Фильтр буровой скважины

Полезная модель относится к горной промышленности, а именно к водоснабжению и водопонижению, и может быть использована при оборудовании водозаборных и дренажных скважин фильтрами.
Известна конструкция фильтра, который состоит из опорного каркаса, представляющего собой металлическую дырчатую или щелевую трубу; проволочной спирали или подкладочной сетки с крупными ячейками, накладываемой на стержни жесткости, опорный каркас является продолжением нижней части обсадной трубы буровой скважины, расположен с внешней стороны фильтрационной сетки, между опорным каркасом и фильтрационной сеткой располагаются центрующие кольца. (ПМ №129552, RU, МПК 7 Е21В 43/08).
Недостатками данного фильтра является то, что при фильтрации потока через известный фильтр, направление движения флюида не совпадает с направлением градиента фильтрации, который перпендикулярен линии постоянного давления в околоскважной зоне. Поэтому известная конструкция фильтра выполняет функцию местного сопротивления, заставляющего поток при прохождении через фильтрующую оболочку временно изменять свое направление. Следовательно, при использовании фильтра в реальных условиях возникают дополнительные потери напора, обусловленные несовпадением направления и градиента фильтрации, снижается эксплуатационные характеристики скважины.
Известна конструкция фильтра буровой скважины, который содержит опорный каркас, расположенный с внешней стороны фильтрационной проволоки, представляющий собой металлическую дырчатую или щелевую трубу и являющийся продолжением нижней части обсадной трубы, подкладочные кольца, закрепленные на стержнях жесткости, центрирующие элементы, расположенные между опорным каркасом и фильтрационной проволокой, центрирующие элементы расположены в нижней и верхней частях фильтра, по периметру фильтра под углом 120° относительно друг друга, фильтровальная проволока закреплена на подкладочных кольцах параллельно оси симметрии фильтровальной колонны (ПМ №168625, RU, МПК 7 Е21В 43/08).
Недостатком данного фильтра является отсутствие жесткости фильтровального каркаса фильтра буровой скважины вследствие возможности сползания и перемещения фильтровальной проволоки в горизонтальном направлении.
Наиболее близким аналогом является фильтр буровой скважины, содержащий опорный каркас, расположенный с внешней стороны фильтрационной проволоки, представляющий собой металлическую дырчатую или щелевую трубу и являющийся продолжением нижней части обсадной трубы, подкладочные кольца, закрепленные на стержнях жесткости, центрирующие элементы, расположенные между опорным каркасом и фильтрационной проволокой, центрирующие элементы расположены в нижней и верхней частях фильтра, по периметру фильтра под углом 120° относительно друг друга, фильтровальная проволока закреплена на внешней поверхности подкладочных колец, параллельно оси симметрии фильтровальной колонны в специальных пазах, стержни жесткости закреплены на внутренней поверхности подкладочных колец (ПМ №180192, RU, МПК 7 Е21В 43/08).
Недостатком данного фильтра является высокое значение гидравлического сопротивления при течении жидкости через фильтрационную проволоку, что приводит к снижению производительности скважины.
Технической задачей полезной модели является увеличение производительности скважины за счет снижения значения гидравлического сопротивления при течении жидкости через фильтрационную проволоку.
Технический результат достигается тем, что фильтр буровой скважины содержит опорный каркас, расположенный с внешней стороны фильтрационной проволоки, представляющий собой металлическую дырчатую или щелевую трубу и являющийся продолжением нижней части обсадной трубы, подкладочные кольца, закрепленные на стержнях жесткости, центрирующие элементы, расположенные между опорным каркасом и фильтрационной проволокой, центрирующие элементы расположены в нижней и верхней частях фильтра, по периметру фильтра под углом 120° относительно друг друга, фильтрационная проволока закреплена на внешней поверхности подкладочных колец, параллельно оси симметрии фильтровальной колонны в специальных пазах, стержни жесткости закреплены на внутренней поверхности подкладочных колец, поперечное сечение фильтрационной проволоки представляет собой овал каплевидной формы.
Конструкция фильтра буровой скважины поясняется чертежами Фиг.1, Фиг.2, Фиг. 3. На Фиг.1 представлены схема устройства фильтра буровой скважины, разрез Б-Б, на Фиг.2 − разрез А-A , на Фиг.3 − поперечное сечение фильтрационной проволоки.
На чертежах показано, что фильтр буровой скважины, состоит из опорного каркаса 1, представляющего собой металлическую дырчатую или щелевую трубу и являющегося продолжением нижней части обсадной трубы, подкладочных кольца 5, закрепленных на стержнях жесткости 6, центрирующих элементов 4, расположенных между опорным каркасом 1 и фильтрационной проволокой 3, центрирующие элементы 4 расположены в нижней и верхней частях фильтра, по периметру фильтра под углом 120° относительно друг друга, фильтрационная проволока 3 закреплена на внешней поверхности подкладочных колец 5, параллельно оси симметрии фильтровальной колонны 7 в специальных пазах 8, расположенных по всему периметру подкладочных колец 5 на одинаковом расстоянии, стержни жесткости 6 закреплены на внутренней поверхности подкладочных колец 5, поперечное сечение фильтрационной проволоки 3 представляет собой овал каплевидной формы.
Фильтр буровой скважины работает следующим образом: опорный каркас 1 устанавливается при устройстве обсадных труб буровой скважины и является продолжением нижней части обсадных труб. Он предназначен для удерживания гравийной обсыпки и фильтра буровой скважины. Вода из водоносного пласта, проходя гравийную обсыпку, поступает в буровую скважину через отверстия 2, расположенные в опорном каркасе 1, затем фильтруется через фильтрационную проволоку 3 с последующей откачкой погружным насосом. Фильтрационная проволока 3 закрепляется на подкладочных кольцах 5 в специальных пазах 8, расположенных по всему периметру подкладочных колец 5 на одинаковом расстоянии, что не позволяет фильтровальной проволоке перемещаться в горизонтальном направлении, в результате увеличивая жесткость фильтровального каркаса фильтра буровой скважины.  Подкладочные кольца 5 закрепляются стержнями жесткости 6. Центрирование фильтра буровой скважины при опускании производится при помощи центрирующих элементов 4, расположенных между опорным каркасом 1 и фильтрационной проволокой 3.
Поперечное сечение фильтрационной проволоки 3 представляет собой овал каплевидной формы с размерами: d, 0.5d и l=5d, где d – диаметр выпуклой части поперечного сечения, 0.5d – диаметр вытянутой части поперечного сечения, l – длина поперечного сечения.
Известно, что суммарное гидравлическое сопротивление какого-либо элемента сети определяется из формулы ,
3
3
2
где  - потеря полного давления, Па;  - коэффициент гидравлического сопротивления;  - плотность жидкости, кг/м;  - скорость потока, м/с; Q - объемный расход жидкости, м/с; F - площадь поперечного сечения, м.
Отсюда . Следовательно, расход жидкости находится в обратной зависимости от гидравлического сопротивления. Соответственно, чем больше значение гидравлического сопротивления, тем меньше производительность скважины. Таким образом, поперечное сечение фильтрационной проволоки 3 в виде овала каплевидной формы обеспечивает меньшее значение гидравлического сопротивления при течении жидкости через фильтрационную проволоку по сравнению с круглой формой сечения проволоки (Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ Под ред. М.О. Штейнберга. − 3-е изд., перераб. и доп. − М.; Машиностроение, 1992. − С.419).
При необходимости ремонта или замены фильтра его извлекают из буровой скважины. Так как фильтрационная проволока 3 не соприкасается с гравийной обсыпкой, а контактирует с опорным каркасом 1 центрирующими элементами 4, то силы трения и сопротивления при извлечении фильтра сведены к минимуму и, как следствие, значительно облегчается и упрощается процесс демонтажа фильтра. Отстойник буровой скважины не нуждается в очистке (т.к. при извлечении фильтра, обрушению грунта и гравийной обсыпки препятствует опорный каркас 1) и новый фильтр буровой скважины можно устанавливать без подготовительных работ.
Применение предложенной конструкции фильтра буровой скважины позволяет:
производить установку и извлечение фильтра буровой скважины с минимальными усилиями;
исключить из операций при замене фильтра работы по чистке отстойника скважины;
не бурить новую буровую скважину, а использовать отремонтированную в дальнейшей эксплуатации;
снизить затраты на ремонт буровых скважин;
улучшить эксплуатационные характеристики скважины;
снизить зависимости местного сопротивления фильтра от направления движения флюида;
упростить эксплуатацию буровых скважин;
увеличить срок эксплуатации скважины.