ФИЛЬТР СКВАЖИНЫ НА ВОДУ, ПРОБУРЕННОЙ НА МЕЛКИЕ И ПЫЛЕВАТЫЕ ПЕСКИ
WATER FILTER OF WELL DRILLED IN FINE AND SILTY SANDS

Изобретение относится к области сооружений скважин на воду, эксплуатируемых в водовмещающих пластах, состоящих из мелких и пылеватых песков.
Одной из главных частей скважины на воду является фильтр, назначение которого удерживать стенки скважины от обрушения и не давать частицам, находящимся в воде, попадать в откачиваемый поток воды.
Известна конструкция фильтра скважины на воду (Справочник по бурению скважин на воду под редакцией Д.Н.Башкатова. М.: Недра, 1979 г., стр.457, рис.11.9), которая состоит из гравийной обсыпки и фильтровой колонны. Гравийная обсыпка уложена между водовмещающими песками и фильтровой колонной. Фильтровая колонна оборудована сальником и обратным клапаном. Ее рабочая часть выполнена из перфорированной трубы, покрытой снаружи фильтрующим элементом в виде сетки или проволочной навивки.
Сочетание в конструкции фильтра гравийной обсыпки и колонны с фильтрующим элементом обеспечивает устойчивость стенок скважины и исключает попадание из водоносного пласта мелких частиц в откачиваемую воду, которые оседают на поверхности сетки и между частицами гравийной обсыпки по ходу фильтрации воды.
Недостатком данной конструкции является то, что при эксплуатации скважины такое оседание частиц приводит к постоянной закупорке отверстий фильтрующего элемента и кольматации гравийной обсыпки, что снижает производительность скважины и сокращает срок ее эксплуатации. Наиболее интенсивно эти процессы происходят, когда водовмещающая порода представлена мелкими и пылеватыми песками. Кроме того, малый размер частиц водовмещающей породы требует использования мелких фракций гравия в обсыпке фильтра и минимальных размеров проходных отверстий фильтрующего элемента, фильтровой колонны, что в свою очередь делает малоэффективными различные методы восстановительных работ по восстановлению производительности скважины, основанных на обработке ее фильтрующего элемента и прифильтровой зоны из внутренней полости фильтровой колонны. Необходимо отметить, что извлечение фильтровой колонны в большинстве случаев не возможно из-за плотного обжатия ее закольматированной обсыпкой.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является фильтр скважины на воду (Г.П.Квашнин, А.Н.Деревянных. Водоснабжение скважин с гравийными фильтрами. М.: Недра, 1981 г., стр.202, рис.86), который включает: гравийную обсыпку, наружную перфорированную обсадную трубу и внутреннюю колонну. Внутренняя колонна снабжена башмаком с обратным клапаном и фильтрующим элементом. Сопряжение внутренней колонны с наружной перфорированной обсадной трубой осуществляется при помощи сальника.
Наличие в конструкции скважины наружной перфорированной обсадной трубы обеспечивает устойчивость стенок скважины при формировании уширенной полости в фильтровой зоне скважины гидравлическим способом без применения глинистого раствора с последующим заполнением ее гравием.
Недостаток данного устройства заключается в том, что заполнение гравием не только уширенной полости вокруг наружной перфорированной обсадной трубы, но и кольцевого пространства между ее внутренними стенками и наружной поверхностью внутренней колонны делают возможность восстановления производительности скважины, при закупорке отверстий фильтрующего элемента и кольматации гравийной обсыпки, еще более проблематичной.
Основная задача изобретения в создании фильтра скважины на воду, конструктивные особенности которого позволяют увеличить продолжительность эксплуатации скважины без существенного снижения ее производительности вследствие менее интенсивной закупорки фильтрационного элемента в ходе фильтрации воды и возможности, при его кольматации, периодического восстановления проницаемости путем гидравлической обработки, облегчение и ускорение замены фильтра.
Сущность изобретения заключается в том, что фильтр скважины на воду, пробуренной на мелкие и пылеватые пески, состоит из гравийной обсыпки, наружной перфорированной обсадной трубы и внутренней колонны, которая имеет фильтрующий элемент, сальник и башмак с водонепроницаемой заглушкой. Увеличение продолжительности эксплуатации указанного фильтра обусловлено тем, что наружная перфорированная обсадная труба оборудована дополнительным фильтрующим элементом. Этот элемент может быть выполнен в виде сетки, проволочной обмотки, просеченного листа и т.д. Размер проходных отверстий дополнительного фильтрующего элемента равен размерам частиц гравийной обсыпки. В нижней части наружной перфорированной трубы установлен отстойник. Фильтрующий элемент, которым оборудована внутренняя колонна, имеет размер проходных отверстий, равный частицам водосодержащих мелких и пылеватых песков. Такие характеристики фильтрующего элемента могут быть получены при использовании многослойной навивки из полимерных нитей, тканей и др. Башмак, установленный на внутренней колонне, снабжен водонепроницаемой заглушкой, служащей цели не допустить проникновение воды во внутреннюю колонну, минуя фильтрующий элемент.
Изобретение поясняется чертежом, где изображен вертикальный разрез фильтра скважины на воду, пробуренной на мелкие и пылеватые пески.
Фильтр включает в себя наружную перфорированную трубу 1, перфорированная часть которой закрыта дополнительным фильтрующим элементом 2, выполненным, например, в виде сетки. Кольцевой зазор между водосодержащим мелким песком 3 и наружной перфорированной трубой 1, заполнен гравийной обсыпкой. В нижней части перфорированной трубы 1 смонтирован отстойник 5. В наружной перфорированной трубе 1 установлена внутренняя колонна 6 с фильтрующим элементом 7. Размер проходных отверстий фильтрующего элемента 2 равен размерам гравийной обсыпки 4, а фильтрующего элемента, в виде многослойной навивки из полимерных нитей, равен размерам частиц водосодержащего мелкого песка 3. Сопряжение наружной перфорированной трубы 1 с внутренней колонной 6 осуществляется при помощи сальника 8, который выполняет роль центратора. Нижний торец внутренней колонны 6 оснащен башмаком 9 с водонепроницаемой заглушкой 10.
Фильтр скважины на воду, пробуренной на мелкие и пылеватые пески, работает следующем образом.
При откачке воды из скважины погружным насосом уровень воды в ней понижается ниже статического, а давление водяного столба в скважине становится меньше пластового давления водосодержащего мелкого песка. Благодаря разнице давлений вода из окружающей фильтр скважины мелкого песка 3 поступает в ее внутреннюю полость, последовательно проходит гравийную обсыпку 4, дополнительный фильтрующий элемент 2, перфорацию наружной трубы 1 и внутренней колонны 6, фильтрующий элемент 7 и перфорацию внутренней колонны 6. При движении потока вода захватывает мелкие фракции песка водосодержащего пласта 3, часть из которых задерживается в гравийной обсыпке 4, а наиболее мелкие фракции проходят через нее и дополнительный фильтрующий элемент 2, который задерживает от попадания во внутреннюю полость скважины только частицы, размер которых равен или превосходит размер частиц гравийной обсыпки 4. После прохождения перфорации при попадании в кольцевой зазор между наружной трубой 1 и внутренней колонной 2 скорость воды резко снижается. При этом часть находящихся в ней мелких частиц выпадает в осадок и попадает в отстойник 5, а оставшаяся часть мелких частиц задерживается фильтрующим элементом 7, размер проходных отверстий которого равен размеру частиц водосодержащего мелкого песка 3. Наличие сальника 8 исключает попадание мелких частиц в полость скважины из кольцевого зазора в верхней части внутренней колонны 6, а водонепроницаемая заглушка 10, установленная в башмаке 9, не допускает их попадания через нижний торец внутренней колонны 6. При кольматации фильтрующего элемента 7 в результате длительной эксплуатации скважины его водопроницаемость восстанавливают гидравлическими методами, при которых в зоне перфорированной внутренней колонны 6 создается давление, превышающее внутрипластовое давление водосодержащего мелкого песка. Такая гидравлическая обработка вытесняет мелкие фракции песка из фильтрующего элемента 7 и осаждает их в отстойник 5.
При длительной эксплуатации скважины, если ее производительность после гидравлической обработки полностью не восстанавливается, производят свободный подъем на поверхность не зажатой гравийной засыпкой и водосодержащей породой колонны 6, осуществляют чистку отстойника 5 от отложений мелких фракций песка и выполняют гидравлическую обработку наружной перфорированной трубы 1 и гравийной обсыпки 4. В ходе выполнения таких ремонтных работ фильтрующий элемент 7, поднятый на поверхность, либо очищают, либо заменяют на новый, после чего внутреннюю колонну 6 устанавливают на прежнее место в полость скважины.
Применение предложенного фильтра оборудования водоприемной части скважины на воду, пробуренной на мелкие и пылеватые пески, позволяет, во-первых, продлить эффективный период эксплуатации скважины без ее ремонта и, во-вторых, в случае необходимости производить ремонтные работы по замене фильтра с минимальными трудозатратами, причем на протяжении длительного периода эксплуатации скважины замена фильтра может осуществляться многократно. Все указанное дает возможность получить ощутимый технико-экономический эффект.