Разработка средств и методов повышения надёжности и экологической безопасности при строительстве и эксплуатации водозаборных скважин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.04, кандидат технических наук Мельникова, Татьяна Валерьевна

  • Мельникова, Татьяна Валерьевна
  • кандидат технических науккандидат технических наук
  • 2012, Волгоград
  • Специальность ВАК РФ05.23.04
  • Количество страниц 148
Мельникова, Татьяна Валерьевна. Разработка средств и методов повышения надёжности и экологической безопасности при строительстве и эксплуатации водозаборных скважин: дис. кандидат технических наук: 05.23.04 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов. Волгоград. 2012. 148 с.

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мельникова, Татьяна Валерьевна

Введение.

ГЛАВА 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР).

1.1. Особенности проектирования и эксплуатации водозаборных скважин.

1.2. Призабойная зона водозаборных скважин, её элементы и функции.

1.3. Причины ухудшения эксплуатационных характеристик водозаборных скважин.

1.4. Закономерности проявления эффекта кольматации призабойной зоны водозаборных скважин.

1.5. Современные физико-химические методы повышения эксплуатационной надежности и экологической безопасности строительства и эксплуатации водозаборных скважин.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И УСТАНОВЛЕНИЕ УСЛОВИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН.

2.1. Анализ условий моделирования процессов экологически безопасного строительства и эксплуатации водозаборных скважин.

2.2. Моделирование загрязнения и очистки призабойной зоны в процессе строительства и эксплуатации водозаборных скважин.

2.3. Методика экспериментальной оценки влияния буровых растворов и промывочных жидкостей на кольматацию призабойной зоны водозаборных скважин.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ НА КОЛЬМАТЛЦИЮ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ БИОПОЛИМЕРНЫХ СИСТЕМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН.

3.1. Исследование буровых растворов используемых в современной практике строительства водозаборных скважин.

3.2. Изучение влияния состава и свойств ингибирующих биополимерных буровых растворов на кольматацию призабойной зоны водозаборных скважин.

3.3. Разработка эффективных ингибирующих биополимерных буровых растворов с мраморной крошкой, обеспечивающих экологически безопасное строительство водозаборных скважин.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ КИСЛОТНЫХ РАСТВОРОВ ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ В ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЕ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН.

4.1. Анализ закономерностей и факторов влияющих на эффективность кислотных обработок.

4.2. Разработка эффективных соляно-кислотных растворов, обеспечивающих эффективное восстановление проницаемости призабойной зоны и продуктивности водозаборных скважин.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», 05.23.04 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка средств и методов повышения надёжности и экологической безопасности при строительстве и эксплуатации водозаборных скважин»

Актуальность работы. В России за последние 100 лет централизованным водоснабжением были обеспечены почти 99,8% городов и 88% поселков городского типа. Однако на практике высокая централизация систем водоснабжения (единый общегородской водозабор, единая водоочистная станция и т.д.) создает опасность тяжелых последствий при возникновении чрезвычайных ситуаций. В проектах Федеральных законов: «О питьевой воде и питьевом водоснабжении» и «О безопасности водоснабжения», в «Концепции водоснабжения Волгоградской области «Чистая вода» (20092020гг.) и других документах предпочтение отдается использованию подземных вод, а там, где используется поверхностный источник, на случай чрезвычайных ситуаций рекомендуется строительство резервного, дополнительного забора подземных вод, который обеспечивает население питьевой водой нормативного качества и в достаточном количестве, снижение риска для здоровья, улучшение уровня жизни населения, и повышение качества предоставления коммунальных услуг.

В настоящее время, резервные водозаборы подземных вод работают в Брянске, Зеленограде, Кемерове, Нижнем Новгороде, Томске, Тюмени и др. Однако, многие крупные города не имеют резервных водоисточников для действующих систем водоснабжения (Барнаул, Новосибирск, Омск и др.), что с точки зрения безопасности недопустимо. Кроме того, там, где резервные водоисточники используются, не решены вопросы обеспечения их безопасного строительства и эксплуатации, обусловленные комплексом физико-химических процессов кольматации происходящих в призабойной зоне водозаборных скважин.

Полностью предотвратить явление кольматации пласта в процессе строительства и эксплуатации скважин невозможно. Поэтому, основным направлением работы стала разработка методов воздействия на призабойную зону максимально сохраняющих (восстанавливающих) её проницаемость. При этом необходимым условием является обеспечение экологической безопасности использования таких технологических жидкостей в системах водоснабжения городских комплексов.

Цель работы состояла в повышении эксплуатационной надежности и экологической безопасности строительства и эксплуатации водозаборных скважин, за счет снижения эффекта кольматации в призабойной зоне.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе неоходимо было решить следующие задачи:

- исследовать современное состояние водохозяйственной обстановки в городах и населенных пунктах, уровня надежности и безопасности источников водоснабжения;

- изучить современное состояние средств и методов обеспечения эксплуатационной надёжности и экологической безопасности водозаборных скважин;

- провести анализ условий обеспечения эксплуатационной надежности и экологической безопасности строительства и эксплуатации водозаборных скважин и обоснование необходимости моделирования фильтрационных процессов в призабойной зоне;

- установить основные факторы, снижения проницаемости в призабойной зоне водозаборных скважин;

- исследовать влияние буровых растворов на кольматацию призабойной зоны водозаборных скважин;

- разработать составы буровых растворов, эффективно сохраняющие (восстанавливающие) естественную проницаемость призабойной зоны при строительстве водозаборных скважин и обеспечивающие их дальнейшую безопасную эксплуатацию;

- изучение закономерностей, влияющих на взаимодействие растворов кислот с карбонатной породой пластов призабойной зоны водозаборных скважин; разработать эффективные составы кислотных растворов, восстанавливающие проницаемость призабойной зоны и увеличивающие продуктивность водозаборных скважин.

Научная новизна работы:

В диссертационной работе определены закономерности обеспечения эксплуатационной надежности и экологической безопасности водозаборных скважин, за счет сохранения (восстановления) проницаемости в призабойной зоне водозаборных скважин.

Установлены определяющие факторы снижения проницаемости в призабойной зоне при строительстве и эксплуатации водозаборных скважин.

Получены результаты отрицательного влияния глинистых буровых растворов на проницаемость водозаборных скважин.

Установлена способность биополимерных буровых растворов сохранять проницаемость в призабойной зоне водозаборных скважин.

Выбор фракционного состава и использование качественного закупоривающего материала позволяют предотвратить проникновение фильтрата и раствора в пласт, призабойную зону водозаборных скважин и максимально сохранить её проницаемость.

Впервые установлено, что эффективное сохранение проницаемости в призабойной зоне обеспечивается при использовании ингибирующих биополимерных буровых растворов с добавлением мраморной крошки (различных фракций).

Установлены факторы, определяющие эффективность взаимодействия растворов кислот с карбонатной породой пластов призабойной зоны водозаборных скважин.

Впервые, установлена способность соляно-кислотных растворов, на основе соляной кислоты, ингибитора и комплексообразователя глубоко проникать в пласт, восстанавливая при этом проницаемость призабойной зоны и продуктивность водозаборных скважин в 3-4 раза.

На защиту выносятся:

- научная оценка закономерностей влияния состава и свойств растворов на кольматацию призабойной зоны водозаборных скважин и разработка рекомендаций по её предотвращению или снижению;

- решение проблемы обеспечения надежности и экологической безопасности систем водоснабжения городских комплексов, за счет совершенствования методов строительства и эксплуатации водозаборных скважин, путем разработки составов буровых и промывочных жидкостей, осуществляющих сохранение (восстановление) проницаемости их призабойных зон; результаты экспериментальных исследований, подтверждающие эффективность использования ингибирующего биополимерного бурового раствора для экологически безопасного строительства и проведения ремонтно-изоляционных работ водозаборных скважин;

- результаты экспериментальных исследований, подтверждающие эффективность и экологическую безопасность использования соляно-кислотных растворов для восстановления проницаемости призабойных зон и продуктивности водозаборных скважин.

Практическая значимость работы:

- выполнена оценка современной водохозяйственной обстановки в городах и населенных пунктах, уровня надежности и безопасности источников водоснабжения;

- на основе экспериментальных исследований получены данные о современном состоянии процессов происходящих в призабойной зоне при строительстве и эксплуатации водозаборных скважин;

- выполнена экспериментальная оценка влияния различных по составу и свойствам технологических жидкостей на кольматацию пород призабойной зоны водозаборных скважин;

- разработаны рекомендации по выбору и обоснованию технологических жидкостей, повышающих надежность и экологическую безопасность водозаборных скважин.

Реализация результатов работы:

Работа проводилась в соответствии с комплексной Федеральной целевой программой «Экология и природные ресурсы России» (2002 - 2010 г.г.), Федеральной программой «Чистая вода», Федеральной национальной программой «Вода России XXI века», Федеральной Водной стратегией до 2020 года и тематическим планом научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Результаты исследований, включенные в диссертацию, были внедрены: в МУ ГУАОККОПС при оценке экологической безопасности водозаборных скважин, в ООО СП «Волгодэминойл» при подготовке технических заданий для разработки проектов по строительству и ремонту водозаборных скважин и в учебном процессе кафедрой «ПБ и ГЗ» ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно - строительный университет при подготовке инженеров по специальности: «Защита в чрезвычайных ситуациях».

Основные результаты по теме диссертации опубликованы в 15 печатных работах, в том числе: 4 изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 патент РФ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов, списка используемых литературных источников и приложений. Общий объем диссертации включает 148 страниц основного текста, содержавшего 30 таблиц, 40 рисунков, список используемых источников из 195 наименований и 5 приложений на 28 страницах.

Похожие диссертационные работы по специальности «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», 05.23.04 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов», Мельникова, Татьяна Валерьевна

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. В рамках обеспечения экологической безопасности были проведены исследования по восстановлению коллекторских свойств продуктивных пластов и призабойной зоны скважин с применением соляно-кислотных обработок, с целью предотвращения осложнений, возникших при строительстве и эксплуатации водозаборных скважин.

2. Показано, что применение соляно-кислотных обработок позволит восстановить естественную проницаемость призабойной зоны водозаборных скважин и создать условия для дальнейшей безопасной их эксплуатации.

3. С целью повышения уровня экологической безопасности были разработаны соляно-кислотные растворы, следующего состава: 1) 12% раствор соляной кислоты (НС1) с добавкой 1% комплексообразователя (органической кислоты) и 0,1 % ингибитора (ПАВ); 2) 24% раствор соляной кислоты (НС1) с добавкой 1% комплексообразователя (органической кислоты) и 0,1 % ингибитора (ПАВ).

4. Применение разработанных соляно-кислотных растворов позволит в 3-4 раза увеличить фильтрационно-ёмкостные характеристики пород призабойных зон водозаборных скважин, в сравнении с используемой соляно-кислотной обработкой.

5. Как показали результаты исследований закачка раствора соляной кислоты идет при интенсивном возрастании давления, как для 24%, так и 12% концентрации, что значительно повышает опасность возникновения гидроразрыва пород призабойной зоны водозаборных скважин. А закачка разработанных кислотных растворов идет равномерно (порционно), чем обеспечивается высокий уровень экологической безопасности при восстановлении проницаемости призабойной зоны и повышении продуктивности водозаборных скважин

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.