Опыт эксплуатации водозаборных скважин показывает, что их производительность и дренирующая способность существенно снижаются во времени вследствие зарастания фильтров и прифильтровых зон скважин различными химическими соединениями. Эти соединения образуются в результате нарушения химического равновесия в пласте, связанного с действием в нем гидродинамического возмущения. Нарушение химического равновесия обуславливается смещением наиболее динамического газового равновесия, выражающегося в гидролизе бикарбоната железа, окислении закисного железа до трехвалентной формы и избыточном образовании карбонат – ионов с одновременным увеличением рН при удалении свободной углекислоты [2].

В результате нарушения химического равновесия в прифильтровой зоне за счет понижения давления, происходит десорбция свободной углекислоты из подземных вод. При этом интенсифицируется гидролиз бикарбоната железа, в результате чего Fe2+ окисляется до Fe3+ с образованием гидроксида трехвалентного железа Fe(ОН)3, основного кольматирующего соединения [2,4].

При эксплуатации скважин в водоносных горизонтах с подземными водами, склонными к выделению кольматирующих образований, следует избегать неравномерности режима эксплуатации, в результате которого происходит аэрация подземных вод, надежно герметизировать устья скважин, исключать использование эрлифтных водоподъемников, проверять работу обратных клапанов погружных насосов с тем, чтобы предотвратить поступление аэрированных вод в интервал установки фильтра, и самое главное, необходимо предусматривать регулярную регенерацию скважин на основе прогноза снижения их производительности [2].

Процессы химического кольматажа, происходящие в прифильтровых зонах скважин, интенсифицируются биологической деятельностью. Основной причиной этого являются железо-, сульфат- и марганцевые бактерии, которые в нескольких видах присутствуют во всех водоносных породах и подземных водах и в результате жизнедеятельности осаждают железо, марганец и выделяют сероводород из подземных вод. Все организмы, способные осаждать эти компоненты из подземных вод, можно разбить на четыре основные группы [2,5].

К факторам, которые влияют с различной степенью интенсивности на продолжительность работы скважин, можно отнести геологическое строение, способ бурения, конструкцию скважины, конструкцию фильтра, способ установки фильтра, способы и сроки освоения скважин, и режим эксплуатации. Ниже рассматривается влияние перечисленных факторов на продолжительность работы скважин. Геологическое строение. Установлено, что благоприятные условия работы фильтров обеспечиваются в водоносных горизонтах, представленных среднезернистыми, крупнозернистыми или разнозернистыми гравелистыми песками и галечниками мощностью от 5 м более [2].

Водоносные горизонты, представленные тонко- и мелкозернистыми песками малой мощности с частым переслаиванием глинистыми прослоями, обладают слабой водоотдачей. Эксплуатация скважин в этих условиях может сопровождаться выносом глинистой части пород, замутнением воды с весьма медленным отстаиванием. Способ бурения. В настоящее время водозаборные скважины можно бурить тремя основными способами: ударно – канатным, роторным с прямой промывкой забоя глинистым раствором и роторным с обратной промывкой забой чистой водой. Каждый из этих способов имеет специфические особенности, влияющие на дебит скважины и продолжительности работы.

Ударно – канатный способ бурения влияет на структуру и литологическое строение водоносных горизонтов. Образование пробок в стволе скважин и их ликвидация при помощи обычных поршневых желонок проводит к вертикальному смещению и обрушению пород, и следовательно, к заведомо к неправильной характеристике пород водоносных горизонтов.

При этом способе бурения изменяются гранулометрический состав, фильтрационный характеристики и мощность отдельных пластов и пропластков горных пород. Мелкие пропластки из разреза исчезают, а более мощные увеличиваются. Для объяснения этого явления рассмотрим детально процесс бурения. В момент работы желонки в трубах происходит вакуумирование, в результате которого наблюдается подплыв породы к забою скважины. По мере наполнения желонки породой при ее извлечении создается вакуум и при выходе желонки из–под статического уровня уровень в скважине понижается, что создает разность напоров внутри скважине и ее стенок. Оба эти фактора влияют на образование песчаных пробок, высота которых может достигать 8 – 10 м и более [6]. Наибольшее нарушение фильтрационных свойств водоносных горизонтов наблюдается в тех случаях, когда объем выбуренных пород во много, а иногда в десятки раз, превышает геометрический объем выработки. При этом часто образуются провальные воронки [2].

Роторный способ бурения с прямой промывкой забоя глинистым раствором относится к числу наихудших способов бурения при вскрытии водоносных горизонтов, представленных рыхлыми породами. Проникновение глинистого раствора в породы, недостаточно удовлетворительные методы и способы разглинизации искусственно занижают дебиты скважин, вследствие чего в мелко- и тонкозернистых песках получаются малодебитные и даже безводные скважины. Роторные способ бурения с обратной промывкой в отличие от двух указанных выше является наиболее прогрессивным; большие скорости бурения, минимальная подработка забоя, сохранение подлинных характеристик горных пород. Сооружение гравийных обсыпок большой мощности при правильном подборе гравия обеспечивает скважинам долголетнюю работу без пескования.

Конструкция скважины. В связи с развитием роторного способа бурения с прямой промывкой забоя глинистым раствором, при сооружении скважин глубиной до 100м и более, в целях экономии труб стали, применялись одноколонные конструкции скважин. Фильтры в этих скважинах устанавливают на трубах того же диаметра. Когда скважина простояла много лет в грунтах, в которых гидроокись железа проникала в окружающий ствол породы, или когда в скважинах зацементировано затрубное пространство, извлечение труб невозможно, как и не возможна смена фильтров. Для поддержания дебита в этих случаях необходимы механические, гидравлические чистки и обработка химическими реагентами [2].

При установке фильтра впотай обеспечиваются условия для более успешной смены фильтра. Однако, при нагрузках 95 – 100 тс, как правило, фильтры не извлекаются. В большинстве случаев скважины ликвидируют из–за падения удельного дебита, вызванного нарушением работы фильтра, вследствие кольматажа или пескования. Обсадная колонна подвергается только воздействию коррозии со стороны подземных вод и кислотных обработок. Поэтому срок эксплуатации обсадной колонны в 2 -3 раза превышает срок эксплуатации фильтра. Фильтр является той основной частью скважины, от которого зависит основные эксплутационные характеристики работы скважины, поэтому со временем разрабатываются более совершенные конструкции фильтров, имеющие минимальные гидравлические сопротивления, хорошую прочность и стойкость против коррозионного воздействия воды и химических реагентов. Эксплуатация скважин с фильтрами, установленными впотай, более экономична, так как имеется возможность замены фильтра на более новый, без перебуривания новой скважины. Конструкция фильтров оказывает большое влияние на дебит и срок эксплуатации скважин. При длительной эксплуатации скважины без предварительных восстановительных обработок, происходит или инкрустация как самого фильтра, так и прифильтровой зоны либо происходит разрушения материала фильтра вследствие коррозионного воздействия подземных вод.

Способ установки фильтров в большей степени связаны со способом бурения скважины. При бурении ударно-канатными станками фильтры устанавливаются под защитой обсадных колонн, поэтому такие скважины имеют меньшую интенсивность старения по сравнению со скважинами, пробуренными роторными станками. Роторный способ бурения с промывкой забоя глинистым раствором является трудным и негативно сказывается на дальнейшей работе скважины. Циркулируя, глинистый раствор проникает в водовмещающие породы и тем самым забивает поры водоноса, что уменьшает пористость пород, и следовательно, искусственно занижает удельные дебиты скважин. В процессе эксплуатации таких скважин нередко бывают случаи, когда после очередного ремонта происходит превышение удельного дебита по сравнению с первоначальным. Поэтому непосредственно после бурения скважины необходимо, для разглинизации водоносного горизонта, произвести ряд восстановительных мероприятий, исключающих использования импульсных методов, так как сила воздействия таких методов будет направлена в ту же сторону что и сила при бурении скважины, которая привела к образованию глинистой пробки. Даже при бурении скважины с применением обратной промывки чистой водой не гарантирует успешной ее работы. Так как циркулирующая вода, поступающая из зумпфа, будет увлекать за собой глинистые частицы водоупора, и осаждать их в порах водовмещающих пород. Оптимальным случаем при бурении скважин является использование чистой воды, поступающей из водопроводной сети. Образование глинистой корки во время бурения происходит интенсивно при ударно-канатном способе бурения, так как желонка с огромной силой ударяет о водовмещающие породы, тем самым создается сила противодавления, которая превышает силу давления воды со стороны водоносного горизонта. При роторном способе бурения эта сила тем больше чем больше статический уровень в скважине, и поэтому условия образование глинистой корки являются менее благоприятными. Однако при бурении роторным способом с применением эрлифта происходит интенсивное обогащение кислородом подземной воды, что приводит к образованию осадков в виде гидроокислов железа и других соединений, содержащих кислород, которые создают дополнительные гидравлические сопротивления в прифильтовой зоне скважины. Способы и сроки освоения скважин. По окончании бурения в скважинах производится откачка. Как правило, при этих откачках происходит пескование, что вынуждает буровые организации применять эрлифты с низким коэффициентом полезного действия и с небольшой производительностью. Рекомендации о прокачке скважин с дебитом, превышающим на 20 – 50 % будущий эксплуатационный, как правило, не выполняются. поэтому в начальный период эксплуатации возникает пескование, занос рабочей части фильтра породой, а также износ насосного оборудования [2]. Оставленный после бурения глинистый раствор после бурения за контуром фильтра цементирует породы и гравийные обсыпки и уплотняет их тем больше, чем больше время между установкой фильтра и его прокачкой. В практике работ известны случаи, когда прокачки скважин после бурения проводились с перерывом с течение месяца и более и это приводило к малой дебитности. В таких скважинах применение различных способов интенсификации – повторной прокачки, свабирования, подрыва торпед – не восстанавливало проницаемости, соответствующей гранулометрическому составу пород водоносного горизонта. Из сказанного следует, что нельзя допускать разрыв между бурением и прокачкой скважин [2].