Кольматация

Кольматация - процесс естественного проникновения или искусственного внесения мелких (коллоидных, глинистых и пылеватых) частиц и микроорганизмов в поры и трещины горных пород, в фильтры очистных сооружений и дренажных выработок, а также осаждение в них химических веществ, способствующее уменьшению их водо- или газопроницаемости.
Носителем кольматажного материала (кольматанта) могут служить жидкости и газы.
В нефтегазе причиной снижения дебита скважин нередко является кольматация фильтров и прифильтровых зон водоносного пласта, которая вызывает увеличение гидравлического сопротивления и снижение притока воды в скважины.

Виды кольматации: механическая, химическая, био­логическая

Механическая кольматация

Наблюдается из-за несоответствия проходных отверстий фильтров гранулометрическому составу водовмещающих пород.
Дебит скважин снижается до 30%.
Для снижения механической кольматации необходимо:

• создать фильтр из крупнозернистого песка;
• правильно выполнить гравийную обсыпку вокруг водоприемной части искусственного фильтра.

Пример механической кольматации - глинизация фильтра и прифильтровой зоны при роторном бурении скважин с промывкой глинистым раствором.
На стенке скважины образуется плотная глинистая корка толщиной до 6 мм, ограничивающая поступление глинистого материала и шлама в продуктивный пласт при бурении скважин.
Проницаемость корки до 10⁴ раз меньше проницаемости пласта, поэтому в водовмещающие породы попадает только глинистый раствор, содержа­щий тонкодисперсные и коллоидные частицы глины.
Глинистые частицы набухают в водной среде, что приводит:

• к изменению внутренней геометрии порового пространства водонос­ной породы,
• уменьшению коэффициента фильтрации в 50 раз и более.

Происходит глинизация фильтра в скважине.
Глинистая корка уплотняется за счет усилe­ния адсорбционных и молекулярных связей между глинистыми части­цами.
Рекомендации для снижения глинизации:

• опускать фильтр с нижним открытым концом или с промывочными окнами;
• устанавливать выше фильтра цементный мост, разбуриваемый после установки фильтра;
• покрывать фильтр специальными составами, растворяемыми после спуска его в скважину.

Химическая кольматация

Наблюдается из-за нарушения химического состава подземных вод в результате изменения гидродинамических параметров фильтрационного потока.
При уменьшении давления воды в ней уменьшается растворимость газов (в основном СO₂), происходит их выделение и нарушается углекислотное равновесие.

• наличие катионов кальция и магния и нарушение углекислотного равновесия приводят к образованию труднорастворимых осадков СаСО₃ и MgCO₃;
• происходит выделение кар­бонатных осадков в зоне фильтров, при удалении от них интенсив­ность выпадения осадков уменьшается.

Наиболее распространенными кольматиpующими отложениями являются:

• железистые осадки, которые выделяются при заборе под­земных вод, содержащих закисное железо. Переход железа из закисного в окисное и выпадение в осадок происходит при наличии в воде растворенного кислорода. Этому также способствует выде­лeние СО₂ и повышение рН воды из-за нарушения углекислотного равновесия:

Fe(HCO₃)₃ → Fe(OH)₂ + 2СО₂;

4Fe(OH)₂ + 0₂ + 2H₂0 = 4Fe(OH)₃.

• наличие в подземных водах сероводорода H₂S. Содержание гидросульфитов HS~ приводит к образованию труднорастворимых и непроницаемых сернистых отложений железа, меди, цинка в результате реакции подземных вод с материалом каркаса фильтра;
• наличие кремниевой кислоты, что способствует образованию труднорастворимых силикатных отложений с примесью закисного железа, придающий им бурый цвет;
• редко отлагаются осадки фосфатно-железистого состава. Выпадение фосфатов происходит при увеличении щелоч­ности.

Предотвратить химическую кольматацию скважин при исполь­зовании вод с неустойчивым химическим составом невозможно, поскольку ее причиной является нарушение естественного режима водоносного пласта. Рекомендации по уменьшению интенсивности химкольматации:

• следует не допускать неравномерного режима эксплуатации скважин, из-за которого происходит аэрация подземных вод;
• не использовать эрлифтные подъемники;
• проверять работу обратных кла­панов погруженных насосов, чтобы предотвратить поступление аэрированных вод в зону фильтра;
• не допускать более 7 м высоты столба воды от верхней секции насоса до динамического уровня воды в скважине, при котo­рой не происходит активного аэрирования воды и интенсивного осадкообразования.

Накопление отложений может проис­хoдить также из-за коррозии самого фильтра вследствие агpeс­сивности подземной воды, обладающей свойством электролита.
Этому способствует наличие различных метал­лов в конструкциях фильтров и отсутствии надежной антикорро­зионной защиты.
Рекомендации:

• использовать каркасы фильтров из пластмасс или стальных труб с антикоррозионным покрытием;
• использовать фильтрующую сетку из нержавеющей стали;
• использовать шнуры из полимерных материалов вместо обмоточной про­волоки.

Биологическая кольматация

Наблюдается вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.
В результате жизнедеятельности некоторых бактерий:

• выделяется гидрат окиси железа, что способствует переводу закиси железа в нерастворимую окись;
• окись железа осаждается на рабочей поверхности фильтров, внутренних стенках ствола скважин и насосном оборудовании.

Рекомендации: хлорирование скважин не реже одного раза в 3 - 4 месяца.