Главная / Статьи / Экология / Достать из-под земли

Достать из-под земли

waterГлобальная проблема XXI века – недостаток пресной воды. Для ее решения во многих странах мира разработаны специальные стратегические программы по водообеспечению населения, промышленных предприятий и сельхозугодий, ведутся научно-исследовательские работы по повышению эффективности освоения месторождений подземных вод, сбережению источников водоснабжения и пересмотру системы водопотребления.

 

Для Казахстана проблемы водообеспеченности особенно актуальны в силу того, что в водном балансе страны весомую долю занимают трансграничные реки, которые мелеют с каждым годом, а по количеству воды, приходящейся на единицу площади огромной территории, мы занимаем одно из последних мест в СНГ.

Проблема водообеспеченности республики должна решаться комплексно и на научной основе. Важную роль в достижении положительного результата играет повышение эффективности освоения месторождений подземных вод, водосбережение, а также вопросы экологии, экономики, охраны недр и почв. Особенно важны перечисленные направления деятельности в сельском хозяйстве, где продуктивность многих культур напрямую зависит от наличия влаги в почвенном покрове. В общем объеме водопотребления страны сельское хозяйство занимает долю около 75%, из которых так же не менее 75% воды впустую теряется в устаревших ирригационных системах и каналах при существующей практике полива из речных стоков.

Следует отметить, что в развитых странах мира речные стоки нигде не используются для орошения сельхозугодий, полив осуществляется исключительно из подземных источников – через скважины, пробуренные на полях. Это рациональный и эффективный способ орошения, исключающий потери воды.

В нашей стране ситуация иная. И это при том, что в Казахстане разведано порядка 660 крупных месторождений подземных вод, из них для водоснабжения используются лишь 10% источников.

Самым оптимальным, на наш взгляд, а также экономически и экологически обоснованным показателем эффективности освоения месторождений подземных вод для их дальнейшего использования в орошении сельскохозяйственных угодий является отношение объема извлеченной воды к физическому объему бурения скважин. Чем выше значение этого показателя, тем выгоднее использование подземных источников влаги.

Существующая методика разработки месторождений подземных вод, предусматривающая бурение частокола вертикальных скважин, морально устарела и не отвечает современным требованиям по экологичности и экономичности добычи воды. Основная причина заключается в том, что данная технология бурения осуществляется по пустым породам, с разрушительными и необратимыми последствиями для недр земли. Используемые при этом способы повышения водоотдачи пластов не являются эффективными, при откачке не позволяют в полной мере использовать законы подземной гидродинамики движения силового потока воды.

Для решения этих проблем мы предлагаем новую методику, которая направлена на повышение эффективности освоения месторождений подземных вод для нужд сельского хозяйства.

1aБазовая идея новой методики освоения месторождений подземных вод (рис. 1а, 1б) заключается в проведении из вертикальной эксплуатационной скважины многоярусных, открытых (без крепления) наклонно-горизонтальных боковых стволов с малым диаметром (50-80 мм) в длину и ширину водоносного пласта по окружности. Этим достигается избирательно ориентированное вскрытие пласта боковыми стволами (дренажными), формирующими подземные водопроводы. В промежутке между стволами и ярусами, в пределах одного водоносного пласта, создается гидродинамическая система отбора воды, приводимая в действие такими силовыми факторами, как динамическое ускорение потока, а также вызываемым этим потоком эффектом инжекции (всасывания) сообщающихся боковых стволов с порами и трещинами коллектора.1b

При реализации данной методики на практике определение числа ярусов, количество боковых стволов, порядок их расположения и координаты трассы прохождения, а также диаметры и протяженности должны быть увязаны с геологическим строением, гидрогеологической ситуацией конкретного месторождения и характеристиками водоносных пластов. Важным фактором является изучение свойств горных пород коллекторов, определяющих выбор диаметра боковых стволов из-за необходимости сохранения устойчивости их стенок от обрушения и осыпания. От этого же зависит и их число.

При наиболее распространенных диаметрах вертикальной гидрогеологической эксплуатационной скважины, в одной горизонтальной плоскости безопасно можно провести до шести боковых стволов, расходящихся радиально, располагая при этом боковые стволы соседних по вертикали ярусов в шахматном порядке, можно добиться объемного разрыхления водоносного пласта.

Новая методика освоения месторождений подземных вод может быть эффективно реализована при одноколонном способе проводки скважин. В этом случае процесс дальнейшего углубления до проектной глубины после перекрытия верхних четвертичных отложений кондуктором совмещается с одновременным креплением, и бурение осуществляется обсадной (бурильной) колонной одним диаметром и в беспрерывном режиме. Так исключаются технологические осложнения, присущие традиционному способу бурения гидрогеологических скважин.

Процесс сооружения скважин с боковыми стволами осуществляется следующим образом. После цементации затрубного пространства колонны труб с породоразрушающим инструментом проводка боковых стволов осуществляется забойной компоновкой – поочередно снизу вверх. Основное условие – попадание в легкоразрушаемые полимерные штабики. При этом в качестве промывочного раствора применяются хорошо известные сверхтиксотропные растворы повышенной вязкости на основе смешанных оксидов металлов, чем обеспечивается надежная устойчивость стенок боковых стволов от обрушения и осыпания, а также минимальное проникновение раствора в поры пласта за счет сохранения его проницаемости и водоотдачи.

Следует отметить, что по новой методике применение традиционных глинистых растворов недопустимо, так как по опыту многолетней практики бурения гидрогеологических скважин, глинистые растворы снижают водоотдачу пласта в 10-20 раз.

Сразу же после завершения проводки бокового ствола, закачка в него под давлением гравия расчетных размеров и извлечение забойной компоновки осуществляются в порционно-прерывистом режиме, сводя к минимуму разрыв во времени между процессом вскрытия и началом крепления.

По завершении проводки запроектированных боковых стволов забойная компоновка с пробкой – отклонителем извлекается на поверхность и осуществляется спуск насосно-компрессорных труб с погружным насосом. После этого эксплуатационная скважина с боковыми стволами будет готова к работе.

2За счет качественной цементации затрубного пространства и засыпки боковых стволов гравием отпадает необходимость использования фильтровой колонны в структуре данной методики освоения месторождений подземных вод. В свою очередь, бесфильтровые скважины, обеспечивающие достижение высоких значений дебита воды, являются более совершенными по способу вскрытия пластов, чем фильтровые (дебит – количество воды, поступающее в единицу времени из естественного или искусственного источника – прим.ред.)

На рис. 2 приведена традиционная методика разработки месторождений подземных вод, а на рис. 3 – новая методика с системой боковых стволов. Как видим, при использовании новой методики, одна эксплуатационная скважина с боковыми стволами вполне может заменить 5-6 вертикальных гидрогеологических скважин, бурящихся по старой технологии, что может быть особенно эффективным и выгодным при орошении сельхозугодий из подземных источников вод.3

 

Экологические и экономические преимущества новой методики освоения месторождений обеспечивают:

 

— сохранение почвы и недр земли за счет значительного уменьшения количества вертикальных скважин;

— увеличение площади приемистости водоносного пласта и повышение дебита воды;

— огромную экономию трубной продукции, энергии, материальных ресурсов и трудовых затрат, сокращение сроков освоения месторождений и наземной инфраструктуры;

— упрощение процедуры и количества операций по обслуживанию скважин на стадии эксплуатации;

— значительное снижение себестоимость добычи воды и стоимости конечной продукции;

— уменьшение потерь воды при эксплуатации скважин.

 

Токтамыс Мендебаев, Нурлан Смашов

Смотрите также

water1

Проблема дефицита воды

Пришло время действовать, чтобы решить проблему дефицита воды в мире.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *