СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКВАЖИНЫ Российский патент 2015 года по МПК E21B37/08 

Изобретение относится к области водоснабжения и осушения, а более конкретно к очистке отверстий фильтров скважин от закупоривающих их частиц и веществ и восстановлению производительности скважин, преимущественно водозаборных скважин.

Обычно в водозаборных или солевых скважинах для очистки забираемой воды или солевого раствора от крупных частиц породы устанавливают механический фильтр. Наиболее широко для этого используются фильтры сетчатой конструкции. Однако в процессе работы скважины отверстия в сетке фильтров постепенно зарастают и закупориваются выпадающими в осадок растворенными в воде веществами и частицами водовмещающей породы (кольматация). В результате производительность скважины может упасть до критического уровня и возникает необходимость очистки фильтра. Имеются различные способы очистки фильтров, например механические, химические, пневматические. Однако такие способы очистки малоэффективны, сложны, трудоемки и дорогие, приводят к повреждению фильтра и труб скважины, имеются проблемы, связанные с экологией и техникой безопасности.

Известен способ восстановления производительности скважины, включающий обработку отверстий фильтров методом механического воздействия (свабирование, вакуумирование и др.) из-за закупорки их солями растворенных в воде веществ и частицами водовмещающей породы (кольматации) (В.М. Гаврилко, Алексеев B.C. Фильтры буровых скважин. М., "Недра", 1976, стр. 344).

Однако механическое воздействие для очистки отверстий фильтров от солей растворенных в воде веществ или частиц водовмещающей породы не достаточно эффективно из-за того, что механическое разрушение кольматанта приводит к образованию трещин в цементированном конгломерате солей и породы, что снижает водозахватную способность фильтра, его скважность и в дальнейшем приводит к быстрой кольматации. Кроме того, при механическом воздействии на фильтр велик риск разрушения водоприемной поверхности, например, сетки фильтра, что снижает производительность скважины.

Известен способ восстановления производительности скважины, включающий обработку отверстий фильтров химическими веществами, в частности соляной кислотой (Воронцов В.И., Шабер Г.Б. Интенсификация работы дренажных устройств при осушении месторождений полезных ископаемых. - М., "Недра", 1975, стр. 204).

Известный способ восстановления производительности скважины дорогостоящий, требует специального кислотостойкого оборудования. Использование кислот для восстановления производительности скважины небезопасно и может привести к разрушению материала скважины. Кроме того, не все соли растворяются в кислоте.

Известен способ восстановления производительности скважины, включающий размещение между фильтрующей оболочкой электродов - анода и катода из разнородных материалов с последующим проведением электрохимических реакций, под влиянием которых происходит насыщение активного пространства ионами меди, обладающих бактерицидными свойствами, что предотвращает развитие биологической кольматации (А.с. СССР №685632 А1, МПК C02B 1/82, B01D 35/06, опубл. 15.09.1979).

Недостатком известного способа является предотвращение только биологической кольматации и невозможность полной декольматации фильтра, что снижает производительность восстановления скважины.

Известен способ восстановления производительности скважины, включающий размещение внутри скважины электрода из электропроводящего материала и пропускание через указанный электрод, стенку скважины и фильтр электрического тока от подключенного источника питания с обеспечением очистки фильтра от кольматанта за счет перемещения ионов между электродом и фильтром скважины. Для регенерации фильтра производят периодическое включение и выключение водяного насоса с последующим удалением шлаков разложившихся солей потоком воды из фильтра (А.с. СССР №850818 Α1, МПК E03B 3/08, опубл. 30.07.1981).

Однако в известном способе при подаче постоянного тока, вследствие взаимодействия ионов железа с водой, образуется нерастворимое комплексное соединение ферроферригидрозоль, которое, в свою очередь, кольматирует проходные отверстия фильтра. Кроме того, при однонаправленном токе образующиеся в воде анионы (OH-, O-) притягиваются к положительному полюсу - аноду, а катионы (Н+, Fe++, Fe+++, Ca++) к отрицательному полюсу - катоду. В растворе при встречном движении ионов к электродам под влиянием тока из-за столкновения разноименно заряженных ионов большая часть энергии расходуется бесполезно и направлена на разогрев массы воды, находящейся между электродами. На катоде при этом способе выделяются металлы (в основном это соединения двух- и трехвалентного железа), содержащиеся в природной воде и в материале фильтра, а также свободный кислород. При этом pH (водородный показатель) понижается и в зоне катода и характеризуется кислой реакцией (pH опускается до 4). В дальнейшем, железо, окисляясь, образует комплексное соединение ферроферригидрозоль, которое вступает в реакцию с растворенными в природной воде ионами микроэлементов с образованием нерастворимых солей, что не способствует полному восстановлению производительности скважины.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ восстановления производительности скважины, при котором внутри скважины с фильтром размещают электрод из электропроводящего материала, соединяют их с источником питания в виде комбинированного источника постоянного тока и генератора импульсов, являющимся одновременно источником подачи знакопеременных импульсов электрического тока и постоянного электрического тока, и пропускают через указанный электрод, стенку скважины и фильтр электрический ток с обеспечением очистки фильтра от кольматанта, при этом стенка скважины и фильтр служат анодом, а электрод - катодом, а также подают знакопеременные импульсы электрического тока для отделения кольматанта от стенок фильтра и одновременно постоянный ток для переноса содержащихся в растворе скважины катионов к катоду и сдвига pH среды в сторону понижения в зоне фильтра, при этом образующийся в ходе очистки осадок удаляют из скважины посредством ее последующей прокачки (Патент RU №2318987 С2, МПК E21B 37/08, E21B 43/08, заявлено 04.03.2005, опубл. 10.03.2008 г.).

Однако такая технология очистки фильтров не позволяет полностью удалить кольматант в самой проблемной зоне на границе между фильтровой поверхностью и водовмещающей породой, из которой отбирается вода, так как она находится за пределами межэлектродного пространства, в результате чего снижается эффективность восстановления производительности скважины. Кроме того, по той же причине не обеспечивается удаление кольматирующих осадков в порах, а именно зона этого контакта является наиболее проблемной.

Задачей предлагаемого изобретения является восстановление производительности водозаборных скважин.

Для решения поставленной задачи в способе восстановления производительности скважины, в котором внутри скважины с фильтром размещают электрод из электропроводящего материала и подключают к одному из выходов источника питания в виде комбинированного генератора постоянного электрического тока и генератора знакопеременных импульсов, и подают ток, образующийся в ходе очистки растворенный осадок удаляют из скважины посредством ее последующей прокачки, согласно изобретению используют дополнительную скважину с фильтром и электродом из электропроводящего материала, размещенную на расстоянии от 10 м до 100 м от первой скважины с образованием между ними водовмещающего электропроводящего пласта и подключают ко второму выходу источника питания, электрический ток подают по образованной электрической цепи от источника питания на электрод и фильтр первой скважины, водовмещающий пласт, фильтр и электрод дополнительной скважины с обеспечением очистки фильтров от кольматанта, при этом электрод с фильтром первой скважины служит анодом, а электрод с фильтром дополнительной скважины служит катодом, подключают дополнительно к электродам двух скважин источник знакопеременных импульсов электрического тока и подают их с частотой от 20 до 100 Гц для попеременного изменения и сдвига pH среды в сторону понижения в зоне фильтров, препятствующего образованию нерастворимого комплекса ферроферригидрозоля в водовмещающем пласте, примыкающем к фильтру и одновременно в фильтрах с удалением растворенных осадков посредством последующей прокачки.

Использование дополнительной скважины с установленным в ней фильтром и электродом из электропроводящего материала и размещение скважины на расстоянии от 10 м до 100 м от первой скважины дает возможность прохождения электрического тока от одной до другой скважины через водовмещающий пласт, заключенный между ними, а следовательно, осуществить электрохимические процессы в этом пласте, в том числе и в зоне контакта пласта с фильтром, а также в фильтрах обеих скважин, что способствует полному восстановлению производительности скважин.

Расположение скважин на расстоянии друг от друга от 10 м до 100 м обосновано тем, что при прохождении электрического тока через водовмещающий пласт, размещенный между скважинами, электрическое сопротивление пласта зависит от величины пути прохождения тока, то есть от расстояния между скважинами. Эффективность растворения кольматанта зависит от плотности тока, величина которого зависит от электрического сопротивления пласта - чем больше расстояние между скважинами, тем меньше плотность тока.

При размещении скважин на расстоянии более 100 м электрическое сопротивление водовмещающего пласта резко возрастает и для поддержания процесса требуется повышение напряжения, вырабатываемого источником питания, так как плотность тока является его функцией, что осложняет процесс, прежде всего, по соображениям безопасности, и восстановление производительности скважин ухудшается.

При расположении скважин друг от друга на расстоянии менее 10 м, плотность тока вырастает до величин, сопоставимых с режимом короткого замыкания, что может привести к разрушению источника питания с одной стороны, и к бесполезной трате электроэнергии на разогрев водовмещающей породы, с другой стороны, и восстановление производительности скважин не происходит.

Использование знакопеременного тока с частотой от 20 до 100 Гц препятствует образованию ферроферригидрозоля вследствие попеременного изменения pH в воде, находящейся в порах водовмещающего пласта. При частотах выше 100 Гц скорость изменения pH очень высока, что приводит к быстрому изменению кислотности в обрабатываемой среде и, следовательно, к замедлению скорости реакции ионов. При частоте менее 20 Гц из-за низкой скорости изменения pH увеличивается вероятность образования ферроферригидрозоля и образование нерастворимых осадков.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема восстановления производительности скважины.

В представленном варианте при осуществлении способа скважины 1 и 2 размещают друг от друга на расстоянии от 10 м до 100 м. Электроды выполнены из электропроводящего материала в виде фильтровых колонн 3 и 4, размещены в соответствующих скважинах 1 и 2 и электрически соединены с фильтрами 5 и 6. Участок породы, находящийся между скважинами 1 и 2, образует водовмещающий электропроводящий пласт 7. Источник питания 8 соединяют с фильтровыми колоннами 3 и 4. Источник питания 8 представляет собой комбинированный источник в виде источника постоянного тока и генератора импульсов и является одновременно источником подачи знакопеременных импульсов электрического тока и постоянного электрического тока. Фильтровую колонну 3 с фильтром 5 скважины 1 используют в качестве анода, а фильтровую колонну 4 с фильтром 6 скважины 2 используют в качестве катода. Фильтровые колонны 3 и 4 скважин 1 и 2 подключают дополнительно к генератору знакопеременных импульсов электрического тока источника 8. Постоянный электрический ток от комбинированного источника питания 8 подают одновременно к фильтровой колонне 3 скважины 1 с фильтром 5, служащей анодом, и к фильтровой колонне 4 с фильтром 6 скважины 2, служащей катодом. Одновременно от источника питания 8 подают на обе фильтровые колонны 3 и 4 с фильтрами 5 и 6 соответствующих скважин 1 и 2 знакопеременный ток с частотой от 20 до 100 Гц. При прохождении импульсов знакопеременного тока через систему, образованную источником питания 8, фильтровой колонной 3 с фильтром 5 скважины 1, водовмещающим пластом 7 и фильтровой колонной 4 с фильтром 6 скважины 2, происходит попеременное изменение величины pH в воде, находящейся в поровом пространстве водовмещающего пласта 7, что приводит к электрохимическому растворению солей, образующих кольматирующие осадки в водовмещающем пласте 7 и одновременно в фильтрах 5 и 6 скважин 1 и 2, соответственно. Наличие постоянного тока в цепи приводит к движению ионов в водовмещающем пласте 7. При этом катионы, входящие в состав кольматанта (в основном Fe+++, Н+, Ca++), перемещаются к катоду (скважине 2), а анионы (ОН- и О--) перемещаются к аноду (скважине 1), где величина pH изменяется, т.е. в области катода образуется кислая среда, а в области анода - щелочная. Так как пористая среда водовмещающего пласта 7 обладает свойствами полупроницаемой мембраны, то перемешивания кислой и щелочной сред не происходит. В водовмещающем пласте 7 происходит растворение кольматирующих солей соответствующей природы. Кратковременное изменение величины pH при прохождении импульсов знакопеременного тока препятствует образованию ферроферригидрозоля. Образующийся в ходе очистки осадок удаляют из скважины 1 и 2 последующей прокачкой. Существенным преимуществом данного способа является то, что возможно его применение без отключения скважин, при условии изоляции фильтровых колонн от стенок скважин, их отключение не требуется.

Пример. В водовмещающем пласте, представленном сеноман-альбским среднезернистым песком, пробурили скважину глубиной 245 м в 2001 году. Проектный дебит скважины 24 м³/ч. Установили фильтр сетчатой конструкции с сеткой галунного плетения на трубчатом каркасе с отверстиями диаметром 2 мм, скважность каркаса 25%. После сдачи в эксплуатацию скважина работала периодически. В 2010 году дебит скважины стал снижаться. В 2013 он упал до 16 м³/ч. Обследование скважины показало, что снижение дебита вызвано химическим кольматажом. Декольматацию осуществили путем пропуска электрического тока через указанную скважину и соседнюю скважину, находящуюся на расстоянии 80 м при следующих параметрах:

- постоянный ток (напряжение 60 В, плотность 6 Ом, частота 50 Гц);

- переменный ток (напряжение 70 В, плотность тока 8 Ом).

Обработка проводилась72 часа.

При прокачке скважин их дебит составил 26 м³/ч.

Таким образом, использование предлагаемого способа обеспечивает эффективную очистку фильтров одновременно двух скважин от отложений при относительно небольших материальных и трудовых затратах, без риска повреждения фильтров, а также времени на их восстановление. Кроме того, превышение дебита над проектным свидетельствует об увеличении проницаемости водовмещающего пласта.

Изобретение относится к области водоснабжения, а именно к очистке фильтров и восстановлению производительности, преимущественно, водозаборных скважин. Способ включает использование дополнительной скважины с фильтром и электродом из электропроводящего материала, размещенной на расстоянии от 10 м до 100 м от первой скважины с размещенным в ней электродом и фильтром, с образованием между ними водовмещающего электропроводящего пласта. Скважины подключают к источнику питания в виде комбинированного генератора постоянного электрического тока и генератора знакопеременных импульсов. Подают электрический ток по образованной электрической цепи от источника питания на электрод и фильтр первой скважины, водовмещающий пласт, фильтр и электрод дополнительной скважины для очистки фильтров от кольматанта. Электрод с фильтром первой скважины служит анодом, а электрод с фильтром дополнительной скважины служит катодом. Электроды подключают дополнительно к источнику знакопеременных импульсов электрического тока и на них подают знакопеременные импульсы с частотой от 20 до 100 Гц для попеременного изменения и сдвига pH среды в сторону понижения в зоне фильтров. Исключается образование нерастворимого комплекса ферроферригидрозоля в водовмещающем пласте, примыкающем к фильтрам и одновременно в фильтрах. Повышается эффективность очистки от отложений, способствующая восстановлению производительности. 1 ил.

Способ восстановления производительности скважины, в котором внутри скважины с фильтром размещают электрод из электропроводящего материала и подключают к одному из выходов источника питания в виде комбинированного генератора постоянного электрического тока и генератора знакопеременных импульсов, и подают ток, образующийся в ходе очистки растворенный осадок удаляют из скважины посредством ее последующей прокачки, отличающийся тем, что используют дополнительную скважину с фильтром и электродом из электропроводящего материала, размещенную на расстоянии от 10 м до 100 м от первой скважины с образованием между ними водовмещающего электропроводящего пласта и подключают ко второму выходу источника питания, подают электрический ток по образованной электрической цепи от источника питания на электрод и фильтр первой скважины, водовмещающий пласт, фильтр и электрод дополнительной скважины с обеспечением очистки фильтров от кольматанта, при этом электрод с фильтром первой скважины служит анодом, а электрод с фильтром дополнительной скважины служит катодом, подключают дополнительно к электродам двух скважин источник знакопеременных импульсов электрического тока и подают их с частотой от 20 до 100 Гц для попеременного изменения и сдвига pH среды в сторону понижения в зоне фильтров, препятствующего образованию нерастворимого комплекса ферроферригидрозоля в водовмещающем пласте, примыкающем к фильтрам, и одновременно в фильтрах с удалением растворенных осадков посредством последующей прокачки.