ТОВ «Українська бурова компанія «Аквасфера» виробляє буріння високодебітних свердловин на воду по всій території Україні. Замовники подібних свердловин – споживачі великих обсягів води. До них відносяться заводи, фабрики, сільськогосподарські підприємства, готелі, медкомплекси, великі торгівельні майданчики, котеджні містечка та ін

Високодебітні свердловини – складні інженерні споруди з терміном експлуатації до 50 років і максимальною ремонтопридатністю. Тому при їх спорудженні повинні бути дотримані всі технологічні норми і правила.

Термін кольматаж (від французького calmatage – закупорювання, засмічення, природна цементація) використовується для пояснення причин зменшення фільтраційних характеристик водоносних порід і фільтруючих елементів водозабірних споруд. В іноземній літературі термін кольматація використовується для визначення процесу механічного випадання в осад частинок в поровому просторі, а для позначення хімічного випадання в осад різних мінеральних сполук застосовується термін інкрустація (від англійського incrustation – утворення кірки, щільне відкладення). Ефективність роботи фільтрів водозабірних свердловин істотно залежить від кольматаціонних процесів в розрізах каркас фільтра – порода, гравійне обсипання – порода і каркас фільтра – гравійне обсипання. В процесі експлуатації свердловин в більшості випадків спостерігається зниження її продуктивності, обумовлене відкладенням опадів фізико-хімічного та біологічного походження в зазорах фільтрів, порах гравійної обсипки і водоносних породах.

Суть цих процесів необхідно знати як для розробки ефективного підбору та розрахунку фільтрів, так і для оприлюднення рекомендацій з підтримки стабільного дебіту свердловини за рахунок застосування комплексу профілактичних заходів та ремонтних робіт.

Прямим наслідком кольматажу є сильне збільшення швидкості фільтрації, велике зростання вхідних гідравлічних опорів і зниження припливу води до свердловини. Процес утворення кольматажу протікає на різних етапах експлуатації водозабірних споруд, в різних гідрогеологічних і геологічних умовах, а його характер і інтенсивність змінюються в часі і просторі.

При бурінні, освоєнні та експлуатації водозабірних свердловин проявляються процеси механічного, хімічного і біологічного кольматажу, що визначають не тільки тривалість дії водозаборів, а й ефективність запланованих методів для відновлення їх дебіту.

Процеси механічного кольматажу в основному завершуються на стадії будівництва свердловин, а хімічного і біологічного – спостерігаються протягом всього періоду дії водозабору. Оцінка частки кожного з цих процесів в зниженні дебіту свердловин – одна з основних задач при визначенні раціонального міжремонтного періоду і призначення ремонтно-відновлювальних заходів, а також у профілактиці кольматаціонних явищ.

Механічні форми кольматації активно проявляються на етапі спорудження водозабірної свердловини. При розкритті або проході водоносного горизонту обертальним способом з прямою промивкою утворюються зони кольматації пласта, які пов’язані з проникненням в пласт частинок бурового шламу, глинистого розчину (промивної рідини) і фільтрату глинистого розчину.

Геометричні розміри зони кольматації залежать від багатьох факторів: літологічний та механічний склади водовмещающіх порід, параметри промивного розчину, перепад тиску в стовбурі свердловини і водоносному горизонті. Різні режими буріння і умови проходки створюють кольматаж тендітних водовмещающіх порід на відстані 10-15 мм (рідше 100 мм і більше) від стінок свердловини, що істотно впливає на зміну фільтраційних характеристик цієї зони, знижуючи водопроникність в десятки і більше разів.

Негативні наслідки механічного кольматажу, обумовленого проникненням в пласт технологічних продуктів буріння (шлам, компоненти розчину для промивання), можуть бути в значній мірі зменшені в разі застосування прогресивних способів розкриття і освоєння водоносного пласта. Механічний кольматаж контактної зони між гравійним обсипанням і породою, а також на кордоні фільтруючої поверхні і прилеглої до неї гравійної обсипки, створюється в процесі заклеювання отворів, які забезпечують фільтрацію води.

Досвід експлуатації водозабірних свердловин показує, що їх продуктивність і дренажна здатність істотно знижуються в часі внаслідок заростання фільтрів і прифильтрової зони свердловин різними хімічними сполуками. Хімічний кольматаж проявляється в заповненні порового простору водопідйомного обладнання та конструктивних елементів насосів нерозчинними у воді оксидами, гідрооксидами різних металів і їх з’єднаннями.

Рівноважний стан основних компонентів підземних вод залежить від температури води, тиску і парціального тиску газів, розчинених у воді. При заборі підземних вод із свердловини в прифильтровій зоні відбувається гідродинамічне забруднення, що призводить до порушення хімічної рівноваги, обумовлене порушенням газової рівноваги. Таким чином, незалежно від конструкції фільтра процес хімічної кольматації прифильтрової зони свердловин при заборі гідрокарбонатно – кальцієвих вод визначається вмістом і стабільністю сполук заліза, марганцю, алюмінію, кальцію, двоокису кремнію та ін.

При експлуатації свердловин у водоносних горизонтах з підземними водами, схильними до виділення кольматуючих утворень, слід уникати нерівномірності режиму експлуатації, в результаті чого відбувається аерація підземних вод. Потрібно надійно герметизувати гирла свердловин, виключати використання ерліфтних водопідйомників, перевіряти роботу лічильників води насосів з тим, щоб запобігати надходження аерованих вод в інтервал встановлення фільтра, і найголовніше, необхідно передбачати регулярну регенерацію свердловин на основі прогнозу зниження їх продуктивності.

Процеси хімічного кольматажу, що відбуваються в прифильтровой зонах свердловин, інтенсифікуються біологічною діяльністю. Основною причиною цього є залізобактерії, сульфатбактеріі і марганцеві бактерії, які в кількох видах присутні у водоносних породах і підземних водах. В процесі своєї життєдіяльності такі бактерії осаджують залізо, марганець і в результаті чого виділяють сірководень з підземних вод.

У залізобактерій є такі фізіологічні особливості: здатність надавати каталітичну дію процесу перекладу закису заліза в окис, інтенсивне виділення великої кількості гідрату окису заліза, що є основним продуктом їх окислювальної роботи. Вони не вимагають органічних поживних речовин. Навпаки їх присутність у великих кількостях гнітюче діє на розвиток залізобактерій. Всі вони воліють низьку температуру, світло не надає особливого впливу на їх життєдіяльність. Вони краще розмножуються в темряві. Існування залізобактерій пов’язано з наявністю у воді розчинених кислих сполук. Найбільш сприятлива для розвитку залізобактерій – слабокисла реакція, але вони спокійно можуть розвиватися при майже нейтральній реакції.

Всі зазначені умови характерні для складу підземних вод перших від поверхні землі водоносних горизонтів, які приурочені до алювіальних, флювіогляціальних і пролювіальних відкладів і в максимальній мірі використовуються для водопостачання.