Глава 7 Освоение водоносных горизонтов, раскольматация пласта

7.1. Причины кольматации

Под освоением водоносного пласта следует понимать технологические операции, обеспечивающие оборудование водоприемной части скважины и восстановление естественной водоотдачи пласта или искусственное увеличение ее объема для достижения максимального дебита скважины.

При освоении зачастую требуется «раскольматировать пласт».

Кольматация (кольматаж) - Процесс естественного и искусственного вмывания мелких (главным образом глинистых и коллоидных) частиц в поры и трещины горных пород. Кольматация приводит к ухудшению фильтрационных свойств пород. Различают кольматацию механическую, химическую, термическую и биологическую.

В скважинах на воду кольматации в основном способствуют следующие факторы:

- шлам бурового раствора;

- частички глины пропластков разреза;

- соли Mg, Ca, Fe, образовавшиеся в результате реакции нагнетаемой воды с водами пласта.

Глинистый раствор является сильнейшим кольматантом в связи с тем, что частички глины, проникая в поры и трещины пласта, набухают и вызывают снижение проницаемости пласта и соответственно дебита скважины.

После оборудования приемной части скважины фильтровой колонной (а в некоторых случаях водоносный пласт оставляют, в скальных породах, без фильтра) приступают к освоению скважины. Операции освоения скважины сводятся к восстановлению естественных свойств пласта, то есть к различным способам и приемам очистки коллекторов водоносных пластов от твердых частиц, связанных с процессом бурения.

Операции по восстановлению проницаемости прифильтровой зоны заключаются в удалении глинистого раствора, бурового шлама и закольматированой породы пласта, - это достигается путем создания в прифильтровой зоне давления, ниже пластового, для чего используются различные методы откачки.

Откачка воды является обязательной операцией при освоении скважин. При откачке воды на фильтр и прилегающий водоносный пласт воздействует поток воды, поступающий через водоприемную поверхность внутрь скважины при создании в ней пониженного давления с помощью эрлифта, водоструйного насоса, скважинного центробежного насоса или другого водоподъемного средства.

Откачка является наиболее эффективным методом раскольматации после обработки скважины другими методами, вызывающими нарушение структуры связей в закольматированой породе, разрушение и диспергирование глинистой корки.

Очистка коллекторов, пор пласта должна начинаться немедленно после установки фильтра.

Обязательная промывка скважины осуществляется через фильтр водой. Продолжительность промывки зависит от глубины и диаметра скважины и составляет от 2 до 24 часов. Затем необходимо обязательное откачивание при помощи эрлифта или погружного центробежного насоса. Продолжительность и тип откачки зависит от состава водоносного пласта, динамического уровня. Возможно также чередование циклов откачки и промывки.

7.2. Откачка эрлифтом

После сооружения скважины обычно производится строительная откачка воздушным водоподъемником (эрлифтом) для удаления бурового шлама, глины, мелких фракций песка из прифильтровой зоны. Работа эрлифта основана на исполь­зовании сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором. В скважину помещается водоподъемная труба, на нижнем конце которой устанав­ливается смеситель - перфорированная труба, плотно опоясанная кожу­хом. К смесителю присоединяется воздухопровод от компрессора. Сжатый воздух по воздухопроводу подводится к смесителю, помещенному под динамический уровень на глубину, и, проходя через отверстия в нижнюю часть водоподъемной трубы, перемешивается с водой, образуя водо­подъемную смесь. Плотность смеси меньше плотности воды, поэтому столб воды высотой вне водоподъемной трубы уравновешивается столбом воздушно-водяной смеси, имеющим большую высоту. При непрерывной подаче воздуха воздушно-водяная смесь выходит на поверхность земли.

При строительной откачке вода содержит большое количество взве­шенных примесей, которые выносятся, и вода постепенно осветляется. Минимальный расход воды при строительной откачке должен быть не менее 75% расчетного эксплуатационного дебита скважины.

При строительной откачке водоподъемные трубы эрлифтной установки опускают в скважину до нижней части отстойника, а смеситель устанав­ливают выше — на глубине, соответствующей рабочему давлению комп­рессора. В этом случае проникшая в скважину порода и шлам будут вынесены водой на поверхность земли. Полное освобождение водоносной породы от шлама имеет особо важное значение при последующем обо­рудовании скважин центробежными насосами. При недостаточной от­качке шлам проникает в насос, что может вызвать его быстрый износ.

Продолжительность строительной откачки зависит от свойств водо­носной породы, интенсивности и способа откачки и не может быть заранее точно установлена. Признаками окончания строительной откачки явля­ются полное осветление воды, прекращение выноса из скважины породы и шлама, установившийся режим с производительностью не менее 75% расчетной. Во время строительной откачки измеряют динамический уро­вень и дебит скважины. Обычно по мере осветления воды динамический уровень понижается, а удельный дебит возрастает.

Недостаток разглинизации скважин эрлифтной откачкой заключается в невозможности создания больших перепадов давления в системе водо­носный пласт — скважина. Максимальное понижение уровня воды при от­качке эрлифтом не может превышать 30—50% высоты столба воды в скважине. Так, при глубине скважины 100 м перепад давления будет не более 0,3—0,5 МПа. Столь низкий перепад давления не может обеспе­чить достаточного разрушения продуктов глинизации даже при продол­жительной откачке.

Для увеличения эффективности откачки рекомендуется выключать компрессор с одновременным выпуском воздуха из ресивера. При этом за счет перепада давлений в трубах и затрубном пространстве вода с большой скоростью движется вниз, проходит через водоприемную по­верхность фильтра и ударяет в стенки скважины. Это способствует лучшей очистке фильтра и обрушению стенок скважины.