Выбор типа и конструкции фильтра

Основное назначение фильтра – пропуск воды из водоносного горизонта внутрь скважины и предохранение ее водной части от завалов в результате оплывания и обрушения пород.

Ко всем фильтрам водозаборных скважин предъявляются следующие основные требования:

- обеспечение проектного поступления воды в скважину при минимально возможных гидравлических сопротивлениях на весь расчетный период эксплуатации (не менее 25 лет);

- достаточная механическая и химическая прочность, включая периоды периодического импульсивного воздействия для разрушения кольматирующих отложений и регенерации водоприемной поверхности химическими реагентами;

- предотвращение попадания в эксплуатационную колонну частиц водосодержащей породы (продуктов солевых отложений и коррозии);

- удовлетворение санитарно-гигиеническим нормам для питьевого водоснабжения;
- ремонтопригодность и экономичность.

Фильтр обычно состоит из рабочей части (перфорированная труба с сеткой или без нее), отстойника, в котором при откачке оседают частицы песка, и надфильтровой (вспомогательной) части, расположенной выше рабочей. Длина отстойника 2 – 4 метра (для мелкозернистых порд длина отстойника увеличивается максимум до 10 м). Перед спуском фильтровой колонны в нижнюю часть отстойника забивают деревянную пробку или заваривают дно, чтобы предупредить возможность зпоподания песка в скважину при откачках воды.

В соответствии с гидрогеологическими условиями бурения выбирается фильтр с гравийной обсыпкой. Фильтр состоит из рабочей части (перфорированных обсадных труб, обтянутых сеткой галунного плетения из нержавеющей стали), надфильтровой (вспомогательной), части и отстойника, куда оседают частицы песка при откачке. Длина отстойника составляет 6 м. Поскольку водоносные породы представлены мелкозернистыми слабосцементированными песчаниками, каркас фильтра предусматривается обтягивать сеткой. С учетом размера частиц выбирается сетка галунного плетения номер 16/100, размер ячейки 0,23 мм, диаметр проволоки 0,5 мм [5]. Скважность фильтра составляет 30 %. Перед натягиванием сетки на каркас фильтра по спирали наматывается проволока диаметром 3 мм.

Определение наружного диаметра фильтра центральной (разведочной) скважины:

(2.2)

где Q – дебит скважины, 5500 м³/сут, l_p =40 м - длина рабочей части фильтра, - допустимая скорость фильтрации, м/сут.

_, (2.3)

где k – коэффициент фильтрации, 45 .

м/сут.

Исходя из полученных данных, выбираем ближайший по типоразмеру диаметр трубного каркаса, . С учетом сетки и проволоки .

Выбор насоса для откачки воды

Откачка подземных вод из водоносного горизонта на земную поверхность осуществляется только из центральной скважины. Для откачки используется артезианский погружной центробежный насос с электродвигателем ЭЦВ-6-16-75. Параметры насоса (табл. 2.3) удовлетворяют необходимым условиям.

Таблица 2.3

Технические характеристики погружного насоса ЭЦВ-12-250-70 НРО

 

Подача воды,
Напор, м вод. ст.
Мощность привода, кВт
Напряжение привода, В
Частота вращения привода, 1/мин
Поперечный размер, мм

Расчет конструкции скважины

Конструкция скважины – это характеристика буровой скважины, определяющая изменение ее диаметра с глубиной, а так же диаметры и глубины обсадных колонн, установленных в скважине.

Основными факторами, определяющими конструкцию скважины, являются:

· гидрогеологическое строение;

· конструкция фильтра и способ его установки;

· глубина бурения;

· проектный дебит;

· способ откачки.

 

Расчёт конструкции центральной скважины.

1. Конечный диаметр бурения (диаметр долота под фильтр):

при 10 мм, (2.4)

где - диаметр фильтра, мм; - зазор между фильтром и стенкой скважины( мм);

D_Д =189+2*10=209 мм.

Принимаем D_Д =219 мм.

2. Внутренний диаметр труб эксплуатационной колонны:

при мм, (2.5)

где D_НФ – диаметр надфильтровой трубы, мм; - зазор между надфильтровой трубой и внутренним диаметром труб эксплуатационной колонны ( мм).

=196+2*50=296 мм.

Принимаем внутренний диаметр эксплуатационной колонны =312 мм, наружный - =325 мм, толщина стенки труб 6,5 мм.

Выбранный для проведения откачек погружной насос ЭЦВ-12-250-70 НРО имеет поперечный размер равный 281 мм, то есть свободно помещается внутри колонны обсадных труб.

3. Диаметр долота под эксплуатационную колонну (с учётом цементирования затрубного пространства):

при мм, (2.6)

где – зазор между стенками скважины и наружным диаметром труб эксплуатационной колонны ().

мм.

Принимаем = 345 мм.

4. Внутренний диаметр кондуктора:

где - зазор между долотом и внутренним диаметром кондуктора ().

=190+2*5=355 мм.

Принимаем внутренний диаметр кондуктора = 355 мм, наружный - = 361 мм, толщина стенки труб 8 мм.

5. Диаметр долота под кондуктор (с учётом цементирования затрубного пространства):

= 361+2*10 мм = 381 мм.

Принимаем = 381 мм.

6. Внутренний диаметр направляющей трубы:

при 8 мм, (2.7)

где - зазор для свободного прохода долота ().

d_нв=381+2*5=391 мм.

Принимаем внутренний диаметр направляющей трубы d_нв= 393 мм, наружный D_н=407 мм, толщина стенки труб 7 мм.

7. Диаметр долота под направляющую трубу. Поскольку верхний интервал бурения представлен мягкой рыхлой породой, направляющая труба будет опускаться под действием собственного веса. В том случае, когда труба не будет самостоятельно опускаться, её будут осаживать ударами стальной «бабой» по наголовнику. Подбуривание под трубу будет осуществляться тем же долотом, которое будет использоваться для бурения под кондуктор.

 

 

Таблица 2.4

Интервалы и диаметры бурения

 

Интервал бурения, м	Диаметр бурения, мм
0-4
4-40
40-80

Выбор бурового оборудования

Исходя из проектных глубин скважин, диаметра и способа бурения для прохождения наблюдательной скважины применяется буровая установка УРБ-3А3. Установка самоходная, состоит из механизмов, смонтированных на общей раме, которая крепиться к раме шасси автомобиля МАЗ-5337.

Буровая установка типа УРБ-3А3 представляет собой модификацию комплекса унифицированных самоходных агрегатов БА15 и применяются для бурения структурно-поисковых скважин на нефть и газ, для водоснабжения, водопонижения и для других целей с прямой промывкой забоя при соответствующей комплектации. УРБ-3А3 является модернизацией буровой установки УРБ-3АМ, увеличена величина подроторного пространства и высота над рамой установки, улучшена система управления при транспортировки блока и уменьшена транспортная ширина блока. В качестве привода используется автономный двигатель повышенной мощности. Мачта складывающегося типа. Подъем и опускание мачты осуществляется гидродомкратами двойного действия. Тормоз лебедки ленточный с ретинаксовыми колодками. Ротор имеет повышенный ресурс работы. На палубе установки расположен генератор мощностью 30 кВт, питающий электромеханизмы, лампы освещения и другое. Вращения палубного двигателя через трансмиссию передается на раздаточный редуктор и коробку передач. Буровой насос с клиноременной трансмиссией монтируется на автоприцепе.

Установка имеет механизм свинчивания и развинчивания бурильных труб с электродвигателем, а также механизм-противозатаскиватель. Бурильные трубы устанавливаются на подсвечник. На мачте установлена стрела грузоподъемностью 10 кН с передвижной талью для вспомогательных работ. Установка снабжена легкосъемными укрытиями над рабочим местом бурильщика и верхового рабочего. Управление механизмами осуществляется с пульта. Общий вид установки представлен на рис. 2.3, техническая характеристика - в таблице 2.5.

Рис. 2.3. Схема буровой установки УРБ-3А3

 

Таблица 2.5

Техническая характеристика буровая установка УРБ-3А3

 

Наименование показателей	Величина
1. Глубина бурения, м:
бурильными трубами диаметром 60,3 мм и 63,5 мм
73,0 мм и 89,0 мм
2. Диаметр бурения, нач/кон
трубами диаметром 60,3 и 63,5 мм	243/93
трубами диаметром 73,0 и 89,0 мм	394/190
3.Максимальная грузоподъемность установки, кН
4.Скорость подъема талевого блока при оснастке 2 на 1, м/c	0,54; 0,94; 1,56
5.Лебедка	Однобарабанная с фрикционной двухдисковой муфтой и одноленточным тормозом
6.Максимальное натяжение каната, кН
7.Вращатель	Ротор
8.Диаметр проходного отверстия стола ротора, мм
9.Частота вращения ротора, об/мин	110;190;314
10.Буровой насос	НБ-50
11.Приводной двигатель	Дизель Д54А
12.Мощность двигателя, кВт
13.Высота мачты от земли до оси кронблока, м
14.Генератор	Трехфазный, синхронный ЕССБ1-4М мощностью 8кВт
15.Габариты установки, мм:
Длина
Ширина
Высота
16.Масса установки без насоса, т	13,2
17.Общая масса оборудования, т	16,0
18.Дополнительная осевая нагрузка от механизма подачи, кН	34,0

 

Техническая характеристика бурового насоса НБ-50 установки УРБ-3А3, приведена в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Техническая характеристика насоса НБ-50