способ и устройство восстановления производительности скважины

Формула изобретения

1. Способ восстановления производительности скважины, в котором внутри скважины размещают электрод из электропроводящего материала и пропускают через указанный электрод, стенку скважины и фильтр скважины электрический ток с обеспечением очистки фильтра от кольматанта, отличающийся тем, что стенка скважины и фильтр служат анодом, а электрод - катодом, на них подают знакопеременные импульсы электрического тока для отделения кольматанта от стенок фильтра и одновременно постоянный ток для переноса катионов, содержащихся в растворе скважины, к катоду и сдвига рН среды в сторону понижения в зоне фильтра.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что электрод размещают в кожухе из полупроницаемого материала.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что образующийся в ходе очистки осадок удаляют из скважины посредством ее последующей прокачки.

4. Устройство для восстановления производительности скважины, снабженной фильтром, содержащее размещенный внутри скважины электрод из электропроводящего материала и подключенный источник питания для обеспечения подачи электрического тока через фильтр скважины и электрод и перемещения ионов между электродом и фильтром скважины, отличающееся тем, что источник питания соединен со стенкой скважины и фильтром, при этом представляет собой источник постоянного тока и генератор импульсов и является средством подачи одновременно знакопеременных импульсов электрического тока, причем стенка и фильтр скважины являются анодом, а электрод - катодом.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит кожух из полупроницаемого материала, размещенный вокруг электрода.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

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, в частности водозаборных скважин.

Уровень техники

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 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, для чего предложен ряд различных способов, включающих, например, механическую, химическую и пневматическую очистку. Как хорошо известно специалистам, все эти процессы связаны с такими проблемами, как неэффективность очистки, сложность, трудоемкость и дороговизна соответствующего процесса, повреждение фильтра и труб скважины, проблемы, связанные с экологией и техникой безопасности.

В частности, известен способ восстановления скважин, снизивших свою производительность из-за закупорки отверстий фильтра солями растворенных в воде веществ и частицами водовмещающей породы, посредством механического воздействия (свабирование, вакуумирование и др.), описанные в книге В.М.Гаврилко, Алексеев B.C. Фильтры буровых скважин. - М., "Недра", 1976, - с.344.

Известен также способ обработки химическими веществами, в частности соляной кислотой, описанный в книге Воронцова В.И., Шабера Г.Б. Интенсификация работы дренажных устройств при осушении месторождений полезных ископаемых. - М., "Недра", 1975, - 204 с. Этот способ дорогостоящ, требует специального кислотостойкого оборудования, небезопасен и может привести к разрушению материала скважины.

Из авторского свидетельства №685632 также известен фильтр для биологической очистки сточных вод, имеющий каркас и надетые на него фильтрующую оболочку и электроды в виде сетки - анод и катод из разнородных материалов, при этом фильтрующую оболочку размещают между электродами. Под влиянием электрохимических реакций происходит насыщение активного пространства ионами меди, предотвращающими развитие биологической кольматации. Недостатком этого способа является предотвращение только биологической кольматации и невозможность полной декольматации фильтра. Учитывая, что в скважинах основную проблему с кольматацией создают минеральные вещества, для восстановления скважин этот способ не может быть применен.

Из авторского свидетельства №850818 (ближайший аналог изобретения) известны устройство и способ восстановления производительности скважины. Согласно этому способу внутри скважины размещают электрод из электропроводящего материала и пропускают через указанный электрод, стенку скважины и фильтр скважины электрический ток от подключенного источника питания с обеспечением очистки фильтра от кольматанта за счет перемещения ионов между электродом и фильтром скважины. В предложенном в ближайшем аналоге способе и устройстве подача токов не регулируется. Подача токов, в том числе любой величины, позволяет побочные явления (нагрев и т.д.), что не способствует эффективности протекания электрохимических процессов, а это в свою очередь не способствует эффективности полного восстановления производительности скважины.

Раскрытие изобретения

Соответственно задачей предлагаемого изобретения является обеспечение способа и устройства для практически полного восстановления производительности скважин без указанных выше недостатков предшествующего уровня техники.

Для решения указанной задачи предлагается способ восстановления производительности скважины, в котором стенку скважины и фильтр используют в качестве анода, а электрод - катода. Для очистки фильтра на них подают знакопеременные импульсы электрического тока для отделения кольматанта от стенок фильтра и, одновременно, постоянный ток для переноса катионов, содержащихся в растворе скважины, к катоду и сдвигу pH среды в сторону понижения в зоне фильтра.

Образующийся в ходе очистки осадок имеется возможность удалять посредством последующей прокачки скважины.

Электрод в способе согласно изобретению может быть размещен в кожухе из полупроницаемого материала.

Осуществление способа достигается устройством согласно изобретению, в котором источник питания соединяется со стенкой скважины и фильтром. Источник питания представляет собой источник постоянного тока и генератор импульсов и является средством подачи одновременно знакопеременных импульсов электрического тока и постоянного электрического тока.

В ходе произведенных исследований неожиданно было обнаружено, что использование вышеописанных способа и устройства приводит к растворению кольматанта и переводу его в осадок (взвесь), который, как уже сказано выше, легко удаляется из скважины посредством ее последующей прокачки. Механизм такого удаления кольматанта до конца не установлен. Предполагается, что основную роль здесь играет изменение pH в зоне фильтра, однако видимо имеют немаловажное значение и другие процессы. Уточнение характеристик переменного и постоянного токов позволяет достижение эффекта, не зависящего от факта подачи токов, в том числе любой величины, приводящего к наличию побочных явлений (нагрева, образования водорода и т.п.). Использование (подача) слабых токов обеспечивает эффективность электрохимических процессов. Когда на фильтр и стенку скважины подается положительная амплитуда, происходит изменение pH среды с образованием у стенки фильтра кислой среды, а у центрального электрода - щелочной. Под влиянием кислой среды осадки, представляющие собой окислы металлов, в основном железа, растворяются. Под влиянием разности потенциалов происходит перенос ионов металлов к отрицательному центральному электроду. В последующий полупериод, когда на фильтр и стенку скважины подается отрицательная амплитуда, обратной реакции не происходит. А в последующую положительную амплитуду переменного тока, подаваемую на фильтр и стенку скважины, перенос ионов металлов будет усиливаться за счет увеличения разности потенциалов. Вышеописанный эффект может усиливаться в вышеуказанном варианте исполнения изобретения, когда электрод размещают в кожухе из полупроницаемого материала (проницаемого для ионов, но не для молекул воды), за счет препятствования перемешиванию кислой и полукислой сред, обусловленному диффузионными процессами.

В результате использования предлагаемого способа и устройства решается указанная выше задача и достигается эффективная очистка пор фильтра скважины от отложений, в частности химического (минерального) кольматанта, при относительно небольших материальных и трудовых затратах и без риска повреждения фильтра скважины.

Краткое описание чертежей

На чертеже схематично представлена скважина и описываемый в качестве примера вариант устройства для осуществления способа согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На чертеже схематично показана скважина 1, имеющая стенку 2 и фильтр 3. Эти элементы могут иметь одну из хорошо известных специалистам конструкций и поэтому подробно здесь не описываются (в частности, стенка 2 обычно является стенкой трубы, а фильтр выполнен в виде перфорированного трубчатого корпуса с намотанной вокруг него сеткой).

Примыкающая к фильтру закольматированная зона показана пунктирными линями под ссылочным номером 4. Кольматант также может скапливаться в приямке 5 скважины.

Устройство для осуществления заявляемого способа содержит удлиненный центральный электрод 6 и источник питания 7 (средство подачи переменного и, одновременно, постоянного электрического тока), представляющий собой источник постоянного тока и генератор импульсов. Источник питания 7 соединен со стенкой 2 скважины и электродом 6. При этом стенка 2 и фильтр 3 скважины являются анодом, а электрод 6 - катодом.

В представленном варианте при осуществлении способа электрод 6 размещают проходящим через центральную область скважины (по оси скважины) и через фильтр 2 так, что он расположен внутри фильтра. Затем посредством источника питания 7 генерируют знакопеременные импульсы электрического тока с частотой от 50 до 100 герц с наложением постоянной составляющей, который подают на стенку 2 скважины и электрод 6.

В процессе прохождения переменного электрического тока через систему электрод - вода (раствор) - кольматант за счет перетока содержащихся в воде (растворе) катионов и анионов происходит растворение и отделение кольматанта от стенок фильтра и распределение его по всему объему фильтра, а под влиянием постоянной составляющей происходит дополнительный перенос катионов к центральному электроду и дополнительный сдвиг рН в анодной зоне (т.е. в закольматированной зоне 4) в сторону его понижения, что приводит к еще большему эффекту растворения кольматанта. Этому также способствует размещение центрального электрода в трубчатом кожухе из полупроницаемого материала (не показан), например известных материалов, непроницаемых для раствора, но проницаемых для ионов.

Образующийся в ходе очистки фильтра от кольматанта осадок (ферроферригидрозоля) может быть удален из скважины посредством ее прокачки.

Пример

Скважина глубиной 245 м, пробуренная в 2003 году на сеноман-альбский водоносный горизонт, представленный мелко зернистым песком. Проектный дебет скважины 10 м³/ч. Фильтр сетчатой конструкции длиной 15 м представляет собой латунную сетку, размещенную на перфорированном трубчатом каркасе. После сдачи в эксплуатацию скважина не эксплуатировалась. В 2004 году при попытке отобрать воду из скважины оказалось, что фильтр закольматирован химическим кольматантом. Для очистки фильтра проводилась декольматация посредством подачи электрического тока в соответствии с изобретением при следующих параметрах:

- переменный ток: частота 100 Гц, напряжение 40 В, сила тока 0,6 А;

- постоянный ток: напряжение 60 В, сила тока 0,7 А.

Обработка проводилась 72 часа.

При прокачке скважины дебет скважины составил 9,5 м ³/ч.