Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В отечественной и зарубежной литературе описано более 80 конструкций и типов фильтров из различных материалов. Боль­шинство из них не нашло широкого практического применения. Классификация и условия применения фильтров различных ти­пов изложены в монографии В. М. Гаврилко [21] и в справочно­методической литературе [60, 66, 68]. Ниже излагаются данные опытов применения наиболее широко распространенных типов фильтров при бурении гидрогеологических скважин.

Тип и конструкцию фильтра выбирают в зависимости от ха­рактера водовмещающих пород и глубины установки фильтра. Фильтр должен обладать необходимой прочностью, устойчиво­стью ‘против коррозии и осадкообразования. При выборе типа фильтра необходимо также исходить из стоимости и дефицит­ности материалов для их изготовления и возможности исполь­зования местных материалов.

В настоящее время в практике бурения гидрогеологических скважин на водоносные горизонты, представленные рыхлыми отложениями, применяют в основном трубчатые фильтры с круг­лой и щелевой перфорациями, а также стержневые фильтры с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, штампо­ванного стального листа или из сеток галунного и квадратного плетения. Затрубное пространство, как правило, заполняется песчано-гравийным материалом (гравийно-обсыпные фильтры).

По данным многолетних исследований, проведенных в ВОДГЕО, наиболее рациональной конструкцией водоприемной части скважин, предназначенных для длительной эксплуатации, является антикоррозийный опорный каркас в сочетании с гра­вийной обсыпкой [13].

В последние годы все более широкое применение находят фильтры с гравийной обсыпкой, что обусловлено их высокой пескоудерживающей способностью при низком гидравлическом сопротивлении, а также длительным сроком службы. Гравийные фильтры широко применяются при сооружении скважин в Си — иРи, Средней Азии, на Украине, в Молдавии. Характерной Ценностью каптажа подземных вод Франции [67] является г ’ Чт? в рыхлых породах для всех типов фильтров обязательна

вииная обсыпка. При этом фильтрующий материал, довольно

чистый (на 96% состоящий из кварца), поставляют в мешках или в виде сыпучего груза. Весьма широко применяются гравий­но-обсыпные фильтры в США, ФРГ и в других странах. Опыт показывает, что такие фильтры в меньшей степени подвержены химической и механической кольматации.

Эффективная работа скважин с гравийной обсыпкой в боль­шой степени зависит от толщины и гранулометрического состава обсыпки, влияющего на входные скорости фильтрационного по­тока и производительность скважины. Поэтому проницаемость гравийно-обсыпного фильтра должна быть намного выше про­ницаемости пласта. Однако увеличение проницаемости этого фильтра может вызвать суффизионные явления и проникнове­ние водоносных песков в гравийно-обсыпной фильтр. В связи с этим материал обсыпки >по гранулометрическому составу должен находиться в пределах, обеспечивающих минимальное гидравлическое сопротивление призабойной зоны, и в то же время должен обладать пескоудерживающей способностью к предотвращать суффизионные явления.

Приток воды к скважине с учетом проницаемости призабой­ной зоны в напорных условиях описывается уравнением

В. Н. Щелкачева:

<2=———- 2я/?1 т————- , (II.1)

— 1п—— + 1п —— а гс г0

где С} — расход скважины; 1г — коэффициент фильтрации поро­ды; т — мощность пласта; в — понижение уровня; а — опти­мальное соотношение коэффициентов фильтрации обсыпки и по­роды; г0 — радиус контура обсыпки; гс — радиус водоприемной части скважины; И — радиус влияния скважины.

Н. Д. Бессонов [12] на основе анализа уравнения (11.1) пришел к выводу, что с гидравлической точки зрения увеличи­вать проницаемость гравийной обсыпки по сравнению с прони­цаемостью водоносного пласта более чем в 20 раз нецелесооб­разно. В. И. Фоменко, исходя из тех же позиций с учетом воз­можности нарушения закона Дарси в прифильтровой зоне, при­шел к выводу, что минимально возможному гидравлическому сопротивлению призабойной зоны соответствуют следующие значения а:

а >20 при 5 м/сут; а > 30 при 5 <^<20 м/сут, я< 100 м; а > 40 при 5;’< кг < 20 м/сут, 5 > 100 м; а > 40 при &х>-20 м/сут.

Исходя из этого, при бурении скважин на водоносные гор!1′ зонты, представленные мелкими и тонкозернистыми пескам#

I

коэффициенты фильтрации которых находятся в пределах ]—5 м/сут, для создания гравийно-обсыпных фильтров можно применять крупнозернистый песок (&1 =20-^50 м/сут) и мелкий гравий {к = 20-4-100 м/сут).

С точки зрения возможности суффозионных явлений в при­забойной зоне и фильтрационной деформации пород мнения раз­личных исследователей существенно различаются.

В отечественной практике в настоящее время общепринято при выборе параметров гравийных фильтров исходить из сред­него диаметра частиц водоносной породы йг, о и материала об­сыпки £50, коэффициентов ИХ неоднородности Т] = ^бо/«10 и так называемого межслойного коэффициента /)бо/^5о-

В. М. Гаврилко [21] рекомендует при подборе гравийных обсыпок соотношение РбоМво принимать равным 5—10, указы­вая при этом, что при меньшем соотношении получаются уплот­ненные фильтры, а при большем — возможно пескование. В ра­боте [64] для скважин большого диаметра рекомендуют соот­ношение,05оМ;о = 8-М5 с коэффициентом неоднородности

1,5—3.

В СНиП-П-31—74 рекомендуется материалы для гравийных обсыпок подбирать по соотношению £>5о/^5о = 8-т-12 при одно­слойной обсыпке и 4—6 — при двух — и трехслойной обсыпках.

И. Ф. Володько и А,-Д. Курманенко [19] на основе анализа суффозионных явлений при применении обсыпок с межслойны — ми коэффициентами 40—120 для уменьшения сопротивления воды в фильтр рекомендуют межслойное отношение В5п/йп =

= 8-4-30 (с1п-—диаметр защищаемого зерна, которое не прохо­дит через засыпку и составляет 504-90% от общего объема грун­та). Неоднородность обсыпки при этом должна быть т)^5.

Вопреки имеющимся рекомендациям в практике бурения скважин в нашей стране и за рубежом [19, 38, 39] имеются слу­чаи, когда при создании гравийных фильтров в мелких песках используется крупный гравий с соотношением /)5о/^5о = ЮОЧ-120. При этом расход гравия в процессе откачки с обильным песко — ванием в некоторых случаях достигал 40 м3, а контур его расте­кания в призабойной зоне составлял более 8 м. Столь громозд­кие и дорогостоящие сооружения вряд ли могут иметь массовое применение. ‘

Как видно из приведенных данных, указанные выше реко­мендации учитывают лишь некоторые действующие факторы и нс дают однозначного ответа на вопрос о выборе состава об­сыпки фильтра. Так, даже при конкретно заданных коэффициен — е не°Днородности и £>бо материала обсыпки этим показателям ^ожет соответствовать большое количество различных по гра­нулометрическому составу обсыпок, из которых не все могут Достаточной мере соответствовать оптимальным условиям формирования фильтра.

акое различие рекомендаций по подбору межслойных коэф-

	Характеристика водоносной породы	Харак
					по рекомендации
Материал обсыпки	свойство	диаметр частиц й, мм	коэффи­циент неоднород­ности Т)	средний диаметр {^50 , мм	диаметр частиц /), мм	коэффици­ент неод­нородности Ї]
Песок мелкозер­нистый	Несуффози- онный	0,05—0,5	3,7	0,09	Не опре­деляется	Не опре­деляется
То же	То же	0,05—1,0	3,0	0,2	То же	То же
Песок тонкозер­нистый		0,01-0,25	3,0	0,08		»
Песок мелко­зернистый	«	0,05—0,5	3,3	0,2	»	»
Гравий, галька	Суффозион — ная, I тип	0,05—40	23	4,5		»
Гравий, песок	Суффозион — ный, II тип	0,005—40	220	2,0	»	»

Примечание. Цифры верхней строїш 10-го столбца и первая цифра 12-го столбца к ривой гранулометрического состава минимально допустимой по крупности обсыпки; цифры кривой гранулометрического состава максимально допустимой по крупности обсыпки.

фициентов объясняется тем, что величина допустимого межслой — ного коэффициента не является постоянной и зависит от степе­ни неоднородности и суффозионной устойчивости водоносного песка и материала обсыпки.

Более детально эти вопросы разработаны В. И. Фоменко в работах [46, 75, 76]. В них учитываются суффозионные явле­ния, структурные особенности и фильтрационные свойства мате­риала обсыпки и водосодержащих пород.

Способ подбора гравийных обсыпок, предложенный В. И. Фо­менко, позволяет обоснованно расширить интервалы возмож­ных составов обсыпок, что облегчает их подбор. Он позволяет также рассчитать фракционный состав обсыпки, отвечающий условию ее несуффозионности. Для сравнения приведем несколь­ко примеров подбора гравийных обсыпок, выполненного по ре­комендациям СНиП-П-31—74 и В. И. Фоменко (табл. 5 и рис. 8).

Как видно из приведенных данных, параметры гравийньй обсыпок, рассчитанные по способу В. И. Фоменко, существенно отличаются от рекомендованных СНиП-П-31—74 прежде всего

теоистика сбсыпкн для создания гравийно-обсыпных фильтров в скважинах ГНнП П-31—74 по рекомендации В. И. Фоменко средний диаметр диаметр частиц £>, мм коэффициент неоднородно­сти Г] средний диаметр Си, мм 1^1 Г 1^1 о 0,7—1,1 8—12 0,27—1,35 1,08—5,5 1,9—8,6 0,66—2,6 7—29 1,6-2,4 8—12 0,5—5,0 1,0—10,0 1,5—8,3 1,7-4,0 8—20 0,64—0,96 8—12 0,25—3,0 0,5—5,0 2,0—8,6 1,2—2,6 15—31 1,6-2,4 8—12 0,25—5,0 0,5—10,0 2,9—11,5 1,5—3,0 7—16 36—54 8—12 3—110 20—110 1,9—24,3 7—70 1,5—14 16—24 8—12 0,5—4,0 1,0—10,0 1,7—6,5 2,0—3,5 1,0—1,8

обозначают соответственно минимальное, максимальное и среднее значения И нижней строки 10-го столбца и вторая цифра 12-го столбца соответствуют тем же значениям

для неоднородных и суффозионных грунтов — с учетом их свойств. Поэтому для подбора материала обсыпки в неоднород­ных, суффозионных песчано-гравийных отложениях целесообраз­но пользоваться способом, предложенным В. И. Фоменко [46]..

С точки зрения эффективной работы гравийных фильтров характеристические показатели материала обсыпки (Лео, г), ^5о/^5о) связаны определенной зависимостью с толщиной об­сыпки и должны рассматриваться совместно. Обычно с увели­чением толщины слоя обсыпки требования к качеству материала обсыпки могут быть менее строгими.

При выборе толщины слоя обсыпки следует учитывать также гранулометрический состав водоносных пород. В вопросах вы­бора толщины слоя гравийной обсыпки существуют различные концепции, что обусловлено различным подходом к решению этого вопроса: с точки зрения предотвращения суффозионных явлений, увеличения дебитов скважин или технических возмож — остей выполнения обсыпки.

?ссмат9ивая ЭТ°Т чопрос с точки зрения суффозионных яв — нии> В — М. Гаврилко [21] рекомендует минимальную толщину

СІММ

Рис. 8. Логарифмические кривые гранулометрического состава водоносных пород и рекомендуемых обсыпок (по В. И. Фоменко): 1 — для водоносных пород; 2 — для минимально допустимой по крупности обсыпки; 3 — то же, максимально допустимой по крупности обсыпки

(ІІ-2)

Рис. 9. Зависимость (11.3) £ от соотношения сіо/сі

обсыпки принимать равной 50 мм, стремясь там, где это воз­можно, всемерно увеличивать контур гравийной обсыпки. По данным В. С. Оводова (1939 г.), С. М. Кулиева (1949 г.) и дру­гих суффозионный вынос пород мало зависит от толщины слоя гравийной обсыпки. В нефтяной практике для успешной работы фильтра считается достаточным слой гравия 38—50 мм.

Н. Д. Бессонов [12] пришел к выводу, что увеличение толщины гравийной обсыпки фильтров целесообразно не только с точки зрения увеличения дебита скважины, но также с точки зрения стабильности работы скважины, устойчивости ее дебита во вре­мени. По данным теоретических исследований А. Ж. Муфтахова и В. И. Фоменко, с точки зрения получения максимального де­бита скважины нет смысла увеличивать толщину обсыпки более чем до 20—50 см. Согласно СНиП-П-31—74 для фильтров, со­здаваемых. на забое скважин засыпкой гравия по межтрубному пространству, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 50 мм. Наиболее надежной считается толщина слоя об­сыпки не менее 150—200 мм.

Увеличение слоя гравийной обсыпки с более высокой прони­цаемостью по сравнению’с проницаемостью водоносного пласта обеспечивает более спокойный, близкий к ламинарному режим движения воды в прифильтровой зоне и способствует тем самым продолжительной устойчивой работе скважин. Степень турбу — лизации потока в прифильтровой зоне при откачке определяется скоростью фильтрации, структурой порового пространства и геометрическим параметром £, который определяется зависимо­стью [13]:

1/г01п—,

Г

где г—радиус фильтра; г о— радиус зоны с измененной прони­цаемостью; /=го—/-^толщина слоя гравийной обсыпки.

На рис. 9 показана зависимость £ от ёо/й (отношения диаметра бурения к диа­метру фильтра).

Из графика зависимости £ от с?0/с? следует, что наибольшее влияние на па­раметр £ оказывает изменение (101с1 в пре­делах от 0 до 10; при этом.£ уменьшает­ся от 1 до 0,4. Увеличение соотношения 1й более чем до 4—5 мало влияет на уменьшение геометрического параметра фильтровой зоны.

На основе анализа зависимости (П.2) и рис. 9. Н. Д. Бессонов [13] рекоменду­ет для определения диаметра бурения скважин руководствоваться зависимо­стью:

— (4 —5) сі.

Толщину слоя гравийной обсыпки рекомендуется принимать Равной (1,5—2)^. Этими соотношениями можно руководство­ваться при определении диаметра бурения и толщины гравиинои обсыпки по заданному диаметру фильтра в случаях проектиро­вания и бурения высокодебитных скважин с напряженным ре — ж«мом эксплуатации.

Следует отметить, что рекомендации минимальной толщищ обсыики, основанные на лабораторных исследованиях, не всегд; можно использовать в практических случаях. Это связано преж де всего с тем, что при транспортировке разнозернистых обсы пок на значительные глубины в результате расслоения происхо дит существенное изменение его гранулометрического состава и материал обсыпки, доставленный в призабойную зону, имее обычно характеристику, существенно отличающуюся от харак — теристики исходного материала. Кроме того, здесь надо учиты­вать возможность создания равномерной толщины обсыпкн I заданном интервале. Поэтому минимально допустимую толщин) слоя обсыпки необходимо определять с учетом этих факторов.

Применяемая в тресте Молбурвод технология бурения сква­жин обеспечивает оплошность и равномерность гравийной об­сыпки центрированием фильтра направляющими фонарями и си­стематической очисткой призабойной зоны от загрязняющих ее частиц восходящим потоком воды. В случае оплывания или об­рушения песков последние также удаляются восходящим пото­ком воды.

Длину фильтра выбирают, исходя из конкретных гидрогео­логических условий, принимая ее равной мощности пласта, если она не превышает 10 *м. Опыт показывает, что в гидродинамиче­ски несовершенных скважинах по степени вскрытия пласта уве­личение длины фильтра более чем на 15 м не приводит к суще­ственному увеличению дебитов, особенно в случаях применения фильтров с большим сопротивлением. При использовании филь­тров высокой скважности с малыми сопротивлениями рекомеН’ дуется принимать отношение длины фильтра к мощности пласта в пределах 0,7—0,8. При большой мощности водоносного пласта для окончательного выбора длины фильтра при заданном диа­метре рассчитывают гидравлические потери. Методика расчета изложена в работе [64].

Результаты скважинной резистиметрии [8], лабораторные опыты [61] и теоретические исследования [25] показали, чт( при откачке нагруженность фильтра крайне неравномерна и за­висит от расположения точки всасывания. Наиболее удаленны! от этой точки участки фильтра практически не работают. В свя зи с этим в литературе появились предложения создавав фильтры переменной скважности в соответствии с закономерно’ стью изменения входной скорости подземных вод в фильтр 1][ его длине [27] с целью уменьшения неравномерности нагружен ности фильтра при откачке. Однако такие фильтры создавав технически сложно и нецелесообразно, так как при этом резк( уменьшится общая скважность фильтра и увеличится сопроти® ление фильтра движению воды на участках ожидаемой (теоре’ тической) максимальной входной скорости, что привеДе к уменьшению совершенства гидродинамической связи пласт’ скважина и ухудшению работы фильтра. В условиях интенсИ5 кого протекания физико-химических процессов кольматации та­кие фильтры будут быстро выходить из строя.

Интересные в этом отношении данные получены в работе [85] для фильтров совершенных скважин, дренирующих огра­ниченный водоносный горизонт при установившейся фильтра­ции. Расчетами показано, что при одинаковой длине фильтра (если она меньше мощности водоносного горизонта) макси­мальная производительность достигается в том случае, когда фильтр собран из отдельных секций, равномерно распределенных по всей мощности водоносного горизонта. Так, если водоносный горизонт мощностью 15 м дренируется скважиной с длиной фильтра 7,5 м, то при равномерном распределении пяти секций длиной по 1,5 м‘ каждая дебит скважины будет на 25% больше, чем в случае сплошного фильтра той же общей длины. По-види­мому, в данном случае рассредоточение секций фильтра приво­дит к разрежению линий тока и соответственно к уменьшению — фильтрационного сопротивления в результате снижения скоро­стей фильтрации воды.

Размеры, форма отверстий и скважность фильтров в настоя­щее время теоретически окончательно не выбраны. Большинство исследователей считает, что в фильтрах с круглой и щелевой перфорацией скважность следует доводить до 20—25%, а в фильтрах с водоприемной поверхностью из проволочной обмот­ки, штампованного стального листа просветность может дости­гать 30—60%. Для вьгсокодебитных скважин рекомендуется максимально использовать каркасно-стержневые фильтры с проволочной обмоткой и скважностью до 50%) [64]. Чем выше первоначальная скважность фильтров, тем больше эксплуата­ционный срок службы скважины.

Важное значение имеет размер и форма отверстий. В. М. Гаврилко [21] на основе анализа теоретических зависи­мостей сопротивления фильтров от их скважности, количества, размеров и формы отверстий пришел к выводу, что уменьшение скважности фильтра существенно увеличивает его сопротивле­ние вследствие сжатия потока (линий тока), а с уменьшением коэффициента формы отверстия резко падает коэффициент со­противления, т. е. при наилучших условиях обтекания сопротив­ление будет минимальным. Чтобы свести до минимума влияние факторов, обусловливающих сопротивления фильтров, В-М. Гав- рилко рекомендует увеличивать скважность и размеры проход­ных отверстий.

Е. Бексман [82] считает, что оптимальная скважность фильт­ра находится из условий равенства площади отверстий площади ^°Р гравийной обсыпки, а скважность фильтра более 20% прак — чески не приводит к увеличению его проницаемости. Однако и предпосылки справедливы только для конструкций фильт — оти’ Исключак)Щих прямое наложение гравийных частиц на 1}еретия Фильтров. Наиболее предпочтительная форма кон­

такта водоприемной поверхности фильтра и гравия обеспечива­ется в конструкциях с мостообразными отверстиями.

В отечественной практике бурения скважин наиболее широ­ко применяются дырчатые, сетчатые, щелевые и проволочные фильтры. Для определения размера проходных отверстий карка­сов в зависимости от состава обсыпки пользуются рекоменда­циями С. К. Абрамова (табл. 6), которые вошли в справочную

Таблица 6

Тип фильтра	Рекомендуемый размер отверстий
в однородных породах н обсыпках	в неоднородных породах и обсыпках
Дырчатый	(2,5 3) Ю5о	(3—4) Цзд
Сетчатый	(1,5-2) О50	(2-2,5) Я6в
Щелевой	(1,25-1,5) /Э50	(1,5-2) 05в
Проволочный	1,25 Пт	1,5 Б 50

и нормативную литературу ‘без существенных изменений. Мень­шие значения размеров проходных отверстий относятся к мел­ким пескам и небольшой толщине обсыпки (менее 50—-60 мм), большие значения — к крупным пескам и к дренированию под­земных вод, склонных к образованию осадков.

В настоящее время широко применяются фильтры с водо­приемной поверхностью из сетки галунного или квадратного плетения, из штампованного стального листа и из стальной проволочной обмотки. В Молдавии применяются все эти типы фильтров, что позволяет дать сравнительную оценку их работы — Однако сначала приведем несколько примеров отрицательных последствий применения сетчатых фильтров. Производственны­ми организациями при каптаже водоносных горизонтов, пред­ставленных мелкими и тонкозернистыми песками, предпочтение отдается фильтрам из сетки галунного плетения, что объясняет­ся ее высокой прочностью, удобством в обращении и способно­стью задерживать мелкие фракции водоносных песков в случае некачественной обсыпки. Как показывает опыт применения та-, ких фильтров на юге Молдавии, они приводят подчас к губи­тельным последствиям. Например, после установки фильтра из сетки галунного плетения № 40 и гравийной обсыпки в скв. 548 была проведена откачка желонкой с производительностью до 2 м3/ч, подтвердившая приток воды из пласта в скважину. При испытании скважины погружным электронасосом, подача кото­рого составляет 10 м3/ч, было установлено, что приток воды в скважину равен нулю. После извлечения фильтра на поверх­ность оказалось, что вся его водоприемная поверхность покрыта слоем песчаных и глинистых частиц толщиной 10 мм, который образовался в момент включения электронасоса, и представляла собой экран, преграждавший приток воды в скважину. Исследо — зания показали, что наружная поверхность корки в среднем имеет плотность на 25% меньше внутренней. После установки фильтра из штампованного стального листа был получен приток воды в скважину с удельным дебитом 0,3 м3/ч. Такое же явле­ние наблюдалось при бурении скв. 508, 511, 533, 535 и др. В не­которых из них водоприемная поверхность фильтра частично была освобождена от кольматирующего ‘материала путем за — трубной промывки с помощью цементировочного агрегата и применения гидронасадки. При этом давление на манометре постигало 50—90 кгс/см2 и больше.

Приведенные примеры относятся к случаям полной кольма- тации всей поверхности сетчатого фильтра, наблюдавшейся визуально при его извлечении. Не исключено, что частичная коль — матация с уменьшением активной поверхности фильтра наблю­дается во многих случаях применения сетчатых фильтров с про­ходными отверстиями меньше допустимых пределов. Сетка в данном случае служит барьером, препятствующим выносу мел­ких частиц за пределы фильтра и образованию естественного фильтра из более крупных частиц в зоне, контактирующей с поверхностью сетчатого фильтра. Кроме того, она способству­ет кольматации обсыпки мелкими фракциями.

В момент включения в работу насоса водоносные породы в прифильтровой зоне и породы гравийно-обсыпного фильтра под­вергаются кратковременному, но значительному по величине гидродинамическому воздействию. Гидродинамические процессы в призабойной зоне в момент запуска скважины очень сложны и в настоящее время не изучены. Из данных наблюдений за выносом частиц в момент начала пробной откачки, изучения — кольматирующего материала на поверхности сетчатых фильт­ров и исходя из общих законов гидродинамики, в настоящее время можно составить лишь общее представление о происходя­щих процессах. При включении насоса между поверхностью фильтра и призабойной зоной создается перепад давления, ско­рость распространения которого в различных направлениях крайне неравномерна и пропорциональна пьезопроводности (Уровнепроводности) пород. Созданное включением насоса возмущение жидкости в таких условиях вызывает неравномер­ный переток ее от призабойной зоны к скважине с возможными встречными потоками под различными углами, турбулентными кавитационными явлениями. Поток вызывает массовое движе­ние частиц в направлении к водоприемной поверхности фильтра,

‘ если пропускная способность ее меньше интенсивности Пере­са твердой фазы, последняя задерживается и уплотняется на п°верхности фильтра.

в Работе [75] приведены данные, подтверждающие, что при »’«нии насоса скорость фильтрации на контакте обсыпки и ДиУемТа В03Растает с увеличением понижения уровня и уменыне — 1 времени сработки уровня. В момент включения эрлифта

скорость фильтрации в призабойной зоне в 8—10 раз выше, че> при установившемся водоотборе. Поэтому предотвратить и л уменьшить эффект кольматации в момент начала пробной оі качки можно путем так называемого медленного запуска, с п степенным увеличением производительности.

Характерно, что полная кольматация поверхности сетчатог фильтра чаще всего проявляется там, где водоносный горизон представлен более крупнозернистыми песками и характериз ется более высокими коэффициентами фильтрации, т. е. там, гд более свободно могут перемещаться мелкие фракции в прифилі трованной зоне.

Вернемся к сравнительной оценке применявшихся на юг, Молдавии фильтров. Как видно из изложенного выше, водо приемная поверхность фильтра существенно влияет на гидре динамическое совершенство скважин, что в конечном итог проявляется в отклонении фактического удельного дебита о возможного в данных гидрогеологических условиях. Однав установить зависимость фактических удельных дебитов скважиі от применяемых типов фильтров трудно. Это обусловлено тем что при изучении такой взаимосвязи остается неучтенным ря, других факторов (качество материала обсыпки, строгость со блюдения технологической карты при проведении работ, лито логические особенности водоносного горизонта и его мощность величина избыточного давления на пласт и продолжительное!! его воздействия, длина фильтра и др.).

Эти факторы в равной степени влияют на конечный резуль тат применения того или иного фильтрового покрытия (на вели чину фактического удельного дебита). В конечном итоге прі большом количестве наблюдений это влияние на искомую зако номерность проявляется в виде разброса точек (отклонений) в корреляционных графиках зависимости удельных дебитов от ха рактеристики водоприемной поверхности фильтра. Как види из сказанного, между этими показателями существует стохасти ческая зависимость. Поэтому при наличии большого количеств: наблюдений для оценки эффективности применения различны: типов водоприемной поверхности фильтров приемлемы методі математической статистики. По имеющимся в нашем распор* жении 122 случаям применения фильтров с водоприемной пг верхностыо из сетки, штампованного листа и проволочной сі мотки получены следующие данные (табл. 7).

Из данных табл. 7 видно, что удельные дебиты при приме# нии фильтров с водоприемной поверхностью из проволочной о£ мотки почти в 2 раза выше, чем в случаях применения сето галунного плетения, несмотря на то, что скважность их приме( но одинакова.

Применение фильтров с водоприемной поверхностью 1 штампованного стального листа дает несколько худшие резу-41 таты, чем фильтр с проволочной обмоткой, несмотря на то, ч’

Водоприемная поверх­ность фильтра	Размер проход­	Скваж­		Удельный дебит, м	>/ч
ного отверстия, мм	ность, %	скважин	»’тах	9тіп	я
Сетка галунного пле­тения Штампованный сталь­ной лист Проволочная обмотка	0,1 1,5—2,5 0,5—1,0	15—20 5—8 15—25	100 и И	1.7 1.7 2,0	0,02 0,2 0,2	0,47 0,77 0,82

скважность его значительно меньше. Отсюда следует, что умень­шение размеров проходных отверстий более существенно уве­личивает фильтрационное сопротивление водоприемной поверх­ности фильтра по сравнению с уменьшением его скважности.

Здесь уместно провести параллель между фильтрационными свойствами горных пород и фильтров. Как известно, способность пласта аккумулировать и отдавать жидкие и газообразные по­лезные ископаемые определяется его коллекторскими свойства­ми — пористостью и проницаемостью. Пористость характеризует емкостные свойства горных пород, проницаемость — способность горных пород к фильтрации через них жидкости и га’за с боль­шей или меньшей скоростью. Проницаемость породы контроли­руется размерами пор, а не пористостью, поэтому между пори­стостью и проницаемостью определенной связи нет. Наблюда­ется лишь общая тенденция к увеличению проницаемости с ростом пористости [48]. В равной степени гидравлическое сопротивление фильтра контролируется в основном размерами проходных отверстий и в меньшей степени — скважностью.

Приведенные выше данные подтверждают, что применение фильтров из сеток галунного плетения и густых сеток квадрат­ного плетения, получившее широкое распространение в практике бурения гидрогеологических скважин, — явление крайне неже­лательное и ничем не обоснованное. Водоприемную поверхность фильтров водозаборных скважин в рыхлых отложениях необхо­димо создавать из проволочной обмотки, штампованного сталь­ного листа с мостообразными отверстиями или из других мате­риалов с аналогичным строением отверстий на трубчатых стерж­невых каркасах.

Ьольшой интерес представляют фильтры С коническими от­верстиями — ФКО (авторы И. В. Куликов, В. С. Борисов, ВСРгт7РеЩев)’ которые экспериментально проверены во

1 ИНГЕО и приняты к серийному производству.

Фил °ДопРиемная поверхность фильтра представляет собой ьтРУющую оболочку из тонколистовой оцинкованной или

нержавеющей стали. Основными элементами фильтрующей об( ЛОМКИ ЯВЛЯЮТСЯ усеченные конические выступы, В вершинах К( торых располагаются круглые отверстия (рис. 10). Скважност фильтров составляет 2—8%.

ї: і-,

и о,1. о, г од о,4 Коэффициент сопротивления

Рис. И. Зависимость ко­эффициента сопротивле­ния ФКО от скважности

Коэффициенты сопротивления ФКО, по данным лаборато} ных исследований, в зависимости от скважности изменяются сщ дующим образом (рис. 11). При увеличении скважности от

Рнс. 10. Фильтр с коническими отвер­стиями: а — конструкция фильтра: 1 — труба-каркас, 2, 4 — концевое и промежуточное крепежные кольца, 3 — фильтрующая оболочка; б — об­щий вид ФКО

до 8,8%) коэффициент сопротивления изменяется незначительно при снижении скважности менее 2% сопротивление быстро уве личивается.

Увеличение скважности приводит к взаимодействию дрена» ных отверстий, разрушению сводов вокруг них и лес кований

Диаметры отверстий подбирают из расчета соотношен»1 максимального диаметра отверстий фильтра к й?5о песка, рав ного 7—16. Фильтры с коническими отверстиями пескуют толь ко в начале откачки, затем вынос песка прекращается.

При этом пескование рассматривается как закономерное — необходимое явление при формировании очагов дpeниpoвaиИ, и образовании сводов в водовмещающих песках. Теоретически и лабораторное исследования, проведенные во ВСЕГИЫГЕО, по­казали, что производительность водозаборных скважин, обору­дованных ФКО, в песках с низкой проницаемостью выше по сравнению со скважинами, оборудованными другими типами фильтров, вследствие их более высокого гидравлического совер­шенства [24, 73].

По данным, приведенным в работе [24], дебиты скважин, оборудованных ФКО, выше дебитов скважин, оборудованных гравийно-обсыпными фильтрами. При этом разница в дебитах тем больше, чем меньше проницаемость песка. По мере увеличения промытости песков, уменьшения глинистости и повы­шения крупности фракций разница в де­битах скважин сокращается. В работе не приводятся сведения о технологии вскры­тия пластов, гидравлических характе­ристиках фильтровых покрытий и мате­риала обсыпки сравниваемых гравийно­обсыпных фильтров, что не позволяет су­дить об объективности такого вывода.

Гравийно-обсыпные фильтры при стро­гом соблюдении технологии производст­ва работ обладают высоким гидродина­мическим совершенством и имеют боль­шие преимущества по сравнению с дру­гими типами фильтров.

Существенный недостаток ФКО со­стоит в том, что продолжительность ра­боты оборудованных ими скважин при

стабильном дебите незначительна и составляет, как правило, от нескольких месяцев до 1,5 лет. Это значительно сужает область их применения. Непродолжительная работа скважин с ФКО объясняется быстрым разрушением сводов и полостей в водо­носных песках призабойной зоны, образующихся у очагов дре­нирования фильтрового покрытия. ФКО рекомендуется приме­нять при поисково-разведочных работах на водоносные горизон­ты в среднезернистых и мелких глинистых песках, а также при кратковременном водопонижении и осушении для строительных Целей в слабопроницаемых грунтах.

Комментарии запрещены.