборе вод из каждого слоя водоносного пласта расход регулируют пропорционально изменяющейся в процессе отбора проводимости соответствующего слоя. Соотношение расходов при отборе вод из различных слоев поддерживается равным соотношению проводимостей данных слоев. На границе зоны загрязнения сооружают дополнительные скважины, через которые во время отбора воды производят одновременную раздельную закачку чистой воды в каждый слой водоносного пласта с расходом для каждого слоя, равным расходу при отборе воды из соответствующего слоя. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД из водоносного пласта с загрязненными и чистыми слоями, имеющими границу раздела, включающий сооружение двух и более скважин и одновременный раздельный отбор вод через них из каждого слоя водоносного пласта, отличающийся тем, что при отборе вод из каждого слоя водоносного пласта расход регулируют пропорционально изменяющейся в процессе отбора проводимости соответствующего слоя, при этом соотношение расходов при отборе вод из различных слоев поддерживается равным соотношению проводимостей данных слоев. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на границе зоны загрязнения сооружают дополнительные скважины, через которые во время отбора воды производят одновременную раздельную закачку чистой воды в каждый слой водоносного пласта с расходом для каждого слоя, равным расходу при отборе воды из соответствующего слоя.