Бурение скважин на воду | Технология | Оборудование | Цены | Фото и видео | Техническая литература
    
   




ПЛАСТМАССОВЫЕ ФИЛЬТРЫ БУРОВЫХ СКВАЖИН
 

Техническая литература:

Колодцы

Схема гидрогеологических областей и районов СССР

Словарь по гидрогеологии А-Г

Словарь по гидрогеологии Д-О

Словарь по гидрогеологии П-Я



Справочник по бурению скважин на воду

Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин

 

Книга БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ВОДУ

Оглавление книги - Бурение скважин на воду

Глава IV
ПЛАСТМАССОВЫЕ ФИЛЬТРЫ БУРОВЫХ СКВАЖИН

1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ФИЛЬТРАМ БУРОВЫХ СКВАЖИН
Производительность скважин, их устойчивая работа во многом зависят от устройства водоприемной части. В водоносных породах, представленных неустойчивым ; скальными и полускальными породами, а также в рыхлых породах — гравелистых, галечниковых, песчаных грунтах и песках — водоприемную часть, как правило, оборудуют фильтрами.
Фильтры должны отвечать следующим основным требованиям:
обеспечивать свободный доступ воды в скважину, но при этом надежно защищать ее от пескования и обрушений водовмещающих пород; материал фильтров должен быть устойчив против коррозии, допускать обработку скважин кислотами, а в скважинах питьевого водоснабжения не ухудшать качества воды, быть достаточно прочным, чтобы воспринимать горное давление, давление фильтрационного потока и противостоять абразивному истиранию частицами породы; конструкция фильтра должна быть технологична в изготовлении при наименьшем расходе дефицитных материалов и применима в возможно широком диапазоне гидрогеологических условий; при всем этом она должна иметь хорошие технико-экономические показатели. * Исследования выполнены под руководством Н. А. Карамбирова.
В историческом развитии стремление удовлетворить перечисленные выше требования привело к созданию разнообразных конструкций фильтров.
С частицезадержибан)-щими отверстиями
с рыхлой засыпной градиино-нлееше пориста-нерами -ческие
пористые фильтры, создаваемые д скважине I (ральтры, создаваемые на поверхности засыпна, засыпка с прокачкой кожуходые норзинчатые

Классификация фильтров буровых скважин.
В. М. Гаврилко (1968) классифицирует фильтры по конструктивному признаку на пять групп: щелевые и дырчатые из труб, из листовых материалов и стержней, из антикоррозионных материалов, сетчатые, гравийные и гравитационные.
Существуют также классификации отдельных конструкций фильтров, например гравийных, блочных, сетчатых, антикоррозионных, классификации с позиций их гидравлических сопротивлений.
В. С. Оводовым (1960) дана классификация по принципу их работы в контакте с грунтом или гравийной засыпкой. Развивая подобный подход, Н. А. Карам-бировым была предложена классификация фильтре :, дополненная автором
В фильтрах с частицезадерживающими отверстиями выносу в скважину частиц водовмещающих пород препятствуют достаточно малые отверстия (или поры) фильтра. Частицы пород, накладываясь на щели или дыры, значительно сужают их живое сечение. Это приводит к увеличению гидравлических сопротивлений и способствует ускорению химической закупорки. В гравийных фильтрах эти явления проявляются в значительно меньшей степени. Гравитационные фильтры имеют широкие водоприемные отверстия, в которых грунт удерживается от выноса под действием силы тяжести. К ним относятся колокольные, чашечные, тарельчатые, зонтичные, донные и др. (Абрамов, 1949; Карамбиров, 1948, 1952). В отверстиях гравитационных фильтров грунт имеет свободную поверхность, не стесненную дырчатыми стенками или сетками.
Основные причины выхода скважин из строя. Выход скважин из строя вызван пескованием фильтров, разрушением их вследствие коррозии, зарастания и кольмата-ции водоприемной поверхности продуктами коррозии и гидрохимическими отложениями. Эти процессы часто проявляются одновременно.
Пескование скважин, сопровождающееся длительным выносом через фильтр водоносной породы, происходит из-за неправильного подбора или разрушения водоприемной поверхности. В результате внутренняя полость скважины заносится песком, дебит ее снижается. Пескование ведет к быстрому износу насосов. Возникающие при интенсивном и длительном песковании смещения водоносных пластов и кровли приводят к образованию провальных воронок около устья и разрушению обсадных колонн. Пескование усиливается при пульсации давления, гидравлических ударах, чрезмерном понижении динамического уровня, вибрации и т. п. В то же время пескование скважин в период строительных откачек до полного осветления воды или при разглинизации необходимо, так как оно способствует образованию вокруг фильтра зоны с повышенной проницаемостью.
Коррозия фильтров, вызываемая сложными электрохимическими, физическими и микробиологическими процессами, сопровождается разрушением конструкции, а также отложением на поверхности и внутри фильтров продуктов коррозии.
При обычных для подземных вод значениях рН 6—9 протекает кислородная коррозия, электрохимическая природа которой связана с кислородной деполяризацией катодных участков гальванических коррозионных пар на поверхности металлических фильтров (Акимов, 1945).
Коррозионные пары образуются вследствие неоднородной поверхности металла, при разнородных металлах
(стальная труба и латунная сетка или медная проволока и т. п.). Коррозии могут способствовать химический состав подземных вод, условия эксплуатации скважины и пр. С повышением содержания кислорода скорость коррозии увеличивается. Интенсивная коррозия металла наблюдается, как правило, на участках с большим притоком кислорода.
В щелочной среде (рН 10—14) коррозия протекает медленнее, так как на металле образуется прочная защитная пленка окислов. Воды с высокой карбонатной жесткостью склонны к образованию сплошного накипного осадка карбоната кальция и магния. Осадок можег уменьшить среднюю скорость коррозии, но при этом возрастает опасность закупорки водоприемных отверстий. Неравномерность обрастаний и наличие свободных участков образуют на фильтре зоны с различными потенциалами, в результате появляются глубокие местные разрушения. При уменьшении рН пленка окислов обладает слабым защитным свойством, а коррозия поверхности металла протекает более равномерно.
В кислой среде (рН-3—4) коррозия проходит весьма интенсивно. С повышением температуры скорость коррозии возрастает. Повышение солесодержания приводит к увеличению электропроводности воды и интенсификации коррозии металла. Коррозионная активность минерализованных подземных вод объясняется наличием значительного количества ионов хлора и сульфата. Мягкие воды с незначительной карбонатной жесткостью, содержащие кислород свыше 4 мг/л, разрушают металл более интенсивно, чем жесткие воды при содержании кислорода до 9 мг/л. При содержании в воде сероводорода и железа образуется тонкодисперсная взвесь сульфида железа (Клячко, Апельцин, 1971). При этом ускоряются коррозия и закупорка. Наличие свободной углекислоты препятствует образованию на металле прочных защитных пленок; образуется растворимый бикарбонат закиси железа Ре (НСОзЬ- При рН 7 и содержании в воде кислорода происходит окисление закисного железа, гидролиз и окисление бикарбоната двухвалентного железа в трехвалентное. В результате образуется коллоидная гидроокись железа Ре(ОН)3 и свободная углекислота. Гидроокись железа выпадает в виде коллоида, а затем коагулируется в бурые нерастворимые хлопья.

В литературе широко освещены вопросы, связанные с разрушением фильтров вследствие кор розии (Гаврилко, 1968, Милихи-кер, 1971, Суреньянц, 1957; Bieske, 1968, Riempp, 1964, Truelsen, 1958)
Химическая закупорка, или кольматаж, фильтров происходит; из-за коррозии металла, выпадения из подземных вод труднорастворимых соединений и жизнедеятельности микроорганизмов Интенсивность этих процессов зависит от гидрогеологических условий (состав подземных вод, склонность их к коррозии или осадкообразованиям, химическая активность водовмещающих пород, степень их дренированности и пр), материала труб и фильтров, их конструкции, типа водоподъемника, режима откачки и т п Если в подземных водах, находящихся в естественных условиях, растворенные соединения не выпадают, то под влиянием откачки наблюдается нарушение газового равновесия, турбулизация потока, активное аэрирование, окисление и выпадение осадка
На рисунке 16 показан фильтр после двухлетней эксплуатации в скважине В верхней части (на незащищенной металлической водоприемной поверхности) отчетливо видны коррозионные разрушения и зарастание, в нижней части, изготовленной с защитным покрытием, следы коррозии и зарастания отсутствуют (F Welte). При восстановлении скважин Колкского водозабора л Латвийской ССР после двухлетней эксплуатации оказалось, что стальная проволока обмотки фильтра, извлеченного из скважины, имела явные следы коррозионного разрушения, была неодинаковой толщины, ломкой, отслаивалась от каркаса По составу подземные воды отличались повышенной окисляемостью, содержанием железа, марганца, аммиака Измеренное значение pH было меньше вычисленного pHs — равновесного насыщения воды карбонатом кальция Индекс насыщения равен —1,10 Превышение со держания углекислоты над равновесной концентрацией обусловливало избыток С02, растворение защитной пленки твердого карбоната кальция и агрессивность воды. При наличии растворенного кислорода протекала активная коррозия металла При замене извлеченного фильтра пластмассовым произошла стабилизация производительности восстановленной скважины (она работает уже более семи лет) В этих условиях скважина, построенная в 1964 г и оборудованная сетчатым фильтром, вышла из строя в 1966 г Глубина скважины 20 м, диаметр бурения 273 мм, диаметр фильтра 180 мм, длина его 10 м Зазор засыпали гравием Коэффициент межслойности 11,1 Удельный дебит при откачке составил 1,4 л/с-м Воду подавали для технологических нужд завода Нарушение работы скважины объясняли зарастанием фильтра из-за повышенного содержания в воде железа Это подтвердилось и в 1967 г, когда в результате обработки этой скважины кислотой дебит был восстановлен Следовательно, разрушения фильтра не произошло Но вскоре поступление воды опять прекратилось В 1967 г на расстоянии 7 м была пробурена новая скважина, оборудованная пластмассовым фильтром МГМИ Глубина скважины 18 м, диаметр бурения 400 мм, диаметр фильтра 250 мм, длина 5 м Удельный дебит скважины 1,1 л/с-м Воду подавали насосом ЭЦВ-6 в пневматический резервуар. Число включений насоса 10—12 в час Известно, что при повторно-кратковременном режиме работа фильтра осложняется Тем не менее скважина надежно эксплуатируется уже более восьми лет, не снижая производительности
Применение пластмасс для борьбы с коррозией и зарастанием фильтров. Развитие химической промышлен ности и производства пластмасс дает возможность более широко применять эти прочные и устойчивые против коррозии материалы для изготовления фильтров. При этом, кроме снижения опасности коррозионного разрушения и закупорки отверстий продуктами коррозии, уменьшается кольматация фильтров гидрохимическими отложениями вследствие гидрофобности пластмасс. Фильтры из пластмасс имеют более гладкую наружную и внутреннюю поверхность. Пропускная способность их при одинаковых условиях работы выше, чем металлических. Пластмассы обладают стойкостью при абразивном истирании, анти-септичны и инертны к микроорганизмам, допускают обработку скважин кислотами для борьбы с кольматацией и гидрохимическими отложениями. При необходимости замены или в аварийных случаях пластмассовые фильтры разбуривают или дробят в скважине и извлекают по частям. Пластмассы технологичны в изготовлении, а на организацию промышленного выпуска изделий из них требуется меньше капиталовложений, чем на аналогичную продукцию из металла. Изделия из пластмасс снижают транспортные расходы, удобны при сборке и монтаже, повышают срок службы скважин.
Замена дорогостоящих дефицитных металлов (латунь, бронза, нержавеющая сталь и т. д.) целесообразна также и с экономической точки зрения. Известны и разрабатываются следующие предложения по технологии применения пластмасс для оборудования водоприемной части скважин: нагнетание .пластмассы (полимерных смол) в пласты, где после полимеризации смол скрепляются зерна рыхлых и неустойчивых песков; создание конструкций блочных фильтров на основе спекания пластмассовых гранул, а также постоянной или временной связки гравия полимерными материалами; введение в полимерный материал водорастворимых веществ с последующим их вымыванием для образования пористой проницаемой структуры; внедрение пластмассовых сеток и тканей в конструкциях сетчатых, кожуховых и фильтров из пенополиуретана, гибких синтетических шнуров для обмотки фильтров; применение защитных покрытий металлических фильтров;
изготовление пластмассовых каркасов фильтров; замена гравийной засыпки гранулированным полимерным материалом.