Кольматация

КОЛЬМАТАЦИЯ, кольматаж (от итал. соlmata — наполнение, насыпь а. соlmatage; н. Kolmation, Verschlammung; ф. соlmatage; и. соlmatacion, соlmataje), — процесс естественного проникновения или искусственного внесения мелких (главным образом 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. Различают кольматацию механическую, химическую, термическую и биологическую. 

В естественных условиях механической и химической кольматации подвергаются слагающие русло рек породы в  результате вмывания в них взвешенных в открытом потоке частиц. В искусственных условиях (при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений) кольматация играет двоякую роль — положительную и отрицательную. В первом случае её используют, а во втором — ведут с ней борьбу. Например, в гидротехнике,мелиорации и горном деле механическая кольматация служит для предотвращения фильтрации воды из каналов, канав, прудов-осветлителей путём заиления их дна и откосов малоконцентрированными глинистыми растворами, в нефтепромысловой практике — для заиления призабойной зоны нагнетательных скважин при вторичных методах добычи нефти и т.д. Наиболее интенсивно кольматация происходит при отношении диаметра пор кольматируемой породы к размеру взвешенных кольматирующих частиц около 5-6, содержании этих частиц в суспензии до 1% и при слабоминерализованной воде. В горной практике химическую кольматацию используют для снижения степени выщелачиваемости растворимых пород, ликвидации проникновения воды и водопритоков в шахты осаждением гипса и каменной соли при взаимодействии насыщенного раствора хлоридов кальция и натрия, подаваемого через скважины в карстовые полости, заполненные раствором хлорида и сульфата магния. Разрабатываются пути термической кольматации пористых и трещиноватых пород охлаждением растворов солей хлоридов, а также биологическая кольматация для создания барражных завес внесением отдельных видов микроорганизмов, создания оптимальной среды для их активной деятельности и накопления продуктов метаболизма (обмена). Отрицательное влияние кольматации проявляется в заилении песчаных фильтров водоочистных сооружений, а также в заилении и зарастании карбонатами и гидроксидами железа зафильтрованной песчано-гравийной засыпки фильтров водозаборных и дренажных скважин. При поверхностном способе дренажа на шахтах и карьерах механическая и химическая кольматация приводит к резкому снижению водопроницаемости фильтров и пород прифильтровых зон и соответственно к снижению дебита скважин, что требует применения различных методов интенсификации дренажа обводнённых пород и "оживления" фильтров скважин.

КОЛЬМАТАЦИЯ ФИЛЬТРОВ И ПРИФИЛЬТРОВЫХ ЗОН СКВАЖИН

В процессе эксплуатации скважин, как правило, происходит снижение их производительности. Одной из основных причин уменьшения дебита скважин является кольматация фильтров и прифильтровых зон водоносного пласта, которая вызывает увеличение гидравлических сопротивлений и снижение притока воды в скважины [14]. Различают три вида кольматации: механическую, химическую, биологическую.

Механическая  кольматация наблюдается в сетчатых, щелевых, блочных фильтрах вследствие несоответствия проходных отверстий фильтров гранулометрическому составу водовмещающих пород. В результате механической кольматации водоприемные отверстия фильтров заклиниваются или перекрываются песком, глиной, гравием, в связи с чем удельный дебит скважин снижается на 20 — 30%. Снижению механической кольматации способствует создание фильтра из крупнозернистого песка и правильно выполненная гравийная обсыпка вокруг водоприемной части искусственного фильтра [2, 14].

К механической кольматации можно  отнести глинизацию фильтра и прифильтровой  зоны при роторном бурении скважин  с промывкой глинистым  раствором, когда  на стенке скважины образуется плотная  глинистая корка  толщиной 3 — 6 мм, ограничивающая поступление глинистого материала и шлама в пласт. Проницаемость глинистой корки в 103 — 104 раз меньше проницаемости пласта, поэтому в водо-вмещающие породы попадает только глинистый раствор, содержащий тонкодисперсные и коллоидные частицы глины.

Глинистые частицы набухают в водной среде, и  в связи с этим изменяется внутренняя геометрия норового пространства водоносной породы, а ее коэффициент фильтрации уменьшается в 50 раз и более. При установке фильтра в скважине, заполненной глинистым раствором, происходит его глинизация.

С течением времени глинистая  корка уплотняется  за счет усиления адсорбционных и молекулярных связей между глинистыми частицами, и ее удаление представляет значительную сложность. Поэтому-необходимо стремиться к сокращению времени контакта глинистого раствора с водовмещающими породами, т. е. к оперативному выполнению работ по вскрытию пласта, полному удалению бурового шлама и глинистого раствора и оборудованию скважины фильтром [6, 46].

При установке  фильтра необходимо стремиться к уменьшению его глинизации. Для  этого рекомендуется  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 обусловлена  нарушением 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:

Присутствие в воде катионов кальция  и магния и нарушение  угле-кислотного равновесия приводят к образованию  труднорастворимых  осадков СаСОз  и MgCOs. Интенсивно происходит выделение карбонатных осадков в зоне фильтров, при удалении от них интенсивность выпадения осадков уменьшается. В фильтрах, имеющих большие гидравлические сопротивления, возрастают потери давления, что приводит к более активному выделению из воды СO2 и увеличению количества карбонатных осадков. Этому также способствует турбулизация потока грунтовых вод и их перемешивание при прохождении через водоприемную часть фильтра. Зарастание фильтров и прифильтровых зон карбонатными отложениями происходит в основном в скважинах, заложенных в известняках и доломитах [2, 14].

Если  кольматация происходит только карбонатными соединениями, то осадки по структуре близки к кристаллическим и имеют серовато-белый цвет. При их взаимодействии с соляной кислотой наблюдается интенсивное выделение углекислого газа.

Наиболее  распространенными  кольматирующими  отложениями являются железистые осадки, которые выделяются при заборе подземных вод, содержащих закисное железо. Переход железа из за-кисного в окисное и выпадение в осадок происходит при наличии в воде растворенного кислорода. Этому также способствует выделение СО2 и повышение рН воды вследствие нарушения углекислот -ного равновесия:

Fe(HCO3)3 -> Fe(OH)2 + 2СО2; 4Fe(OH}2 + 02 + 2H20 = 4Fe(OH)3.

Гидрат  оксида железа, имеющий  студнеобразный вид, откладывается на поверхности фильтров и в поровом пространстве прифильтровых зон пласта. Интенсивность выпадения железистых осадков возрастает при неравномерной откачке воды из скважины, использовании эрлифта или инжектора, способствующих насыщению воды кислородом воздуха. Особенно активно происходит зарастание фильтров такими осадками при обнажении водоприемных отверстий и непосредственном контакте их с атмосферой. Железосодержащие осадки отличаются характерным желто-коричневым цветом, пачкают руки. Наличие их в подземных водах можно выявить визуально по осадкам на водоподъемных трубах и насосах.

Нарушение химического состава  подземных вод  эксплуатируемого пласта может происходить при взаимодействии с водами других водоносных горизонтов при недостаточной мощности разделяющего водоупора и отсутствии или плохой цементации затрубного пространства. В этом случае подземные воды нижних пластов могут обогащаться железом и кислородом, что ведет к осаждению нерастворимых карбонатных и железистых соединений. При смешивании жестких и мягких вод может увеличиться концентрация углекислоты, что вызывает образование карбонатных осадков.

На зарастание скважин большое  влияние оказывает  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. Сульфиды металлов в виде корковидных  наростов черного  цвета образуют прочное  пленочное покрытие на сетках, проволочных обмотках, каркасах фильтров и способствуют постепенному разрушению их. При взаимодействии с кислотой эти осадки бурно выделяют сероводород, весьма опасный для здоровья человека. Сернистые отложения металлов практически не откладываются в прифильтровых зонах водоносного пласта, и после замены фильтров дебиты таких скважин обычно близки к первоначальным.

При наличии  в железосодержащих подземных водах  кремне-кислоты наблюдается  образование труднорастворимых  силикатных отложений  с примесью закисного  железа, придающий  им бурую окраску. Такие осадки характеризуются  высокой прочностью [20] и практически  нерастворимы в кислотах.

Относительно  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. Для уменьшения интенсивности кольматации следует не допускать неравномерного режима эксплуатации скважин, из-за которого происходит аэрация подземных вод, не использовать эрлифтные подъемники, необходимо проверять работу обратных клапанов погруженных насосов, чтобы предотвратить поступление аэрированных вод в зону фильтра. Высота столба воды от верхней секции насоса до динамического уровня воды в скважине, при которой не происходит активного аэрирования воды и интенсивного осадкообразования, не должна превышать 6 — 7 м [24].

Помимо  выпадения осадков  накопление отложений  может происходить в результате коррозии самого фильтра вследствие агрессивности подземной воды, обладающей свойством электролита. Этот процесс протекает наиболее активно при наличии различных металлов в конструкциях фильтров и отсутствии надежной антикоррозионной защиты.

Электрохимической коррозии в большей  степени подвержены сетчатые фильтры, представляющие собой стальную перфорированную  трубу, обмотанную стальной проволокой и медной сеткой. Электрохимические  процессы могут быть значительно ослаблены  путем изготовления каркасов фильтров из пластмасс или  стальных труб с антикоррозионным покрытием, использования  фильтрующей сетки  из нержавеющей стали, применения вместо обмоточной проволоки шнуров из полимерных материалов.

Биологическая кольматация обусловлена  жизнедеятельностью микроорганизмов. Наиболее активно бактерии размножаются у фильтров, где в основном скапливаются осадки, образовавшиеся под  действием химических и электрохимических  процессов. В результате жизнедеятельности бактерий (железобактерий) выделяется гидрат окиси железа, что способствует переводу закиси железа в нерастворимую окись, осаждающуюся на рабочей поверхности фильтров, внутренних стенках ствола скважин и насосном оборудовании. Присутствующие в подземных водах марганцевые бактерии используют энергию окисления закисных соединений и переводят их в малорастворимые окисные соединения. Интенсивная биологическая кольматация характерна для подземных вод с содержанием кислорода 5 мг/л и более, находящихся в первых от поверхности земли водоносных горизонтах. Бактерии обнаруживаются не только в водоносных пластах вблизи поверхностных водоисточников, но и на больших глубинах в зонах, значительно удаленных от водотоков и водоемов [14].

Благоприятные условия для развития железобактерий имеются  в большинстве  гидрологических  районов, поэтому  для подавления их жизнедеятельности  необходимо проводить  периодически, не менее  одного раза в 3 — 4 месяца, хлорирование скважин.

Книга БУРЕНИЕ  СКВАЖИН НА ВОДУ

Оглавление книги Бурение скважин на воду

Глава VI ВСКРЫТИЕ И ОСВОЕНИЕ ВОДОНОСНЫХ ПЛАСТОВ

1. СОВРЕМЕННЫЕ  ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ КОЛЬМАТАЦИИ  ПЛАСТА

Кольматация — сложный  физико-механический процесс снижения проницаемости пласта, протекающий  во времени. 
Различают три зоны кольматации пласта: проникновения частиц бурового шлама (механический кольматаж), глинистого раствора и фильтрата глинистого раствора.

Зона механического кольматажа в рыхлых водосо-держащих породах  невелика — не более 10—15 мм. По мере вскрытия пласта с глинистым раствором  на стенках скважины образуется плотная  глинистая корка толщиной 3—б мм, что, в свою очередь, ограничивает поступление  глинистого материала и шлама  в пласт. В трещиноватых горных породах  частицы бурового шлама могут  проникать достаточно глубоко (до нескольких десятков метров), что зависит от размера и конфигурации трещин, а  также от перепада давления на пласт (репрессии). 
Глубина проникновения глинистого раствора в пески, по данным различных исследователей, колеблется в широких пределах. Н. И. Шацов считает, что глубина проникновения глинистого раствора в пласт и толщина глинистой корки зависят от состава песка (табл. 23). 
Большой интерес представляют исследования М. Кир-сена, С. Персонса и Г. Кэннона по проникновению глинистого раствора в пласт в зависимости от перепада давления на пласт (табл.24). И. Н. Бандырский в лабораторных условиях установил, что глубина проникновения глинистого раствора в водонасыщенные мелкозернистые пески составляет 50— 100 мм, а в среднезернистые— 100—200 мм. Такая от носительно большая глубина проникновения раствора в пласт объясняется, очевидно, тем, что опыты проводились в стендовых условиях, где пески имели разрыхленное состояние. В песчаниках глубина проникновения глинистого раствора значительно меньше — в среднем не более 20 мм. В трещиноватых породах эта величина может достигать нескольких десятков и сотен метров. В общем случае глубина проникновения глинистого раствора в пласт увеличивается с возрастанием репрессии на пласт и выражается формулой: (70) где — глубина проникновения глинистого раствора в пласт, см; А — коэффициент, учитывающий сопротивление движению жидкости в зависимости от размера зерен породы, их формы и т. д.; АР— репрессия на пласт, МПа; То — начальное сопротивление раствора сдвигу, МПа; уг-р — плотность глинистого раствора, г/см3; Рпл — пластовое давление, МПа; Н — глубина залегания пласта, м. В формуле (70) принято, что фильтрация глинистого раствора в пласт происходит при постоянном перепаде давления. Это искажает1 физику процесса, так как при бурении имеют место проработка ствола скважины, спускоподъемные операции с буровым инструментом и обсадными трубами, что ведет к динамической фильтрации глинистого раствора, т. е. к более интенсивному поглощению раствора пластом. Глинистая корка на стенках скважины формируется в течение от нескольких минут до 30 минут. Ее проницаемость обычно в 1000—10 000 раз меньше проницаемости пласта, поэтому после формирования глинистой корки в пласт попадает только фильтрат глинистого раствора, содержащий тонкодисперсные и коллоидные частицы глины, которые набухают и способствуют снижению проницаемости пласта. 
Количество от фильтровавшейся жидкости в пласт — показатель распространения и характера зоны кольма-тации. 
Количество жидкости, от фильтровавшейся в пласт при аскрытии пласта, определяется экспериментально или на основании теоретических расчетов (Башкатов, Олоновский, Дрягалин, 1969). С. К. Фергюссон и И. А. Клотц при исследовании водоотдачи промывочных растворов на модели скважины пришли к заключению, что из общего объема фильтрата на долю статической водоотдачи приходится 10—20 и 80—90 на фильтрат, выделяемый при гидродинамических условиях. Общее количество фильтрата, поступающего в пласт Ч, складывается из фильтратов раствора, поступающего при статических №с и гидродинамических условиях: № = №с-1-№д. (71) 
Глинистые частицы набухают в водной среде, в результате изменяется внутренняя геометрия порового пространства, причем проницаемость породы при этом может уменьшаться до 50 раз и более. Процесс набухания глинистых частиц развивается во времени и в зависимости от состава глин может достигать предельной величины (для тонкодисперсных систем) через 24—л420 часов. Наибольшее набухание свойственно Иа- и Ы-бентонито-вым (до 840) и естественным бентонитовым (до 252) глинам.

Вокруг частиц породы образуются гидратные слои, которые при имеющихся  на практике перепадах давления не участвуют в фильтрации. Увеличение дисперсности глинистых частиц приводит к сильному снижению проницаемости, причем во времени прочность этих связей возрастает. Фильтрат глинистого раствора, проникая в пласт и взаимодействуя с пластовой водой, вызывает выпадение  в осадок некоторых продуктов  реакции и набухание во-донасыщенной породы.

Наблюдается глинизация и  самого фильтра (Башкатов, Олоновский, Дрягалин, 1969). Различают глинизацию статическую (фильтр установлен в скважине, заполненной глинистым раствором) и динамическую (фильтр опускается в скважину, заполненную глинистым  раствором) . Динамическая и статическая  глинизация фильтра увеличивается  во времени, причем по абсолютной величине динамическая глинизация (для сетчатых фильтров в 4—5 раз) больше статической. Снижение скорости спуска фильтра в  скважину до 0,2—0,25 м/с способствует снижению его кольматации.

Показатель несовершенства скважин достигает 70—80, а соответствующие  этому дополнительные понижения  составляют до 70 общего понижения уровня.

Спуско-подъемные операции бурового инструмента и труб приводят к повышению давления на пласт  на 20— 30, что вызывает более интенсивную кольматацию пласта. При вскрытии неустойчивых водовмещающих пород плотность промывочной жидкости подбирают таким образом, чтобы не допустить обрушения стенок скважины, но, с другой стороны, необходимо предотвратить или свести к минимуму поступление раствора и его фильтрата в пласт. В устойчивых водовмещающих породах пласт должен вскрываться, когда ДР меньше 0. Снижение противодавления на пласт достигается применением облегченных и аэрированных растворов. Испытания показали, что поверхностно-активные вещества (ПАВ) снижают кольматацию продуктивного пласта и обеспечивают дебиты на уровне дебита скважин ударного бурения. Аэрацию раствора можно проводить комбинированно — введением ПАВ и насыщением раствора, подаваемого от компрессора сжатым воздухом. Для этой цели можно использовать также аэратор. 
Адсорбция ПАВ на поверхности раздела фаз определяет активность воздействия этих веществ на раствор. Поверхностное натяжение на границе раздела фаз тем меньше, чем выше активность ПАВ. Эта связь выражается уравнением Гиббса (Паус, 1967): где Г—величина адсорбции; а—поверхностное натяжение; с — концентрация веществ в одной из фаз, образующих поверхность раздела (молярная); Р — газовая постоянная; Т — абсолютная температура. Поверхностно-активные вещества на разделе двух фаз могут в тысячи раз превышать концентрацию в объеме и в 2—3 раза снижать поверхностное натяжение. По химическим свойствам ПАВ подразделяются на неионогенные и анионогенные. Наиболее широкое распространение получили неионогенные ПАВ: ОП-10, ОП-7, ОП-4, ОФ-20, ОФ-30, КАУФ14, УФ8 и др. Электрическая нейтральность молекул способствует устойчивости этих ПАВ против воздействия на них минеральных солей. Поверхностно-активные вещества сохраняют достаточную активность в широком диапазоне температур в щелочной и кислотной среде. 
В этом отношении анионактивные ПАВ (сульфонал, сульфонат, прогресс, новость, НП-1, азоляты А и Б и др.), составляющие с катионактивными (катапин А, катамин, карбозолин О и др.) группу ионогенных ПАВ, не обладают достаточной устойчивостью против минеральных солей и, соединяясь с катионами поливалентных металлов, выпадают в осадок. 
Кроме этого, ПАВ снижают силы сопротивления вращению бурильных труб и долота, а также гидравлические потери в системе труба — скважина. Все это увеличивает проходку на долото и механическую скорость бурения. 
Если вода имеет повышенную минерализацию (жесткость), то требуется ее предварительное смягчение путем выведения реагентов-электролитов (ЫаОН, Ыа2С03 и др.). В этом случае эффективна сульфидо-спиртовая барда.

Поверхностно-активные вещества добавляют в раствор в количестве до 1—2. Введение большего количества не дает эффекта (Паус, 1967). Для воды как  растворителя, имеющего большое поверхностное  натяжение, многие органические вещества являются поверхностно-активными (кислоты, спирты и т. д.). В водах различного химического состава разные ПАВ обеспечивают неодинаковый эффект по снижению плотности раствора. 
Снижение зоны кольматации пласта в случае применения аэрированных растворов объясняется также тем, что поровые каналы как бы закупориваются мелкими пузырьками воздуха, препятствующими проникновению в пласт бурового раствора и его фильтрата. Противодавление на пласт можно снизить с помощью буровых снарядов с призабойной циркуляцией промывочной жидкости (Сулакшин, 1973). В рыхлых водовмещающих породах (пески, супеси) проблема восстановления проницаемости прифильтровых зон является наиболее сложной. Чем больше время вскрытия пласта, тем благоприятнее условия для кольматации пласта, то же следует сказать о статической и динамической глинизации фильтра. Поэтому надо стремиться к уменьшению времени контакта раствора с пластом и фильтром. Это обстоятельство требует от буровой бригады выполнения работ по вскрытию пласта и оборудованию его фильтром в сжатые сроки, без простоев. При бурении с водой в устойчивых трещиноватых породах происходит кольматация трещин шламом. По данным исследований В. А. Парфияновича, при колонковом бурении размер шлама составляет 0,05 мм и выше, что зависит от типа и характера буримых пород и способа бурения. Заполнение трещин шламом происходит главным образом при движении фильтрационного потока в пласт. При малых скоростях фильтрационного потока шлам заполняет в трещине лишь зону, непосредственно примыкающую к стволу скважины 
Радиус зоны кольматации трещины В. А. Парфиянович рекомендует определять по формуле: где Р — радиус зоны кольматации, м; 
(2 — начальный расход потока, л/мин; vк — критическая скорость потока, см/с; е — ширина щели, см; 
а — коэффициент, учитывающий рост осадка шлама в трещине (а-1). Для уменьшения кольматации пласта в трещиноватых породах используют шламовые трубы. Это снижает количество шлама в восходящем потоке промывочной жидкости. Применение снарядов с призабойной циркуляцией промывочной жидкости также позволяет снизить кольматацию пласта за счет уменьшения перепада давления на пласт. Чтобы очистить трещины пласта от скопившегося в них шлама, необходимо обеспечить достаточные для размыва и удаления скорости потока воды из пласта в зону ствола скважины 
Скорость потока жидкости для размыва шлама должна быть значительно больше скорости, при которой происходило выпадение частиц шлама в осадок. Весьма эффективный способ де-кольматации пласта — нагнетание чистой воды в интервал ствола, ограниченный тампонами. При этом шлам не удаляется, а переносится по трещинам в периферийную часть пласта. Это ведет к очистке зоны пласта от шлама в непосредственной близости от ствола скважины. 

Классификация скважин  по назначению

Скважины на нефть и  газ, можно систематизировать следующим  образом: 
структурно-поисковые, назначение которых — установление (уточнение тектоники, стратиграфии, литологии, оценка продуктивности горизонтов) без дополнительного строительства скважин; 
разведочные, служащие для выявления продуктивных объектов, а также для оконтуривания уже разрабатываемых нефтяных и газоносных пластов; 
добывающие (эксплуатационные), предназначенные для добычи нефти и газа из земных недр. К этой категории относят также нагнетательные, оценочные, наблюдательные и параметрические скважины; 
нагнетательные, предназначенные для закачки в пласты воды, газа или пара с целью поддержания пластового давления или обработки призабойной зоны. Эти меры направлены на удлинение периода фонтанного способа добычи нефти или повышение эффективности добычи; 
опережающие добывающие, служащие для добычи нефти и газа с одновременным уточнением строения продуктивного пласта; 
оценочные, назначение которых — определение начальной нефтеводонасыщенности и остаточной нефтенасыщенности пласта (и проведение иных исследований); 
контрольные и наблюдательные, предназначенные для наблюдения за объектом разработки исследования характера продвижения пластовых флюидов и изменения газонефтенасыщенности пласта; 
опорные скважины бурят для изучения геологического строения крупных регионов, чтобы установить общие закономерности залегания горных пород и выявить возможности образования в этих породах

Глава III. СООРУЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ В ЕСТЕСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ

§ 6.6. Поля фильтрации  

Учитывая упомянутые обстоятельства, составляют календарный циклический  график полива карт, предусматривающий  длительность цикла от 2—3 до 10—15 суток. Карты полей систематизируют  по фильтрационным свойствам грунтов  для возможности маневра, создания запаса площадей на период снеготаяния, интенсивного выпадения осадков.

Вспашка полей способствует их аэрации, интенсивному окислению  накопленных загрязнений. Пахоту проводят 2—3 раза в год, разрушая поверхностный  слой закольматированного грунта. Выращиваемые культуры должны быть влаголюбивыми, с  интенсивным ростом, широко разветвленной  корневой системой. Со сточными водами в почву попадают семена сорняков, требующих определенных усилий по борьбе с ними. Но в целом не следует  упускать из виду, что растениеводство  служит улучшению морфологических  свойств почвы, а не задачам повышения  урожайности.

Система сбора дренажных  вод (закрытый дренаж, осушительные канавы) необходима для вывода избыточной воды из поверхностного слоя почвы и защиты подземных водоносных горизонтов от загрязнения азотом, фосфором, растворенными  органическими веществами. В нормальном режиме работы полей загрязненность дренажных вод складывается в  зависимости от количества и качества подземных и фильтрующихся с  поверхности стоков.

В наиболее неблагоприятном  случае их состав приближается к качеству очищенной биологически воды (после  аэротенков и биофильтров). Обычно состав дренажных вод близок к составу  сточных вод после доочистки  на скорых фильтрах.

Под зимнее намораживание  отводят не более 80 % площади карт. Намораживание должно сопровождаться подледной фильтрацией, в связи  с чем желателен напуск сточных  вод под слой льда с предотвращением  выпуска воды тонким слоем поверх льда Небольшие по размерам карты  удается заполнять сразу на большую  высоту (30—40 см), удерживая их от полного  промерзания подледным напуском. При поверхностном отводе воды в  весенний период нарезкой борозд и  очисткой отводящих проемов резко  снижают таяние льда и снега, уменьшают  опасность прорыва талых код.

Инфекционные и паразитические начала сохраняют жизнеспособность в почве длительное время, с чем  должен быть ознакомлен эксплуатационный персонал. Выращиваемые растения необходимо подвергать термообработке (например, в аппаратах для  приготовления травяной муки)  с целью обеззараживания.

ИНФИЛЬТРАЦИОННЫЙ ВОДОЗАБОР

Инфильтрационные  водозаборы располагаются в области  активной связи подземных и поверхностных  вод и работают в основном за счет привлечения вод поверхностных  водотоков. При нарушенном режиме подземных  вод в связи с работой водозабора резко возрастает интенсивность  водообмена грунтовых вод аллювия. В ненарушенном режиме водообмен  относительно замедлен, и поэтому  температура подземных вод водоносного  горизонта более постоянна в  сравнении с нарушенным режимом  и изменяется в пределах 2 - 6 С. Обладая  высокой теплоемкостью, подземные  воды при таких значениях температур препятствуют промерзанию и аг-радации  мерзлоты в теле водоносного горизонта, создавая тем самым условия устойчивости талых зон речного аллювия. 
Расчетная схема притока воды к полрусловому водозабору. Инфильтрационные водозаборы, предназначенные для хозяйственно-питьевого водоснабжения, располагаются на таком расстоянии от берегов или дна водоемов, чтобы в результате инфильтрации через проницаемую породу получить воду, по качеству лучшую, чем поверхностная. В песчаных породах это расстояние принимается не меньшим 5 м и увеличивается в породах, представленных более крупными фракциями. 
Инфильтрационные водозаборы располагаются в области активной связи подземных и поверхностных вод и работают в основном за счет привлечения вод поверхностных водотоков. При нарушенном режиме подземных вод в связи с работой водозабора резко возрастает интенсивность водообмена грунтовых вод аллювия. В ненарушенном режиме водообмен относительно замедлен, и поэтому температура подземных вод водоносного горизонта более постоянна в сравнении с нарушенным режимом и изменяется в пределах 2 - 6 С. Обладая высокой теплоемкостью, подземные воды при таких значениях температур препятствуют промерзанию и аг-радации мерзлоты в теле водоносного горизонта, создавая тем самым условия устойчивости талых зон речного аллювия. 
Инфильтрационные водозаборы сооружаются в районах, где мощность гравийно-песчаного слоя вдоль берега рек значительна. Для отбора воды вдоль берега реки бурятся подрусловые скважины на гравийно-песчаный слой на расстоянии 100 - 200 м друг от друга и не более 50 м от берега реки. 
Расчетная схема притока воды к полрусловому водозабору. Различают инфильтрационные водозаборы: береговые - расположенные вдоль берегов поверхностных водоемов, и подрусловые - располагаемые под их руслом. 
Расчетная схема притока воды к подрусловому водозабору. Различают инфильтрационные водозаборы: береговые - расположенные вдоль берегов поверхностных водоемов, и под-русловые - располагаемые под их руслом. 
На инфильтрационных водозаборах автоматизируется контроль работы сифонных скважин путем установки электродных датчиков. При понижении уровня воды автоматически закрывается электрифицированная задвижка на устье скважин и подается сигнал на ДП о закрытии задвижки. При подъеме уровня в скважине задвижка открывается и на ДП исчезает сигнал остановки скважины. 
Для поверхностного обводнения инфильтрационного водозабора в виде галереи, шахтных колодцев или буровых скважин наиболее простыми и удобными в эксплуатации являются открытые траншеи или площадки с насыпным фильтрующим слоем из песка независимо от характера и мощности естественной фильтрующей толщи. 
Сигнализация аварии на инфильтрационном водозаборе выведен на сигнальный щит, устанавливаемый в помещении водозабора. На щите имеются сигнальные лампы основных агрегатов и вакуум-насосов. На щит ДП выносятся два аварийных сигнала от группы основных агрегатов и группы вакуум-насосов. Сигнализация аварийного состояния сифонных скважин в виде специального сигнального табло выносится на ДП. 
Это также важно для береговых инфильтрационных водозаборов. 
Установлено, что на инфильтрационных водозаборах достигнут уровень содержания ТГМ, отвечающий рекомендациям ВОЗ, ввод которых планируется к 2008 году. 
При образовании осадков в горизонтальных и инфильтрационных водозаборах рекомендуется производить промывку их высоконапорными струями воды через смотровые колодцы. 
 
Первые наблюдательные скважины пробурены в районе Ново-Бавлинского инфильтрационного водозабора на четвертичный водоносный комплекс. 
Первые наблюдательные скважины пробурены в районе Ново - Бавлинского инфильтрационного водозабора на четвертичный водоносный комплекс. 
Таким образом, характерными особенностями четвертого этапа является интенсивное строительство подрусловых и инфильтрационных водозаборов и развитие системы канализации в условиях интенсивного развития города и напряженной экологической обстановки, когда традиционные классические технологии не всегда обеспечивают необходимого качества водоподготовки, тем более в условиях перегрузки производственных мощностей. 
Впервые использован АВР для мониторинга ТГМ в питьевой воде поверхностного и инфильтрационных водозаборов. Получено, что вклад в изменчивость временного ряда концентрации ТГМ для поверхностного водозабора определяется главным образом сезонной составляющей. Инфильтрационные водозаборы характеризуются сглаженным, по сравнению с поверхностным, характером образования ТГМ. Случайная составляющая доминирует в изменении количества бромсодержащих ТГМ. 
Насосные станции II подъема подают воду, поступающую из очистных сооружений и инфильтрационных водозаборов, в систему магистральных водоводов, соединяющих кустовые насосные станции, обеспечивая необходимый подпор на насосах КНС. На рис. 66 приведена схема коммуникаций до насосной станции II подъема. 
Насосы с вертикальным валом, а также погружные насосы применяют для приема воды из рек, озер и инфильтрационных водозаборов. 
Изменение степени гидравлической связи водоносного горизонта с рекой является одним из главных вопросов изучения режима подземных вод на инфильтрационных водозаборах. Усиление кольматации пор пород водоносного горизонта за счет фильтрации через них речных вод с высоким содержанием взвешенных частиц, а также заиление русла реки могут привести сначала к частному, а затем и к полному отрыву уровня подземных вод от реки. 
Большая выживаемость энтерококков по сравнению с кишечной палочкой обнаружена и при натурных наблюдениях ( Е. И. Моложавая, 1972 г.) на инфильтрационном водозаборе Балтезерс в Риге, работающем в условиях искусственного пополнения запасов подземных вод из специальных инфильтрационных бассейнов, в которые подаются озерные воды. 
Наличие хрома в условно-чистых водах, сбрасываемых во временный водоток в количестве 0 03 - 0 7 мг / л, могло сказаться на новом инфильтрационном водозаборе, находящемся ниже промзоны на левом берегу реки и недопустимо по условиям рыбоводства. 
Высокая производительность таких водозаборов объясняется, с одной стороны, хорошими фильтрационными свойствами аллювия и значительными эксплуатационными запасами подземных вод, а с другой - наличием тесной гидравлической связи аллювиального горизонта с рекой Уфой, которая служит надежным источником восполнения запасов подземных вод. Количество речных вод, поступающих в скважины инфильтрационного водозабора, в зависимости от проницаемости аллювиальных отложений, кольматации русла и прочих факторов колеблется в широких пределах и может достигать 70 - 80 % общей производительности водозабора этого типа. 
Зоны перетекания подземных вод и поглощения поверхностного стока вдоль склонов долин рек являются и потенциальными очагами загрязнения карстовых вод. Разгрузка этих вод в условиях перекрытого карста происходит вдоль палеорусел или через гидрогеологические окна в пределах долин рек Белой и Уфы, то есть уже в настояацее время имеются постоянные очаги питания аллювиальных вод загрязненными карстовыми водами, а следовательно, постоянного подтока их к существующим инфильтрационным водозаборам. 
Средней и Малой Азии, Азербайджана. Прообразом современных инфильтрационных водозаборов являются колодцы, выкопанные на глинистом днище плоских западин - такыров. Эти колодцы принимают в себя и сохраняют под землей воды весенне-зимнего стока, давая возможность использовать их для водопоя скота в жаркое летнее время. Более сложны по устройству конденсационные колодцы и бассейны, получение воды в которых основано на процессах естественной конденсации паров из воздуха. 
По условиям формирования ЭЗПВ эти месторождения аналогичны месторождениям в речных долинах с периодическим стоком, что позволяет использовать и идентичную методику оценки - гидродинамическими методами рассчитывается производительность водозабора за счет сработки емкостных запасов в бессточный периоде учетом перехвата динамических ресурсов, также обеспечиваемых сработкой емкости, но в естественных условиях расходовавшихся на ледообразование. В стоковый период рассчитывается инфильтрационный водозабор и возможность восполнения сработанных емкостных запасов. 
Дальнейшее повышение барьерной роли инфильтрационных водозаборов без увеличения дозы хлора возможно с применением известных методов. Например, применение УФ-обеззараживания совместно с хлорированием. 
Нормальная работа вакуум-котлов на инфильтрационном водозаборе обеспечивается при вакууме от 760 до 560 мм рт. ст. При увеличении вакуума начинаются срывы работы насосов из-за подсасывания воздуха через неплотности в линии. 
 
Определяющими причинами нитратного загрязнения грунтовых вод признаны интенсивное использование азотных удобрений ( до 300 кг / год на 1 га при выращивании кукурузы), инфильтрация сточных вод на животноводческих фермах и на неканализованных территориях. Приток загрязненных нитратами подземных вод со стороны населенных территорий приводил к загрязнению даже инфильтрационных водозаборов, использовавших в основном речные воды, содержащие мало нитратов; обнаружены также случаи нитратного загрязнения водоносного горизонта на глубине до 150 м, что явилось следствием вовлечения загрязненных грунтовых и поверхностных вод в депрес-сионные воронки действующих водозаборов. 
Уравнения регрессии, полученные с использованием временных рядов ТГМ ( С1. В качестве зависимых показателей приняты временные ряды концентрации ТГМ ( С1) в питьевой воде исследуемых водозаборов. В качестве независимых показателей приняты соответствующие временные ряды окисляемости, температуры, рН, дозы хлора и остаточного хлора на инфильтрационных водозаборах. Технология подготовки питьевой на СВ предполагает двойное хлорирование, поэтому оценено влияние первичной и вторичной доз хлора на процесс образования ТГМ. В связи с чем доза хлора представлена в виде двух временных рядов. 
Впервые использован АВР для мониторинга ТГМ в питьевой воде поверхностного и инфильтрационных водозаборов. Получено, что вклад в изменчивость временного ряда концентрации ТГМ для поверхностного водозабора определяется главным образом сезонной составляющей. Инфильтрационные водозаборы характеризуются сглаженным, по сравнению с поверхностным, характером образования ТГМ. Случайная составляющая доминирует в изменении количества бромсодержащих ТГМ. 
В этих случаях вода фильтруется через грунт, а затем собирается водосборными сооружениями. Распространены горизонтальные водосборы, устраиваемые в виде водосборных труб и галерей, и вертикальные. Инфильтрационные водозаборы целесообразно устраивать, если этому благоприятствуют гидрогеологические условия. Это для некоторых условий прогрессивный и экономичный тип водозабора, так как при его устройстве во многих случаях из схемы водоснабжения могут быть исключены дорогостоящие очистные сооружения. 
Водозаборы в речных долинах, именуемые часто береговыми или инфильтрационными, являются наиболее распространенными. Это обусловлено, с одной стороны, их приближенностью к потребителю, так как населенные пункты чаще всего исторически закладывались в долинах рек, а с другой стороны, что более важно, высокой водообильностью как аллювиальных, так и взаимосвязанных с ними коренных отложений. Высокая производительность и перспективность инфильтрационных водозаборов определяется рядом причин. 
Источником загрязнения явился пруд на ручейке Чернушке, используемый ПО Химпром как отстойник поверхностных стоков с территории объединения и пропарочной станции железной дороги. Причиной загрязнения была авария в ноябре 1 89 года на объединении Химпром, когда был произведен сброс фенола в дренажную насосную станцию. Уфа способствовало высокому содержанию фенола в инфильтрационном водозаборе Южный, питающий водой 600 тыс. населения г. Уфы, и увеличению содержания его выше допустимых уровней в водопроводной сети. К работе в ЧПК были привлечены многие организации и лабораторные службы, в том числе и УфНИИ гигиены и профзаболеваний. 
В системах ППД на нефтяных месторождениях восточных районов применяют две схемы подачи воды. При первой схеме воду забирают из-под русловых скважин и подают непосредственно в магистральный водовод. При фильтрации этой воды через пласты ( инфильтрационный водозабор) она очищается и нет необходимости в дополнительной очистке ее. При второй схеме вода поступает самотеком из открытых водоемов на станцию первого подъема, откуда ее подают на станции, очистки воды. Очищенная вода забирается станцией второго подъема и подается в магистральный водовод. По магистральным водоводам вода поступает на кустовые насосные станции ( КНС), откуда она по нагнетательным скважинам закачивается в пласт. 
Помимо наблюдений за динамикой дебита водозаборов, режимом уровня, температуры и качества подземных гидрогеологические режимные партии должны следить за техническим состоянием водозахватных сооружений. Особый интерес представляет изучение процессов коррозии труб и фильтров, явлений механической, физико-химической и биологической кольматации фильтров и водоносных пород вблизи эксплуатационных и наблюдательных скважин, заиление скважин. Явление кольматации также важно изучать в районах инфильтрационных водозаборов и особенно в условиях искусственного восполнения запасов подземных вод, где может появиться как механическая, так и физико-химическая кольматация зоны фильтрации. Механическая кольматация встречается в долинах рек с повышенной мутностью поверхностных вод, в результате чего происходит, с одной стороны, вмывание глинистых и илистых частиц в поры и трещины пород, снижающее их фильтрационные свойства. 
Межмерзлотные и подмерзлотные воды забирают посредством скважин, оборудованных насосами типа ЭЦВ. Каптаж надмерзлотных вод более предпочтителен шахтными колодцами, дренами и галереями, более надежными по сравнению со скважинами в отношении промерзания. При сложении берегов рек, островов или русел рек высокопроницаемыми породами эффективно применение инфильтрационных водозаборов. Участок расположения инфиль-трационного водозабора выбирают в зоне минимально заиленных русловых отложений, не обмерзающих донным льдом и с наибольшей площадью инфильтрации в русле. 
Развитие системы коммунальной водоподготовки населенного пункта неразрывно связано с сто общим социально-экономическим развитием. Сделанный авторами анализ позволяет выделить следующие основные папы развития коммунальной водомодштовки г. Уфы. Характерными особенностями первого пана развития системы водоподготовки города были ввод в эксплуатацию первого городского инфильтраци-онного водопровода и полное 0гсутствие системы канализации. Этот этап завершается в начале 50 - х годов XX века. Третий этап развития системы коммунальной водоподготовки приходится на первую половину 50 - х годов XX века. Характерными особенностями третьего этапа было создание научно-производственного комплекса, что способствозало интенсивному внедрению в производство новейших научно-технических разработок Четвертый этап развития системы коммунальной водоподготовки приходится на вторую половину 50 - х годов XX века и связан с усилением антропогенного воздействия на окружающую среду и необходимостью существенного увеличения производительности системы водоподготовки города. Характерными особенностями четвертого этапа является интенсивное строительство подрусловых и инфильтрационных водозаборов и развитие систем канализации в условиях быстрого роста города и напряженной экологической обстановки, когда традиционные классические технологии не всегда обеспечивают необходимое качество водоподготовки. Пятый этап развития систем коммунальной водоподготовки начинается на рубеже 70 - х и 80 - х годов XX века и связан с появлением новых микрорайонов, вводом и расширением многочисленных промышленных предприятий, с достаточно напряженной экологической обстановкой.

НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ТЕХНИЧЕСКИМ  СОСТОЯНИЕМ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СЕТИ И ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Помимо  наблюдений за динамикой  дебита водозаборов, режимом уровня, температуры  и качества подземных  гидрогеологические режимные партии должны следить за техническим состоянием водозахватных сооружений. Особый интерес представляет изучение процессов коррозии труб и фильтров, явлений механической, физико-химической и биологической кольматации фильтров и водоносных пород вблизи эксплуатационных и наблюдательных скважин, заиление скважин. Явление кольматации также важно изучать в районах инфильтрационных водозаборов и особенно в условиях искусственного восполнения запасов подземных вод, где может появиться как механическая, так и физико-химическая кольматации зоны фильтрации. Механическая кольматация встречается в долинах рек с повышенной мутностью поверхностных вод, в результате чего происходит, с одной стороны, вмывание глинистых и илистых частиц в поры и трещины пород, снижающее их фильтрационные свойства. С другой стороны, со временем может отмечаться увеличение мощности илистых отложений в русло рек, что также ухудшает степень гидравлической связи поверхностных и подземных вод. Физико-химическая кольматация водо-

вмещающих пород заключается  в выпадении в  осадок гидратов окиси  железа, марганца и сульфатов кальция за счет диспергирования и набухания глин в результате ионного обмена, а также за счет попадания в водоносный горизонт пузырьков защемленного воздуха. Биологическая кольматация заключается в зарастании фильтров за счет жизнедеятельности железистых и сульфатредуцирующих бактерий, образовании бактериальной и органической слизи.

В тех  случаях, когда наблюдения за этими явлениями  не ведутся, при анализе  характера снижения уровня подземных  вод под влиянием эксплуатации трудно разграничить, в какой  мере снижение уровня в эксплуатационной скважине определяется развитием воронки депрессии, а в какой происходит под влиянием увеличения сопротивления фильтра. Наиболее затруднительно это оценить, когда водозабор состоит из единичной скважины и наблюдательные скважины отсутствуют. Так, по многим эксплуатационным скважинам Терско-Кумского артезианского бассейна нередко трудно установить, произошло ли резкое уменьшение дебитов самоизливающих скважин за счет их заиления и образования в них песчаных пробок, зарастания фильтров или за счет естественного снижения дебитов. При отсутствии специальных наблюдений этот вопрос решить нельзя, так как возможно и то и другое явление.

В связи  с этим в комплекс гидрогеологических наблюдений в районе водозаборов должны быть включены: а) наблюдения за мутностью и  количеством взвешенных частиц в откачиваемых водах; б) периодические измерения глубин наблюдательных и эксплуатационных скважин и оценка в связи с этим степени устойчивости стенок скважин и работы фильтров;