Физико химические методы очистки фильтров и призабойной зоны пласта

↑ Оборудование скважин фильтрами.Типы фильтров

Под фильтром обычно понимают специальное устройство, устанавливаемое в скважине против водоносного горизонта, которое обеспечивает свободный доступ внутрь скважины чистой, без примеси, воды и одновременно предохраняет ствол скважины от обрушения.

Фильтры устанавливают только в рыхлых и неустойчивых породах. В скважину опускают фильтровую колонну, которая состоит из надфильтровой части, рабочей части, или собственно фильтра, и отстойника с пробкой. Отстойник служит для осаждения прошедших через рабочую часть фильтра частиц породы.

Все существующие фильтры могут быть разделены на: а) дырчатые, или щелевые; б) проволочные; в) сетчатые; г) гравийные и д) гравитационные.

Самым простым видом фильтра является труба-каркас с круглыми или щелевыми отверстиями. Фильтровые трубы, каркасы изготовляют из стальных, чугунных, деревянных, пластмассовых, асбестоцементных и реже – из керамических и гончарных труб. При выборе материала для фильтровых каркасов учитываются их коррозионная устойчивость, возможность механической обработки и прочность. Для изготовления каркасов трубы перфорируют.

Применяются штампованные фильтры из нержавеющей стали, меди или черных металлов с антикоррозийными покрытиями.

Каркасно-стержневые фильтры изготовляют из металлических стержней диаметрами 12–18 мм, укрепляемых на опорных фланцах.

Фильтры с проволочной обмоткой изготовляют как трубчатые, так и стержневые. Шаг обмотки спирали из круглой проволоки диаметром 1,5–3 мм или другого (например, трапецеидального, треугольного) сечения устанавливается в соответствии с гранулометрическим составом пород водоносного горизонта.

Оплетку проволокой делают поверх трубчатого или стержневого каркаса. Проволочный фильтр сверху может быть покрыт сеткой.

Сетчатые фильтры состоят из дырчатой трубы-каркаса, обмотанной продольными рядами или по спирали проволокой диаметром 2–5 мм с шагом в 10–25 мм с тем, чтобы сетка не прилегала плотно к каркасу.

На проволочное покрытие натягивают сетку, которую припаивают, сшивают или склеивают на концах и по шву.

Для изготовления сетчатых фильтров используются сетки нескольких типов: а) простая квадратная; б) гладкого или галунного плетения; в) киперная или саржевая.

В качестве материала для сетки используют медь, латунь, нержавеющую сталь, пластмассы, ткани из стекловолокна, нить капрона, нейлона и другие синтетические материалы. Для предупреждения электрохимической коррозии каркас фильтра изготовляют часто из неметаллических труб. В некоторых случаях стальной каркас обтягивают сеткой и проволокой из нержавеющей стали или же применяют сетки из пластических масс.

Сетчатые фильтры не рекомендуются для однородных мелкозернистых песков, а также для слюдистых водоносных песков, т. к. при этом не обеспечивается нормальная работа фильтра – уменьшается его скважность. Получили распространение сетки из стекловолокна: окна могут быть использованы в водах любого химического состава.

Сетчатые фильтры с успехом могут заменяться поролоновыми. Такие фильтры используются при оборудовании опытных и водозаборных скважин технического назначения. Рекомендуются поролоновые покрытия для рыхлых песчаных пород. Они стойки к агрессивным средам, просты в изготовлении, не дороги. Для их создания применяют поролон толщиной 5–10 мм.

Гравийные фильтры состоят из каркаса с проволочной обмоткой или сеткой и гравийной обсыпки. По способу изготовления различают гравийные фильтры, приготовляемые на поверхности и непосредственно в скважине. Первые устраивают в виде гравийно-кожуховых или корзинчатых. В обоих случаях гравий засыпают на поверхности в сетчатый кожух или специальные чугунные или стальные корзинки, укрепляемые на фильтровой трубе. Собранный фильтр спускают в скважину.

При устройстве гравийного фильтра в скважине засыпка гравия в зафильтровое пространство производится одновременно с извлечением из скважины временной колонны обсадных труб, перекрывающих водоносный горизонт.

Гравийные фильтры изготовляют в виде цилиндров различной длины и толщины. Фильтрующее покрытие выполняется в виде трубчатых блоков из гравия, щебня, дробленого шамота или огнеупорных глин с различными связующими материалами – цементом, битумом, клеем БФ-4, бакелитовым лаком, резиной и др., с помощью которых создается жесткая пористая структура фильтровых блоков.

Для глубоких скважин, пробуренных ударным и вращательным способами, известна конструкция бескаркасного керамического фильтра. Отдельные блоки его собирают в звено длиной 2,5–3,5 м с помощью арматурных стержней, изготовленных из стеклопластика или капрона.

Работа гравитационных фильтров основана на использовании принципа гравитационного отделения частиц породы из фильтрующейся среды. Вода попадает в фильтр через породу, располагающуюся перед входными отверстиями фильтра под углом естественного откоса.

Выбор конструкции фильтра производят в соответствии с составом водоносных пород, глубиной скважины, степенью агрессивности подземных вод, а также сроком действия скважин и их целевым назначением.

Конструкция скважин

Конечный диаметр скважины во многом определяется типом фильтра, его размерами.

Скважины с водоприемной частью в виде дырчатых или сетчатых фильтров без обсыпки их гравием имеют минимальный конечный диаметр. При применении фильтров с гравийной засыпкой конечный диаметр скважин увеличивается на 50–100 мм и более по сравнению со скважинами, оборудованными фильтрами других конструкций. При выборе диаметра фильтра, если размеры его не определяются какими-либо другими условиями, следует учитывать, что при диаметре фильтра менее 100 мм сильно снижается водообильность скважин.

Конструкция скважин определяется типом, размерами и местом установки водоподъемного оборудования. При установке насоса в фильтре диаметр его, а соответственно и конечный диаметр скважины, будут зависеть от размеров насоса. Если требуется установить насос большей производительности, его помещают над фильтром, в эксплуатационной колонне. В этом случае диаметр ее, называемый эффективным, также определяется поперечными размерами насоса. Для облегчения монтажа насоса, производства ремонтных работ и наблюдений за положением динамического уровня в скважине величину зазора между наружным диаметром корпуса насоса и внутренним диаметром эксплуатационной колонны принимают в пределах до 50 мм. Однако значительное увеличение эффективного диаметра приводит к утяжелению конструкции скважины и удорожанию стоимости работ. Во всех случаях конструкция скважины должна обеспечивать получение необходимого количества воды при минимальном снижении статического уровня. В остальном выбор и расчет конструкции скважин на воду осуществляется так же, как и скважин, проходимых на нефть или газ, т. е. с учетом применяемых типов и размеров долот, их соотношения с обсадными трубами, с расчетом на тампонажные работы.

Спуск фильтров в скважину может производиться на бурильных трубах или на колонне обсадных труб. При спуске фильтров на бурильных трубах применяется спускной ключ.

В отдельных случаях может быть применен центрирующий фонарь. При установке фильтра в скважину с неустойчивыми стенками, пройденную ударно-механическим способом, спуск его производится под защитой временной колонны обсадных труб, которую задавливают в нижний водоупор. После углубки скважины на длину отстойника в нее опускают фильтровую колонну. Обсадные трубы приподнимают на высоту фильтра или полностью извлекают из скважины. При эксплуатации нескольких водоносных горизонтов в скважину спускают ярусный фильтр, состоящий из ряда необходимых фильтров, расположенных против каждого горизонта. Напротив неводоносных пластов устанавливают сплошные трубы, соединяющие фильтры между собой. Для того чтобы песок и другие частицы пород не попадали в скважину, кольцевой зазор между надфильтровыми трубами, установленными «впотай», и обсадными трубами, уплотняют специальными сальниками, конструкция которых определяется материалом, из которого они изготовляются. В качестве последнего используются дерево, пенька, резина, свинец и др. При установке гравийного фильтра вместо сальника в зазор между надфильтровой и обсадной трубами засыпается крупный гравий, высота засыпки должна быть не менее 5 м.

В некоторых случаях фильтр спускается на колонне обсадных труб, выходящих на поверхность.

В устойчивых скальных породах водоносные горизонты могут эксплуатироваться «открытым стволом», т. е. без установки фильтра в интервале водоносного горизонта.

Для условий Беларуси широкое распространение получили безфильтровые водозаборные скважины, эксплуатирующие рыхлые породы – водоносные пески, залегающие под устойчивыми (обычно мелами или плотными девонскими глинами) выдержанными по мощности пластами путем разработки водоприемных каверн (полостей) с большой водозахватной способностью.

↑ Насосы

Для осуществления опытных откачек, водоснабжения и водопонижения используют разнообразные водоподъемные устройства: а) поверхностные – горизонтальные поршневые и центробежные насосы; б) погружные – штанговые поршневые насосы; в) вибрационные насосы; г) глубинные артезианские центробежные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности, а также с погружным электродвигателем; д) эрлифты и водоструйные насосы.

Выбор типа водоподъемника определяется размерами эксплуатационной колонны, потребным дебитом и положением динамического уровня воды в скважине.

Горизонтальные поршневые и центробежные насосы применяются для откачек при глубине динамического уровня не ниже 6–7 м.

Наиболее удобны самовсасывающие центробежные насосы, смонтированные на тележках. Насосы могут быть использованы для откачки загрязненных вод. Кроме них применяются вихревые центробежные насосы, секционные центробежные, консольные заливные центробежные насосы и др.

Штанговые насосы простого и двойного действия применяются для откачки подземных вод при глубине динамического уровня ниже 6–8 м (до 100 м и более) при сравнительно небольших дебитах.

Штанговый насос простого действия состоит из приемного фильтра, укрепленного на насосном цилиндре, клапана, поршня с клапаном и манжетами. Насос монтируется в скважине на водоподъемных трубах, подвешиваемых с помощью хомутов в колонне обсадных труб. Поршень спускается в водоподъемные трубы на штангах, на шарнирных хомутах так, чтобы поршень не доходил на 20–30 мм до приемного клапана насосного цилиндра.

Для производства опытных откачек воды из скважин штанговыми насосами простого и двойного действия применяются различные агрегаты-качалки.

При гидрогеологических откачках воды из скважин с динамическим уровнем больше 100 м и при небольших дебитах применяют глубинные поршневые и скальчатые насосы с качалками, используемые в нефтяной промышленности.

В винтовых артезианских насосах (ВАН) подача воды достигается вытеснением определенных объемов воды, заключенных в полостях между винтом и резиновой обоймой. Артезианские насосы ВАН используются для откачек воды из скважин при динамических уровнях до 100 м.

Артезианские центробежные погружные насосы с вертикальным валом и двигателем на поверхности применяются в практике водоснабжения и водопонижения. Наибольшее распространение имеют насосы типа АТН, используемые в скважинах диаметром 200–400 мм при подаче 30–400 м 3 /ч с напором до 100 м. В насосном аппарате применяются рабочие колеса открытого и закрытого типов. Кроме них используются глубинные насосы типа НА и А для скважин большого диаметра с подачей воды до 1200 м 3 /ч. Проточная полость у них аналогична насосному аппарату АТН. Однако весьма существенные недостатки глубинных насосов – наличие длинного приводного вала от электродвигателя на поверхности к насосу в скважине; сложность монтажа, значительная металло- и энергоемкость, быстрый износ – все это послужило причиной замены их, там где это рационально, более совершенными погружными насосами.

Артезианские насосы с погружным электродвигателем получают все большее распространение при гидрогеологических исследованиях, для водоснабжения, при осушительных и водопонизительных работах.

Привод погружных насосов обеспечивается в основном водозаполненным асинхронным трехфазным электродвигателем с короткозамкнутым ротором, статорная обмотка которого выполняется из провода с изоляцией на полиэтиленовой или полихлорвиниловой основе. Такие электродвигатели просты по конструкции и надежны в работе.

Читайте также:  Фильтр для аквариума бесплатно

Артезианские насосы с погружным электродвигателем выпускаются различных серий: 1) АП и АПВ; 2) ЭЦВ; 3) ЭПЛ; 4) ЭПНЛ и ЭПН.

В насосе ЭПН рабочий аппарат, выполненный в виде вертикального многоступенчатого центробежного насоса с неразгруженными рабочими колесами, соединен с водонаполненным электродвигателем с принудительным проточным охлаждением.

Эрлифты или воздушные подъемники находят широкое применение для откачки воды с песком и в тех случаях, когда необходимо получить большое количество воды при сравнительно небольших размерах скважин. В практике работ применяются схемы установки эрлифтов, отличающиеся расположением в скважине воздухоподводных и водоподъемных труб.

Действие эрлифта основано на принципе двух сообщающихся сосудов, заполненных жидкостями разного удельного веса. В эрлифтную установку входят: а) компрессор с двигателем и воздухосборником; б) водоподъемные трубы со смесителем и приемным баком; в) компрессорные трубы от компрессора к скважине.

Водоструйные насосы или гидроэлеваторы находят применение при производстве строительных работ, при водопонижении в виде гидроэжекторных установок и при гидрогеологических исследованиях скважин. Водоструйные насосы в виде специальных устройств – испытателей пластов – находят применение при ускоренном опробовании водоносных горизонтов. В испытателях пластов водоструйный насос конструктивно связан с временным тампонажным устройством – пакером. В основу действия водоструйного насоса положен принцип непосредственной передачи кинетической энергии одного потока (подаваемого с поверхности) к другому с меньшим запасом энергии (жидкости, поднимаемой погружным насосом на поверхность). Рабочая вода под некоторым давлением подводится к насадке, через которую с большой скоростью попадает в камеру смешения и далее через напорный трубопровод на поверхность. Вода из скважины поступает (в связи с образуемым разрежением в эжекционном аппарате) в камеру смешения, увлекается рабочей струей жидкости и также выносится на поверхность.

Достоинством этих насосов является возможность перекачивать мутную воду, недостатком – низкий к. п. д. (не выше 40 %).

Для откачки мутной воды, содержащей частички глины, песка и даже шлама и гравия могут быть также применены вибрационные насосы. Насосная установка состоит из вибратора, установленного на поверхности, и водоподъемных труб, спущенных в скважину, с клапанным устройством для забора воды. На водоподъемных трубах устанавливаются направляющие фонари.

Вибрационная установка может обеспечивать подъем воды из скважины с динамическим уровнем до 30 м ниже поверхности земли.

↑ Оборудование устья скважины

Оборудование устья скважины зависит от положения статического уровня воды, типа и размера используемого насоса.

Для оснащения устья скважины при низком статическом уровне к опорному фланцу, приваренному к обсадной трубе, присоединяют нижний фланец насоса или сальник центробежного вертикального насоса.

Над устьем самоизливающейся скважины к обсадной колонне труб присоединяют оголовок с отводным коленом и задвижкой. К центробежному насосу подводят всасывающий патрубок.

При оборудовании устья фонтанирующей скважины без насоса устраивают оголовок, обеспечивающий регулирование подачи воды к потребителю, а также предотвращающий возможные гидравлические удары.

Автоматизация водоподъемных установок подразделяется на три группы: 1) полуавтоматическое управление; 2) дистанционное телеуправление и 3) автоматическое управление. При полуавтоматическом управлении за оператором сохраняется обязанность только пуска и остановки насоса. Остальные операции выполняются автоматически. Телеуправление является дальнейшим развитием полуавтоматического управления. В обязанности диспетчера при этом входит управление всеми установками с одного пункта по проводам.

При автоматическом управлении все операции выполняются по определенной заданной программе.

Автоматизация может осуществляться для одной или нескольких насосных установок.

Обычно регулирующая и управляющая аппаратура поставляется заводами в комплекте с насосными установками. В состав этой аппаратуры для насосов с погружными электродвигателями входят: станция автоматического управления, датчики уровня и давления.

Автоматическое включение и выключение насоса обеспечиваются станцией управления по сигналам датчика уровня, расположенного в водозаборном резервуаре или в баке водонапорной.

Источник

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84) — 4. ФИЛЬТРЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН Типы и конструкции фильтров

4.1. При отборе воды из рыхлых и неустойчивых полускальных и скальных пород в скважинах устанавливают фильтры.

Фильтр состоит из водоприемной (рабочей) части, надфильтровых труб и отстойников.

4.2. Длина надфильтровых труб зависит от конструкции скважины. Когда фильтр находится на колонне, то расположенные выше него надфильтровые трубы являются одновременно и эксплуатационной колонной.

В случае, когда эксплуатационная колонна имеет больший диаметр, чем фильтр, последний устанавливается впотай, причем верхняя часть надфильтровой трубы должна находиться выше башмака эксплуатационной колонны труб не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем, на 5 м при большей глубине скважины.

В плывунных и мелкозернистых песках и при установке фильтров впотай длина надфильтровой трубы должна приниматься не менее 5 м при любой глубине скважины.

Между эксплуатационной колонной и надфильтровой трубой должен быть установлен сальник.

Применяются сальники из различных материалов: резиновые, пеньковые, свинцовые, цементные и др. При установке гравийных фильтров роль сальника выполняет слой гравия высотой 3-5 м, засыпаемого между эксплуатационной колонной и фильтром.

4.3. Длина отстойников в фильтрах, как правило, должна приниматься 0,5-1 и не более 2 м. При этом также отстойники следует устраивать в основном для установки фонарей-центраторов и подъема фильтров с закреплением приспособлений для извлечения в его нижней части.

4.4. Конструкции фильтров должны отвечать следующим требованиям:

1) обладать необходимой механической прочностью и достаточной устойчивостью против коррозии и эрозионного воздействия воды;

2) диаметры фильтровых каркасов должны быть рассчитаны на максимальный пропуск воды со скоростью, не превышающей 1,5- 2 м/с;

3) водопроницаемость фильтров должна быть значительно выше водопроницаемости водоносных пород, в которых они устанавливаются, и для данных гидрогеологических условий должна предусматриваться максимальной с учетом возможного химического и биологического кольматажа при эксплуатации водозаборов.

4) фильтры должны быть доступны для проведения мероприятий по восстановлению производительности скважин химическими реагентами и быть устойчивы к воздействию импульсных (взрыв ТДШ, пневмовзрыв и др.) и комбинированных методов (виброреагентных, пневмореагентных и др.).

4.5. Фильтры состоят из каркаса и водоприемной поверхности. Выпускаются следующие типы каркасов: стержневые; трубчатые с круглыми или щелевыми отверстиями; каркасы из штампованного листа; спирально-проволочные. Каркасы являются основой для водоприемной поверхности, которая устраивается из: проволочной обмотки, штампованного листа, металлических и неметаллических сеток.

В гравийно-галечниковых откложениях, а также в неустойчивых полускальных и скальных породах указанные типы каркасов могут использоваться без дополнительной водоприемной поверхности.

4.6. Наиболее распространенным и эффективным типом фильтров с точки зрения обеспечения длительной и устойчивой эксплуатации скважин являются гравийные фильтры, которые, в свою очередь, подразделяются на засыпные, кожуховые, блочные. Кожуховые и блочные фильтры собираются на поверхности и в готовом виде устанавливаются в скважинах.

Гравийные фильтры могут иметь в качестве поддерживающей основы непосредственно фильтры-каркасы (стержневые, трубчатые и др.) или различные водоприемные поверхности — проволочные обмотки, сетки и т. д.

Основные конструктивные схемы фильтров представлены на рис. 9, и в табл. 15-18 дана их краткая характеристика.

ПОСОБИЕ по проектированию сооружений для забора подземных вод (к СНиП 2.04.02-84 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.)

Рис. 9. Основные схемы конструкций фильтров водозаборных скважин

а — на основе стержневых каркасов; б — на основе трубчатых каркасов со щелевой перфорацией; в — на основе трубчатых каркасов с круглой перфорацией; г — гравийные фильтры; 1 — стержневой каркас на опорных кольцах; 2 — трубчатый каркас с круглой перфорацией; 3 — щелевой трубчатый каркас; 4 — проволочная обмотка из нержавеющей стали; 5 — опорная проволочная спираль; 6 — лист, штампованный из нержавеющей стали; 7 — опорные проволочные стержни под проволочную обмотку и лист; 8 — сетка из нержавеющей стали или латуни; 9 сетка подкладная, синтетическая; 10 рыхлая обсыпка; 11 — гравийная обсыпка в кожухе; 12 гравийный блок

Фильтры на каркасах из стержней

Материалы для изготовления

Без дополнительной водоприемной поверхности

Скважность фильтра до 60 %; ширина просвета между стержнями зависит от характера окружающих фильтр рыхлых или трещиноватых скальных пород (известняков, песчаников)

Сталь прутковая Ст3, Ст5, Ст7 диаметрами 12, 14, 16 мм. Патрубки соединительные и кольца опорные из горячекатаных труб. Защита опорных каркасов против коррозии производится кремнийорганической краской ВН-30 или нанесением полиэтилена

С водоприемной поверхностью из проволочной обмотки

Скважность водоприемной поверхности в зависимости от толщины проволоки и просвета составляет 30-60 %. Крепление проволочных спиралей производится на основе эпоксидных смол

Опорные каркасы из стержней обматываются проволокой из нержавеющей стали диаметром 2-4 мм. Крепление проволочной обмотки производится эпоксидной смолой ЭД-5 и ЭД-6

С водоприемной поверхностью из штампованного (просечного) листа

Скважность штампованного (просечного) листа из нержавеющей стали в зависимости от ширины и высоты щели 18-30 %

Штампованный лист из нержавеющей стали (ГОСТ 5282-82) толщиной 0,8-1 мм

С водоприемной поверхностью из сеток

Подбор сетки производится по расчету в зависимости от крупности частиц породы водоносного горизонта

Проволочная обмотка под сетку из нержавеющей стали с шагом 10- 15 мм. Сетка из нержавеющей стали или латуни гладкого плетения (ГОСТ 3187-76*) и квадратного плетения (ГОСТ 6613-86)

Фильтры на спирально-проволочных каркасах

Конструктивные особенное TM

Материалы для изготовления

Без дополнительной водоприемной поверхности

Скважность фильтра до 60 %; ширина просвета между витками проволочного каркаса зависит от характера окружающих фильтр рыхлых или трещиноватых скальных пород (известняков, песчаников)

Сталь прутковая СтЗ, Ст5, Ст7 диаметрами 2, 4, 6, 8 мм. Патрубки соединительные из горячекатаных труб. Защита опорных каркасов против коррозии производится кремнийорганической краской ВН-30

С водоприемной поверхностью из проволочной обмотки

Скважность водоприемной поверхности в зависимости от толщины проволоки и просвета составляет 30-60 %. Крепление проволочных спиралей производится на основе эпоксидных смол

Опорные каркасы обматываются проволокой из нержавеющей стали диаметром 2-4 мм. Крепление проволочной обмотки производится эпоксидной смолой ЭД-5 или ЭД-6

С водоприемной поверхностью из штампованного (просечного) листа

Скважность штампованного (просечного) листа из нержавеющей стали в зависимости от высоты и ширины щели 18-30 %

Штампованный лист из нержавеющей стали толщиной 0,8-1 мм

С водоприемной поверхностью из сеток

Скважность сеток 30-50 %; подбор сетки производится в зависимости от крупности частиц породы водоносного горизонта

Сетка из нержавеющей стали или латуни гладкого плетения (ГОСТ 3187- 76) и квадратного плетения (ГОСТ 6613-86)

Фильтры на трубчатых каркасах

Материалы для изготовления

С круглой или щелевой перфорацией без дополнительной водоприемной поверхности

Скважность каркаса 20-25 %; диаметр отверстий при установке в скальных и галечниковых породах 15-25 мм, а других породах — по расчету. Размер щелей: ширина 10- 30 мм, длина 200-300 мм

Трубы горячекатаные, электросварочные (ГОСТ 10706-76*), полиэтиленовые (ГОСТ 18599-83*); поливинилхлоридные (ТУ МХП 6-05-1573-72); асбестоцементные (ГОСТ 539- 80)

С водоприемной поверхностью из проволочной обмотки

Скважность водоприемной поверхности из проволочной обмотки до 30- 60 %. Зазор между витками проволоки определяется по расчету в зависимости от крупности частиц пород или обсыпки. Намотка проволоки производится по стержням и закрепляется эпоксидной смолой

Читайте также:  Кронштейн крепления топливного фильтра шевроле лачетти

Подкладочная проволока из стали СтЗ, Ст5. диаметром 5-10 мм. Проволочная обмотка из нержавеющей стали (ГОСТ 5632-72*) диаметром 2-4 мм. Эпоксидная смола ЭД-6 и ЭД-5.

С водоприемной поверхностью из штампованного стального листа с отверстиями различной конфигурации

Скважность штампованного просечного листа в зависимости от ширины и высоты щели 18-30 %. Между опорным каркасом и листом создается дренажное пространство, отводящее воду внутрь фильтра

Штампованный лист из нержавеющей стали (ГОСТ 5282-82) толщиной 0,8-1 мм. Проволока подкладочная диаметром 5-10 мм, резиновый или хлорвиниловый шнур

С водоприемной поверхностью из сеток

Подбор сеток производится по расчету в зависимости от крупности частиц породы водоносного горизонта

Подкладочные стержни из нержавеющей стали и синтетических сеток. Сетки гладкого (ГОСТ 6613-80) и квадратного (ГОСТ 3187- 76") плетения

Материалы для изготовления

С обсыпкой на забое скважины

Проходные отверстия на фильтрах устраиваются с учетом гранулометрического состава гравийной обсыпки. В зависимости от гранулометрического состава пород и химического состава подземных вод гравийные обсыпки могут быть однослойными или двухслойными, реже трехслойными

Каркасно-стержневые и спирально-проволочные и трубчатые фильтры с водоприемными поверхностями из проволоки, нержавеющей стали и штампованного листа с использованием материалов

Гравийные кожуховые, собираемые на поверхности земли

Кожуховые фильтры устанавливаются в скважинах ограниченного диаметра с минимальной толщиной обсыпки 35-50 мм. Обсыпка не должна содержать пылевато-глинистых частиц

Опорные каркасы те же. Гравийная обсыпка вокруг каркасов удерживается простой стальной сеткой квадратного плетения 2х2 см или 3х3 см. При устройстве кожухов возможно применение сеток квадратного плетения из полистирола, из штампованной пленки из винипласта или из металлического листа толщиной 0,8-1 мм

Блочного типа, собираемые на поверхности земли

Гранулометрический состав гравия в блочных фильтрах подбирается с учетом добавок цемента и водоцементного фактора или других вяжущих полимерных материалов

Каркасы стержневые и трубчатые. Блоки гравийные из пористого бетона

4.7. Рекомендации по применению различных типов фильтров в зависимости от гидрогеологических условий приведены в табл. 19.

Породы водоносных пластов

1. Скальные и полускальные неустойчивые породы, щебенистые и галечниковые отложения с преобладающей крупностью частиц 20- 100 мм (более 50 % по массе)

Фильтры-каркасы (без дополнительной фильтрующей поверхности) стержневые, спирально-проволочные, трубчатые с круглой и щелевой перфорацией, штампованные из стального листа толщиной 4 мм с антикоррозионным покрытием

2. Гравий, гравелистый песок с преобладающей крупностью частиц от 2 до 5 мм (более 50 % по массе)

Фильтры стержневые, спирально-проволочные и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки или штампованного листа из нержавеющей стали. Фильтры штампованные из стального листа толщиной 4 мм с антикоррозионным покрытием

3. Пески крупные с преобладающим размером частиц 1-2 мм (более 50 % по массе)

Фильтры стержневые, спирально-проволочные и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, штампованного листа и сеток квадратного плетения из нержавеющей стали. Фильтры штампованные из стального листа толщиной 4 мм с антикоррозионным покрытием

4. Пески среднезернистые с преобладающей крупностью частиц 0,25-0,50 мм (более 50 % по массе)

Фильтры стержневые, спирально-проволочные и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, сеток квадратного плетения, штампованного листа из нержавеющей стали с песчано-гравийной обсыпкой

5. Пески мелкозернистые с преобладающей крупностью частиц 0,1-0,25 мм (более 50 % по массе)

Фильтры стержневые, спирально-проволочные и трубчатые с водоприемной поверхностью из проволочной обмотки, сеток галунного плетения, штампованного листа из нержавеющей стали с однослойной или двухслойной песчано-гравийной обсыпкой

Примечания: 1. При применении фильтров на стержневых каркасах снижается расход металла. Стержневые и спирально-проволочные фильтры обладают лучшими гидравлическими свойствами и обеспечивают более эффективную работу скважин при длительной эксплуатации в водах неустойчивого химического состава, когда возникает опасность зарастания фильтров железистыми и карбонатными отложениями, в результате чего уменьшается производительность скважин. Фильтры на стержневых каркасах рекомендуется применять в скважинах глубиной до 200 м. 2. Фильтры из стальных труб предпочтительнее применять при больших глубинах скважин (более 200м). 3. Фильтры щелевые штампованные из листа толщиной 4 мм с антикоррозионным покрытием могут устанавливаться в скважинах глубиной до 100 м. 4. Применение сеток из латуни на стальных каркасах без антикоррозионной защиты не рекомендуется из-за возможности электрохимической коррозии. 5. Применение сеток и проволоки из простых и оцинкованных сталей в фильтрах, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, не допускается. 6. Блочные фильтры, как правило, предназначены для отбора небольшого количества воды. 7. Для антикоррозионной защиты фильтров допустимо применение следующих видов покрытий: полиэтиленовых; эмалевых; этиленовых; резиновых на основе жидких наиритов; перхлорвиниловых; кремнийорганических.

Источник



Фильтры для скважины: конструкция и виды, фильтры тонкой очистки

Фильтры для скважины: конструкция и виды, фильтры тонкой очистки

Большая часть водозаборных скважин для частного дома бурятся до водоносного горизонта, расположенного между сыпучими или неустойчивыми породами (песком, галечником и пр.). Из-за этого в скважинной воде оказываются механические примеси: песок, осколки породы, частицы грунта, глина. Без соответствующего очищения жидкости может произойти засорение ствола скважины, что сократит срок ее эксплуатации.

Устройство и назначение скважинного фильтра

Фильтрация нужна не только для питьевой воды. Конструкция большинства погружных насосов не рассчитана на работу с водой, которая загрязнена механическими примесями. Они существенно снижают ресурс работы устройства, сокращают срок его службы. Механическая взвесь также забивает водопроводную систему, приводит к быстрому износу запорной арматуры, снижает ресурс работы систем очистки питьевой воды.

Для механической очистки жидкости в скважине создается фильтровая зона, которая не позволяет частицам породы проникать в гидротехническое сооружение. Ее механизм задерживает частицы, размер которых превышает 50-100 мкм.

Устройство фильтра для скважины

Устройство скважинного фильтра.

Обеспечивают такую очистку воды простые механические водяные фильтры для обсадной трубы, называемые ступенью грубой очистки. Они могут быть сетчатыми, щелевыми, состоять из гравийной засыпки.

Материалы для фильтрационного оборудования

Гравийный фильтр

Схема гравийного фильтра для скважины.

Скважинные фильтры отличаются между собой основанием, на котором располагается фильтрующий элемент. Перфорированное основание — это нижняя часть обсадной трубы с проделанными в ней отверстиями круглой формы. Диаметр таких отверстий составляет от 10 до 20 мм. Щелевое основание предполагает наличие надрезов шириной около 20 мм. Такие надрезы обеспечивают хорошее прохождение жидкости, но они могут не выдержать давления грунта, что опасно для трубы.

Поскольку ни круглые отверстия, ни щели не способны качественно отфильтровывать механические примеси, они дополняются вспомогательными фильтрующими деталями. Эту роль может выполнять намотка проволоки поверх основания. Между фильтрующими элементами и основанием необходимо установить каркас. Он может выполняться из прутьев, расположенных вдоль обсадной трубы.

Особый тип механического фильтра — гравийный, когда гравий засыпается непосредственно в каркас скважинной очистной установки либо используется для обсыпки зоны вокруг нижнего участка обсадной трубы.

Конструкционные разновидности фильтров

Вне зависимости от конструкции фильтра, он должен максимально снизить проникновение механических примесей, содержащихся в водоносном горизонте, в трубу скважины. Одновременно с этим установка не должна препятствовать забору жидкости. Также конструкция фильтра является дополнительной защитой и предохраняет ствол скважины от возможного обрушения.

Перфорированный фильтр

Конструкция такого фильтра состоит из трубы с проделанными в ней многочисленными отверстиями. Она может использоваться для скважин с низкой производительностью и слабым напором. Преимуществом перфорированных фильтров является высокая прочность трубы и ее способность противостоять высоким нагрузкам.

Щелевые модели

Щелевой фильтр — это простой способ создания нормальных условий для бесперебойной и безопасной работы насоса скважины. Конструкция этого фильтрующего элемента состоит из обсадной трубы с выполненным щелевым перфорированием в виде тонких продольных надрезов. Эти щели не препятствуют проникновению жидкости, но задерживают частицы щебня и мелкую гальку. Прежде чем выбирать ФСЩ, владелец скважины должен соотнести размеры имеющихся на нем надрезов с размерами механических примесей, содержащихся в воде.

Щелевой фильтр

Существуют щелевые фильтры в различных вариантах исполнения, как со стандартными продольными, так и с поперечными надрезами. Большая часть таких установок изготавливается из непластифицированного поливинилхлорида. Этот материал имеет ровную поверхность, не поддерживает процессы коррозии, экологически безопасен при контакте с водой, долговечен.

Сетчатые фильтры

Сетка, установленная в роли фильтра, свободно пропускает воду и задерживает механические примеси, гарантируя насосу длительную работу без повреждений. Изготавливают сетчатые фильтры из пищевой нержавеющей стали, которая устойчива к коррозии, либо специальной синтетической стеклоткани. Этот материал не ржавеет, устойчив к воздействию абразивных частиц.

Сетчатые фильтры

Сетка, используемая как фильтр для скважины, является элементом, оказывающим существенное сопротивление водному потоку. Это понижает производительность скважинного погружного насоса на 20-40%. Такая особенность должна учитываться при подборе скважинного оборудования.

Проволочный фильтр

Принцип его действия аналогичен сетчатому. Фильтрующим элементом является проволока клиновидного сечения, которая плотно намотана на основание скважинной трубы. Преимуществом проволочной установки будет долговечность и износостойкость материала, поскольку сечение проволоки больше, чем толщина сетки.

Гравийная засыпка

Скважинные фильтры с гравийной засыпкой являются наиболее простыми. Слой гравия мелкой фракции, который помещается в придонном расширении скважины, исключает засасывание в скважину грязи и примесей, снижая этим нагрузку на насосное оборудование и установленную в системе основную установку грубой водоочистки.

Кратко о фильтрах тонкой очистки

Если владельцы загородного коттеджа поставили только фильтр грубой механической очистки, они не обезопасили себя от примесей, содержащихся в скважинной воде. Такая установка способна задерживать лишь частицы крупной фракции, но вода содержит и примеси, которые без труда проходят через ячейки устройства грубой очистки. Соли железа, магния, кальция, кремния, сероводород, нитраты и другие загрязнения опасны для человека, если их содержание в воде превышает допустимую концентрацию.

Тщательная очистка требуется не только воде из колодца или для абиссинской скважины небольшой глубины. Даже жидкость, поступающая с артезианских водных горизонтов, может нуждаться в дополнительной фильтрации.

Современные установки тонкой очистки подходят и для городского водопровода, и для дачи. Они справляются с любыми загрязнениями и делают воду пригодной для питья. Фильтрующими элементами в таких установках являются ионообменные смолы, сорбционные материалы, химические реактивы, обратноосмотические мембраны. Регулярность их замены зависит от объемов проходящей сквозь них жидкости и срока службы того или иного материала.

Выбор установки тонкой очистки необходимо производить после химического анализа жидкости, проведенного в лаборатории. Он покажет, какие примеси содержатся в скважинной воде, определит их количество и позволит подобрать систему водоподготовки, которая избавит жидкость от выявленных загрязнений и сделает воду безопасной и приятной на вкус.

Источник

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020

Физико-химические методы очистки фильтров и призабойной зоны пласта

Нефтяная промышленность РФ — главная ветвь российской промышленности, включающая в себя добычу, переработку, транспортировку и сбыт нефти и нефтепродуктов. Добыча жидкого углеводородного горючего у нас ведётся еще с петровских лет, а абсолютно наверное, и еще до этого. По запасам нефти Российская Федерация занимает 8 место в мире, а вот по добычи находится на 2-3 месте. Добыча нефти – один из важнейших разделов экономики промышленности.

Читайте также:  Фильтр масляный все фирмы

Нефть и продукты, получаемые из сего природного ископаемого, лежат в базе прогрессивной жизни всякого человека на планете, независимо от того, ведется разработка конкретно в его родном государстве или же импортируется. Добыча всего ресурса исполняется при помощи бурения нефтяных скважин – особых горных выработок в форме цилиндра, узеньких в поперечнике

Нефтяная скважина — горная выработка круглого сечения поперечником 75-400 мм, сооружаемая без доступа в неё человека, предназначена для добычи или разведки нефти и попутного газа. Как правило, скважины бурят отвесно, но так же могут бурить под данным наклонным углом.

В вертикальном строении скважины различают начало (устье), ствол и конец (забой). Скважины сооружаются путём последовательного бурения горных пород , удаления разбуренного материала и укрепления стенок скважины от разрушения (при необходимости, зависит от характера пород).

Подготовка скважины к эксплуатации — это комплекс операций, которые проводят с этапа вскрытия буровым долотом кровли продуктивного пласта до вывода работы скважины на технологический режим. Доля скважины, вскрывшая плодотворный пласт, именуется забоем. Данное вещество считается принципиально необходимым, например как в направление срока эксплуатации скважины (а это — 10-ки лет) забой определяет ее эффективность и обязан удовлетворять меняющимся условиям разработки.

Сначала обратимся к призабойной зоны пласта (ПЗП).

Вследствие вскрытия пласта скважиной по всей его толщине, кругом ствола скважины появляется именуемая призабойная зона пласта, в которой происходят или же имеют все шансы происходить всевозможные процессы, нарушившие или не соблюдающие первоначальное сбалансированное механическое или же физико-химическое устройство горных пород. Радиус призабойной зоны пласта можно квалифицировать, и в данной связи выбирается относительный средний радиус, ограничивающий по простиранию во всей его толщине, в которой происходят все процессы и появления, обусловленные вскрытие продуктивного пласта. Причем, данная зона имеет самую многообразную конфигурацию.

Принципиальная схема призабойной зоны пласта приведена на рисунке 1.

Под фильтром как правило понимают прибор , устанавливаемый в скважине напротив продуктивного горизонта (выдержанный по площади пласт-коллектор внутри нефтегазоносного, содержащей подвижные углеводороды в свободной фазе и способный их отдавать в промышленном объеме ) которое гарантирует вакантный доступ вовнутрь скважины (без механических примесей) воды и в одно и тоже время защищает ее ствол от обрушения. Фильтры ставят лишь только в неуравновешенных породах.

Фильтр состоит из трех частей (рис. 11.10): рабочей части 1, отстойника 2, расположенного ниже рабочей части фильтра, и надфильтровой части 3 с сальником из герметизирующего материала 4. Сверху фильтра устанавливается приспо­собление 5 для спуска его в скважину.

Эксплуатация любой скважины не может обойтись без тех или же других осложнений, вызванных в первую очередь несовершенством способов разработки месторождений и недостающим уровнем контроля за процессами, проходящими в пласте и его призабойной зоне.
Причины, вызывающие ухудшение проницаемости ПЗП, делятся на четыре группы:

1) обусловливающие механическое загрязнение ПЗП;

2) физико-литологические, приводящие к разбуханию пласто­вого цемента при контакте его с водой;

К причинам, обусловливающим механическое загряз­нение ПЗП, относятся:

— засорение пористой среды ПЗП жесткой фазой бурового или же промывочного раствора при бурении или же серьезном и подземном починках скважин;

– впрессовывание в поровую среду ПЗП зернышек породы, разрушаемой долотом при бурении;

– закупорка деликатного слоя породы кругом забоя глиной или же тампонажным цементом в процессе крепления скважин;
– загрязнение ПЗП илистыми частичками , содержащимися в воде, закачиваемой в пласт для поддержания пластового давления;

Для чистки фильтра скважины и призабойной зоны пласта от всевозможных загрязнений в зависимости от оснований и геолого-технических критерий проводят надлежащие технологические операции:
— кислотные ванны;
— промывку пеной или же ПАВ;
— ОПЗ мицеллярными смесями
— воздействие на ПЗП раство­рителями.

1 Кислотная обработка и промывка пеной или раствором ПАВ

Соляно-кислотная обработка призабойных зон скважин базирована на способности соляной кислоты проникать внутрь пласта и растворять карбонатные породы — известняки, доломиты, доломитизированные известняки. В результате на значительное расстояние от ствола скважины простирается сеть расширенных каналов, что увеличивает фильтрующие способности пласта и приводит к наращиванию продуктивности скважины.
Суть способа основывается на химических реакциях взаимодействия соляной кислоты HC l с известняком:

CaMg(CO 3 ) 2 +4Cl=CaCl 2 +MgCl 2 +2CO 2 +H 2 O.
Возникающие в итоге реакций хлористый кальций CaCl 2 и хлористый магний MgCl 2 просто растворимы в воде в большущих числах , а выделяющийся углекислый газ CO 2 оказывает помощь на пластовую систему. Впоследствии обработки они совместно с продукцией извлекаются из скважины.

При обработке терригенных коллекторов кислотный раствор делится кругом скважины больше размеренно, ежели в коллекторах иного на подобии, в следствие этого есть вероятность ориентировочной оценки радиуса обрабатываемой зоны по эмпирической формуле. Не полагая влияния на призабойную зоны кислотный раствор используется для чистки фильтра скважины от всевозможных образований, образовавшихся при бурении скважины, в процессе ее эксплуатации и при ремонтных работах. Для сего исполняются кислотные ванны.
При воздействии соляной кислоты на глины растворяются главным образом, соединения железа, кальция и магния, окислы кремния и алюминия, то есть основные компоненты алюмосиликатной породы разлагаются соляной кислотой незначительно.

Взаимодействие соляной кислоты с кальцитовым цементом выражается уравнением

СаО * SiO2 + 2HCl = CaCl2 + SiO2 + H2O.

Продукты реакции — отлично растворимы в воде хлорид кальция и гель оксида кремния. Нужно подметить, собственно что скорость гелеобразования возрастает с наращиванием сосредоточении кислоты.
Железистые соединения, входящие в состав грязной призабойной зоны пласта, ведут взаимодействие с соляной кислотой по уравнению

В начале реагирования кислотный раствор имеет показатель рН, равный единице. В результате нейтрализации кислоты до рН = 2-3 большая часть хлористого железа гидролизуется, образуя гидрат окиси железа

Гидроокись железа — коллоидный хлопьевидный осадок легко закупоривает поровые каналы. Чтобы на происходило гидролиза железистых соединений, необходимо раствор соляной кислоты не доводить до полной нейтрализации в пласте, оставляя кислотность раствора не выше рН = 1 путем точной выдержки его в пласте по времени.

Для выпадающих железистых осадков в пролетарий раствор соляной кислоты идет по стопам добавлять 3-5 % от совместного размера , уксусной кислоты СН3СООН. Уксусная кислота с железом сформирует коллоидное слияние . Добавка данной кислоты не лишь только предостерегает выпадение из раствора гидроокиси железа, но и замедляет скорость реакции соляной кислоты с карбонатными включениями. .

Высококонцентрированные консистенции нашли применения не только лишь по образованию геля оксида кремния, но и по возрастанию коррозионной активности , эмульгирующей способности и вероятности выпадения солей в осадок при контакте кислоты с пластовой водой, которая активно перемешана со сточными водами, использующимися в системе ППД.
Для первичных обработок пористых малопроницаемых пород с кальцитовым цементом расход раствора HCl оформляет 0,4-0,6 м3 на 1 м перфорированной толщины пласта. Для вторичных и последующих обработок расход раствора растет в согласовании с данным на 50-70 % от первичной и каждой из последующих обработок.

При обработке пористых коллекторов с низкой проницаемостью, используют газированные (кроме прочих) кислотные растворы и кислотные композиции. В этом случае в качестве добавок к кислотным растворам применяют катионактивные ПАВ (катапин, катамин, марвелан ) при дозировке 0,2 — 0,3 %.

Кроме улучшения фильтруемости раствора, катионактивные ПАВ гидрофобизируют породу и понижают межфазное натяжение на границе «нефть –от работавший раствор», собственно содействует наилучшему проведению реакции. В качестве деэмульгаторов и в качестве интенсификаторов для снижения поверхностного натяжения на границе «нефть — вода» используется неионогенные ПАВ на подобии ОП-4, ОП-10, Превоцел W=ON, Превоцел W=OF, Конокс I=109, Тержитол.

Нужно отметить, что чаще всего они используются при обыкновенной технологии СКО с водными смесями кислоты. Эти же реагенты применяются при СКО нагнетательных скважин

.С целью понижения коррозионной энергичности соляной кислоты в раствор по очереди добавляют ингибиторы для СКО — уже обозначенные Катапин, Катамин и Марвелан, а еще И-1-В, и-2-А («Север») и Уникол ПБ-5.
2 . Очистка призабойной зоны мицеллярными растворами
Ключевая индивидуальность мицеллярных смесей — дееспособность к солюбилизации, т.е. самопроизвольному растворению препаратов, в нормальных критериях нерастворимых в предоставленном растворе (нефть делается растворимой в мицеллярной системе «вода+ПАВ», но как правило она не растворяется).

Высококонцентрированные смеси не нашли использования лишь только по причине образования геля окиси кремния, но и по причине возрастания коррозионной энергичности , эмульгирующей возможности и вероятности выпадения солей в осадок при контакте кислоты с пластовой водой, которая деятельно перемешана со сточными водами, применяемыми в системе ППД.
Для изначальных обработок пористых малопроницаемых пород с кальцитовым цементом затрата раствора HCl используют 0,4-0,6 м3 на 1 м перфорированной толщины пласта. Для вторичных и дальнейших обработок затрата раствора возрастает в соответствии с этим на 50-70 % от первичной и всякой из дальнейших обработок.

3. Воздействие на ПЗП раство­рителями

Действие растворителей направлено на изменении свойств или состояния насыщающих пласт флюидов.

Растворитель Нефрас служит для растворения в призабойной зоне пласта парафинов, смол и асфальтенов, наличие которых в ПЗП существенно снижает проницаемость этой зоны, затрудняет проведение кислотных обработок.

Простейший растворитель асфальтосмолопарафиновых отложений ( АСПО ) — керосин, растворяющая способность 1 м3 которого достигает 200 кг парафина или же же смол. Иногда пользуют бензин, но эффективность его отмечается лишь только только в 40 — 50 % обработок.
В последние годы всё более пространное внедрение для воздействия на ПЗП находят органические растворители, как правило, побочные продукты или же отходы химии нефтехимических производств.
В качестве водопоглотителей может быть подобрано большое количество химических веществ. Для месторождений Западной Сибири рекомендуется использовать метиловый спирт, ацетон и ацетоновые консистенции кремний органических соединений.

Метиловый спирт (метанол, древесный спирт) СН3ОН — бесцветная жидкость. Метиловый спирт смешивается в любых соотношениях с водой, этанолом, диэтиловым эфиром, ацетоном, бензолом; растворим в хлороформе.

Ацетон (диметилкетон; 2 — пропанол) СН3СОСН3 — бесцветная жидкость. Ацетон не ограничено смешивается с водой, этанолом, диэтиловым эфиром, бензолом и хлороформам

Целью применения данных способов очистки призабойной зоны пласта считается совершенствование фильтрационных качеств пород.

ФИЗКОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ (ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС) Боровская Л.В. Международный журнал экспериментального образования. 2009. № 4. С. 9-10.

ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ДВОЙНЫХ И ТРОЙНЫХ СПЛАВОВ Н-ПАРАФИНОВ Данилин В.Н., Доценко С.П., Боровская Л.В. Конструкции из композиционных материалов. 1995. № 3-4. С. 13-14.

https :// studopedia . ru /2_122737_ sostoyanie — prizaboynoy — zoni — plasta . html

Источник