В табл. 4.2 приведены рациональные межремонтные сроки и коэффициенты «старения» в для водозаборов г. Минска, без учета периода стабильной работы при уменьшении значения удельного дебита на 25%.
Таблица 4.2
Значения рациональных межремонтных периодов для водозаборов г. Минска
|
Наименование водозабора |
Значение параметра «в» |
Рациональный межремонтный период, год |
|
|
«Новинки» |
-0,0925 |
3,1 |
|
|
«Зеленовка» |
-0,0868 |
3,3 |
|
|
«Боровляны» |
-0,0797 |
3,6 |
|
|
«Петровщина» |
-0,142 |
2 |
|
|
«Водопой» |
-0,0994 |
2,9 |
|
|
«Дражня» |
-0,0781 |
3,7 |
|
|
«Вицковщина» |
-0,0924 |
3,2 |
|
|
«Волма» |
-0,0441 |
6,5 |
|
|
«Островы» |
-0,118 |
2,5 |
|
|
«Фелицианово» |
-0,111 |
3 |
|
|
«Зеленый бор» |
-0,0956 |
3 |
|
|
Среднее значение |
-0,0945 |
3,35 |
Средний межремонтный период в целом по г. Минску составляет 3,35 года (табл.4.2), для условий естественного старения скважин, при снижении первоначального удельного дебита на 25%.
Рис 4.1 График зависимости коэффициента «старения» от содержания железа.
Рис 4.2 График зависимости коэффициента «старения» от показателя Ризнера.
Проанализированные 203 скважины имели первые восстановительные ремонты в среднем через 14 лет, при среднем понижении удельного дебита на 45%, что негативно сказывается на дальнейшей работе скважин, выраженной в уменьшении ее производительности и сработки динамического уровня до всасывающей кромки насоса. Так как с течением времени происходит дегидратация и цементация кольматанта, что затрудняет дальнейшую регенерацию фильтра и вынуждает либо прибегнуть к замене фильтра либо к перебуриванию скважины. Это свидетельствует о том, что своевременное проведение восстановительных обработок играет важную роль в дальнейшей эксплуатации скважины и продления срока ее службы.
Время наступления интенсивного кольматажа скважин, пробуренные на водоносные пески палеоген - неогенового водоносного комплекса, составляет 2-3 года, для скваждин прошедших кислотную обработку меньше и составляет 1,5 года [16,17,18].
Скважины, пробуренные на водоносные трещиноватые скальные породы водоносного комплекса верхнего мела, оборудованные в основном дырчатыми фильтрами или бесфильтровой конструкции - открытый ствол. Интенсивная кольматация фильтров для таких скважин наступает через 4 года. Период стабильной работы для бесфильтровых скважин отсутствует [16,17,18].
Для скважин, пробуренных на водоносные альб - сеноманские пески нижнего и верхнего мела, время начала интенсивной кольматации фильтров и прифильтровых зон составляет 4,5 - 5 лет.
Таким образом, анализируя результаты исследования можно сделать следующие выводы:
1) Рациональный межремонтный период декольматажа скважин для г. Минска зависит от типа применяемого фильтра, биологического фактора (жизнедеятельности железо- и сульфатредуцирующих бактерий) и мало зависит от абсолютных значений показателя Ризнера и величины растворенного в воде железа.
2) Скважины, оборудованные проволочными с гравийной обсыпкой фильтрами и пробуренные ударно - канатным способом, с применением станков типа УКС - 22м и УКС - 30м, имеют лучшие показатели по величине дебитов за счет более качественной гравийной обсыпки сооружаемого фильтра.
3) Ориентировочный рациональный межремонтный период для водозаборов г. Минска для условий естественного старения скважин, при понижения первоначального удельного дебита на 25% лежит в пределах от 2 до 6,5 года, что в среднем составляет 3,35 года.
3) Ориентировочный межремонтный период для фильтровых скважин, пробуренных на водоносные, рыхлые породы четвертично - палеогенового периода и каптирующих подземные воды, обладающих слабыми коррозионными свойствами (J < 0, Ri < 8) составляет 2,5 - 4,0 года; для скважин, каптирующих подземные воды с сильно выраженными коррозионными свойствами (J < 0, Ri > 9) составляет 2,5 - 3,5 года.
4) Ориентировочный межремонтный период декольматажа скважин, пробуренных на водоносные альб - сеноманские пески нижнего мела или старооскольского - швентойского водоносного комплекса составляет порядка пяти лет
5) Ориентировочный межремонтный период для скважин, пробуренных на скальные водоносные породы верхнего мела и верхнего девона составляет 4 - 5 года. Воды не коррозионны. Индекс стабильности положительный. Показатель Ризнера менее 7,5.
6) Для поддержания эксплутационного режима работы скважин и продления срока их службы, необходимо проведения своевременных восстановительных профилактических и ремонтных мероприятий с периодичностью, не превышающей рациональных межремонтных сроков регенераций скважин. При определении рационального межремонтного периода регенерации необходимо учитывать конкретные природные условия каждой скважины индивидуально, а также эксплутационные характеристики и состояние скважины, определяемые наблюдениями в течение всего срока службы за работой отдельной скважины.
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
|
Основные гидрологические районы |
Характеристика кольматажа |
Методы регенерации водозаборных скважин |
Межремонтный период при понижении дебита на 30 % |
||
|
Преобладающий состав кольматииующих образований |
Индекс стабильности (Ri), (содержание железа, мг/л) |
||||
|
1. Район распространения водоносных комплексов четвертичных отложений. |
1. Fe(ОН)3, 2. Fe2О3, 3. FeS , 4. СаСО3, 5. MgСО3. |
7-9, (0,2-1) реже 1,5 |
1.Реагентные, с использованием HCl, NaHSО4, Na5 Р3 О10 и при отсутствии FeS еще и Na2 S2 О4 2. Импульсные, при возрасте скважин до 5 лет. 3. Комбинированные, при возрасте скважин 5-10 лет и более. |
1,5-3 года |
|
|
2. Район распространения водоносных комплексов палеоген-неогенных и четвертичных отложений. |
1. Fe(ОН)3, 2. Al2О3, 3. SiO2, 4. Fe2О3, 5. FeS. |
8,5-10, (0,5-1,5) реже 2,0 |
1.Реагентные, с использованием HCl, NaHSО4, Na5 Р3 О10 , Na2 Н4 • 2HCl с добавками NН4НF2 2. Импульсные, при возрасте скважин до 5 лет. 3. Комбинированные, при возрасте скважин 5-10 лет и более. |
2-4 года |
|
|
3. Район распространения водоносных комплексов мезозойского возраста. |
1. Fe(ОН)3, 2. Fe2О3, 3. FeS, 4. СаСО3. |
7,5-8,5, от (0,4-0,8) в западной части до (1,2-1,6)- и на юге-востоке |
1.Реагентные, с использованием NaHSО4,HCl, Na5 Р3 О10 , Na2 Н4 • 2HCl 2. Импульсные, при возрасте скважин до 5 лет. 3. Комбинированные, при возрасте скважин 5-10 лет и более. |
3-5 лет |
|
|
4. Район распространения водоносных комплексов, связанных с карбонатными отложениями верхнего девона. |
1., СаСО3, 2. MgСО3, 3.,Fe(ОН)3, 4.,FeS, 5. Fe2О3. |
6,7-7,5, (0,5-1,2) реже до 1,5 и более |
1.Реагентные, с использованием HCl, NaHSО4, Na5 Р3 О10 , Na2 Н4 • 2HCl 2. Импульсные, при возрасте скважин до 5 лет. 3. Комбинированные, при возрасте скважин 5-10 лет и более. |
3-6 до 7 лет |
|
|
5. Район распространения водоносных комплексов, связанных с терригенными отложениями среднего и верхнего девона |
1. Fe(ОН)3, 2. FeS, 3. СаСО3. |
6,9-7,5, (0,5-1,5) |
1.Реагентные, с использованием HCl, NaHSО4, Na5 Р3 О10 , Na2 Н4 • 2HCl 2. Импульсные, при возрасте скважин до 5 лет. 3. Комбинированные, при возрасте скважин 5-10 лет и более. |
3-6 до 7 лет |
|
|
6.Район распространения водоносных комплексов, приуроченных к протерозойским отложениям. |
1. Fe(ОН)3, 2. FeS, 3. Fe2О3. |
7,5-9, (0,5-1,2) в отдельных скважинах до (5-7) |
1.Реагентные, с использованием HCl, NaHSО4, Na5 Р3 О10 , Na2 Н4 • 2HCl 2. Импульсные, при возрасте скважин до 5 лет. 3. Комбинированные, при возрасте скважин 5-10 лет и более. |
2-5 лет |
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].