Эксплуатационная колонна труб
По положению динамического уровня трубчатые колодцы можно разделить на три категории:
ü С динамическим уровнем выше поверхности земли, т.е. колодец фонтанирующий;
ü С динамическим уровнем ниже поверхности земли на глубине не более 7 – 8 м. Такие колодцы можно назвать поверхностными;
ü С динамическим уровнем на глубине более 7 – 8 м от поверхности земли. Такие колодцы можно назвать глубокими.
Для фонтанирующих и поверхностных колодцев внутренний диаметр эксплуатационной колонны определяется из условия свободного подъема, опускания и смены фильтра.
Зазор между фильтром и эксплуатационной трубой должен быть не менее 12…25 мм.
Для глубоких колодцев внутренний диаметр эксплуатационной колонны определяется из условия размещения в ней водоподъемного оборудования и возможности смены фильтра.
Конструкции фильтров
Конструкции фильтров
Основные элементы фильтров:
- опорный каркас;
- водоприемная поверхность.
Каркас обеспечивает необходимую механическую прочность и служит поддерживающей конструкцией для фильтрующей поверхности.
Типы каркасов:
- стержневые;
- трубчатые с круглой или щелевой перфорацией.
Скважинность фильтра – отношение общей площади отверстий к боковой поверхности фильтра.
Скважинность фильтров, %:
- трубчатые (каркас) – 13,5-18,5;
- трубчатые с проволочной обмоткой – 13,5-50;
- трубчатые и стержневые с просеченным листом – 15-25;
- трубчатые и стержневые с сеткой – 24;
- стержневые (каркас) – 50-60;
- стержневые с проволочной обмоткой – 25-50.
Фильтры на трубчатых каркасах
Конструкции каркасов трубчатых фильтров с дырчатой перфорацией весьма разнообразны.
Наибольшее распространение получили каркасы из стальных труб, в стенках которого высверливают отверстия или фрезеруют прямоугольные щели.
Размеры отверстий зависят от назначения фильтра:
1. Поверхность каркаса контактирует непосредственно с породой – размер отверстий будет зависеть от гранулометрического состава пород.
2. Труба является только каркасом – размер отверстий зависит от конструкции фильтрующей поверхности.
В качестве фильтрующей поверхности применяются:
проволочная обмотка (проволока диаметром 2 – 4 мм, ширина просвета между витками проволоки 0,5 – 3 мм);
сетки различного плетения (применяются сетки из латунной, медной и стальной проволоки),
в агрессивных водах устанавливаются сетки из нержавеющей стали или пластмассы;
штампованный лист ( толщина 0,8 – 1мм, диаметр круглых отверстий 2 – 6 мм, размеры прямоугольных отверстий: ширина – 2 – 6 мм, длина – 8 – 50 мм).
Круглые проходные отверстия на трубах располагают в шахматном порядке.
Расстояния между центрами отверстий по окружности находятся в зависимости от диаметра труб в пределах 20 – 40 мм, вдоль оси труб – 20 – 30 мм.
Щелевые отверстия располагают вертикально в шахматном порядке.
Ширина щелей принимается равной 10 – 30 мм, их длина 30 – 100 мм.
Расстояние между осями щелей по горизонтали должно быть в 10 раз больше ширины щелей.
Для защиты трубчатых каркасов из стальных труб от коррозии поверхность их покрывают тонким слоем резины или пластмассы.
Применение пластмассовых труб для изготовления каркасов обеспечивает высокую химическую стойкость фильтров, легкость изготовления, транспортировки и эксплуатации
Фильтры на стержневых каркасах
Стержневые каркасы изготавливаются из прутковой стали диаметром 6, 12, 14, 16 мм.
Длину стержней принимают 2 – 3,5 м, как наиболее удобную для обработки, монтажа и перевозки фильтров.
Расстояния между прутьями 30 – 40 мм.
Скважинность фильтра – отношение общей площади отверстий к боковой поверхности фильтра.
Скважинность фильтров, %:
- трубчатые (каркас) – 13,5-18,5;
- трубчатые с проволочной обмоткой – 13,5-50;
- трубчатые и стержневые с просеченным листом – 15-25;
- трубчатые и стержневые с сеткой – 24;
- стержневые (каркас) – 50-60;
- стержневые с проволочной обмоткой – 25-50.
Фильтры гравийные
К гравийным относятся фильтры, у которых поверхность, контактирующая с водоносной породой, состоит из искусственно вводимого гравия в забой скважины, расположенного вокруг фильтра.
Гравийную обсыпку следует рассматривать как средство увеличения радиуса фильтра скважины, улучшения фильтрационных свойств пород в прифильтровой зоне и как конструктивный элемент, позволяющий увеличить размер проходных отверстий, а следовательно, и скважинность фильтров.
Виды гравийных фильтров:
- опускные, которые устанавливают в скважину в готовом виде;
-создаваемые внутри скважин путем закачки или засыпки гравия (песчано-гравийной смеси) на забой по межколонному пространству
К гравийным фильтрам, изготовленным на поверхности земли, следует отнести:
корзинчатые;
кожуховые;
блочного типа.
Сооружение гравийных фильтров в забое скважины производится двумя способами:
1. Способ гравитации, при котором гравий осаждается вокруг фильтра при свободном падении частиц на забой в межтрубном пространстве под действием гравитационной силы;
2. Способ принудительного осаждения гравия путем закачки его на забой потоком промывочной жидкости с использованием различных приспособлений.
Подбор фракционного состава и толщины гравийной обсыпки
В зависимости от гранулометрического состава водоносных пород в качестве обсыпки можно использовать гравий, песчано-гравийные смеси, пески.
Материал для гравийных обсыпок подбирают по соотношению
D50/d50=8…12,
D50 – диаметр частиц, меньше которого в обсыпке содержится 50%, мм;
d50 - диаметр частиц, меньше которого в породе водоносного пласта содержится 50%, мм;
При устройстве двух-и трехслойных обсыпок состав обсыпки следует подбирать из соотношения
D2/ D1=4…6
В гравийных фильтрах толщину каждого слоя обсыпки следует принимать:
- для фильтров, собираемых на поверхности земли – не менее 30 мм;
- для фильтров, создаваемых в забое скважины – не менее 50 мм.
Оптимальная толщина слоя обсыпки составляет 150 – 200 мм.
Расчет фильтров
Размеры фильтра (длину и диаметр) рассчитывают по дебиту скважины в зависимости от его водозахватной способности.
Максимальный расход воды (м3/сут), забираемый из скважины определяется по формуле:
Qмакс.= F*vф.
F – площадь фильтрующей поверхности фильтра, м2;
vф – допустимая входная скорость фильтрации, м/сут.
Допускаемую скорость фильтрации Vф, м/сут определяют по следующим формулам:
l 
- для дырчатых, щелевых, проволочных и сетчатых фильтров:
где Кф- коэффициент фильтрации, м/сут
l - для гравийных и блочных фильтров:
где d50 - пятидесяти процентный диаметр зерен песка водоносной породы (размер, меньше которого в водоносном пласте содержится 50% частиц по массе, мм); для песков средней крупности d50= 0,3 мм, для песков мелкой крупности d50= 0,2мм.
D50 -размер, меньше которого в гравийной обсыпке содержаться 50% частиц по массе, мм.
Площадь фильтрующей поверхности фильтра
Задав диаметр фильтра dф можно определить значение длины фильтра lф.
Длину рабочей части фильтра согласно СНиП можно принимать в зависимости от мощности водоносного пласта.
В водоносных пластах мощностью до 10 м можно принимать
lф = m – (1…2 м),
в пластах большей мощности
lф = α m