Статья посвящена проблемам разобщения горизонтов в затрубном пространстве обсадных колон при ремонте и ликвидации скважин. Рассматриваются причины возникновения заколонных перетоков, последствия грифонообразований и способы их предупреждения и ликвидации на примере геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые, разведочных и эксплуатационных скважин на воду, инженерно-изыскательских и технологических, пробуренных в разные годы скважин, ликвидированных и не ликвидированных после выполнения своего назначения, а также их негативное воздействие на окружающую природу, водоносные горизонты, затраты при их ремонте и ликвидации.
Несмотря на развитие и совершенствование геофизических методов, скважины остаются основными прямыми источниками получения информации о геологии и гидрогеологических условиях земной коры, о состоянии физико-механических свойств горных пород при проектировании и строительстве производственных объектов и объектов инфраструктуры. Скважина — это пока единственно возможное сооружение для добычи подземных вод, а также нефти и газа. Все чаще используют скважины при изучении экологической ситуации на загрязненных территориях.
Негативные особенности бурения скважин
Основной негативной особенностью бурения является тот факт, что все скважины, проходя через горные породы и водоносные горизонты, различные по своим физико-механическим свойствам и составу, становятся на время (в основном на неопределенно длительное время) проводящими каналами. В наибольшей степени от этого страдают подземные воды. Благодаря пробуренным скважинам вмещающие воду породы соединяются, меняя гидродинамические и химические параметры вскрытых водоносных горизонтов. А если скважины вскрывают напорные водоносные горизонты, то негативное воздействие на окружающую природу только усиливается. Образование заколонных перетоков в изливающихся скважинах способствует размыву и заболачиванию прилегающих территорий, истощению и загрязнению водоносных горизонтов, засолению почв и водоемов, в которые происходит разгрузка этих вод.
Словарь
Заколонный переток — система микро- и макротрещин, полостей отслаивания и каверн, образовавшихся в теле цементного кольца и пласта, а также на контактах пласта с цементом и цемента с обсадной колонной.
Грифоны — это неконтролируемое поступление нефти, газа и воды из высоконапорных горизонтов на поверхность по естественным и искусственным каналам, происходящее в результате нарушения естественной герметичности залежей нефти и газа или нарушения герметичности стволов скважин при бурении и эксплуатации.
Неконтролируемые изливы
По причинам возникновения неконтролируемых изливов скважины можно условно разделить на три категории:
1. Скважины водозаборные, обустроенные на напорный водоносный горизонт и пришедшие в аварийное состояние в результате разрушения обсадных колон и цементного камня в затрубном пространстве под воздействием коррозии и динамических нагрузок во временном диапазоне.
2. Скважины на напорные водоносные горизонты с некачественной изоляцией затрубного пространства или ее отсутствием при бурении и обустройстве.
3. Геологоразведочные и изыскательские скважины (инженерно-геологические), вскрывшие напорный горизонт, и не ликвидированные или некачественно ликвидированные после выполнения своего назначения.
Скважины первой категории
К этой категории относятся водозаборные скважины, пробуренные несколько десятков лет назад. Это скважины старого, еще советского фонда, выведенные из эксплуатации по причине их аварийного состояния и не ликвидированные. Со временем произошли разрушения цементного камня в заколонном пространстве, коррозия обсадных труб, потеря их герметичности и, как следствие, на устье скважин и на прилегающей к ним территории образовались грифоны (рис. 1, 2).
Пример 1
В г. Великие Луки Псковской области вот уже более 20 лет вода с содержанием сероводорода спокойно перетекает из аварийных водозаборных скважин в р. Ловать. Дебит каждой скважины в среднем составляет не менее 7200 м3/сут. Таких скважин только на территории г. Великие Луки насчитывается более 15 шт., но большая их часть разбросана по районам, примыкающим к городу.
Саргаевско-даугавский напорный водоносный горизонт, откуда происходит излив, является единственным источником водоснабжения г. Великие Луки. В паспортах этих скважин, пробуренных в советское время, указан дебит 500 м3/ч, а дебит скважин, пробуренных в 2005—2020 гг., уже не превышает 300-350 м3/ч. На примере Великолукских скважин мы наблюдаем истощение промышленного водоносного горизонта.
И это еще не все проблемы, связанные с данными скважинами. Большинство скважин водозабора «Северный», выведенных из эксплуатации по причине аварийного состояния, имеют заколонные перетоки (грифоны), которые можно наблюдать на поверхности после закрытия задвижек на скважинах, а в некоторых — и при открытых задвижках. Под воздействием грифонов грунты четвертичных отложений на территории подверглись размыву, что изменило их физико-механические свойства. С некоторых пор воды заколонных перетоков стали оказывать негативное воздействие и в других частях г. Великие Луки, где отметки залегания проницаемых пород ниже абсолютных отметок устьев водозаборных скважин.
Пример 2
В долине руч. Сетовка в 2016 г. при бурении разведочной скважины на воду (пер. Полевой, 16) с глубины 9 м произошел излив воды с характерным запахом сероводорода, с дебитом 80 м3/ч и статическим уровнем +15–17 м. В том же году и на той же территории в частном секторе при попытке выкопать колодец произошла аналогичная ситуация. Вода с характерным запахом сероводорода начала изливаться с глубины 4–5 м.
Пример 3
В 2017 г. на правом берегу руч. Сетовка, в районе ТЦ «Апельсин», при углублении котлована для строительства спортивного комплекса «Айсберг» с глубины 3–4 м произошел выброс воды с характерным запахом сероводорода. Высота столба, со слов очевидцев, составляла 6–7 м. Ориентировочный водоприток в котлован составил 45–50 м3/ч. Вода была сдренирована в русло руч. Сетовка.
Перечисленные примеры, а также присутствие сероводорода в изливающейся воде позволяют предположить, что сероводородная вода Саргаевско-даугавского водоносного горизонта путем заколонного перетока поднимается вверх и при прохождении через пористые грунты четверичных отложений насыщает их водой, меняя их локальные гидродинамические характеристики. Это предположение подтверждается еще и таким наблюдением: при вскрытии напорного горизонта дебит и статический уровень высокие, а через некоторое время снижаются в 1,5–2 раза. Это явление наблюдалось на всех вышеперечисленных объектах.
При изучении архивных геологических материалов района г. Великие Луки начиная с 1976 г. не обнаружено никаких свидетельств о напорных горизонтах в четвертичных отложениях и присутствии сероводорода в воде. Таким образом, наличие сероводорода в изливающихся водах четвертичных отложений означает, что причиной изменения гидравлических параметров и химического состава водоносных горизонтов четвертичных отложений являются воды расположенного глубже Саргаевско-даугавского водоносного горизонта (D3sr-dg), которые благодаря заколонным перетокам заполняют пористые грунты вышележащих горизонтов.
С каждым годом состояние этих скважин ухудшается, обсадные трубы ржавеют и коррозируют, превращаясь в фольгу. После разрыва обсадных труб со смещением ликвидация таких скважин осложняется, а стоимость ее увеличивается в разы. И чем дольше они не ликвидируются, тем больше потребуется средств на их ликвидацию.
Скважины второй категории
К этой категории относятся скважины, бурение которых было начато в период перестройки и продолжается по настоящее время.
Характерные особенности этих скважин:
• полное отсутствие контроля со стороны государственных органов за технологией и качеством их сооружения, особенно для частного сектора;
• очень низкий квалификационный уровень специалистов, осуществляющих эти работы (в большинстве случаев полное отсутствие профильного образования).
Избыток предложений на рынке бурения скважин на воду при низкой платежеспособности дачников (и не только их) создает жесткую конкуренцию. Чтобы заполучить объемы работ, реальные цены занижают, а прибыль обеспечивается за счет снижения качества выполняемых работ. На 90–95 % в таких скважинах не проводятся работы по изоляции обсадных труб, и если скважина вскрывает напорный водоносный горизонт, то аварийная ситуация возникает уже в процессе ее сооружения.
Ярким примером является нашумевшая история в г. Белозерске Вологодской области (рис. 3, 4).
Пример 4
В результате бурения скважины в частном секторе на глубине 20 м был вскрыт напорный водоносный горизонт с дебитом более 150 м3/ч и статистическим уровнем более 50 м. При этом проводившие эти работы «специалисты» вместо того, чтобы принять меры по ликвидации последствий возникшего излива, просто сбежали, оставив собственника участка наедине с проблемой. Естественно, соседние участки оказались под водой. Непрофессиональные попытки других случайных «специалистов», старавшихся ликвидировать скважину, привели к образованию грифона, который при таком дебите развивался очень быстро. К решению возникшей проблемы подключились МЧС и местная администрация, была объявлена чрезвычайная ситуация. В образовавшуюся воронку провалились 6-метровые дорожные плиты, уложенные под основание буровой установки, а затем туда же стал сползать жилой дом, возле которого и была пробурена скважина. Дом пришлось разобрать, чтобы не мешал проведению аварийных работ, а вот фундамент дома поглотила «адская скважина», так ее окрестили в Интернете. Диаметр воронки достиг 15 м прежде, чем были приняты меры по локализации размыва прилегающей к скважине территории.
На ликвидацию аварии было потрачено более 20 млн руб. бюджетных средств. Скважина все же была ликвидирована и водопроявления локализованы с использованием технологии, речь о которой пойдет ниже.
Но чаще скважины с заколонным перетоком не ликвидируются, а оборудуются системой водоотведения (дренажа), позволяющей отвести воду от устья в дренажные канавы.
Обратите внимание
Не все скважины, вскрывшие напорный водоносный горизонт, становятся аварийными, а только те, на которых решили сэкономить. Ликвидация их затрудняется тем, что водоносные горизонты вскрываются на небольшой глубине (от 10 до 100 м), и традиционные технологии ликвидации в этих случаях не работают. Поэтому предпочтения отдаются дренажу. Ликвидация производится лишь в случае предписания надзорных органов или если развитие воронки угрожает существующим строениям.
Скважины третьей категории
Скважины этой категории — это мины замедленного действия, т.к. после бурения и условной «ликвидации» могут ничем себя не проявлять, но при проведении строительных работ, особенно при сооружении котлованов или при добыче полезных ископаемых подземным способом, оживают, и дальнейшие работы без организации водоотведения или ликвидации скважины становятся невозможны.
Для физических лиц
Для юридических лиц
Подписка по каталогам