Фильтры водозаборных скважин

Гидрогеологические условияРеспублики Беларусь чаще всего обуславливают необходимость оборудования водозаборных скважин фильтрами, основное назначение которых заключается в том, чтобы удерживать стенки скважин от обрушения, обеспечивая при этом свободный пропуск воды в ствол скважины.

Фильтры должны удовлетворять следующим требованиям:

– обеспечивать поступление воды в скважину с минимальными гидравлическими сопротивлениями;

– обладать необходимой механической прочностью (при установке и очистке фильтра);

– обеспечивать поступление воды в скважину без механических примесей за исключением периода строительных откачек;

– быть устойчивыми против коррозии и инкрустации (солеотложения);

– гарантировать долговечность эксплуатации не менее 25 лет;

– обеспечивать ремонтопригодность с применением устройств по их очистке химическими, механическими, импульсными и комбинированными способами.

В зависимости от гидрогеологических условий, глубины залегания и видов пород водоносных пластов рекомендуется применять следующие типы и конструкции фильтров:

– каркасно-стержневые;

– трубчатые с щелевыми или круглыми отверстиями;

– с проволочной обмоткой;

– сетчатые;

– полимерные кольцевые.

Наружный диаметр трубчатого каркаса и внутренний диаметр каркасно-стержневых фильтров зависит от диаметров стандартных труб применяемых при изготовлении фильтров (ГОСТ 10706-91, ГОСТ 8732-78.) и составляет 102, 127, 146, 168, 219, 273, 325, 377, 426 мм.

Диаметр фильтра устанавливается исходя из проектного дебита скважины с учетом возможности при необходимости устройства гравийной обсыпки. Толщина гравийной обсыпки должна быть не менее 75 мм [8]. Диаметр каркаса фильтра следует принимать не менее 100 мм для выполнения различных способов ремонтных работ. Скорость движения воды в водоподъемных трубах не должна превышать 1,5 м/с.

Рабочую часть фильтра следует устанавливать на расстоянии не менее 0,5 м от кровли и подошвы водоносного пласта [7].

Между эксплуатационной колонной и надфильтровой трубой при необходимости должен быть установлен сальник (пеньковый, деревянный, резиновый, цементный и др.).

Длина отстойников в фильтровых колоннах, как правило, должна приниматься от 0,5 до 1,0 м и не более 2,0 м. Отстойник в основном предназначен для установки фонарей-центраторов и закрепления приспособлений для извлечения фильтров [7].

Подбор и расчет фильтров

При расчете фильтров определению подлежит их длина, диаметр, скважность и размер проходных отверстий. Перечисленные параметры фильтра определяют с таким расчетом, чтобы входные скорости V_ф не превышали допустимую скорость V_доп для фильтра, т.е. V_ф≤ V_доп.

Входная скорость V_ф , м/с, определяется из уравнения неразрывности потока воды

где Q_макс – максимальная производительности скважины, м³/сут;

w –площадь фильтрующей поверхности фильтра,м².Площадь фильтрующей поверхности фильтра равна

где D_ф – диаметр фильтра, м;

l_ф –длина рабочей части фильтра,м.

Длину рабочей части фильтра для получения максимально возможного дебита теоретически следует выбирать исходя из следующих условий:

а) при однородном напорном водоносном горизонте: при мощности водоносного пласта M < 20 м l_ф = (0.8-0.9)M ; при M > 20 l_ф = 0.8 · M ;

б) при неоднородном напорном водоносном горизонте – фильтр следует устанавливать в наиболее водопроницаемом участке водоносной толщи;

в) при однородном безнапорном водоносном горизонте – фильтр следует устанавливать ниже 1/3 водоносного горизонта;

Допустимая скорость фильтрации (входная скорость в фильтр) V_доп ,м/сут,для дырчатых, щелевых, проволочных и сетчатых фильтров определяется по формуле

где k_ф – коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут.

Диаметр фильтра D_ф, мм, определяется по формуле

При расчете фильтра необходимо чтобы его диаметр был не более 325 мм исходя из применяемой технологии его установки для территории Республики Беларусь.