Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Расчет и конструирование основных элементов скважиныРасчету водоприемной части скважин (фильтров) и подбору насосов первого подъема должны предшествовать конструирование скважин, и взаимоувязка всех ее основных строительно-монтажных, и эксплуатационных элементов с учетом выбранного способа бурения. Пример конструирования скважин ударного и роторного бурения с размещением фильтров и насосов в эксплуатационной колонне приведен на рис. 1.8 и в табл. 1.6. Одним из самых важных элементов скважины является фильтр, предотвращающий вынос водоносной породы в эксплуатационную колонну и предохраняющий водоприемную часть ствола от разрушения. Ко всем конструкциям фильтров водозаборных скважин должны предъявляться следующие основные требования: - обеспечение проектного поступления воды в скважину при минимально возможных гидравлических сопротивлениях, на весь расчетный период эксплуатации (не менее 25 лет) - достаточная механическая и химическая прочность, включая периоды периодического импульсивного воздействия для разрушения кольматирующих отложений и регенерации водоприемной поверхности химическими реагентами; - предотвращение попадания в эксплуатационную колонну частиц водосодержащей - удовлетворение санитарно-гигиеническим нормам для питьевого водоснабжения; - ремонтопригодность и экономичность. На практике применяют щелевые, дырчатые, проволочные, сетчатые, гравийные и блочные фильтры (рис.10.3). Фильтр состоит из рабочей (водоприемной) части, надфильтровой трубы и отстойника. Каркасы фильтров изготавливают из стальных труб с антикоррозионным покрытием или других высокопрочных материалов, стойких к коррозии и не токсичных по отношению к воде. Рис. 10.3 Конструкции фильтров водозаборных скважин: а - сетчатый; б - гра-вийно-обсыпный; в -гравийно- кожуховый; г - полимер-бетонный; д - с пено-полистирольный обсыпной; е - зонтичный с плавающей обсыпкой
Рис. 10.4 Схема конструктивных размеров элементов водозаборной скважины:а - ударного бурения; б - роторного бурения: 1 - извлекаемая колонна обсадных труб; 2 -защитная колонна обсадных труб; 3 - эксплуатационная колонна обсадных труб; 4 - фильтрующая поверхность; 5 - отстойник с пробкой; 6 - надфильтровая труба; 7 - сальник; 8 - водоподъемник; 9 - водоподъемная труба; 10 - направляющая труба; 11 - цементация затрубного пространства
Условные обозначения к рис. 10.4
Таблица10.2
Следует отметить, что изготовление фильтров буровых скважин из стальных обсадных труб требует больших затрат ручного труда, до 30% материала уходит в отходы перфорации их поверхности. Стальные фильтры подвержены коррозии, а полиэтиленовые и полихлорвиниловые имеют недостаточные прочностные свойства. Поэтому в практике сооружения скважин перспективны в более широком применении стеклопластиковые фильтры, изготавливаемые методом косой-перекрестной намотки на гладкой цилиндрической оправке. Диаметр отверстий между наматываемыми жгутами регулируют при навивке в пределах от 0,5 до 5 мм. Использование в качестве связующих веществ эпоксидного компаукда в составе эпоксидной смолы, ЭД16 (ЭД20), полиэтиленполиамина и ацетона позволяет создать химически и механически стойкую, с низким водопоглощением, технологичную в изготовлении поверхность фильтров (табл. 10.3). Технические характеристики фильтров Таблица 10.3
По данным разработчиков, суммарное сопротивление ζ2, характеризующее несовершенство скважин по характеру вскрытия водоносного пласта, в 12-14 раз ниже по сравнению с сетчатыми металлическими фильтрами. Такие фильтры значительно легче металлических, не поддаются электрохимическому зарастанию. Большое значение для последующей надежности эксплуатации имеет выбор типа и конструкции фильтра, когда предусмотрен водозабор из мелкозернистых песчаных водоносных пластов. Обсыпкой для таких фильтров обычно служат гравий и крупный песок определенного гранулометрического состава. Применение этих обсыпных материалов имеет ряд существенных недостатков: они "зависают" в скважине при засыпке, невозможно извлечь каркас фильтра при ремонте и др. Таких недостатков лишена обсыпка из гранул полу-вспененного пенополистирола с плотностью 0,2-0,8 т/м3. Как показали исследования, выполненные в Украинском институте инженеров водного хозяйства, пенополистирольная обсыпка более индустриальна и надежна в эксплуатации по сравнению с гравийной и позволяет увеличить входную скорость. Рабочую водоприемную часть фильтра рекомендуют располагать напротив наиболее водопроницаемых грунтов. При необходимости замены фильтра плавающая обсыпка с плотностью гранул 0,2-0,8 т/м3 может быть легко вымыта на поверхность земли. Благодаря своей плавучести она не «зависает» в затрубном пространстве, хорошо заполняет все каверны в прифильтровой зоне, химически стойкая, обеспечивает высокую пропускную способность из-за шаровидной и стекловидной поверхности. При заборе воды из тонкозернистых песков рекомендованы зонтичные пенополистирольные фильтры, состоящие из трубчатого каркаса со щелевой перфорацией (длина щели 40 мм, ширина 2,0 мм) зонтиков с двухслойной обсыпкой общей толщиной до 60 мм. Угол зонтиков принимают равным 15-20°. Водоприемная поверхность фильтров водозаборных скважин соединяется через надфильтровую трубу с помощью сальника с эксплуатационной колонной. Длину рабочей водоприемной части фильтра принимают в пластах с мощностью более 10 м равной: , м, (1.17) а в пластах с мощностью менее 10 м - на 1-2 м меньше мощности пласта. Диаметр фильтра (по водоприемной поверхности) определяется по формуле: м, (1.18) где Qmax - максимальный расход воды, забираемой из скважины, м'/сут; νф - входная скорость фильтрации воды на границе пласт - водоприемной поверхность, м/сут. Для дырчатых, щелевых, проволочных, сетчатых фильтров: , м/сут. (1.19) Для гравийных, зонтичных, блочных фильтров: , м/сут (1.20) где d50, Д50 - соответственно 50%-ный диаметр частиц водоносной породы и зерен обсыпки фильтрующей колонны, мм.В последние годы в Белоруссии успешно внедряются удовлетворяющие перечисленным выше требованиям кольцевые полимерные фильтры, изготовленные из термопластичных материалов (полипропилен и полиэтилен). Конструктивные параметры таких фильтров, изготовляемых путем набора на стальные стержни колец с продольными щелями клиновидного поперечного сечения, сужающихся в направлении внутрь фильтра, приведены в таблице 10.4. Конструктивные размеры и характеристики фильтров ФПК Таблица 10.4 Гидравлические характеристики фильтров ФПК (начальные потери напора при разных расходах) и изменении удельных расходов различных типов фильтров в процессе их длительной эксплуатации представлены на рис. 10.4 и 10.5, а их сравнительные характеристики в табл. 10.5 Таблица 10.5 Сравнительные характеристики фильтров ФПК по результатам полевых исследований
Рис. 10.5. Зависимость потерь напора на фильтре от расхода: 1 - по данным эксперимента; 2 - расчетные Рис. 10.6. Изменения удельных дебитов скважин в период 10-летней эксплуатации на скважинах Каменской оросительной системы: 1 - фильтр ФПК-188, скв 148, η = 10 %; 2 - фильтр каркасно-стержневой скв.23. η = 35 %; 3 - фильтр тарельчатый ВСЕГИНГЕО, скв.38, η = 10 %; 4 - фильтр из просечного листа, скв.56 η = 12 %
Бесфильтровые скважины устраивают в крупнозернистых и гравелистых водоносных песках, когда над водоносным пластом имеется мощный слой (не менее 10 м) глины. Для устройства бесфильтровой скважины под кровлей в водоносном пласте формируется водоприемная воронка. Расчетная схема водоприемной воронки приведена на рис.10.7 Рис. 10.7. Схема бесфильтровой скважины: S— глубина понижения статического уровня воды; h - глубина водоприемной воронки; Rв - радиус водоприемной воронки; φ - угол естественного откоса водоносного песка; hoб - высота свода обрушения; α - угол внутреннего трения грунта кровли; Z3 - отметка поверхности земли; Zc - отметка статического уровня воды; Zd - отметка динамического уровня воды
Требуемый радиус водоприемной воронки определяется по формуле: , м (1.21) где q - дебит бесфильтровой скважины, м3/сут; v0 - допустимая скорость фильтрации на границе выхода грунтового потока в воронку, м/сут; φ - угол естественного откоса песка под водой. , м/сут (1.22) где kф - коэффициент фильтрации водоносного грунта, м/сут; η1 - коэффициент запаса (η1 = 0,78); η2 - коэффициент уменьшения допускаемых уклонов, зависящий от угла естественного откоса (для φ = 25° η2 = 0,84); ρ - пористость водоносного грунта, в долях. Высота водоприемной воронки определяется из выражения: , м (1.23) Высота свода обрушения определяется по формуле: , м (1.24) где tgα - угол внутреннего трения глинистого грунта кровли. Допустимый радиус водоприемной воронки определяется из условия не обрушения кровли: ,м (1.25) где ρкр - пористость породы кровли (в долях); γкр - удельная плотность породы кровли, т/м3, (γкр = 2,73-2,92, т/м3); γ - удельный вес воды, т/м3. Если Rдоп < R то скважина удовлетворяет требованиям устойчивости кровли; если Rдоп > R, то уточняется радиус Rдоп и для него находится новое значение h. С целью закрепления слабой кровли иногда применяют закрепляющие растворы, плавучие полимеры, закачку сжатого воздуха. Однако условия применения таких технологических приемов весьма ограничены. Более реальный путь повышения надежностей эксплуатации безнапорных и слабонапорных водоносных пластов является применение скважин с гравийно-зонтичными фильтрами (ФУГЗ) уширенного контура, разработанных в ЦНИИКИВР (г. Минск) и показанного на рис. 10.8
Pиc. 10.8 Конструкция скважин с гравийно-зонтичными фильтрами: а - одноярусная; б - многоярусная; 1 - ствол бурения скважины большого диаметра (600-1200 мм); 2 - гравийная засыпка; 3 - обсадная колонна труб; 4 - раструб с цилиндрическим краем; 5,6 - гидроизолирующий материал; 7 - отверстия
Допустимый дебит таких скважин определяется по формуле: где Vдоп = 2,0-5,8 см/с - допустимая скорость, возрастающая с увеличением диаметра частиц грунта от 1,0 до 6,5 мм; β = 0,5-0,7 - коэффициент запаса; r - радиус водоприемной части ФУГЗ, см. Толщина гравийной обсыпки принимается не менее 200мм, t0 = (5 – 10)Д50 (1.27) Диаметр бурения скважины: Д6 = 2(r + t0) (1.28) Определение глубин погружения водоприемной части tn и гравийной обсыпки tr производится по монограмме, представленной на рис. 10.9., в зависимости от соотношения коэффициентов обсыпки Кr и Кn, и мощности водоносного пласта т.
Рис. 10.9. Номограмма для определения глубин погружения водоприёмной части - tn и гравийной tc
|