37

ЛЕКЦІЯ № 3

«Обладнання водоприймальної поверхні свердловини.Типи і конструкція фільтрів. Розрахунок фільтра»

План:

1.Поняття про водоприймальну поверхню свердловини.

2.Призначення, конструкція і розміри фільтрової колони.

3. Класифікація фільтрів.

4.Розміри і конструктивні особливості різних фільтруючих поверхонь

5.Основи розрахунку і проектування фільтрів свердловин.

1.Поняття про водоприймальну поверхню свердловини.

Найбільш відповідальний елемент у конструкції будь-якої водозабірної свердловнини - водоприймальна частина.

Водоприймальна частина свердловини – це частина стовбура свердловини, яка розміщується між покрівлею експлуатаційного водоносного горизонту та водоупором, і в якій відбуваються складні фізико-хімічні процеси переходу води у вільний стан з інших станів (див.термінологічний словник до теми № 3).

Залежно від складу порід водоносного пласта, його покрівлі і підошви водоприймальна частина трубчатих колодязів може бути:

• безфільтровою;

• обладнана спеціальним пристроєм - фільтром.

У разі, коли експлуатаційний водоносний пласт складається добре фільтруючими породами (тріщинуватими або з дрібного піску), то спеціального додаткового (штучного) фільтра, як правило, не влаштовують, а його функцію виконуть частинки породи.

Тоді водоприймальну поверхню і саму свердловину називають безфільтровою.

В інших випадках рекомендується влаштовувати спеціальні фільтруючі пристрої у складі конструкції свердловини – фільтрувальні колони (фільтри).

Рис.1 Приклади конструкцій бесфільтрових свердловин: а) в міцних, скельних, тріщинуватих породах; б) у сипких, пилуватих грунтах.

1 - покрівля експлуатаційного водоносного пласта; 2,3,12 - експлуатаційний водоносний пласт пласт; 4 - водоупор; 5,10 - водоприймальна частина свердловини; 6 - експлуатаційна колона обсадних труб; 7,9 – цементація затрубного простору відповідно експлуатаційної колони та кондуктора; 8 - кондуктор; 11 - водоприймальна каверна.

Рис. 2. Конструкція свердловин пробурених різними способами буріння: а - ударно - канатним; б - роторним з прямою промивкою; в -роторним із зворотною промивкою; І - глина; ІI - суглинок; III - пісок; IV – аргіліт:

1 - затрубна цементація; 2 - кондуктор; 3 - затрубно -міжтрубна цементація; 4 - технічна колона труб; 5 - експлуатаційна колона труб; 6 - технічна колона труб, яка витягується після установки фільтра; 7 - надфільтрова труба; 8 - сальник; 9 - піщано -гравійна обсипка фільтра; 10 - водоносний шар; 11 - фільтр; 12 – відстійник.

2.Призначення, конструкція , розмірми фільтрової колони.

Фільтр встановлюється в свердловині в зоні експлуатаційного водоносного горизонту.

В більшості випадків вода свердловини здобувається з водоносних горизонтів, що містять нестійкі і/або сипкі породи – піски, галечники, шпаруваті вапняки.

Іншими словами, у воді, яка набирається в експлуатаційну колону, можуть міститися механічні домішки, причому їх розмір і кількість нестабільні і малопрогнозовані.

Якщо ці механічні домішки не затримати на вході в стовбур свердловини, рано чи пізно свердловина заповниться ними до такого ступеня, що просто перестане наповнюватися водою.

Крім того, багато погружні насоси просто не розраховано на прокачування води з механічними домішками, а тому попадання, скажімо, піску в насос, швидше за все швидко виведе його з ладу.

Саме для утримання будь-яких механічних домішок, у водозабірній частині експлуатаційної труби свердловини облаштовують фільтрову зону.

При цьому, якщо мова йде про свердловині на пісок, фільтр свердловини дуже важливо також повністю оточити дрібним гравієм або грубозернистим піском, які затримуватимуть велику частину небажаних механічних домішок ще до входу води у фільтр свердловини.

Рис.3 Схема бурової свердловини: 1 – фільтр свердловини; 2 – експлуатаційна колона труб; 3 – колона обсадних труб; 4 – кондуктор; 5 – затрубная цементація; 6 – гирло свердловини; 7 – павільйон (камера); 8 – водопіднімальні труби; 9 – насос з погружным електродвигуном; 10 – відстійник .

Фільтр призначений для:

• пропуску в свердловину води без механічних домішок;

• для запобігання водоносного пласта від зсуву і руйнування.

Тип, конструкція і розмі­ри фільтру залежать від:

• гідрогеологічних умов,

• дебіту,

• режиму екс­плуатації колодязя,

• характеристики порід водоносного пласта,

• глиби­ни колодязя,

• агресивності води,

  • прийнятого способу буріння

Вимоги до конструкції фільтрів:

1. Необхідна механічна міцність конструкції і достатня стійкість до хімічної, електрохімічної корозії і ерозійної дії води.

2. Шпаруватість фільтрів, % (співвідношення сумарної площі отворів F_от до площі фільтра F_ф) і розмір прохідних отворів d_от, враховуючи можливість хімічного і механічного кольмотажу при експлуатації, повинні бути максимальними.

3. Під час експлуатації свердловини фільтр повинен запобігати піскуванню свердловини.

4. Діаметр фільтрових каркасів розраховується на максимальний пропуск води зі швидкістю, що не перевищує 1,5-2,0 м/с.

5. Фільтри повинні бути доступні для проведення різноманітних операцій по відновленню продуктивності свердловин хімічними реагентами і бути стійкими до впливу вибухових методів ;

6. Мінімальний діаметр фільтрової колони 100 мм.

При цьому матеріали, з яких виготовлений фільтр, якість виготовлення фільтру в цілому, а також якість установки фільтру часто є резервом для конкурентного здешевлення своїх послуг організаціями, що пропонують послуги буріння свердловин (особливо, якщо мова йде про невеликі фірми).

Більш того, якісна свердловина, здатна прослужити без ремонту 30 і більше років, що бурильникам стратегічно не вигідно.

ВИСНОВКИ:

1.При всьому різноманітті конструкцій фільтрів для свердловин, вирішальне значення має не стільки сама конструкція і розмір фільтру, скільки якість виготовлення і використовувані при цьому матеріали.

2.Якнайкраще характеристики по міцності, довговічності і безпеці для якості води в довгостроковій перспективі при цьому показують фільтри, в яких всі елементи – труба-основа, каркас (дріт) і фільтруюча поверхня (сітка) виконані із неіржавіючої сталі.

3. Вибір фільтруючої поверхні фільтру (як типу, так і фізичних параметрів – розміру чарунок сітки, кроку обмотки дроту, структури гравієвого набивання і т.і.) повинен грунтуватися на аналізі структури породи водоносного горизонту, тільки в цьому випадку фільтр прослужить максимально довго і буде гранично ефективним.

4.Категорично не бажане використання в свердловинах фільтрів, в яких каркас (або будь-який інший елемент) зроблені з оцинкованої сталі.

5.Пластикові фільтри за визначенням менш довговічні, чим фільтри з неіржавіючої сталі.