книги из ГПНТБ / Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин

К/,см/сек

Рис. 40. Графики зависимости проницаемости фильт­ ров различного типа от скважности (по Клотцу):

фильтр рассматривали как пористую среду, для которой действителен закон Дарси.

Данные о проницаемости фильтров различных кон­ струкций в зависимости от скважности, полученные эк­ спериментально в широком диапазоне изменения разме­ ра и форм отверстий, приведены на рисунке 40.

Опытами с различными фильтрами (каркасно-прово­ лочного типа, с мостообразными отверстиями из штампо­ ванных материалов, с открытой щелевой перфорацией и с дополнительной водоприемной поверхностью из сеток галунного плетения) установлено, что наилучшие гидрав­ лические характеристики имеют каркасно-проволочные фильтры с горизонтально расположенными отверстиями. Величина проницаемости их намного выше проницаемо­ сти фильтров других конструкций. Результаты этих ис­ следований применимы для проектирования поглощаю­ щих или нагнетательных скважин.

При эксплуатации водозаборных скважин в приза­ бойной зоне всегда возникает некоторое дополнительное сопротивление, связанное с конструкцией фильтров, од­ нако соотношение их проницаемости аналогично резуль­ татам экспериментов Д. Клотца.

ливать каркасы.фильтров из нержавеющей стали или из простых сталей с антикоррозийной защитой.

Размеры проходных отверстий каркасов при обсыпке гравийным материалом принимают (в соответствии с требованиями СН-325-65) равными среднему диаметру частиц слоя обсыпки, примыкающего к их стейкам.

Однако следует учитывать, что коэффициент расхода фильтров, определяющий степень уменьшения расхода через них, по сравнению с теоретическим, имеет мини­ мальное значение при равенстве размера круглого или щелевого отверстия диаметру гравийных частиц, соответ­ ствующих 25%-ному содержанию их в пробе, и сущест­

критерии, предпочтительно применять более крупнозер­ нистую обсыпку для обеспечения минимальных потерь напора на фильтрах.

Выбор диаметра и длины фильтра-каркаса. Диаметр фильтра-каркаса выбирают, исходя из проектируемого дебита скважин и параметров водоподъемного оборудо­ вания. Дополнительную проверку следует проводить на допустимые скорости движения воды в фильтре и в во­ доподъемных трубах, которые не должны превышать 1,5—2 м/с. Поскольку при толщине контура гравийной обсыпки, равной 150—200 мм, как правило, достигается устойчивая работа скважин, их диаметр можно оцени­ вать, исходя из назначаемого диаметра фильтра и пред­ лагаемой толщины обсыпки. Необходимо отметить, что в водах неустойчивого химического состава предпочти­ тельно использовать фильтры большого диаметра при сохранении предлагаемой толщины слоя обсыпки.

Длину фильтра-каркаса выбирают на основе анализа гидрогеологических условий водоносных пластов, прини­ мая равной их мощности, если последняя меньше 10 м, то есть следует проектировать скважины, совершен­ ные по степени вскрытия пласта. При значительных мощ­ ностях водоносных горизонтов фильтры устанавливают в наиболее водопроницаемых зонах. При слоистом строе­ нии толщи возможны ярусные фильтры с перекрытием водонепроницаемых или слабоводопроницаемых отложе­ ний глухими трубами.

Если строение водоносного пласта однородно и мощ­ ность его более 10 м, длину фильтра можно подбирать методом фильтрационных сопротивлений, согласно кото­

83

рому пользуются приемом, основанным на том, что пока­ затель сопротивления скважины, обусловленный несо­

пропорционально его длине. Это может быть объяснено, если представить, что однородный водоносный пласт обо­ рудован фильтром лишь частично, а некоторая зона ство­ ла скважины сохраняет устойчивость без крепления ее фильтром. Очевидно, дополнительное сопротивление бу­ дет сказываться только на участке установки фильтров.

Суммарное сопротивление, связанное с конструктив­ ными особенностями скважины, имеет оптимальную ве­ личину, поскольку сопротивление, обусловленное несо­ вершенством по степени вскрытия пласта, уменьшается с увеличением длины фильтра, а потери напора из-за не­ совершенства скважин по характеру вскрытия пласта увеличиваются при большей длине фильтра. Поэтому увеличение длины фильтра гидродинамически несовер­ шенной скважины не приводит к приросту ее расхода при заданном понижении уровня. Это особенно заметно при использовании в скважине фильтров с большим со­ противлением (сетчатого, блочного, фильтров-каркасов с малой скважностью). Для иллюстрации приема подбора длины сетчатого фильтра воспользуемся результатами исследований сопротивлений сетчатых фильтров на кар­ касе из перфорированйой трубы с сеткой галунного пле­ тения № 12/90.

П р и м е р р а с ч е т а . Необходимо выбрать длину фильтра скважины с водоприемной поверхностью из сетки галунного пле­ тения № 12/90 на каркасе из трубы с круглыми отверстиями. Мощность напорного водоносного горизонта равна 10 м, диаметр фильтра при намечаемой откачке эрлифтом принимается 100 мм.

противления, суммируемый с сопротивлением пласта и обусловлен­

ной, большей той, при которой оба показателя сопротивления рав­ ны друг другу (£і = Ь ф), не может привести к снижению потерь,

84

всегда можно принимать от­

заданном диаметре и конструкции целесообразно исполь­ зовать проверку постоянства гидравлических потерь с применением критерия, согласно которому при длине фильтра

/>0,53— (9)

гидравлические потери и приток к скважине остаются постоянными.

Здесь D — диаметр фильтра; р,— коэффициент рас­ хода фильтра с учетом наложения водоносных пород или гравийных обсыпок на водоприемную поверхность; т] — скважность фильтра.

При пользовании критерием (9) диаметром фильт­ ра задаются в соответствии с изложенными рекоменда­ циями, величиной ц можно задаваться в соответствии с исследованиями И. Петерсена, М. Альбертсона и С. Рове­ ра, приведенными в таблице 9, а скважность принимается в долях единицы. Кроме того, для этих целей применимы результаты исследований Г. В. Донского, характеризую­ щие зависимость коэффициентов расхода от отношения

85

8 6

^25

~

водоносных пород, соответствующий 25%-ному содержа­ нию их в пробе; b — цитрина щели или диаметр круглого отверстия), приведенные на рисунке 43.

При правильно подобранном фильтре проницаемость гравийной обсыпки выше проницаемости пласта, поэтому потерями напора в гравии условно можно пренебречь (в начальный период на опытных участках каменского и Знаменского вертикального дренажа они составляют при толщине контура более 200 мм 2—5 см) и принимать D равным диаметру бурения.

П р и м е р п р о в е р о ч н о г о р а с ч е т а . На участке кайен­ ского вертикального дренажа мощность водоносных пород состав­ ляет в среднем 15 м, а бурение ведется роторным способом с об­ ратной промывкой (диаметр 0,8 м). В скважинах установлены каркасно-стержневые фильтры конструкции В. М. Гаврилко со скважностью 0,43. При использовании в качестве обсыпки гравия

ния, искусственного пополнения запасов подземных вод и друпіх целей возможен иной конструктивный подход к выбору длины диаметра и фильтра.

Гравийные обсыпки, их подбор и подготовка. Увели­ чение контура гравийной обсыпки существенно увеличи­ вает производительность скважины, понижает входные скорости и, как следствие, уменьшает суффозиоииые яв­ ления и химический кольматаж.

При сооружении скважин большого диаметра контур обсыпки, как правило, делают однослойным из отсорти­ рованного материала расчетной крупности. В зависимо­

87

В практике сооружения скважин на воду известны случаи применения гравийных обсыпок с мелкопесчаны­ ми, глинистыми и пылеватыми частицами. Такое положе­ ние недопустимо.

Известно, что проницаемость неоднородных рыхлых образований определяется содержанием тонко- и мелко­ зернистых составляющих. Согласно результатам много­ численных экспериментальных и теоретических исследова­ ний, действующий диаметр рыхлых отложений находится в пределах от dl0 до ein (размер частиц, соответст­ вующий 10 и 17%-ному содержанию их в пробе грунта). При наличии тонкозернистых примесей водопроницае­ мость гравийных обсыпок резко уменьшается в зависимо­ сти от процентного содержания тонкозернистых фракций и при их содержании, близком к 10%, практически ока­ зывается равной проницаемости этих фракций.

В качестве примера взяты результаты эксперимен­ тальных исследований, проведенных на Горьковском ста­ ционаре ВНИИ Водгео, для оценки влияния состава обсыпки на сопротивления призабойных зон скважин и их удельные дебиты (табл. 10). На магистральном кана­ ле Горьковской ГЭС были построены четыре скважины с фильтрами каркасно-стержневого типа. Скважины бу­ рили ударным способом с установкой кондуктора диа­ метром 14" (конечный диаметр 12").

Таблица 1U

Удельные дебиты и сопротивления скважин с гразийными фильтрами на Горьковском стационаре ВНИИ ВОДГЕО

Во всех скважинах устанавливали каркасно-стержне­ вые фильтры (длиной 4 м, диаметром 6") с контуром гра­ вийной обсыпки. Скважины пробурены в водоносном го-

89

удельного дебита скважин от состава гравийной обсыпки приведены на рисунке 44. Изменение сопротивлений аналогично изменению удельно­ го дебита скважин. С увеличением £>ю гравийной обсып­ ки удельный дебит скважины существенно увеличивается и при обсыпке, весьма близкой к однородной, становит­ ся постоянным. Очевидно, величина £>ю является контро­ лирующей при определении величины проницаемости гравийных обсыпок. Определяя Г)ю, а затем по имею­ щимся эмпирическим зависимостям и проницаемость, можно примерно оценить соотношение проницаемостей пласта и гравия, определив необходимую степень отсева мелкозернистых фракций. Как правило, в гравийных об­

следует на специальных площадках, исключающих его загрязнение при погрузочно-разгрузочных работах перед доставкой к месту работ (специальных площадках с твердым покрытием).

Расчет количества гравия для производства обсыпки.

Сооружение скважин большого диаметра методом обрат­ ной промывки ведется с высокими механическими скоро­ стями бурения, как правило, без перерывов при произ­ водстве работ. Учитывая это, все необходимые материалы для оборудования скважин должны быть завезены иа площадку до начала работ.

90