CC BY
42
ЭКОЛОГИЯ, МЕЛИОРАЦИЯ И С.-Х. ВОДОСНАБЖЕНИЕ
УДК 631. 634
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ, ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ПЕСКОВАНИЕ БУРОВЫХ СКВАЖИН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
THE TECHNOLOGICAL MODES, WHICH EXCEPT SANDING OF WATER-SUPPLY BORING SLIT
A.C. Овчинников, ИА. Большаков, O.B. Бочарникова
ФГОУ ВПО Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия
Ovchinnikov A.S., Bolshakov IA., Bocharnikova O.V.
Volgograd state agricultural academy
В статье предлагаются технологические приемы, позволяющие исключить пескование скважин водоснабжения с помощью использования фильтров и гидравлических сепараторов, в связи со спецификой водоносных пластов Волгоградской области характеризующихся наличием мелких частиц песка, что в свою очередь приводит к быстрому износу насосного оборудования.
In article presents a technological modes, which except sanding of water-supply boring slit with using a filters and hydraulics separators in bond with specific of water layers in Volgograd region, which characteristics availability of small sands fraction, what bring in fast wear-and-tear of pumps equipment.
Задачей водоснабжения является бесперебойное снабжение качественной водой потребителей при условии осуществления наибольшего удобства пользования водой при ее наименьшей стоимости, максимальной простате и заданной надежности эксплуатации систем водоснабжения [3].
Использование подземных вод для водоснабжения имеет преимущества перед поверхностными источниками. Система водоснабжения с забором подземных вод экономически выгоднее систем с поверхностными источниками, так как в первом случае, чаще всего, не требуется строительства дорогостоящих очистных сооружений для улучшения качества воды.
Наши исследования, проведенные в Дубовском районе Волгоградской области, показывают, что водоносные пласты данного региона характеризуются наличием мелких частиц песка (d = 0,05... 6,0 мм), что в свою очередь приводит к выносу водоносной породы в эксплуатационную колонну. Песок приводит к забиванию приемной камеры, истиранию лопастей насоса, тем самым, снижая мощность двигателя, и насосные агрегаты выводятся из строя. Поэтому необходимо изучить технологические приемы, исключающие пескование буровых скважин, в связи с этим повысится ресурс насосов приблизительно на 20 %.
Исследуемый водозабор представлен буровой скважиной. Глубина скважины составляет 500 м, глубина понижения первой колонны обсадных труб диаметром 219 мм - 200м, новая колонна труб диаметром 159 мм -190...265 м. Высота выхода последней колонны обсадных труб из под башмака предыдущей диаметром 146 мм составляет 265...427 м. Водоносный горизонт представлен песком мелко зернистым с коэффициентом фильтрации Кф = 0,8 м/сут и размером частиц пород, меньше которых по весу в водоносном пласте содержится соответственно 10, 50 и 60% dio = 0,02 мм, dso = 0,18 мм, deo = 0,2 мм, мощность пласта составляет 25 м. Разница между
отметкой статического уровня воды в скважине и поверхностью земли составляет 20 м, а допустимое понижение уровня воды в скважине - 24 м.
В нашей работе мы предлагаем усовершенствовать существующую водозаборную скважину путем дополнения конструктивной схемы водозабора фильтром из винипластовых (поливинилхлоридных) труб с наружным диаметром 140 мм и однослойной песчано-гравийной обсыпкой [1].
Но при оборудовании скважин фильтрами различных конструкций пескование является наиболее частой причиной их неудовлетворительной работы. Пескование скважин с фильтрами в мелкозернистых и разнозернистых песках обычно ликвидируется путем длительной прокачки. Известны случаи, когда длительность прокачки достигает несколько недель и даже месяцев, что недопустимо для скважин водоснабжения, даже если они относятся к III категории надежности, где длительность снижения подачи не должна превышать 15 сут, а перерыв в подаче воды или снижение подачи ниже указанного предела допускается на время проведения ремонта, но не более чем на 24 ч [4].
В дальнейшем совершенствовании скважины мы предлагаем приемы, исключающие пескование путем применения в скважине гидравлических сепараторов американской компании «Ьакоэ», в основу которых положен центробежный способ разделения песка и воды [2].
На рис. 1 представлена схема модернизированного устройства гидравлического сепаратора для защиты погружных насосов от пескования.
Устройство состоит из трубчатого корпуса 1, в котором располагаются следующие основные функциональные элементы: приемная камера 2, зона разделения воды и песка, зона осаждения и отвода песка, зона накопления и удаления песка.
Рис. 1 Устройство для защиты погружных насосов от пескования водозаборных скважин (Патент ВУ 1713 С 1):
1 - корпус устройства; 2 - приемная камера; 3 - сливная труба; 4 - входные
каналы; 5 - перегородки; 6 - отражатель; 7 - выпрямитель потока; 8 -
дроссельные эластичные мембраны; 9 - стержень; 10-камера накопления песка; 11 - клапан; 12- опорная центрирующая крестовина; 13 -
беструбная подвеска; 14 - обсадная труба.
Принцип работы гидравлического сепаратора состоит в следующем. Водопесчаная пульпа поступает в отверстие входных каналов 4, которые выполнены по спирали Архимеда (А-А), являющейся гидравлически оптимальной при круговом движении реальной жидкости.
Такое решение допускает эксцентриситет установки устройства в скважине по отношению к центральной оси обсадной трубы. Входные каналы 4 выступают за пределы корпуса 1 по величине максимально допустимого диаметра погружного насоса Бн. Перегородки 5 служат для послойного разделения водопесчаной пульпы с целью интенсификации процессов разделения частиц песка и воды при вращательном движении в приемной камере. Внутри камеры образуются два винтообразных потока. Один -центральный, очищенный от песка, поворачивается на 180°, чему также содействует отражатель 6, и поступает в сливную трубу 3. Другой - периферийный, в котором под действием центробежных сил частицы песка отбрасываются к внутренней стенке корпуса 1 и двигаются вниз в зону осаждения и отвода [2].
Исходные данные для выбора и установки сепаратора в водозаборной скважине является: максимальный и минимальный расход погружного насоса; внутренний диаметр обсадной трубы скважины, где устанавливается сепаратор; статический и динамический уровни; размеры и концентрация частиц песка при песковании.
Для заданного расхода () = 25 м3/ч и по минимально допустимому внутреннему диаметру обсадной трубы с1 = 146 мм выбирают
соответствующий типоразмер сепаратора «Ьакоэ» 6' Б [2]. По графику на рис.
2 для соответствующего сепаратора определяются потери напора \1\ ( \1\ = 0,5 м), на которые дополнительно опустится (по отношению к заданному) динамический уровень воды в скважине. Уточненная глубина динамического уровня является основой для определения глубины установки в скважине погружного насоса. Соответственно сепаратор должен быть установлен ниже насоса не менее чем на 1,5 ми выше верхней части фильтра водозаборной скважины на 1 м.
Рис. 2 Гидравлические характеристики сепараторов:
1 - разработанный сепаратор для 10' - обсадных труб; 2 - сепаратор «Ьакоэ» для 10' - обсадных труб; 3 - сепаратор «Ьакоэ» для 8' - обсадных труб; 4 -сепаратор «Ьакоэ» для 6' - обсадных труб.
Список литературы
1. Гаврилко, В.М. Фильтры водозаборных, водопонизительных и гидрогеологических скважин / В.М. Гаврилко. - М.: Издательство литературы по строительству, 1968. - 399 с.
2. Журба, М.Г. Водоснабжение в 3-х томах / М.Г. Журба, Л.И. Соколов, Ж.М. Говорова. - М.: Ассоциация строительных вузов, 2003. - 288 с.
3. Смагин, В.Н. Курсовое и дипломное проектирование по с/х водоснабжению / В.Н. Смагин и др. - М.: Агропромиздат, 1990. - 336 с.
4. СНиП 2.04.02-84-2000.
