Бесфильтровой скважины

1 – компрессор;

2 - насос;

3 – отстойник;

4 – трубы для подачи воды;

5 - обсадные трубы;

6 – цементное кольцо;

7 – эрлифтные трубы;

8 – водоприемная воронка;

9 – водоносный пласт

Допустимый радиус каверны, с учетом прочности пород кровли водоносного горизонта, определяется по формуле:

R_к≤ φ ( H_нс – S_max ) tg L / ( 1- m_к ) φ_к + φm_к, м ( 2 )

где φ – объемный вес воды, равный 1 ; φ_к– объемный вес пород кровли; H_нс– высота неподвижного столба воды в скважине от кровли водоносного горизонта; S_max - максимальное понижение уровня воды в скважине; m_к– пористость пород кровли; L – угол внутреннего трения пород кровли.

Чем больше плотность пород, тем выше их прочность и угол внутреннего трения. В таблице 2 приведены показатели объемного веса, пористости и тангенса угла внутреннего трения для некоторых пород.

Максимальное понижение уровня должно отвечать условию:

S _max ≤ ( 0,2 ÷ 0,3) H_нс ( 3 )

Физико-механические свойства пород

Таблица 2

Породы	Категория пород	Объемный вес, т/ м³	Пористость, %	tg L
Глины Песчаники, аргиллиты, алевролиты, известняки, мергели Крупнообломочные породы на глинистом цементе, глинистые сланцы	I – IV III – VIII IV - VI	2,2 - 2,6 2,3 – 2,9 2,6 - 2,7	25 -10 20 – 3 10 - 4	0,48 – 1,19 2,75 – 5,67 1,19 – 2,74

Глубина каверны определяется по формуле

H _к = R _к tg γ ( 4 )

где γ – угол естественного откоса пород, слагающих водоносный горизонт, принимается по таблице 3.

Углы естественного откоса для некоторых видов пород

Таблица 3

Породы	Угол естественного откоса, град.	tg γ
Галечник с песком Песок гравелистый Песок среднезернистый Песок мелкий	25 – 30 0 - 15	0,47 0,7 0,47 – 0,61 0 – 0,27

Максимальный допустимый дебит определяется по формуле:

Q _мд= π R²_кv_ф √ 1+ tgγ ( 5 )

Проектный дебит скважины должен отвечать условию:

Q _пр ≤ Q _мд ( 6 )

Параметры рабочей части фильтра (длина и диаметр) зависят от проектного дебита скважины, фильтрационных свойств и мощности водоносного горизонта. При мощности водоносного горизонта до 20 м, длина рабочей части фильтра принимается равной мощности горизонта, а диаметр D_фрассчитывается по формуле:

D_ф = Q_пр / π l_ф v_ф (7 )

где Q _пр- проектный дебит скважины, м³/ сут; l _ф– длина фильтра, м; v_ф - допустимая скорость фильтрации, м/ сут.

Скорость фильтрации определяется по эмпирической зависимости:

V _ф= 65 ³√ К _ф ( 8 )

где К_ф– коэффициент фильтрации, определяемый опытным путем или по табличным данным. Приближенные средние коэффициенты фильтрации и водоотдачи горных пород приведены в таб.4.

Приближенные средние коэффициенты фильтрации и водоотдачи

горных пород

Таблица 4

Порода	Коэффициент фильтрации, k, м/сут	Водоотдача
Рыхлые осадочные породы: Галька и гравий Песок: крупнозернистый среднезернистый мелкозернистый Торфянистые породы Супесь Суглинок Глины Скальные трещиноватые породы: Известняки трещиноватые Гнейсы Граниты Порфириты Песчаники на глинистом цементе	100 -1000 10 – 100 1 – 10 0,1 – 1 0,1 – 1 0,01 – 0,1 0,0001- 0,01 < 0,0001 > 10 < 10 < 10 < 10 0,01 – 0,001	0,25 - 0,35 0,25 – 0,35 0,20 – 0,25 0,15 -0,2 -- 0,10 – 0,15 -- -- 0,008 – 0,10 0,003 – 0,024 0,0002 – 0,019 0,0038 – 0,057 0,02 – 0,03

При мощности водоносного горизонта более 20 м принимают диаметр фильтра (во всех случаях диаметр каркаса фильтра должен быть не менее 100 мм) и рассчитывают его необходимую длину по формуле:

l _ф= Q_пр / π D_ф v _ф ( 9 )

Для мощных водоносных горизонтов, сложенных зернистыми породами, длину рабочей части фильтра можно определить по формуле:

l _ф = L Q_пр / D_ф ( 10 )

где Q _пр– проектный дебит скважины, м³/ час; D_ф- диаметр фильтра; L – эмпирический коэффициент, определяемый по таблице 5.

Значения эмпирического коэффициента

Таблица 5

Породы	К_ф, м/ сут.	L
Гравий	31 - 70
Песок крупнозернистый	16 - 30
Песок среднезернистый	6 -15
Песок мелкозернистый	2 -5

За наружный диаметр фильтра принимается:

- в трубчатых фильтрах – наружный диаметр фильтровой трубы;

- в проволочных и сетчатых – наружный диаметр проволочной обмотки или сетки;

- в бесфильтровых скважинах скальных пород – диаметр скважины.

В таблице 6 представлен примерный выбор фильтров применительно к водоносным горизонтам.

Области применения различных типов и конструкций фильтров

Таблица 6

Водоносные породы	Тип фильтра	Размеры отверстий или номера сеток; размер зерен гравийной обсыпки
Твердые, неустойчивые породы. Переслаивающие пласты устойчивых твердых и неустойчивых пород. Переслаивающиеся слои твердых устойчивых водоносных пород и глин.	Фильтровые трубы с круглыми или прямоугольными отверстиями с глухими участками на интервалах залегания глин	Диаметр круглых отверстий 20-25 мм. Размеры прямоугольных отверстий 10-40мм
Галечники и гравий	1.Фильтровые трубы с прямоугольными отверстиями 2. Фильтры с круглыми отверстиями со спиральной обмоткой из стальной проволоки сечением 3-5 мм	1. ширина щелей 3-5 мм, длина 20 – 30 мм 2. Расстояние между витками проволоки 3-5 мм
Пески крупнозернистые	1.Фильтры со спиральной обмоткой из стальной проволоки сечением 2-3 мм 2.Сетчатые фильтры с крупными сетками	1. Расстояние между нитками проволоки 1-2 мм 2. Галунная сетка № 24.Сетка квадратного плетения №1
Пески среднезернистые	1.Фильтры со спиральной обмоткой из стальной проволоки сечением 2-3 мм 2. Сетчатые фильтры	1. Расстояние между нитками проволоки 1-1,5 мм 2. Галунные сетки № 36-40
Пески мелкозернистые	1.Сетчатые фильтры 2.Фильтры со специальной обмоткой из стальной проволоки сечением 2-3 мм и гравийной обсыпкой 3. Сетчатые фильтры с крупными сетками и гравийной обсыпкой	1. галунная сетка № 48 2.Расстояние между нитками проволоки 2-2,5 мм. Размер зерен гравия 2-4 мм 3.Галунная сетка № 24. Сетка квадратного плетения №2. Размер зерен гравия 2-4 мм.
Пески тонкозернистые	1.Фильтры с гравийной обсыпкой через устье скважины. 2.Гравийно-кожуховые фильтры. 3. Корзинчатые фильтры с гравийной обсыпкой в 2-3 слоя	1. Размер зерен гравия 2-4 мм, толщина слоя обсыпки 40-50 мм 2. Размер зерен гравия 2-4 мм, толщина слоя обсыпки 15-20 мм 3. размер зерен внешнего слоя обсыпки 1,5-2 мм

Некоторые разновидности фильтров показаны на рисунках 2-4.