Скважинный фильтр
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 4702 A (ю 4 E 21 В 43/08
Ц
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЧФ
C)
4ь 3
Ю
Ю (21) 3714480/22-03 (22) 11.03.84 . (46) 15.01.86. Бюл, Ф 2 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по осушению месторождений полез ных ископаемых, специальным горным работам, рудничной геологии и маркшейдерскому делу (72) А.А.Кузмичев, В.И.Воронцов, В,М.Светличный, Б.П. Воропаев и С.А.Съедин (53) 622.245(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 149737, кл. E 21 В 43/08, 1961»
Гаврилко В.М. Фильтры буровых скважин. М»1 Недра, 1976, с. 73-76. (54)(57) 1. СКВАЖИННЫЙ ФИЛЬТР, включающий перфорированный цилиндрический каркас и сужающиеся к каркасу наружные каналы, заполненные гравием и образованные водонепроницаемыми перемычками, жестко связанными с каркасом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы дренажных скважин пу тем увеличения эффективной мощности гравийной обсыпки при сохранении минимального диаметра скважин и предотвращения кольматации .водоприемной части, он снабжен наружной цилиндрической проницаемой оболочкой, выполненной из водорастворимого материала, установленной коаксиально каркасу и жестко связанной с водонепроницаемыми перемычками, расположенными вдоль образующих каркаса под углом к его радиусу.
2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что угол между перемычками и радиусом каркаса равен
90 - 120
1 12047
Изобретение относится к горной промышленности, а точнее, к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при осушении месторождений полезных ископаемых, дренаже 5 промплощадок и отборе подземных вод с применением дренажных устройств, оборудованных фильтрами.
Целью изобретения является повышение надежности работы дренажных 10 скважин путем увеличения эффективной мощности гравийной обсыпки при сохранении минимального диаметра скважины и предотвращения кольматации водоприемной части. !5
На фиг ° 1 изображен скважинный фильтр, общий вид с продольным разрезом; на фиг. 2 - разрез А-А на" фиг. l; на фиг.3 - расчетная схема для определения пре- 20 делов изменения угла о(. установки водонепроницаемых перемычек. а
Фильтр имеет перфорированный каркас 1 цилиндрической формы, с которым жестко связаны продольные водонепроницаемые перемычки 2, образующие сужающиеся к каркасу каналы 3. Наружная проницаемая водорастворимая оболочка 4 жестко связана с продольными перемычками 2. Водонепроницаемые перемычки образуют сужающиеся к, каркасу каналы 3. Наружная проницаемая водорастворимая оболочка 4 жестко связана с продольными перемычками 2. Водонепроницаемые перемычки 2 установлены к радиусу каркаса 1 под углом pL равным 90120 . Каналы 3 заполнены гравием 5.
Собранный на поверхности скважинный фильтр, заполненный гравийной обсып™ кой 5, опускается в скважину 6 в ин™ тервал дренируемого горизонта 7 на фильтровой колонне 8. Под действием воды (не показана) водорастворимая наружная оболочка 4 растворяется, от- <5 крывая свободный доступ воде в каналы 3.
При определейии граничных значений угла o(,принимаются следующие начальные параметры: OE = R< - наруж- 50 ный радиус трубы каркаса фильтра;
АС = 6 = 75 мм — минимальный путь тииьтрации иицкости (мил«маяцкая толщина гравийной обсыпки, регламентированная СН и П); n - -количество во- 55
/ 2ТВ донепроницаемых перемычек 1 n=- — -, О где, д - расстояние между рядами
02
2 отверстий в каркасе фильтра по образующей (находится по справочнику для каждого требуемого диаметра), причем каждому ряду отверстий соответствует одна перемычка.
Наибольший путь фильтрации (максимальная толщина гравийной обсыпки) обеспечивается при установке пере- мычки по линии АЕ, т.е. при ОЕА = 90, минимальный (75 мм по CH и П„)при установке перемычки под ОСА. ОСА = С OCD + Угол OCD определяется из рассмотрения равнобедренного треугольника OCD и прямоугольного треугольника .ОСВ. (OCD = 180 - (90 + 360 180 так как 4. ВОС яя - - =, то и 2 и о 180 1 < 180 OCD=180 - 90 + )=90 — — — (3) П П Из прямоугольного треугольника AMC ЙА EC — Sin с МСА (4) МА илиСИСА = arcsin — — — . Ъ МА = ON — GB (так «ак «OOD = «OKA = «OAN) ON = ОА cos — -- = R cos --- (7) 180 180 и и Из прямоугольного треугольника OBD получаем ОВ . (о 180 ) OD — = sin c ODC = sin(90 =cos и или (5) (6) — 180 180 ОВ=OD cos †-- = R cos †-- (8) и " и Из прямоугольного треугольника ОЕА — R< ОА = R2 = — — У-Рcos -- —— Подставляя(8) н (7) в (6),получаем 180 о !80 о МА - R соз — — — R cos 2 г1 П = (R — R ) cos —— 2 и (9): После подстановки выражения (9) s (5), получаем МСА=arcsin (- --> cos -- — ) (11) R -R 180 и 1204702 4 — площадь поверхности трубы фильтра; N — количество отверстий в каркасе фильтра; 5 d - -диаметр отверстий каркаса фильтра, мм; D — - диаметр каркаса фильтра,мм. Число отверстий на м каркаса фильтра равно 1000 n (21) b где b — расстояние между рядами отверстий по вертикали, мм. Подставляя формулу (21) в(20),получаем ю (22) 180 cos — — ) п (!2) Чтобы определить предельные значения параметров фильтра, рассмотрим выражение (12), из которого получаем о 180о sin (d-90 + ) - - — = И = (13) 8 180 cos —— u где И - относительная толщина обсыпки фильтра. При o(= 90 h=tg —-u Ю При а(= 180 (14) KDb n — — — —— 25 d . (23) (15) h=1, Исходя из получаем 180 — -- ( и Ва- В1 — — — а 1 » (!7) В и 162»5 = 212 cos 40 162,5 cos--18 (18) 40 при d.= 180 (19) 2 45 49» 75 следовательно 55 = !3,2 мм. Значит для о! изменяется 90 К - !20 Таким образом, угол Ф изменяется в пределах е о 180 ° (R2-В 90 6 а(90 + arcsin (= — - и F т.е. в том случае, когда угол 90 ск 180, относительная толщина изменяется в пределах о tg -1- -— а h <1 (16) п выражений (13) и (16), о причем при c(= 90 180 R -R =Я tg- —— 2 1 Таким образом, при.установке перемычек под углом а(= 180 предельная толщина обсыпки составляет В = 75 мм, Для определения предельно максимального угла установки перемычек (о!.) пользуемся предельной скважин ностью фильтра К, не превышающей 20-25Х, Для этого выражаем скважинность 1 м фильтра формулой ,ооо 100X .(20) Fy 4 ПД 1000 где Fc» — площадь отверстий фильтра; Иэ выражения (22j определяем 20 количество перемычек по формуле Предельное значение количества перемычек и определяется для диаметра каркаса D = 325 м, который по технологии оборудования фильтрами глубоких скважин имеет преимущественное применение в практике, по форму30 ле (23) с учетом следующих величин предельных параметров: K=20X; 6=22 мм; 1 =33 мм; 20 325 33 — 18 шт, 11аружный радиус обсыпки фильтра равен Следовательно  — R 49,5 мм После подстановки предельных значений п = 0,66; n = 18 в формулу (13) получаем g = arcs и (0,66 х cos 10 )+ 50 + 80О = 40 5 + 80 = 120,5 . Rz-R 180 При n=l8; †--- = tg — — — =О 176 Щ»»/ В -В„= 0,176 х 75 мм= скважности 2ОХ угол в следующих пределах: 5о 1204702 Фис 1 ВНИИПИ Заказ 8498/29 Тираж 539 Подписное Филиал ППП "Патент", r.Óæãîpoä, ул.Проектная, 4 Относительная толщина обсыпки фильтра равна 0,176- — " 0,66, 6 Абсолютная толщина обсыпки фильтра равна l3 2 мм (Rg — R (49,5 IG В известном устройстве минимальная предельная толщина фильтра,равна R -Н = 8 =75мм. В приведенном расчете наружный диаметр фильтра предлагаемой конструкции (с учетом толщины водорастворимой оболочки из поливинилаце-. .таля) составляет 426 мм, что требует бурения скважины диаметром 490 мм. При существующих конструкциях водоприемной части водопонижающих скважин (фильтр проволочный с обсыпкой гравием, циаметр каркаса 2 R = 325 мм) с учетом применения защитной колонны диаметром 508 мм, минимальный диаметр бурения составляет 590 мм (против 490 мм при предлагаемой койструкции), чем и определяется технико-экономическая целесообразность предлагаемого фильтра.
