Geofizika


3. A kutak meghibásodásának lehetőségei és a kúthibák kimutatására alkalmas mélyfúrási geofizikai módszerek


3.1. A kúthibák okai és lehetőségei általában

A víztermelő kutak hibái lehetnek eredendő hibák, amelyek geológiai vonatkozásúak, vagy a hibás kivitelezés következményei és olyanok, amelyek kút hosszú üzemideje, valamint vegyi és korróziós hatások következtében következtek be.
A hibák közül a leggyakoribbak:
-    homokolás a szitaszövet, vagy a béléscső kilyukadása miatt,
-    szűrő eltömődéséből eredő hozamcsökkenés.

3.2. Szitaszövet sérülés

A szitaszövet sérülés (törés, szakadás) esetén a kútba homok vagy akár kavics is áramolhat. A szűrőszövet megsérülését a beépítés során okozhatja a béléscsőrakat alsó peremének begyűrődése, a furat nem egyenletes felbővítése (kőpadka), továbbá a védő béléscső nélküli szűrőzés, vagy éles kavicsok használata. Nem megfelelő kútüzemeltetés esetén például a túltermelés (Q>Qmax), vagy gyakori szivattyú indítás és leállítás (rángatás) is okozhatja a szűrő károsodását, különösen akkor, ha anyaghibás szűrőt építettek be. Idővel a kolmatáció és a korrózió is eredményezheti a szitaszövet tönkremenetelét.
Tiszta, nem zavaros vizű kút esetén legegyszerűbben a lyuktelevíziót alkalmazhatjuk, mivel ezzel a módszerrel azonnal szemügyre lehet venni az esetlegesen homokolási helyet. A vizsgálatot a kút nyugalmi állapotában kell elvégezni (legalábbis kezdeni), hiszen termelés közben a víz zavarossá válhat. Ha így nem látszik hiba, akkor a termelést fokozatosan kell beindítani, és úgy a homokolás már jelezheti a megrongálódott részt. Fontos megjegyezni, hogy nem feltétlenül triviális, hogy ha a szűrőnél homokol a kút, akkor hibás is lenne a szűrő. Ugyanis túltermelés esetén a vízadó homokrétegben elérheti a kritikus sebességet a víz, azaz homokot vihet magával.
Ha a víz zavaros, opálos, akkor karoptiméterrel (opál mérés), vagy mélységi vízmintavétellel kell a kutat vizsgálni termelés közben. A kút szerkezetét ismerni kell, mivel a szűrők helyére csak a mélység enged következtetni. Sajnos, a karoptiméteres módszer inkább csak a jelentősebb homokolás esetén vezet eredményre, valamint mindkét módszernél figyelembe kell venni, hogy ha egy adott szűrőnél homokolás mutatható ki, attól még fentebbi szakaszokon is lehet sérülés, homokbeáramlás.
Ha a vizsgálatok során kiderül, hogy a szűrő hibás, akkor szűrőcserével, betétszűrőzéssel javítható a kút. Ha a legalsó szűrő sérült, és javítása körülményes, nem éri meg, akkor ez a szakasz elcementezhető. Kis átmérőjű kút vagy nagy vízigény esetén a betétszűrőzés nem elégséges megoldás, mivel a betétszűrőzés miatt a vízhozam lecsökkenne. Ebben az esetben a szanálás (kút tömedékelése) javasolható. Ez utóbbi esetben szokásos megoldás, hogy a régi kút közelében egy új kutat fúrnak le, ezt melléfúrásos felújításnak nevezik.

3.3. Kolmatáció (szűrőeltömődés)

A szűrő egyes szakaszai idővel eltömődnek, amit inkrustálódásnak nevezünk, amely általában okkeresedésből (mállásból) származik. A vegyi eltömődés ott jön létre, ahol a víz magas vastartalma nagy keménységgel párosul, s annál gyorsabban fejlődik ki, minél nagyobb és minél inkább turbulens (örvénylő) a víz áramlása a kútban. A kolmatáció végett csak kisebb keresztmetszeten áramolhat be a víz a kútba. Ezáltal más szűrőszakaszok jobban fognak dolgozni, ekképpen ezek a működő szakaszok túlterhelődnek, és a nagy beáramlási sebesség miatt homokolást és szitaszövet sérülést is előidézhet. A kolmatációra utaló jelenség a vízhozam csökkenés és a homokolás.
A lyuktelevízió itt is alkalmazható lehet, de a lerakódás nem feltétlenül látszik a kút belsejéből, mivel a szűrő másik oldalán is történhet a lerakódás. Ezért inkább a reométerezés (áramlás mérés) vezethet eredményre, de ehhez szükséges a kút építéskori áramlásmérése is, a két mérés összehasonlításából kitűnik az építés óta inaktívvá vált szűrőszakaszok helyei.
A Q-H (vízhozam) görbe meredekebbé válik, csökken a fajlagos vízhozam.

 

Az eltömődés eltávolítására mechanikai (fémhuzalból készült csőkefének a vertikális mozgatása, 7-8 atmoszféra nyomású vízsugaras mosatás (JET), szárazjeges robbantás) és vegyi eszközöket (olyan vegyi reagenseket – pl. a sósavazást -, amelyek feloldják a szűrő nyílását záró vegyi kiválásokat) alkalmaznak külön-külön vagy együttesen. Nagy homokolás esetén a szűrőmosatás, stb. nem vezet eredményre, mivel a vízadó homokrétegből hiányoznak a homokszemcsék, melynél már rétegomlás történt.
Amennyiben a tisztítás után is megmarad a homokolás, akkor a betétszűrőzés egy lehetséges megoldás lehet. A kolmatáció okozta problémák megelőzhetők a kút időszakos vizsgálatával (lyuktelevízió, reométerezés, Q-H görbe) és tisztításával.

3.4. Tömszelence nem zár

A homokolás leggyakoribb oka a tömszelence rossz zárása, a tömítés elégtelensége. A tömszelence hibájának oka lehet: szerkezeti hiba vagy gondatlan beépítés, korrózió, anyaghiba, valamint a kútba hulló tárgyak (pl. szivattyú, termelőcső, stb.) okozta sérülések. A nem megfelelő típusú tömszelence (harangos vagy menetes) alkalmazása vagy a toldócső vágott felületén való helytelen zárás, szerkezeti hiba. Ugyancsak ide tartozik a tömszelence felső részének faggyús kenderkötéllel való nem szabályos tömítettsége is. A tömszelence gondatlan beépítése a harang illeszkedő felületén jelentkezik. A beáramló homok eróziós hatása tovább növeli a nyílást, ahol más – egyébként kizárt – minőségű vizek is bejuthatnak a kútba, vagy nyomásviszonytól függően, szökhet is a víz.
 A korábbi fejezetekben már említett lyuktelevíziós módszer itt is alkalmazható (mellesleg az összes kúthiba felkutatásánál), ha a körülmények (víz tisztasága) lehetővé teszi. A lyuktelevízión kívül a termelési termo adhat képet a beszivárgásról, mivel a szivárgásnál a termo megtörik, azaz exponenciális hűlés észlelhető. Az alaptermonál az átfejtődés következtében (különböző nyomásviszonyok miatt) a termo kilapul, azaz a hőmérséklet konstans lesz. Ha eltérő vezetőképességű víz áramlik be a kútba, akkor folyadékellenállás méréssel is kimutatható a beszivárgás helye.
Ha mód van rá, akkor a tömszelencét cserélni kell, ha ez nem valósítható meg, és a tömszelencét nem lehet visszamenteni, akkor a tömszelencét egy kisebb átmérőjű csővel kizárják, majd a két végén a csőközt packerrel tömítik.

3.5. Csőhiba

A csövezés sérülésekor is általában homokol a kút, de mivel ez a sérülés bármilyen réteg mentén előfordulhat, más szennyező anyagok is kerülhetnek a kútba. A kilyukadt béléscsőre a nyugalmi vízszint változása, eltérő fajlagos vízhozam, vízhőmérséklet és a vegyi összetevők hívhatják fel a figyelmet.
A csősérülést elsősorban korrózió vagy anyaghibás cső okozza, de okozhatja még rossz beépítés (rosszul összecsavart menet), földrengés, vagy talajmozgás, valamint kútba ejtett tárgyak (pl. szivattyú). Gyengébb (pl. PVC) csövek esetén a szivattyú is károsíthatja a csövezést, annak indításakor.
A jól bevált lyuktelevíziózás itt is segíthet a már korábban említett módokon. Ahogy a tömszelence hibáinak felkutatásánál is, a lyuktelevízión kívül a termelési termo adhat képet a beszivárgásról, mivel a szivárgásnál a termo megtörik, azaz exponenciális hűlés észlelhető. Az alaptermonál az átfejtődés következtében (különböző nyomás viszonyok) miatt a termo kilapul, azaz egyenes lesz. Ha eltérő minőségű víz áramlik be a kútba, akkor folyadékellenállás méréssel is kimutatható a beszivárgás helye, azaz a sérült rész. Továbbá reométerezéssel is kimutatható a sérülés, mivel a lyukon a víz ki- vagy beáramlik. A sérülés jellegétől függően lyukbőség szelvényezés is adhat képet a károsodás helyéről, hiszen várhatóan ott észrevehetően megnő, vagy lecsökken az átmérő. A csőfalvastagság mérésén kívül még ellenállás szelvényezéssel is ki lehet mutatni a hiányzó béléscső részeket.
A hibát utólagos béléscsövezéssel lehet megszüntetni packeres megoldással, vagy a tömszelencére ültetve. Egy másik megoldás lehet még a gyűrűs tér cementtel való feltöltése, majd átfúrása.

3.6. Korrózió

A vasból készült csövek egyik legjellemzőbb károsodása az oxidáció, ami a csőcsatlakozásoknál a kontaktpotenciál miatt különösen jelentősebb. A korrózió miatt a csőfal gyengül, vékonyodik, valamint a csőfalból kioldott vas miatt a termelvény vastartalma is megnő. A korróziót elősegíti a kút gázosodása, az agresszív vizekben a szénsav, valamint az üzemi és nyugalmi vízszint közötti vízszintingadozás miatt a béléscső belső felülete jobban ki van téve a korrodáló hatásnak, mint a többi szakaszon. A nyugalmi vízszint felett a pára is potenciális korrózió forrás lehet. A nem megfelelő cementpalást miatt a cső mögötti vízmozgás hatására a béléscső külső fala is jobban korrodálhat.
A korrózió elleni védekezésnek két módja van:
-    Mesterséges védőbevonat képzése a különböző korrodáló béléscső belső palástján (katódos védelem és nulliferezés).
-    Olyan béléscső használatára való törekvés, mely a víznek ellenáll és nem korrodál (pl. kemény PVC csövek, polietilén bevonatú csövek, ötvözött alumínium csövek).

Kimutatása:
-    természetes potenciál,
-    elektromos fajlagos ellenállás,
-    csőfalvastagság mérés,
-    lyuktelevízió,
-    lyukbőség (egyenetlen csőfal).


3.7. Cementpalást ellenőrzés

A cementpalást ellenőrzése teljes akusztikus hullámkép vizsgálattal történik. Az újonnan épült kút (béléscső, illetve iránycső) cementpalást ellenőrzését kötelezően el kell végezni, mivel fontos szerepe van a rétegek közti vízátjárás megakadályozásában. Részleges, illetve gyenge cementkötési helyeken adott a cső mögötti vízmozgások lehetősége, nagyobb talajvíznyomás esetén a talajvíz a cső mögött lefelé áramolhat, így elszennyezheti a védett réteget. Ez nemcsak a talajvízre igaz, hanem a mélyebb zónákban is lehet cső mögött átfejtődés (két vízadó réteg között).
Talajvízfigyelő kutaknál (zongorasíp), nagyon fontos a cementezés jósága, hogy a monitorozott rétegek egymástól jól el legyenek szeparálva, hogy a tényleges, valódi rétegnyomást mérjük.

3.8. Talp nem zár

A kút homokolásához vezethet, ha a fúrás homokban állt meg, mivel a kút alján található talpi fenékszelep meghibásodhat.
Lyuktelevízió segítségével látható a meghibásodás helye és oka, a talpi beáramlás, valamint eredményre vezethet még a karoptiméteres vizsgálat is.
Kimutatása termo méréssekkel:
-    Alaptermo: Eltérő nyomásviszonyok esetén lefelé, vagy felfelé történő átfejtődés észlelhető, a hőmérséklet az átfejtődési szakaszon (talp és szűrő között) konstans.
-    Termelési termo: Ha álló kútban nincs átfejtődés, és termelő kútban a talp nem zár, akkor termelő kútban magasabb talphőmérséklet jelentkezik és a homokfogóban konstans hőmérséklet adódik.

3.9. Kútvizsgálati eszközök beszakadása, visszamentése

Ritkán előfordulhat a lyukeszközök beszakadása, így a kút csökkent értékűvé válik, ezért a szonda eltávolítása nagyon fontos feladat. Elsődleges cél a szonda kimentése, nem pedig a talpra történő letolása.
A szonda beszakadásának oka lehet szorulás, melyet a szűrő perforációinak sorjái, az egyenetlen csőkötések, vagy a tömszelence és a béléscső közötti gyűrűstérbe való bejutás eredményezhet.
Lyuktelevíziós szondával a mentendő tárgy fekvését, elhelyezkedését meg kell vizsgálni, a mentést meg kell tervezni, majd azt kivitelezni.
Ha a szondát nem lehet visszamenteni és megoldható, akkor a kút talpára kell tolni.
Nyitott furatban kőzetbepergés, lyukösszemenetel és furatbeomlás vezethet szonda beszakadáshoz, az így beszakadt szondát magcsővel eredményesen vissza lehet menteni.

3.10. Lerakódás

Egyes kutak belső falán idővel lerakódás tapasztalható, ami csökkenti a kút átmérőjét, valamint szennyezheti a vizet. A lerakódásnak két fajtáját különböztethetjük meg, a kemény, és a lágy lerakódást.
Kemény: termálkutaknál, kalcitos, aragonitos kiválás alakul ki. Lentebb, nagyobb hőmérsékleten az ionok még oldott állapotban vannak, de fentebb elkezdődik már a kiválás, és a csőfalon rakodik le. Így a teljes csőszakaszon, nem egyenletesen jelentkezik a lerakódás, hanem felfelé haladva egyre vastagabban. Legegyszerűbben lyukbőség méréssel lehet meghatározni a lerakódás mértékét, de a lyuktelevízió is alkalmas módszer.
Lágy: (okkeresedés) agyag-, iszapszerű lerakódás, amely a bőség szelvényezéssel nem határozható meg, mivel a szonda lekaparja ezt a lágy lerakodást a mérés közben. Ez a lerakódás Wheatstone hidas ellenállás méréssel mutatható ki, mely nagyon érzékeny az ellenállás változásokra, valamint lyuktelevízióval lehet vizuálisan megtekinteni.

Karotázs
Kúttervezés
Geofizikai mérés
Kútfúrás