Фильтры-каркасы гидрогеологических скважин

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Фильтры-каркасы гидрогеологических скважин

28.07.2020

Фильтры-каркасы, состоящие из труб с круглыми или щелевыми отверстиями и служащие опорной основой водоприемной поверхности или используемые в качестве самостоятельного фильтрового элемента при оборудовании скважин в крупнозернистых рыхлых водоносных породах, а также в неустойчивых скальных отложениях, за рубежом практически не выпускаются. В основном производят фильтры, конструкции которых обеспечивают одновременное устройство цилиндрической секции {или ряда элементов, собираемых в цилиндрическую секцию) и перфорации заданного размера и скважности.

Большое распространение получили каркасно-проволочные металлические фильтры, представляющие цельный сварной каркас из опорных стержней (до 46 по окружности в зависимости от диаметра), соединенных точечной сваркой с обмоткой из профилированной проволоки V-образиого сечения. Для этих конструкций характерно применение профилированной проволоки, что обеспечивает при обмотке создание отверстий, расширяющихся внутрь, а также использование профилированных стержней каплевидной формы, диаметр которых незначительно отличается от диаметра проволоки для обмотки.

Расширяющиеся внутрь отверстия обеспечивают их хорошие гидравлические характеристики и способствуют быстрой прокачке скважин, сооружаемых без гравийной обсыпки, так как практически исключается защемление песчаных частичек между проволочными витками.

Фильтры этой конструкции выпускаются в США фирмами «Edward Е.», «Johnson» и «Соок». Фирма «Johnson» выпускает секции фильтров в модификациях для установки «впотай» в обсадных колоннах (телескопические конструкции) без гравийной обсыпки, для установки на трубах с контуром гравийной обсыпки и утяжеленные конструкции повышенной прочности для оборудования глубоких скважин.

Телескопические конструкции выпускаются с наружным диаметром от 70 до 810 мм (внутренним — соответственно от 50 до 760 мм) и шириной зазора между проволокой от 0,25 до 3,7 мм. Имеются отдельные модификации фильтров с размером отверстий до 6,35 мм. Масса 1 м фильтров колеблется от 7,5 до 140 кг. Телескопические конструкции рассчитаны на установку в скважинах с минимальным зазором между обсадной колонной и фильтром, т. е. без гравийной обсыпки. При этом ширина отверстия подбирается из расчета пропуска 50—70% мелких фракций песка водоносного пласта, а при каптаже мелкозернистых однородных песков плывунного характера расчет ведется на пропуск 30% мелких частиц.

Размеры фильтров, устанавливаемых под защитой гравийной обсыпки идентичны с размерами обсадных и водоподъемных труб. Они выпускаются с наружным диаметром от 60 до 412 мм (внутренним от 38 до 381 мм) и аналогичным диапазоном размеров отверстий.

Для оборудования скважин большой глубины фирма «Johnson» выпускает проволочные фильтры с опорными каркасами из штампованных щелевых труб с опорными стержнями и проволочной обмоткой, Их наружный диаметр колеблется от 114 до 432 мм, внутренний — от 78 до 387 мм, масса — от 26 до 175 кг. Все модификации фильтров изготовляются из нержавеющей стали.

Каркасно-проволочные фильтры, выпускаемые фирмой «Сооk» (США), сходны с ранее описанными фильтрами производства фирмы «Johnson», но отличаются формой проволоки и технологией изготовления. В фильтрах этой фирмы проволочная спираль наматывается на опорные стержни, имеющие пазы, в которые входит основание спирали сложного профиля. Сложный профиль проволоки обеспечивает ее жесткое соединение со стержнями методом штампования. Отверстия, как и в моделях «Johnson», расширяются внутрь фильтра. Размеры проходных отверстий этих фильтров находятся в пределах 0,15—4,6 мм. В качестве основы при изготовлении фильтров применяется проволока диаметром от 3,8 до 9,53 мм, а для обмотки — от 2,28 до 4,76 мм. Фирма выпускает облегченные фильтры-каркасы для установки в скважинах небольшой глубины и фильтры тяжелого типа для установки в скважинах глубиной более 500 м и при устройстве высокопроизводительных скважин. В первом случае наружный диаметр выпускаемых фильтров колеблется от 97 до 578 мм, внутренний — от 76 до 543 мм, а масса 1 м — от 9,7 до 89,3 кг, во втором — наружный диаметр составляет 187—1048 мм, внутренний 152—1016 мм, масса 1 м 22—149 кг.

В незначительном объеме фирмой «Сооk» выпускались фильтры-каркасы на основе латунных труб с горизонтальными фрезерованными щелями. Диаметр этих фильтров колеблется от 47,5 до 292 мм.

Необходимо отметить, что производство фильтров путем перфорации м фрезерования в практике зарубежного фильтростроения развивается весьма слабо. Эти методы применяются и при изготовлении фильтров из новых материалов, но и здесь они не являются превалирующими. Фильтры-каркасы на основе перфорированных асбестоцементных труб применяются в Австрии, ПНР, НРБ.

Металлические фильтры-каркасы с открытыми отверстиями различной формы также находят применение в практике строительства скважин на воду за рубежом, но изготовляются они не путем фрезерования и сверления отверстий в готовых трубах бурового сортамента, а путем вальцовки и сварки перфорированных стальных листов. По такой технологии изготовляют фильтры в ряде стран: народное предприятие «Гидрогеология» (ГДР), предприятие «Геомашина» (СФРЮ), фирмы «Nold and Co», «Ernst Sorst» и «Schaubstahhverke» (ФРГ), а также фирмой «Sisco» (США).

При изготовлении фильтров лист толщиной от 1,5 до 10 мм штампуют, а скважность такого фильтра-каркаса достигает 57,1%, Все фильтры с открытыми щелевыми отверстиями защищают антикоррозийным покрытием из инертола, эбонита, хлоркаучука, полиэтилена или рильзана.

Фильтры-каркасы из пластмасс изготовляются главным образом литьевым способом, что обеспечивает получение относительно большой скважности при сохранении прочностных характеристик без дополнительной механической обработки. Фирма «Nold» (ФРГ) выпускает путем литья фильтры из поливинилхлорида с внутренним диаметром от 35 до 366 мм и наружным — от 41 до 400 мм. Ширина щелей фильтров с горизонтальными щелевыми отверстиями составляет 0,3—0,5 и 1,0—1,5 мм. Эти фильтры широко используются при оборудовании наблюдательных и пьезометрических скважин, а также относительно неглубоких водозаборных скважин.

Этой же фирмой освоено производство щелевых фильтров из поливинилхлорида и полиэтилена с вертикальными щелями. Внутренний диаметр фильтров 40, 50, 80 и 100 мм, ширина щелей 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 мм.

Фильтры с горизонтальными щелями изготавливают также из полистирола способом центробежного литья (фирма «Nold»). Жесткость конструкции обеспечивается армированием фильтра стержнями из стеклопластика, пропитанного также полистироловой смолой. Эти фильтры имеют следующие характеристики:
Фильтры-каркасы гидрогеологических скважин

Фильтры и трубы из стеклопластиков широко используются при оборудовании скважин на воду в США и американскими фирмами при производстве работ по бурению и освоению скважин в странах Азии и Африки. Фирма «Fibergast» (США) изготовляет фильтры из стеклопластиков с горизонтальными щелевыми отверстиями. Опыт установки таких фильтров диаметром 210 и 260 мм имеется в скважинах глубиной до 300 м в Ливни.

Однако при использовании стеклопластиков более предпочтительно не фрезерование труб, а изготовление трубчатых элементов-с отверстиями. Так, фирмой «Kunststoffverarbeitung und Schreinerei» (ФРГ) создана конструкция из пластмассы, усиленная стекловолокном и состоящая из ряда кольцевых секторов, расположенных винтообразно.

Фильтры из стеклопластика на основе полистирола разрабатываются также фирмой «Nold» (ФРГ). Конструкция фильтра состоит из спирали и полос полистирола, армированных стекловолокном, витки которых образуют щелевые отверстия, расположенные по окружности. Спираль стабилизируется с помощью восьми продольных полос шириной 30 мм, способных принимать на себя нагрузку. Витки спирали имеют V-образное сечение, расширяющееся внутрь фильтра. Намотка стеклопластика из спирали позволяет разрезать фильтр в любом сечении и соединить его с помощью ниппеля (скважность 13%). Фирма «Nold» считает, что фильтры из стеклопластика благодаря их прочности более эффективны, чем фильтры из поливинилхлорида. Ho из-за недостаточной скважности при всех положительных качествах данная конструкция не может быть рекомендована для скважин высокой производительности.

Фирмой «Kunststoffverarbeitung und Schreinerei» запатентован в ФРГ фильтр из стекловолокна, намотанного винтовым способом.

В Чехии распространены фильтры из фанерных труб с щелевыми отверстиями. Фанерные трубы для этих целей подвергают обработке — пропитке в специальных вакуумных установках раствором эпоксидной смолы с добавкой саргена. Наружные диаметры этих фильтров составляют 282, 332 и 402 мм, внутренние — 250, 300 и 370 мм. Скважность, создаваемая фрезерованием, не превышает 18,4%.

Опыт производства фильтров литьевым способом и прессованием показал, что изготовление крупногабаритных блоков-секций фильтров в ряде случаев затруднительно. Поэтому стали производить конструкции из колец пли еще меньших по размеру элементов, собираемых в колонну непосредственно вблизи скважины.

Примером такой конструкции, нашедшей применение во всех типах фильтров, является конструкция, собираемая из стеклянных дисков. Щели для прохода воды между дисками регулируют при сборке. Стеклянные диски изготовляют прессованием с последующей шлифовкой их поверхности.

Фильтры из сборных кольцевых элементов «Sargausette» производит фирма «S. N. Магер» (Франция). Кольцевые элементы собирают на стержнях, дырчатом каркасе из пластмасс или (для глубоких скважин) стальных труб с защитными покрытиями. Кольца из поливинилхлорида одевают на каркас с требуемым зазором, регулируемым с точностью до 0,1 мм. Профиль кольца в разрезе имеет трапециевидное сечение, что обеспечивает расширение щелей внутрь фильтра. Ширина щелей может задаваться от 0,3 до 3,0 мм; внутренний диаметр изменяется от 62 до 345 мм; длина звена фильтра 2,0—3,9 м.

Все упомянутые сборные элементы рассчитаны на сборку фильтра заданного диаметра. Принцип универсальности заложен в конструкции, собираемой из полипропиленовых пластин. Этот фильтр-каркас разработан в Институте инженерной геологии р г. Брно (Чехия). Каждый элемент фильтра округлой формы имеет длину 155 мм, ширина пластины в зависимости от диаметра составляет 15—27 мм, толщина — 2—3 мм. При сборке фильтров из пластин получаются каркасы, многогранные в плане, а при увеличении диаметра и числа пластин сечение фильтра приближается к окружности.

Ширина просвета в щелевом фильтре регулируется с помощью штифтов-приливов, находящихся в средней части сборного элемента. Техническая характеристика сборных фильтров из пластин полипропилена приведена в табл. 22.

Рассмотренные конструкции фильтров-каркасов выпускаются за рубежом серийно. Кроме того, в ряде стран разработаны конструкции из различных материалов, производство которых пока не налажено.

Промышленностью за рубежом выпускаются в основном фильтры-каркасы, технология изготовления которых давно опробована. При производстве металлических фильтров с гладкой водоприемной поверхностью используется точечная сварка в автоматическом режиме, штамповка, а при выпуске фильтров из пластмасс — литье под давлением, прессование. Все выпускаемые конструкции фильтров-каркасов выполняются из антикоррозийных материалов или из простых сталей с антикоррозийными покрытиями. Характерно, что в большинстве конструкций фильтров-каркасов проходные отверстия ориентированы в горизонтальной плоскости, практически все фильтры-каркасы имеют большую скважность.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: