О необходимости применения отдельных видов полевых работ при переоценке запасов подземных вод на действующих водозаборах
- Ясеник С.В.
DOI: 10.53085/0034-026X_2025_2_98
УДК 556.3
На конкретных примерах обоснована необходимость проведения отдельных видов полевых работ при планировании переоценки запасов подземных вод на действующих водозаборах.
Ключевые слова: подземные воды, водозабор, переоценка запасов, полевые работы, виды работ, обоснование.
Постановка работ по переоценке запасов подземных вод на действующих водозаборах может быть связана с необходимостью изменения схемы и режима эксплуатации водозабора (например: прирост запасов, вовлечение флангов месторождения и других горизонтов и др.), истечением расчетного срока работы водозабора при утверждении запасов, неподтверждение ранее утвержденных запасов.
Информационным обеспечением работ по переоценке запасов подземных вод являются региональные исследования и материалы по изучаемому району, включающие результаты геологоразведочных работ, выполненных ранее при оценке запасов подземных вод непосредственно на оцениваемом участке, данные разработки месторождения и результаты эксплуатационного мониторинга. Поскольку крупные сосредоточенные водозаборы вводились в эксплуатацию преимущественно в 1960–1980-х годах, очень важным этапом изучения этих месторождений является исследование современного состояния действующего водозабора и соответствие его расчетной схеме, принятой при первоначальной оценке запасов.
Главным для проведения работ по переоценке запасов подземных вод является ведение эксплуатационного мониторинга. Анализ его материалов позволяет изучить опыт эксплуатации, возможные изменения схемы водозабора в процессе длительной работы и техническое состояние водозаборных скважин. Но эти материалы не всегда полноценны, достоверны и пригодны для решения поставленных задач.
Опыт работ Нижневолжского отделения АО «ГИДЭК» на водозаборах с большим сроком эксплуатации показывает, что выявляются случаи несоответствия фактических условий первичной эксплуатации расчетной схеме водозабора, принятой при подсчете запасов. Скважины иногда перебуриваются, выводятся из эксплуатации с перераспределением нагрузок на другие скважины. Такие изменения должны быть учтены при переоценке запасов. Возможно потребуется внесение исправлений в проект ЗСО. В любом случае, по результатам оценки запасов должны быть внесены изменения в лицензию с уточнением положения скважин.
Не менее важным фактором является соответствие фактической конструкции эксплуатационных скважин паспортным данным. На старых водозаборах часто встречаются факты путаницы с номерами скважин, их перебурка с изменением конструкции и сохранением старого паспорта, а также изменения в скважинах, связанные с длительным сроком эксплуатации (накопление осадка в фильтре с частичным его перекрытием, кольматация фильтра, сквозная коррозия обсадных труб и т.д.).
Поэтому необходимо выполнить уточнение конструкции скважины по глубине, по интервалам установки фильтров, состояние фильтра, целостность обсадной колонны, выделение рабочих интервалов фильтра. Актуальность таких работ увеличивается с возрастом водозабора. Специалистами АО «ГИДЭК» накоплен опыт проведения детального обследования эксплуатационных скважин на действующих водозаборах с применением геофизических методов. Наиболее информативными из них являются видеокаротаж, гамма-каротаж, расходометрия, резистивиметрия фоновая и с засолением. Иногда применяется кавернометрия и магнитолокация.
Опыт работ показал, что начинать обследование необходимо с видеокаротажа, по результатам которого может быть оценена целесообразность и возможность применения других методов. Видеокаротаж позволяет не только установить глубины расположения конструктивных элементов скважины, но и дает возможность изучить состояние фильтра. По видеоизображению можно оценить целостность фильтра, степень раскрытости или кольматации щелей, целостность сетки или проволочного фильтра, деформацию окон или щелей. Иногда применение видеокаротажа необходимо для контроля попадания зондов внутрь фильтровой колонны, а не в межтрубное пространство при установке колонны «впотай» или для предупреждения заклинивания зондов и кабеля.
При выполнении видеокаротажа часто бывают случаи, когда из-за естественной мутности воды невозможно получить информативное видеоизображение. В таких условиях возрастает роль всех применяемых методов ГИС и проводится комплексная интерпретация их результатов.
Гамма-каротаж выполняется для уточнения литологического строения разреза. Фоновая резистивиметрия позволяет оценить изменчивость минерализации подземных вод по глубине, резистивиметрия с засолением применяется для выявления внутрискважинных перетоков и интервалов водопритока в скважину, изучения конфигурации планового потока. Больше информации для выделения интервалов водопритока и рабочих зон фильтра дает расходометрия по стволу скважины с одновременной откачкой. Результаты работ можно применять для определения эффективной мощности водоносного горизонта, что в свою очередь может существенно повлиять на определение величины коэффициента фильтрации. Но технически сделать расходометрию с возмущением зачастую сложно, так как расходомер должен работать ниже насоса.
Методы кавернометрии и магнитолокации могут быть полезны в случае плохого изображения при видеокаротаже, например, для определения степени зарастания эксплуатационной и фильтровой колонн, глубины башмака обсадных труб, косвенно — для оценки состояния стальных обсадных труб.
Можно перечислить множество примеров, когда результаты детального обследования скважин сильно изменили ожидаемые результаты работ. Так, при переоценке запасов минеральных вод на Соколовогорском месторождении сероводородных вод в г. Саратов было установлено, что единственная эксплуатационная скважина глубиной 300 м, пробуренная в 1984 г. на верхнекаменноугольный комплекс, работает за счет притока из водоносного горизонта юрских отложений, залегающих выше, без разделяющего водоупора (рис. 1).
Рис. 1. Результаты обследования скважины с применением геофизических методов
Такой вывод был сделан на основании следующих фактов. В процессе обследования скважины было установлено, что вся водоприемная ее часть (открытый ствол), оборудованная на карбонатный коллектор, оказалась завалена песком из вышележащих отложений юры и продуктами коррозии обсадных труб. При проведении выпуска скважина песковала. На фоне близких значений минерализации и солевого состава в юрском и верхнекаменноугольном комплексах, существенные отличия заключены в содержании сероводорода. В верхнекаменноугольном карбонатном коллекторе содержание H2S составляет 30–50 мг/л, в юре менее 10 мг/л. Анализ показал, что содержание H2S составило около 10 мг/л. Полное перекрытие водоприемной части скважины до уровня обсадной колонны, вынос песка и низкое содержание сероводорода являются подтверждением того, что приток воды идет из юрских отложений. По видеокаротажу установлено зарастание внутренней части обсадной колонны солевыми отложениями (рис. 2, фото).
Рис. 2. Фото внутренней части эксплуатационной колонны скважины на глубине 100 м с зарастанием солевыми отложениями
По кавернометрии определен внутренний диаметр скважины, который от 150 мм уменьшился до 100 мм и менее. По магнитолокации отмечены очень низкие значения, что предположительно связано с процессами окисления железа в агрессивной сероводородной воде. В результате работ сделан вывод о неудовлетворительном состоянии скважины. Недропользователю рекомендовано перебурить скважину и выполнить ликвидацию существующей. Без ее детального обследования выводы о притоке воды из смежного горизонта могли носить только предположительный характер.
На Липецком месторождении подземных вод было установлено много случаев уменьшения глубин эксплуатационных скважин на обследованных водозаборных участках. На рис. 3 представлен разрез Кузьминского участка добычи, на котором часть этих скважин была обследована с применением ГИС. Красным цветом на разрезе представлены фактические интервалы фильтров скважин и их глубины.
Рис. 3. Гидрогеологический разрез Кузьминского участка: 1 — четвертичные водоупорные отложения (суглинки); 2 — задонско-елецкий водоносный горизонт (известняки трещиноватые, мергели); 3 — глубина уровня подземных вод на 2020 г.; 4 — суглинки; 5 — известняки; 6 — мергели; 7 — скважина эксплуатационная (вверху — номер скважины, внизу — глубина (м), справа — интервал установки фильтра по паспортным данным, красным цветом выделены интервалы фильтров и глубина скважины, определенные по результатам обследования
Установлено, что конструкции всех обследованных скважин не соответствуют паспортным данным. Их глубины значительно меньше, чем указаны в паспортах. В скважинах, где установлено по два фильтра открыты и работают только верхние фильтровые интервалы. Учитывая большой срок эксплуатации водозабора, можно предположить, что произошло заполнение их нижней части породой с перекрытием нижних фильтров частицами породы и продуктами коррозии. Также можно предположить наличие аналогичных изменений в необследованных скважинах и, как следствие, уменьшение мощности (эффективной) эксплуатируемого водоносного горизонта. Без учета фактической мощности, при анализе опыта эксплуатации водозабора и результатов откачек, может быть допущена ошибка при расчете коэффициента фильтрации. На представленном водозаборе коэффициент фильтрации без учета фактической мощности мог быть занижен в 1,5–2 раза. Аналогичная ситуация была выявлена на водозаборах Тольятинского месторождения.
Интересные материалы были получены при обследовании эксплуатационных скважин на прибрежных водозаборах Воронежского месторождения. Особенностью эксплуатации таких скважин, вскрывающих неоген-четвертичные песчаные отложения, является быстрая кольматация фильтров гидроокислами железа. За первые 5–6 лет эксплуатации удельный дебит скважины снижается до 80 %.
Главным геофизиком АО «ГИДЭК» Козаком С.З. по многим скважинам была отмечена следующая особенность: в интервалах фильтров естественная радиоактивность была заметно выше, чем в глухой части фильтра на фоне относительно однородного литологического состава.
Одним из примеров является скв. 13 на Лысогорском участке, где гамма-излучение (рис. 4) в интервале фильтра 28,8–33 м доходит до 4–5 мкр/час, а в интервале 36–67 м — до 10 мкр/час, при фоне 2–3 мкр/час. Дебит в этой скважине упал на 86 % от начального значения, полученного при строительной откачке.
Рис. 4. Геолого-технический паспорт эксплуатационной скважины № 13 Лысогорского участка
Увеличение естественной радиоактивности связано с накоплением глинистых частиц в фильтровой зоне в процессе эксплуатации водозаборной скважины. Подобная ситуация позволяет использовать результаты ГК в интервале фильтра для качественной оценки возможного изменения эксплуатационных параметров скважин.
На рис. 5 представлены изображения внутренней части фильтров вновь пробуренной скважины и скважины с процессами активного накопления осадка.
Рис. 5. Пример изображения фрагмента проволочного фильтра без следов кольматации и разрушения (скв. № 60 на участке Отроженский) и с большим количеством отложений на фильтре (скв. № 14 на участке Чертовицкий)
В результате детального обследования с применением геофизических методов на Воронежском месторождении были уточнены интервалы установки фильтров, выделены их рабочие зоны и закольматированные интервалы. Даны рекомендации по увеличению срока эксплуатации скважин.
Приведенные примеры обосновывают необходимость выполнения полевых работ при переоценке запасов на действующих водозаборах и целесообразность включения в состав полевых работ детального обследования эксплуатационных скважин.
Отдельной темой, требующей внимания при планировании переоценки запасов на действующих водозаборах, является подтверждение фактического водоотбора и отнесение таких запасов к высоким категориям А и В. Опыт показывает, что во многих случаях фактический водоотбор составляет порядка 50–60 % от лицензионного. Оставшиеся невостребованными, т.е. неподтвержденные опытом эксплуатации запасы, в зависимости от сложности гидрогеологических условий могут быть переведены в более низкие категории. Для сохранения высоких категорий потребуется проведение дополнительных гидрогеологических работ, в частности, групповых откачек.
Представленные примеры проведения некоторых видов полевых работ указывают на необходимость их использования при переоценке запасов подземных вод. Результаты эксплуатационного мониторинга зачастую не позволяют выявить произошедшие изменения условий эксплуатации водозабора. Игнорирование полевых работ может привести к получению недостоверного результата.
Статья адресуется гидрогеологам, проектирующим работы по переоценке запасов ПВ на действующих водозаборах, экспертам Росгеолэкспертизы и комиссии по запасам.
© Ясеник С.В., 2025
