Поняття про водоприймальну поверхню свердловини.

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:

ü безфільтровою;

ü 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.

Принцип роботи фільтра.

Рис. 5. Схема роботи отвору фільтра:

1 - стінка фільтра; 2 - отвір: 3 - місток із зерен породи: 4 - водоносна порода.

Принцип роботи фільтра: На початку відкачування дрібні частинки проходять крізь отвори в середину фільтрової колони. Частина з них осідає у відстійнику.

 

В міру відкачування до отвору підходять крупніші частинки, які, заклинюючись в отворах, влаштовують місток.

 

При постійному дебіті свердловини місток існує досить надійно і довго, але при змінах дебіту містки руйнуються, частинки проходять крізь фільтр і осідають у відстійнику. Внаслідок цього утворюватиметься новий місток.

ВИСНОВОК: Таким чином, розміри отворів фільтра повинні бути тим більші, чим більші частинки порід і відповідно до цього використовується певний тип фільтра і конструкція його робочої поверхні.

Тип фільтра і конструкцію його фільтруючої (робочої) поверхні для водозабірної свердловини визначають залежно від:

 

гранулометричного складу, тобто характеристики порід водоносного пласту (насамперед від параметру —розміру частинок, дрібніші від яких становлять 50 % породи водоносного шару, (див. термінологічний словник до теми № 3);

 

від глибини свердловини.

Робоча (фільтруюча) поверхня фільтра складається з:

► каркасу (трубчастого, стрижневого, спірально-стрижневого, каркасу, що виготовляється з листа нержавіючої сталі);

► додаткової фільтруючої поверхні (природної, або штучної)

ПРИМІТКА: Фільтри можуть складатися тільки з каркасу, або бути додаткового обладнані фільтруючою поверхню.

Які бувають фільтри свердловині від чого залежить вибір типу і конструкції фільтра?

Таблиця 2 (за табл.1, додатку 2 СниП 2.04.02-85)

Рекомендації щодо визначення розмірів прохідних отворів фільтруючої поверхні фільтра

тип фильтра	Розміри отворів фільтрів
в однорідних породах	в неоднорідних породах
З круглою перфорацією
Сітчастий
З щілинною перфорацією
Дротяний

Класифікація фільтрів.

 

Фільтри розділяються між собою:

◘ за матеріалом виготовлення (каркаса, робочої поверхні);

◘ за присутністю в складі додаткової фільтруючої поверхні;

◘ за конструкцією каркасу;

◘ за ступенем складності фільтруючої поверхні (класифікація по Гаврилко);

◘ за конструкцією фільтруючої поверхні;

◘ за умовами застосування.

За матеріалом виготовлення фільтри бувають:

o з фільтруючою поверхнею з природніх матеріалів (гравійні, гравійно-кожухові, блочні );

 

o з фільтруючою поверхнею з штучних матеріалів (металеві, пластмасові, з пін-полістирольною засипкою, з епоксидних смол, азбестоцементні тощо.

 

За конструкцією каркасу:

• з трубчастим каркасом;

• з стрижневим каркасом;

• з спірально-стрижневим каркасом;

• з каркасом, який виготовлений з цільного штампованого листа нержавіючої сталі.

 

За ступенем складності фільтруючої поверхні:

► перший ступінь складності робочої поверхні (фільтри, які затримують частинки, що рухаються перпендикулярно до стінок фільтра – трубчасті і стрижневі каркаси; дротяні і сітчасті фільтри). У таких фільтрів робочою є тільки площа бічної поверхні.

► другий ступінь (фільтри, які затримують частинки, в т.ч. і ті, що рухаються під кутом до стінок фільтра: фільтри з об`ємно-сітковою структурою, багатошарові сіткові; пінополістирольні;

► третій ступінь (фільтри, які працюють всім об`ємом фільтруючої поверхні: блочні, корзинчаті, парасолькові, збірні пластмасові)

За конструкцією фільтруючої поверхні:

ü каркаси,

ü дротяні,

ü сіткові

ü гравійні,

ü блочні фільтри

 

За присутністю в складі додаткової фільтруючої поверхні:

o фільтри-каркаси без додаткової фільтруючої поверхні (трубчасті і стрижневі каркаси, спірально-стрижневі каркаси; каркаси з штампованого листа);

o фільтри з додатковою фільтруючою поверхнею (дротяні і сіткові фільтри, гравійно-кожухові і гравійні обсипні фільтри; корзинчасті і парасолькові фільтри).

 

Найбільш проста класифікація фільтрів за Володіним Ю.І. [1. с.347]:

 

Залежно від характеру робочої частини розрізняють наступні типи фільтрів:

ü каркасні без покриття,

ü каркасні з тонкими фільтруючими покриттями,

ü з фільтруючим заповнювачем;

ü фільтри із засипкою фільтруючим матеріалом.

 

Вибір конструкції фільтру свердловини безпосередньо залежить від геологічних характеристик водоносного горизонту, на який планується буріння.

 

У артезіанських свердловинах, розрахованих на тверді і стабільні вапнякові породи, фільтр не роблять взагалі – просто залишають стовбур свердловини відкритим (бесфільтрові свердловини).

Зазвичай це пов'язано з тим, що такі свердловини в більшості випадків дають хороший напір води, а тому погружний насос встановлюється на значній відстані від водозабору.

 

ВИСНОВОК: Таким чином, попадання крупних фрагментів породи в насос практично виключено, а дрібнозернистих механічних домішок у вапняку практично не буває.

Для свердловин, які розраховані на здобування води із нестабільних галечникових та вапнякових водоносних горизонтів, в яких напір води не дуже високий і насос встановлено достатньо близько до водозабору, установка фільтра необходна.

 

Оскільки дуже тонке очищення води в цих випадках зазвичай не потрібне (дрібнозернисті домішки також відсутні), як фільтр використовують просто відрізок перфорованої труби (та ж експлуатаційна труба, але з безліччю просвердлених отворів невеликого діаметру).

В більшості випадків, за відсутності у водоносові піску, такий фільтр цілком виконує свою функцію і здатний прослужити дуже довго.

Значно складніше йде справа зі свердловинами на пісок. Саме піщані водоносні горизонти створюють максимальну кількість проблем бурильникам і власникам свердловин.

А оскільки піщані водоноси в більшості регіонів розташовані найближче до поверхні – свердловини на пісок якраз найбільш поширені.

Для таких свердловин спеціально виготовляють сітчасті фільтри, і саме від якості їх виготовлення, матеріалів, з яких вони зроблені, а також від якості їх установки (обсипання) безпосередньо залежить термін служби свердловини на пісок.

 

Каркаси

Основою будь-якого фільтру для свердловини є перфорований відрізок труби, в якому робляться отвори або щілини.

 

Діаметр отворів, як і ширина щілин – це звичайно 10-20 мм.

 

Отвори (щілини) при цьому робляться так, щоб шпаруватість складала 20-30%.

 

Шпаруватість в даному випадку – це частка площі отворів (щілин) від загальної площі поверхні фільтру.

Рис.6 Трубчаті каркаси: а) – дірчаті: 1- труба каркасу; 2-отвори круглої форми; а- відстань між центрами отворів по горизонталі; б- те саме по вертикалі; D- зовнішній диаметр труби каркасу; d- діаметр отворів; б) щілинні: 3 - отвори у формі щилини; а – ширина щілини; b- відстань між центральними осями сусідніх щилин по горизонталі; с - відстань між сусідніми щилинами по вертикалі; l - довжина однієї щилини.

Рис.7 Розташування отворів та шпарин на каркасах фільтрів

4.1.3. Стрижневі фільтри (каркаси)

 

Рис.4 Конструкція ланки стрижневого каркасу):1 – з’єднувальний патрубок внутрішнього каркасу; 2 – опорний фланець; 3 – з’єднувальний патрубок зовнішнього каркасу; 4 – опорні пояси жорсткості зовнішнього каркасу; 5 – стрижні каркасу; 6 – те саме внутрішнього каркасу; 7 – опорні пояси жорсткості внутрішнього каркасу.

4.2.Фільтри з додатковою фільтруючої поверхнею

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:

ü безфільтровою;

ü 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.