Основной задачей работ при восстановлении производительности скважин на воду, оборудованных фильтрами, является удаление кольматирующих отложений с фильтра и из прифильтровой зоны. При этом главная трудность заключается в удалении кольматанта с наружной поверхности фильтра и гравийной обсыпки (водоносных пород). Решение этой задачи достигается растворением кольматирующих отложений при подаче реагента в призабойную зону скважины либо таким разрушением кольматанта и цемента обрастания, при котором размер образующихся кольматирующих частиц становится меньше размера пор гравийной обсыпки, и они выносятся при последующей или одновременной с импульсным воздействием прокачке [7].

Следовательно, если исключить методы очистки внутренней поверхности фильтра, то по характеру воздействия на фильтр и прифильтровую зону можно выделить две основные группы методов: реагентные и импульсные. Первая группа этих методов предназначена для растворения кольматанта, и задачей технологических исследований является подбор вида реагента, его количества, обоснования рациональной технологии обработки в зависимости от гидрогеологических условий и конструкции скважины, надежного метода контроля хода обработки и критерия для оценки ее окончания.

Сочетание импульсных и реагентных методов призвано обеспечить большую эффективность вследствие создания более равномерной водопроницаемости пород в прифильтровой зоне по вертикали и развитой поверхности кольматанта при импульсном воздействии, что обеспечивает интенсивное и совершенное растворение внутрипорового цемента.

В основе импульсных методов лежит воздействие на кольматирующие образования ударных волн и созданных ими высокоскоростных гидродинамических потоков. Арсенал технических средств, способных создать гидроимпульсное воздействие на фильтровую часть скважины, широк. К ним относятся: взрыв торпеды тротилового детонирующего шнура (ТДШ), взрыв газовой смеси, пневмоимпульс, высоковольтный электрический разряд и др. Источником создания упругих гидродинамических воздействий может быть вибрация и ультразвук [1].

При различных способах создания гидроудара его физическое воздействие на фильтр оказывается практически одинаковым. Применение электрогидравлического способа регенерации (ЭГ способ), например, позволяет создать в фильтровой части скважины ударную волну, которая ударяется от канала разряда со скоростью, превышающей скорость звука. По мере удаления от разрядника основные параметры ударной волны (давление, скорость и др.) уменьшаются. Продукты кольматации разрушаются и диспергируюся под действием ударной волны и гидродинамического потока, образующихся в водной среде. Импульсное воздействие ударной волны в скважине может значительно возрастать за счет ее отражения от жестких участков внутренней поверхности фильтра. в результате дифракции и взаимодействия отраженных ударных волн происходит более эффективное разрушение цемента обрастания как непосредсвенно на фильтрующей поверхности, так и в прифильтровой зоне [1].

В последнее время предложен ряд импульсных методов, где в качестве энергоносителя применяются газообразные взрывчатые вещества. Перспективным является газодинамическая установка на основе водорода. Использование в качестве энергоносителя водорода, получаемого вместе с окислителем непосредственно в зоне фильтра за счет электролиза воды, позволяет обеспечивать многократное применение установки без ее подъема для перезарядки. Сжигание смеси приводит к получению начальных продуктов реакции в их прежнем объеме, что, помимо гидроимпульсного, создает вторичный имплозионный эффект [1].

Использование импульсных методов регенерации обеспечивает достаточно полное механическое разрушение кольматирующих осадков и их частичный вынос. Неудаленные частицы разрушенных образований являются катализатором процесса кольматажа (в частности за счет способности гидроокислов железа адсорбировать различные элементы). Поэтому процесс «старения» водозаборных скважин, обработанных гидроимпульсными способами, протекает значительно интенсивнее, чем у новых водозаборных сооружений или восстановленных реагентными методами.

Структура и характер отложений сцементированных пород в зоне установки фильтров подтверждают, что все механические и гидромеханические способы очистки фильтров через ствол не могут удалить осадки на его внешней поверхности и в зоне прилегающих пород. Применение взрывного способа также малоэффективно, поскольку при взрыве растрескиваются зацементированные зоны, образуются микротрещины без нарушения связи химических осадков с частицами горных пород [2].

Наиболее эффективно в таких случаях воздействие химических реагентов на закольматированные фильтры и прифильтровые зоны и, в частности, соляной, уксусной, сульфаминовой кислот, в также полифосфатов или их смесей с различными добавками.

Методы кислотной обработки. Выбор метода кислотной обработки скважин зависит от конструкции фильтров, химического состава отложений и др. В настоящее время применяются два основных метода: кислотная ванна и задавливание кислоты за контур фильтра сжатым воздухом. Метод кислотной ванны заключается в том, что в скважину по трубкам заливают реагент, который под влиянием большой плотности и процессов диффузии проникает за контур фильтра и растворяет осадки. При этом способе обработки необходимо учитывать диаметр фильтра, его длину и размер зоны кольматажа. Метод задавливание кислоты сжатым воздухом более эффективен по сравнению с кислотной ванной, так как кислота доставляется в пласт под давлением сжатого воздуха, подаваемого от компрессора. После нагнетания воздуха компрессор отключается и раствор, отжатый за контур, возвращается в фильтр скважины, где смешиваясь с кислотой, не вошедшей в реакцию, повышает свою концентрацию. Интервал между циклами по задавливанию кислоты за контур принимается 5 – 10 мин [2].

Для очистки фильтров в качестве основного растворителя применяют техническую соляную кислоту, под воздействием которой соли переходят в растворимое состояние по следующим уравнениям:

• Fe(ОН)3 + 3HCl = FeCl3 + 3 Н2О (2.1)
• СаСО3 + 2HCl = СаCl2 + Н2О + СО2 (2.2)
• MgСО3 + 2HCl = MgCl2 + Н2О + СО2 (2.3)
• FeСО3 + 2HCl = FeCl2 + Н2О + СО2 (2.4)
• FeS + 2HCl = FeCl2 + Н2S (2.5)
• CuS + 2HCl = CuCl2 + Н2S (2.6)

Образующиеся в результате указанных реакций растворенные продукты и газы удаляются из скважины при последующей откачке. Для промывки фильтров используется техническая соляная кислота концентрацией от 18 до 35,2 %.

При обработке скважин соляной кислотой и растворении железистых соединений происходит нейтрализация соляной кислоты. Когда концентрация в растворе водородных ионов рН < 4,5, трехвалентное железо Fe(ОН)3 находится в растворе, но при увеличении рН железо будет коагулировать, переходить в осадок и откладываться в порах прилежащих к фильтру пород. Для предупреждения этих явлений в раствор добавляется 0,5 – 0,8 % триполифосфата в качестве стабилизирующей добавки. В результате порог коагуляции железа сдвигается с рН = 6,1?6,8 до рН = 10,65?12,95, откуда следует, что выпадение Fe(ОН)3 в осадок может происходить только в щелочной среде, что практически в подземных водах не бывает.>

Обрабатывать скважины соляной кислотой необходимо при соблюдении правил техники безопасности, так как несоблюдение их может привести к тяжелому отравлению. Отравление может наступать не только вследствие вдыхания паров соляной кислоты, но и под действием других газов, в частности сероводорода, который может выделяться из воды при растворении сульфидных соединений в процессе обработки скважин соляной кислотой. Соляная кислота является ядовитой жидкостью. Попадание концентрированной кислоты на кожу вызывает ожоги, а вдыхание ее паров – удушье и отравление. Все соединительные узлы монтажной схемы должны быть герметичными, не допускающими утечек. Трубу для выпуска воздуха и газов из скважины необходимо выводить в подветренную сторону. Кислоту для залива должны приготовлять рабочие, одетые в специальные резиновые или шерстяные костюмы, резиновые сапоги, перчатки и противогазы [2].

Полифосфатные обработки. Растворяющее воздействие соляной кислоты на осадки часто сопровождается выделением газов Н2S и СО2, которые требуют строгих правил по технике безопасности. Гравий может растворяться под действием кислот, что будет приводить к его просадке и вызывать пескование скважины. Большие неудобства связаны также с транспортными перевозками и хранением соляной кислоты. Указанные выше причины привели к необходимости поисков других химических реагентов. Для регенерации скважин с этой целью применяются соли фосфорной кислоты двух видов: гексаметафосфат натрия Na2[Na4 (РО3)6] и триполифосфат натрия Na5 Р3 О10. Воздействие этих солей на железистые и карбонатные соединения представлены следующими уравнениями [2]:

• Na2[Na4 (РО3)6] + Fe(ОН)3 = Na2[NaFe(РО3)6] + 3NaOH (2.7)
• Na2[Na4 (РО3)6] + 2FeСО3 = Na2[Fe2(РО3)6] + 3Na2СО3 (2.8)
• Na2[Na4 (РО3)6] +2СаСО3 = Na2[Са2 (РО3)6] + 3Na2СО3 (2.9)
• 3Na5 Р3 О10 + 5Fe(ОН)3 = Fe5(Р3О10)3 + 15NaOH (2.10)
• 3Na5 Р3 О10 +5СаСО3 = Са5(Р3О10)2 + 5Na2СО3 (2.11)
• 3Na5 Р3 О10 + 5 FeСО3 = Fe5(Р3О10)2 + 5 Na2СО3 (2.12)

Для восстановления дебита скважин полифосфаты могут быть более успешно использованы в двух вариантах: в качестве монореагента и в качестве добавки к соляной кислоте для стабилизации, предупреждающей выпадения железа в осадок при кислотных обработках.

При содержании 7 % триполифосфата в водном растворе растворяется до 32 % железистого кольматанта и максимальная концентрация трпиплифосфата натрия находится в пределах 8 – 12 %. Триполифосфат натрия представляет собой порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде и кислотах. Раствор триполифосфата может приготавливаться как на поверхности, так и непосредственно в скважине.