Василенко А.А., Грабовский П.А., Ларкина Г.М., Полищук А.В., Прогульный В.И. Реконструкция и интенсификация сооружений водоснабжения и водоотведения

Подождите немного. Документ загружается.

- уточняют статический уровень (СУ) воды, дебит, пониже-

ние, удельный дебит

при опытной откачке и в период ее

эксплуатации;

- систематизируют сведения по эксплуатации скважины:

время эксплуатации, перерывы в работе насоса, причины

остановок и пр.

Затем производят предварительное обследование скважины в

натуре. Определяют марку насоса, его техническое состояние, наличие

и состояние системы контроля и управления, арматуру, обвязку сква-

жины. Осматривают устье

скважины, проверяют цементацию меж-

трубного пространства, устанавливают, как часто промывают резер-

вуары чистой воды, берут пробу осадка из него на анализ (возможно

наличие песка).

При обследовании устья скважины необходимо обратить вни-

мание на наличие и состояние уплотнительных сальников в отверсти-

ях опорной плиты для ввода кабеля, датчиков замера уровня воды, ре

зиновой прокладки между опорной плитой и фланцем устьевого пат-

рубка.

Замер уровня воды в скважине производят рулеткой с метриро-

ванным проводом или стальным канатиком, соединенным с наконеч-

ником – электроуровнемером, который работает по принципу замыка-

ния водой цепи между датчиком, опускаемым в скважину и землей.

Для измерения уровня воды в скважине

можно использовать и более

сложные приборы – манометрические, поплавковые, самопишущие и

др. Статический уровень воды в скважине считается установившимся,

если в течение 6 часов он практически не меняется. Дебит можно за-

мерить водомером, ультразвуковым накладным расходомером или

другими расходомерами.

После этого установленным насосом или специально смонтиро-

ванным водоподъемным оборудованием откачивают воду и определя

ют статический уровень, динамический уровень (ДУ), удельный дебит.

Кроме того, отбирают пробы воды на анализы (микробиологический,

токсикологический и органолептический).

При использовании для подъема воды насосов необходимо по-

лучить их фактические характеристики. Методика этих работ для го-

ризонтально - установленных центробежных насосов описана в

разд.

Удельный дебит – отношение производительности скважины к понижению,

размерность – м

/ч•м.

Фильтр

скважины

Погружной

насос

Динамический

уровень воды

Водоподъемная труба

Манометр

Рис. 1.1. Схема определения напора погр

жного

соса

3.1.2. Для погружных насосов методика несколько меняется, посколь-

ку напор здесь определяется иначе.

Напор погружных насосов определяется формулой:

где Нн – напор, определенный по показаниям манометра, м;

, Z

– геодезические отметки оси манометра и динамического

уровня води (относительно одной плоскости сравнения - см. рис.1.1),

м;

h – потери напора на входе в насос и в водоподъемной трубе от насоса

до манометра, м;

V – скорость воды в водоподъемной трубе, м/с.

ДН

hZZHH

+++=

Потери напора приближенно определяются формулой:

где 1,3 – коэффициент, учитывающий местные сопротивления;

L – длина водоподъемной трубы от насоса до манометра, км;

1000i – гидравлический уклон, м/км.

1.1.2. Буровые скважины

По полученным при обследовании данным выполняют пове-

рочный расчет системы «скважины – потребитель». Зная материал

труб, диаметры, фактическое сопротивление труб, строят пьезометри-

ческую линию и

сравнивают ее с данными манометрической съемки.

Оценивают правильность подбора насосов, необходимость регулиров-

ки их работы, взаимовлияние скважин.

Интенсификация водозаборных скважин может быть достигнута

как путем восстановления дебита действующих, так и строительства

новых скважин.

В процессе эксплуатации водозаборных скважин удельный де-

бит их может уменьшаться. Это происходит вследствие следующих

возможных причин:

•

зарастания отверстий в фильтре и пор в окружающем фильтр

водоносном слое солями железа, кальция, магния или биоло-

гической пленкой;

• механического заклинивания этих отверстий частицами, более

мелкими, чем основная масса водоносной породы;

• снижения статического уровня из–за увеличения общего отбо-

ра воды из водоносного пласта вновь построенными скважи-

нами;

• поступления воды из эксплуатируемого водоносного пласта в

неэксплуатируемые через трещины в заделке затрубного и

межтрубного пространства или через свищи, образовавшиеся

в обсадных трубах в результате их коррозии;

• изменения характеристик насосного оборудования.

Влияние некоторых причин на уменьшение производительности

скважин сведено в табл. 1.1[1].

В некоторых случаях снижение производительности скважин

может

произойти в результате ухудшения условий питания водоносно-

го пласта (уменьшение выпадения атмосферных осадков, дренирова-

,)1000 (3,1

L i h

ния территории и т.п.). В этом случае прибегают к искусственным ме-

тодам пополнения запасов подземных вод.

Таблица 1.1. Возможные причины снижения дебита скважин

Ухудшение качества воды в большинстве случаев происходит в

результате нарушения режима в зоне санитарной охраны; из-за посту-

пления загрязненных поверхностных вод, проникающих в водоносный

пласт через

устье скважины по незатампонированному или плохо за-

тампонированному затрубному пространству.

Если в процессе эксплуатации обнаружено ухудшение микро-

биологических показателей качества воды, скважину дезинфицируют

и выявляют источники загрязнения воды. Для устранения более стой-

ких загрязнений очищают трубы и насосное оборудование и обрабаты-

вают надводную и подводную части скважины раствором хлорной из-

вести

(концентрацией до 50 мг/л), который вводят по заливочным тру-

бам.

Анализ полученных данных позволяет установить причину

снижения производительности скважины и наметить мероприятия по

ее восстановлению (табл. 1.2).

В случае снижения производительности скважины из-за меха-

нической кольматации фильтра или прифильтровой зоны частицами

водоносной породы, а также химической кольматации (гидратирован-

ными окислами

и солями), прибегают к специальным методам восста-

Статический

уровень (СУ)

Динамический

уровень (ДУ)

Удельный

дебит

Возможные

причины изме-

нения произво-

дительности

Без измене-

ния

Выше, чем

раньше

Без измене-

ния или не-

сколько бо-

льше

Уменьшение

производитель-

ности насоса

Постоянное

понижение

на ∆Н

Постоянное

понижение на

∆Н

Без измене-

ния

Увеличение на

∆Н

районной де-

прессии

Периодиче-

ское пони-

жение на

∆Н

Периодиче-

ское пониже-

ние на ∆Н

Без измене-

ния

Влияние работы

соседних сква-

жин

Без измене-

ния

Ниже, чем

раньше

Уменьшение

Заиление сква-

жины, фильтра и

прифильтровой

зоны

новления производительности скважин. К основным из них относят

импульсные, реагентные и импульсно-реагентные [1].

Импульсные методы основаны на создании внутри фильтра и

прифильтровой зоне мгновенного перепада давления, что приводит к

ударным нагрузкам разной интенсивности, образующих фильтрацион-

ные потоки попеременного направления.

Таблица 1.2. Анализ контрольных замеров и рекомендации по

восстановлению производительности скважин

Результаты

кон-

трольных замеров

Причины снижения

производительности

скважин

Рекомендации по

восстановлению

производительно-

сти скважин

Дебит, удельный де-

бит, СУ, содержание

песка не изменилось;

ДУ понизился, пони-

жение увеличилось

Дебит снижается

вследствие зараста-

ния фильтра и при-

фильтровой зоны

осадками; фильтро-

вая колонна и насос

исправны.

Произвести про-

филактический

ремонт, в даль-

нейшем интервал

между такими ре-

монтами принять

равным 1 году.

Понижение, удель-

ный дебит и содер-

жание песка не изме-

нилось; уменьшился

дебит, понизился СУ

и ДУ

Сработка пьезомет-

рического уровня по

району (районная

депрессия), скважина

исправна.

Увеличить глубину

погружения насоса

и продолжить экс-

плуатацию этого

пласта либо перей-

ти на нижележа-

щий горизонт.

СУ, удельный дебит

и содержание песка

не изменилось, дебит

и понижение умень-

шились, ДУ повы-

сился.

Неисправность насо-

са.

Произвести ремонт

насоса, интервал

между профилак-

тическими ремон-

тами насоса уста-

новить не более 1

года.

Дебит и удельный

дебит увеличились,

СУ не изменился, ДУ

повысился, пониже-

Неполная разглини-

зация скважины или

продолжение форми-

рования естественно-

Эксплуатацию

скважины можно

продолжать.

ние уменьшилось,

содержание песка

увеличилось

го обратного фильтра

(или и то и др.); на

забое имеется песча-

ная пробка, не оказы-

вающая заметного

влияния на дебит

скважины.

СУ и содержание

песка не изменилось,

дебит и удельный

дебит уменьшились,

ДУ понизился, уве-

личилось понижение.

Зарастание фильтра

и прифильтровой

зоны химическими

осадками, а также

неисправность насоса

и накопление осадков

в насосной линии.

Демонтировать

насос, осмотреть и

устранить непо-

ладки; в случае

исправности насо-

са произвести ме-

ханическую очист-

ку и

обработку

скважины; интер-

вал планово - пре-

дупредительного

ремонта (ППР)

скважины и насоса

принять равным 1

году.

Дебит не изменился

либо уменьшился,

СУ и содержание

песка не изменилось,

понижение и удель-

ный дебит увеличи-

лись, ДУ понизился

(замеру не поддается

– ниже насоса) – ДУ

опустился до крити-

ческой отметки

Произошло зараста-

ние фильтра и при-

фильтрового про-

странства, фильтр,

сальник, пробка от-

стойника разрушены,

возможны неполадки

в насосе

демонтировать на-

сос, осмотреть и

исправить, в случае

исправности насо-

са произвести ре-

монт скважины,

интервал между

ППР принять 6

мес.

Подача равна 0,

СУ равен ДУ.

Насос неисправен. Ремонт или замена

насоса.

СУ не изменился,

первоначально песка

не было, при замерах

обнаружен песок,

дебит и удельный

Неисправность водо-

приемной части (раз-

рушение фильтровой

или опускание об-

садной колонны, за-

Демонтировать

насос, обследовать

скважину и устра-

нить неполадки,

заменить фильтро-

дебит стремятся к 0

(подача воды пульси-

рует), понижение

растет, ДУ прибли-

жается к критической

отметке (верх насоса)

полнение фильтра

песком вследствие

повреждения сальни-

ка, обмотки фильтра

или неисправности

изоляции отстойни-

ка)

вую колонну.

Совместное действие ударных и фильтрационных сил оказывает

разрушающий эффект на кольматант, цементирующий отверстия

фильтров и прифильтровое пространство. Регенерация скважин по

этим методам осуществляется взрывом торпед из детонирующего

шнура, электрогидравлическим ударом, пневмовзрывом и другими

способами. Взрывные методы очистки фильтров и скважин применяют

при заложении их в крепких трещиноватых породах, а также при

за-

растании фильтров плотными, крепкими осадками, в которых преоб-

ладают карбонаты и соли кремниевых кислот.

Под действием взрыва торпеды из детонирующего шнура в зоне

фильтра и в зоне водоприемной части бесфильтровой скважины обра-

зуются большие трещины, а в результате обрушения породы увеличи-

вается диаметр водоприемной части скважины. Рекомендуется приме-

нение

взрывного метода в скважинах не более 3 раз из-за опасности

выхода скважин из строя.

Электрогидравлическая обработка основана на разрушении и

удалении кольматирующих отложений волнами, возникающими при

импульсных электрических разрядах. Для этого используются специа-

лизированные установки, обеспечивающие создание электрогидравли-

ческого удара по длине фильтра с давлением до 5-6 МПа. Энергия,

накопленная в конденсаторе

разрядного контура, через воздушный

промежуток по коаксиальному кабелю в форме импульса тока высоко-

го напряжения подается к жидкостному разрядному устройству, по-

груженному в скважину в зоне расположения фильтра. В жидкостном

разряднике, непрерывно перемещаемом вдоль фильтра, возбуждаются

ударные волны.

Пневмоимпульсное воздействие обеспечивается специальными

установками, создающими с помощью сжатого воздуха (при высоком

давлении воздуха) в стволе скважины волны повышенного давления

интенсивностью до 4 МПа и фильтрационные потоки с высокими гра-

диентами.

Импульсные методы регенерации позволяют восстановить про-

изводительность скважин до 40–60% от первоначальной при межре-

монтном периоде в условиях последующей эксплуатации не менее 1

года.

Реагентные методы обработки скважин основаны на примене-

нии реагентов, способствующих растворению кольматантов в фильтре

и прифильтровом пространстве. Они позволяют добиться практически

первоначальной производительности скважин.

Подбор реагентов осуществляется в зависимости от состава во-

доносных пород, конструкции скважин и фильтра, а также характера

кольматирующих

осадков.

Наиболее распространенным раствором является ингибирован-

ная соляная кислота концентрацией 10 – 15 %. Для обработки одной

водозаборной скважины требуется от 300 до 1000 кг соляной кислоты

в зависимости от диаметра и длины фильтра. Обработка скважины

сводится к нескольким повторяющимся циклам, каждый из которых

состоит из следующих операций (рис.1.2):

1. По трубопроводу 12 производится подача раствора соляной

кислоты самотеком.

2. Немедленно после слива кислоты оголовок 8 скважины пе-

рекрывается, и компрессором по трубопроводу 5 подают

воздух для сжатия воды до определенного уровня.

3. По истечении 15 – 20 мин компрессор останавливают и по

трубопроводу 7 сбрасывают продукты реакции.

4. После того, как уровень в скважине восстановится, опера-

цию повторяют 8 – 10 раз в течение 2 часов.

Продавливание кислоты сжатым воздухом через фильтр в при-

фильтровую зону, заполненную кольматантом, способствует его рас-

творению, после чего продукты реакции удаляются из скважины.

После окончания обработки скважины демонтируют герметизи-

рующее устройство, монтируют эрлифтную систему или погружной

насос и производят откачку, в результате которой удаляют остаточное

количество реагента и продукты реакции. Затем

скважину запускают в

режим эксплуатации.

Комбинированный импульсно-реагентный (виброреагентный)

метод восстановления дебита скважин основан воздействием на коль-

матант реагента в сочетании с его гидродинамической обработкой.

Приведенные выше методы обработки скважин позволяют до-

биться высоких показателей восстановления их производительности –

до 70% относительно первоначальной и значительного увеличения

удельного дебита.

Рис. 1.2. Схема реагентной обработки скважины:

1 – фильтр; 2–водоносная порода; 3–обсадная колонна; 4–

пневматический пакер; 5 – труба для подачи воздуха; 6– двух-

жильный кабель; 7–трубопровод для выпуска продуктов реак-

ции; 8– оголовок; 9–манометр; 10– сальник; 11– омметр; 12–

трубопровод для подачи реагента; 13–опора; 14–реагент; 15–

датчик для замера электрического сопротивления раствора.

Как отмечалось ранее, при расширении водозабора из подзем-

ных источников, помимо повышения производительности сущест-

вующих скважин рассматривают возможность увеличения их числа.

При этом решают следующие вопросы:

1) выбор новой площадки водозабора (скважины обычно раз-

мещают в районе существующего водозабора);

2) оптимизация схемы сборных водоводов новых скважин,

расстояния между ними и подключения их к действующей

схеме;

3) проектирование конструкции скважины (определение диа-

метра и количества обсадных труб, выбор и расчет фильтра,

подбор насосного оборудования);

4) взаимодействие скважин при откачке из одного водоносно-

го пласта;

5) проверка схемы подачи воды потребителю с

учетом совме-

стной работы всех сооружений;

6) прогнозирование изменения дебита в процессе эксплуата-

ции.

1.1.3. Лучевые водозаборы

Практика эксплуатации лучевых водозаборов показала их высо-

кую эксплуатационную надежность и простоту обслуживания. Многие

из этих водозаборов хорошо работают в течение достаточно большого

периода времен, и их дебит за это время не уменьшился. Вместе

с тем

нередко имеют место случаи уменьшения дебита лучевых водозаборов

в процессе их эксплуатации по сравнению с первоначальным.

Основными причинами уменьшения дебита лучевых водозабо-

ров являются:

• заиление или кольматация русла реки в месте расположения

лучей;

• занос фильтровых труб песком;

• зарастание лучей солями кальция, железа, марганца и дру-

гими химическими соединениями.

Зарастание или кольматация русла реки является главной при-

чиной уменьшения дебита инфильтрационных лучевых водозаборов.

Так, опыт эксплуатации подруслового водозабора лучевого типа сис-

темы водоснабжения г. Варшавы, сооруженного под руслом реки Вис-

ла, показал, что за 10 лет производительность водозабора снизилась с

150 тыс. м

/сут до 100 тыс. м

/сут в основном за счет кольматации ру-

словыми отложениями. Другие лучевые водозаборы, построенные в

Германии, также показали значительное снижение дебита в процессе

эксплуатации. Результаты наблюдений за инфильтрационными луче-

выми водозаборами с фильтровыми трубами, продавленными под

дном реки, позволили установить, что грунт дна реки, лежащий над

горизонтальными скважинами, постепенно так сильно

забивается взве-