Учебное пособие 2074

Окончание табл. 3.3

Примечание. Допускается изменение номинальной глубины в зависимости от изменения конечного диаметра скважины.

3.1.3. Крепление скважин обсадными трубами

Ствол скважины предназначен для крепления стенок и предохранения их от обрушения. Стенки скважин диаметром до 500 мм крепятся с помощью стальных обсадных труб, выполненных по ГОСТ, с толщиной стенок от 6 до 12 мм, соединенных между собой муфтовыми соединениями. Для скважин диаметром более 508 мм монтируют электросварные трубы с толщиной стенок от 7 до 12 мм. Трубы с тонкими стенками (7-8 мм) применяют при свободной посадке их в трубчатый колодец, а с более толстыми стенками (10-12 мм) – при принудительной посадке. Для крепления скважин глубиной 100-150 м допускается применять асбестоцементные трубы марок ВТ–9, ВТ–12.

Ствол скважины состоит из верхней части и кондуктора. Верхняя часть (длина 4-6 м) – шахтовое направление, служит направляющей для последующих труб (для предотвращения искривления скважины). Кондуктор (имеет длину до 50 м) предназначен для обеспечения вертикальности скважины и перекрытия неиспользуемых водоносных горизонтов. При глубине трубчатых колодцев до 150 м кондуктор обычно не устанавливается, его роль в этом случае выполняет шахтовое направление.

Для предотвращения проникновения грунтовых вод, собирающихся на верхнем водоупорном слое, в ствол скважины кондуктор, как правило, забуривается в этот слой, а пространство между кондуктором и следующей

10

колонной обсадных труб цементируют (межтрубная цементация). Цементируют также пространство между кондуктором и стенкой скважины (затрубная цементация). Эти мероприятия обеспечивают надлежащий санитарный режим скважины [1, 2].

Все остальные элементы ствола называются колоннами обсадных труб. Колонна, в которой размещается водоподъемное оборудование, называется эксплуатационной колонной (3). Остальные колонны называются конструктивными и техническими. Технические колонны (2) после завершения строительства трубчатого колодца чаще всего полностью или частично извлекаются.

Расстояние от низа (башмака) предыдущей колонны до башмака последующей колонны называется выходом колонны. Выход колонны зависит от способа бурения и принимается по данным табл. 3.5.

Переход с одной колонны на другую стремятся выполнить в водоупорном слое. Размер цементации кольцевого зазора между колоннами зависит от глубины скважины. При глубине скважины до 50 м зазор цементируют на высоту не менее 3 м, а при большей глубине скважины – не менее 5 м. После цементации, для экономии труб, внутренняя колонна может быть обрезана и удалена из скважины.

Разница между диаметрами последующей и предыдущей колонн обсадных труб должна быть не менее 100 мм. Диаметр эксплуатационной колонны труб принимается:

•равным номинальному диаметру насоса при использовании насосов

спогружным электродвигателем;

•на 50 мм больше номинального диаметра насоса при использовании насоса с двигателем, расположенным в оголовке скважины [6, 7].

12

3.1.4. Фильтры трубчатых колодцев

Фильтр комплектуется из трех основных частей (см. рис. 3.1): надфильтровая часть, непосредственно фильтровая или рабочая часть фильтра и отстойная часть фильтра. Надфильтровая часть предназначена для монтажа фильтра (т.к. имеет специальный замок) и служит для закрепления фильтра в обсадной трубе. Превышение верха надфильтровой части над башмаком эксплуатационной колонны зависит от глубины скважины и составляет: не менее 5 м при глубине скважины до 50 м и не менее 5 м при большей глубине. Между эксплуатационной колонной и надфильтровой частью монтируется сальник (7) из резиновых, деревянных или пеньковых колец, которые предотвращают несанкционированное (минуя фильтр) поступление воды в скважину [2, 3].

Отстойная часть фильтра представляет собой отрезок глухой трубы длиной не более 2 м (обычно 0,5-1 м). Отстойная часть улавливает мелкие частицы, прошедшие фильтр, а также (при размещении в ней специальных приспособлений) используется для подъема фильтра.

Собственно рабочая часть фильтра устраивается с целью предохранения скважины от заполнения водоносным грунтом, т.к. служит для процеживания воды. К рабочей части фильтра предъявляют следующие требования: фильтр должен обладать достаточной механической прочностью и устойчивостью против коррозии; иметь наибольшую (не менее 20-25 %) скважность (т.е. отношение суммарной площади отверстий к площади всей боковой поверхности рабочей части фильтра) и предельно-допустимые размеры отверстий (по условиям прочности и предотвращения пескования скважин при эксплуатации). По конструктивным особенностям каркаса рабочей части изготавливают фильтры двух типов: трубчатые и стержневые. По выполнению водоприемной фильтрующей поверхности фильтры подразделяются на:

1.Трубчатые и стержневые, у которых водоприемной фильтрующей поверхностью служит боковая поверхность самого каркаса.

2.Трубчатые и стержневые с водоприемной фильтрующей поверхностью

из:

а) штампованного листа; б) проволочной обмотки;

в) металлических и неметаллических сеток; г) с гравийной или гравийно-песчаной засыпкой, подаваемой на забой

скважины; д) с гравийной или гравийно-песчаной засыпкой в кожухе вокруг

отдельных звеньев рабочей части каркаса фильтра (кожуховые фильтры); е) пористого бетона (блочные фильтры).

Основные характеристики фильтров приведены в табл. 3.6, 3.7.

13

Таблица 3.6 Основные параметры и конструктивные особенности фильтров

на каркасах из стержней

В зависимости от гидрогеологических условий рекомендуется применять различные типы фильтров (табл. 3.8) [2].

ной до 200 м. Кроме снижения расхода металла, каркасно-стержневые фильтры, за счет улучшенных гидравлических свойств, увеличивают эффективность

16

работы скважин при длительной эксплуатации в водах с неустойчивым химическим составом. В этих условиях из-за железистых и карбонатных отложений на фильтрах существенно снижается их скважность, в результате чего уменьшается производительность скважин.

2. Фильтры из стальных труб предпочтительнее применять при больших глубинах скважин (более 200 м).

Размеры проходных отверстий фильтров без устройства гравийной обсыпки принимаются в зависимости от состава пород (табл. 3.9), где η = d60/d10; d10; d50; d60 – размеры частиц, меньше которых в водоносном пласте содержится соответственно 10, 50 и 60 % (определяется по графику гранулометрического состава).

Примечание: при d50 к мелкозернистым породам относятся меньшие значения численных коэффициентов, к крупнозернистым – большие.

Диаметр каркаса фильтра устанавливается с учетом возможности устройства гравийной обсыпки и зависит от проектной производительности скважины и параметров насосного оборудования. Минимальный диаметр каркаса фильтра, из соображений ремонтопригодности скважин, принимается 100÷150 мм. Скорость движения воды в водоподъемных трубах не должна превышать

1,5÷2 м/с.

Входная скорость на фильтре не должна превышать допустимую скорость фильтрации, т.е. Vвх≤Vф. Входная скорость определяется по формуле [3, 9]

где Q – производительность всего водозабора или одной скважины, м3/сут; Fф – рабочая площадь фильтра, т.е. площадь отверстий каркаса, м2; Fф = πdфlф, здесь dф – наружный диаметр, м;

lф – длина фильтра, м.

17

Величина допустимой скорости фильтрации определяется по формуле

где kф – коэффициент фильтрации, принимается по табл. 4.2.

Приравнивая между собой скорости из формул (3.1) и (3.2), можно решить одну из двух задач:

1. При заданном диаметре фильтра определить требуемую его длину по формуле

2. При заданной длине фильтра определить его диаметр по формуле

Минимальную длину фильтра без глухой трубы и отстойника в первом приближении можно определять как

где m – мощность водоносного пласта.

Различают шахтные колодцы, работающие дном, стенами, дном и стенами. На работающее дно шахтного колодца укладывается обратный фильтр (1) из слоев гравия с возрастающей кверху крупностью для предотвращения выноса в колодец частиц песка из водоносного пласта. В стенках колодца (2) в пределах водоносного пласта могут устраиваться отверстия для увеличения притока воды в колодец [2].

Шахтные колодцы устраивают из кирпича или бутового камня, бетона, железобетона или дерева (в виде сруба). Часто (при небольшом диаметре колодца) их собирают из железобетонных колец. По санитарным соображениям, наземная часть шахтного колодца (оголовок) располагается на высоте не менее 0,8 м над поверхностью земли, она должна перекрываться крышкой и иметь навес. В крышке оголовка необходимо предусмотреть устройство вентиляционного стояка (3). С целью предотвращения загрязнения водоносного горизонта поверхностным стоком вокруг наземной части шахтного колодца устраивают глиняный замок (5) из уплотненной глины (глубиной 1,5-2 м). Поверхность вокруг оголовка покрывается бетонной или асфальтной отмосткой

(4) шириной около 2 м с уклоном 0,025 от колодца. Отбор воды из колодца может осуществляться вручную или электрическими водоподъемными устройствами (6).

3.3. Горизонтальные водозаборы

Горизонтальные водозаборные сооружения обычно устраиваются для добычи воды из маломощных по высоте, но широко распространенных подземных водоносных горизонтов, залегающих от поверхности земли на глубине 6-8 м.

По конструктивным особенностям горизонтальные водосборы подразделяются на траншейные, трубчатые и галерейные, а также водосборные штольни и комбинированные (галерея со скважинами-усилителями) (рис. 3.4). Траншейные водосборы как наименее совершенный тип в хозяйственно-питьевом водоснабжении практически не используется [1, 2].

При определенных условиях залегания подземных водоносных пород наиболее экономически целесообразными являются трубчатые водосборы с одноили двусторонним притоком воды. Эти водосборы устраивают из перфорированных керамических, асбестоцементных, бетонных или железобетонных труб диаметром 150–500 мм, фильтрующая поверхность которых обсыпается несколькими слоями гравия и песка. Отверстия на трубах водоприемной части круглые или щелевидные. Их располагают по верхней части боковой поверхности, равной примерно 2/3 диаметра трубы; нижнюю часть трубы (около 1/3 диаметра) оставляют глухой, и она служит для стока воды. Уклоны трубчатого водозабора принимаются из условия создания скорости течения, исключающей осаждение в нем взвешенных веществ.

19