Выбор типа фильтра и расчет его основных размеров

При бурении скважин в рыхлых и полускальных породах для пре­дохранения водоприемной части скважины от заплывания и обвалов породы, для очистки воды, поступающей в эксплуатационную колонну, от механических примесей устанавливают фильтры. Тип фильтра (кар­касный, каркасно-стержневой, сетчатый и т.д.) выбирают в зависимости от свойств породы водоносного горизонта. Рекомендуемыt для различных водоносных горизонтов типы фильтров приведены в табл. 2. Для выбора размеров проходных отверстий фильтра можно пользоваться данными табл. 3.

Для агрессивных вод с большим содержанием углекислоты, серо­водорода и кислорода каркасы фильтров изготавливаются из нержа­веющей стали или неметаллических труб.

Таблица 2

Рекомендуемые типы фильтров

Таблица 3

Размеры проходных отверстий фильтров

Каркасы фильтров выполняют из стальных обсадных труб нефтя­ного сортамента, геологоразведочного сортамента, стальных насосов-компрессорных труб, труб из нержавеющей стали, а также винипластовых, полиэтиленовых, стеклопластиковых, асбестоцементных и др.

Фильтры эксплуатационных скважин на воду должны удовлетво­рять условиям длительной эксплуатации и ремонта.

Размеры проходных отверстий фильтров при устройстве гравий­ной обсыпки принимаются равными среднему диаметру частиц слоя обсыпки, примыкающего к стенкам фильтра.

Под скважностью фильтра понимают отношение площади отвер­стий к общей площади боковой' поверхности фильтра, выраженное в процентах.

Минимальный диаметр каркаса фильтра следует принимать не ме­нее 80-100 мм, а скважность следует доводить до 20-25%.

В фильтрах с водоприёмной поверхностью из проволочной обмот­ки и штампованного стального листа скважность каркасов принимается исходя из условий их прочности, до 30-60%.

Расчет фильтра заключается в определении его диаметра и длины водоприемной части в зависимости от дебита, состава и условий зале­гания водоносных пород, мощности и гидравлического режима водо­носного горизонта.

Диаметр фильтра D_ф для малонапорных и маломощных водонос­ных горизонтов выбирают с учетом поперечных габаритов водоподъем­ного оборудования, длину фильтра - в зависимости от проектного деби­та скважины и мощности водоносного горизонта. В водоносных гори­зонтах мощностью до 10 м длина рабочей части фильтра (l _ф) принима­ется равной их мощности. Для более мощных горизонтов длина рабочей части фильтра (в м)

l_ф=аQ/D_ф, (7)

где а - опытный коэффициент, зависящий от гранулометрического со­става породы водоносного горизонта; Q - проектный дебит, м³/ч; D - диаметр фильтра, мм.

Значение коэффициента а для различных пород:

песок мелкозернистый.…………………... 90

песок среднезернистый…………………... 60

песок крупнозернистый....... ……………. 50

песчано-гравийные отложения…….. 30

известняки слаботрещиноватые…... 90

известняки среднетрещиноватые….. 60

известняки сильнотрещиноватые…. 30

Обязательно необходимо учесть, какие вскрываются воды - на­порные или безнапорные. Когда вскрываются безнапорные воды, в верхней части фильтра размещается насос. Поэтому диаметр корпуса фильтра определяется диаметром насоса.

Рабочую часть фильтра следует устанавливать против участков, обладающих наибольшей водопроницаемостью, но не менее 0,5-1 м от кровли и подошвы водоносного пласта.

При наличии нескольких водоносных горизонтов рабочие части фильтров устанавливаются в каждом водоносном горизонте и соединя­ются между, собой глухими трубами.

Верхняя, глухая часть фильтра должна находится выше башмака обсадной колонны не менее чем на 3 м. Между обсадной колонной и надфильтровой трубой должен быть установлен сальник или кольцевой тампон. Длина отстойника принимается 1-2 м.

Ориентировочный диаметр фильтров определяется по формуле

(8)

В гравийных фильтрах в качестве материала для обсыпки приме­няются песок, гравий, песчано-гравийные смеси. Размер частиц мате­риалов для обсыпки выбирают из соотношения

(9)

где D₅₀ и d₅₀ размеры частиц, соответствующие 50% - ному содержанию в обсыпке и породе.

В гравийных фильтрах толщина слоев обсыпки принимается с уче­том конструкции фильтра. Для фильтров, собираемых на поверхности земли и опускаемых в скважину в готовом виде, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 30 мм. Для фильтров, создаваемых на забое скважин засыпкой гравия по межтрубному пространству, толщи­на каждого слоя обсыпки должна быть не менее 50 мм.

Наиболее надежны в эксплуатации скважины фильтры с гравийной обсыпкой толщиной в 150-200 мм.

При устройстве двухслойных обсыпок подбор механического со­става материала слоев производится по соотношению

(8a)

где D₂ и D₁- средние диаметры частиц материала соседних слоев об­сыпки.

Первый слой обсыпки, прилегающий к каркасу фильтра, подбира­ется таким образом, чтобы размеры гравия были большие.

При устройстве гравийных фильтров за наружный диаметр сква­жины следует принимать диаметр внешнего контура обсыпки.

Для предотвращения разрушения несцементированных и слабо-сцементированных песчаных коллекторов и выноса песка в скважину при эксплуатации нефтяных и газовых скважин и сооружении скважин подземного выщелачивания призабойный участок также оборудуют гравийным фильтром. Расчетный оптимальный размер зерен гравия находят из соотношения

d_onm=6d₆ (9)

Фильтры являются важнейшим звеном буровой скважины подзем­ного выщелачивания, разрабатывающих гидрогенные месторождения проницаемых урановых руд. На полигонах подземного выщелачи­вания используют фильтры различных конструкций, изготовленные, как правило, из полимерных материалов (фильтры должны быть стой­кими к химически агрессивным средам). При наличии в продуктивном горизонте мелкозернистых песков наиболее эффективны гравийно-обсыпные фильтры.

Наиболее распространенный материал обсыпки - окатанный квар­цевый песок, который нейтрален ко всем видам выщелачивающих рас­творов. Кроме того, в качестве материала обсыпки применяют кремние­вый песок, гранулированный пиролюзит, гранула стекла и полиэтилена. Размер частиц для гравийной обсыпки выбирают из соотношения (8a).

Задание 2. Подобрать фильтр для условий, представленных в приложении 1.

Задание 3. Определить длину рабочей части фильтра, по условиям, представленных в приложении 2.