Статья дня:

 Конструкция скважинного фильтра

Фильтровая колонна скважины – это кусок трубы с перфорацией и с намотанной на него мелкой проволокой. Фильтр устанавливается далеко не во всех типах скважин.

 

Фильтр скважины

Зачем нужен скважинный фильтр и какая конструкция фильтра обеспечит максимальный срок службы скважины?

Качество и конструкция фильтра, который устанавливают на эксплуатационную колонну скважины, на самом деле, играют решающую роль в том, сколько прослужит Ваша скважина, а также в каком количестве и какого качества воду Вы будете из нее получать через 3, 5 или 10 лет после бурения.

Важно понимать, что фильтровая зона эксплуатационной трубы скважины, как и сама эксплуатационная труба, в абсолютном большинстве случаев не является заменяемым элементом, а потому, срок службы фильтра скважины на песок обычно и определяет в итоге срок службы скважины в целом.

При этом материалы, из которых изготовлен фильтр, качество изготовления фильтра в целом, а также качество установки фильтра часто являются неким резервом для конкурентного удешевления своих услуг организациями, предлагающими услуги бурения скважин (особенно, если речь идет о небольших фирмах без имени и истории). Все вполне логично – один-два года скорее всего прослужит даже самый дешевый фильтр, а что там будет после окончания гарантии на скважину – мало кого интересует. Более того, качественная скважина, способная прослужить без ремонта 30 и более лет, бурильщикам стратегически не выгодна – постепенно рынок услуг бурения скважин насыщается и уже сегодня очереди на бурение встречаются крайне редко.

Клиента же (и прибыль) нужно получить любой ценой, а лучший способ увеличить объем заказов – снизить цены. Только вот уменьшать при этом свою прибыль мало кто готов – к европейским традициям в работе нам еще идти и идти…

Именно поэтому, заказывая бурение скважины, нужно обязательно заранее уточнить все нюансы, связанные с ее конструкцией (особенно в части фильтра), чтобы понимать, насколько обоснована цена Вашей скважины и как долго она вообще способна прослужить.

Для ленивых и занятых, основные выводы этой статьи:

1.    При всем многообразии конструкций фильтров для скважин, решающее значение имеет не столько сама конструкция и размер фильтра, сколько качество изготовления и используемые при этом материалы.

2.    Наилучшее характеристики по прочности, долговечности и безопасности для качества воды в долгосрочной перспективе при этом показывают фильтры, в которых все элементы – труба-основа, каркас (проволока) и фильтрующая поверхность (сетка) сделаны из нержавеющей стали.

3.    Выбор фильтрующей поверхности фильтра (как типа, так и физических параметров – размера ячеек сетки, шага обмотки проволоки, структуры гравийной набивки и т.д.) должен основываться на анализе структуры породы водоносного горизонта, только в этом случае фильтр прослужит максимально долго и будет предельно эффективным.

4.    Категорически не желательно использование в скважинах фильтров, в которых каркас (или любой другой элемент) сделаны из оцинкованной стали.

5.    Пластиковые фильтры по определению менее долговечны, чем фильтры из нержавеющей стали.

Это основное, если хотите знать больше – читайте дальше.



Зачем нужен фильтр скважины?

В большинстве случаев скважинная вода добывается из водоносных горизонтов, содержащих неустойчивые и/или сыпучие породы – пески, галечники, трещиноватые известняки. Другими словами, в воде, которая набирается в эксплуатационную колонну, могут содержаться механические примеси, причем их размер и количество нестабильны и слабопрогнозируемы. Если эти механические примеси не задержать на входе в ствол скважины, рано или поздно скважина заполнится ними до такой степени, что просто перестанет наполняться водой (подробнее – см. статью про заиливание скважины).

Кроме того, многие погружные насосы просто не рассчитаны на прокачку воды с механическими примесями, а потому попадание, скажем, песка в насос, скорее всего быстро выведет его из строя.

Именно для удержания любых механических примесей, в водозаборной части эксплуатационной трубы скважины делают фильтровую зону. При этом, если речь идет о скважине на песок, фильтр скважины очень важно также полностью окружить мелким гравием или крупнозернистым песком, которые будут задерживать большую часть нежелательных механических примесей еще до скважинного фильтра.

 

Какие бывают скважинные фильтры?

Выбор конструкции фильтра скважины напрямую зависит от геологических характеристик водоносного горизонта, на который планируется бурение.

В артезианских скважинах, рассчитанных на твердые и стабильные известняковые породы, фильтр не делают вообще – просто оставляют ствол скважины открытым. Обычно это связано с тем, что такие скважины в большинстве случаев дают хороший напор воды, а потому погружной насос устанавливается на значительном расстоянии от водозабора. Таким образом, попадание крупных фрагментов породы в насос практически исключено, а мелкозернистых механических примесей в известняке практически не бывает.

Для скважин, рассчитанных на добычу воды из нестабильных галечных и известняковых водоносных горизонтов, в которых напор воды не слишком высок и насос устанавливается достаточно близко к водозабору, установка фильтра необходима. Поскольку слишком тонкая очистка воды в этих случаях обычно не нужна (мелкозернистые примеси также отсутствуют), в качестве фильтра используют просто отрезок перфорированной трубы (та же эксплуатационная труба, но с множеством просверленных отверстий небольшого диаметра). В большинстве случаев, при отсутствии в водоносе песка, такой фильтр вполне выполняет свою функцию и способен прослужить очень долго.

Значительно сложнее обстоит дело со скважинами на песок. Именно песчаные водоносные горизонты создают максимальное количество проблем бурильщикам и владельцам скважин. А поскольку песчаные водоносы в большинстве регионов расположены наиболее близко к поверхности – скважины на песок как раз наиболее распространены. Для таких скважин специально изготавливают сетчатые фильтры, и именно от качества их изготовления, материалов, из которых они сделаны, а также от качества их установки (обсыпки) напрямую зависит срок службы скважины на песок.

 

Как устроен скважинный фильтр?

В принципе, конструкция фильтров, которые устанавливают в большинстве случаев в скважины на песок, достаточно проста, а потому, решающее значение имеет качество изготовления фильтра и материалы, из которых он сделан.

В целом, фильтр состоит из следующих элементов: перфорированная основа, каркас для фильтрующего слоя, сам фильтрующий слой, а также отстойник для шлама. По типу основного фильтрующего слоя современные фильтры для скважин, который используют бурильные организации, бывают трех основных видов: сетчатые (наиболее распространены), каркасно-стержневые (проволочные), а также комбинированные (в т.ч. с гравийной набивкой).

Основа скважинного фильтра – перфорированная труба

Основой любого фильтра для скважины является перфорированный отрезок трубы, в котором делаются отверстия или щели. Диаметр отверстий, как и ширина щелей – это обычно 10-20 мм. Отверстия (щели) при этом делаются таким образом, чтобы скважность составляла 20-30%. Скважность в данном случае – это доля площади отверстий (щелей) от общей площади поверхности фильтра.

Что лучше – отверстия или щели? В принципе, учитывая общую конструкцию фильтра, лучшие характеристики по пропускной способности имеют щелевые фильтры, но их слабая сторона – устойчивость к внешнему давлению породы. Поэтому, в качественных щелевых фильтрах делают несколько поясов жесткости, т.е. щели не являются сплошными. В целом, если речь идет об индивидуальной скважине с дебитом до 5 м3/ч, тип перфорации трубы особенного значения не имеет, главное, чтобы перфорация была выполнена качественно и не влияла на способность трубы выдерживать механические нагрузки.

Из чего должна быть сделана труба – основа фильтра? Конечно же, оптимальным с точки зрения прочности и срока службы является нержавеющая сталь, но этот вариант имеет смысл только в случае, если эксплуатационная колонна скважины стальная. Если же Вы выбрали пластиковую трубу в качестве эксплуатационной, основу фильтра придется выбирать также из пластика. Дело в том, что фильтр нужно будет соединить с трубой скважины, а трубы из разных материалов практически невозможно соединить таким образом, чтобы соединение сохраняло герметичность в длительной перспективе. А потеря герметичности соединения, в большинстве случаев – это потеря скважины.

Каркас для фильтрующей поверхности фильтра

Независимо от того, какого типа фильтрующая поверхность у скважинного фильтра, этот слой не должен плотно прилегать к трубе-основе фильтра. В противном случае, работать будут только те фрагменты фильтрующего слоя, которые находятся непосредственно над отверстиями в трубе. Поэтому, между трубой основой и фильтрующим слоем делается жесткий каркас. Обычно – это либо намотанная на трубу-основу проволока с шагом 1,5-2 мм (актуально для сетчатых фильтров), либо пруты, расположенные вертикально – обычно такая конструкция у фильтров, где фильтрующую поверхность образует специальная спираль из клиновидной проволоки.

Несмотря на незначительную (на первый взгляд) роль, которую играет каркас для фильтрующей поверхности в скважинном фильтре, материал, из которого он сделан, а также качество его крепления в трубе-основе фильтра напрямую влияют на эксплуатационные характеристики и срок службы фильтра в целом.

Во-первых, каркас постоянно взаимодействует с водой, которая попадает в ствол скважины, а это значит, что материал, из которого он сделан, не должен добавлять в воду ничего лишнего. Особенно это актуально для фильтров, в которых под сетку из нержавеющей стали наматывают каркас из оцинкованной стальной проволоки. Оцинкованная сталь со временем окисляется и начинает отдавать в воду опасный для здоровья оксид цинка.

Во-вторых, вода всегда поступает в ствол скважины под давлением (либо природным, либо созданным насосом), каркас же при этом должен обеспечить стабильное положение, форму и целостность фильтрующего слоя, иначе последний рано или поздно разрушится от перепада внутренних напряжений. Это значит, что каркас должен выдерживать максимальные нагрузки, которые могут возникнуть. Именно поэтому, использование эластичной капроновой нити в качестве каркаса для фильтрующей поверхности возможно только в случае, если сама фильтрующая поверхность настолько-же эластична, т.е. сделана из материала со сходными характеристиками.

Фильтрующая поверхность – проволока или сетка?

Существует два основных типа фильтрующих поверхностей для скважинных фильтров – сетка и специальная клиновидная проволока, намотанная спиралью на каркас. В первом случае максимальный размер частиц, которые будут задерживаться фильтром, определяется размером ячейки сетки, во втором – шагом обмотки и формой самой проволоки.

Нужно сказать, что у обоих типов конструкции фильтра есть свои преимущества и недостатки, многие из которых перечислять не имеет особенного смысла, поскольку они больше связаны с технологией производства. Для потребителя же важно следующее:

1.    Сетчатые фильтры менее чувствительны к локальным повреждениям. Если по каким-либо причинам будет разрушена одна или несколько ячеек сетки – через фильтр в скважину будут попадать более крупные частицы, но только в месте «разрыва» - остальная площадь фильтрующей поверхности не пострадает и сохранит свои фильтрующие свойства. Если же будет повреждена обмотка проволочного фильтра – фильтр потеряет свои характеристики на всем отрезке между соседними точками крепления обмотки к каркасу в месте прорыва.

2.    В качественном проволочном фильтре проволока крепится (пайкой) к каркасу в каждой точке соприкосновения. Благодаря этому, а также тому, что толщина проволоки обычно превышает толщину сетки, качественный проволочный фильтр потенциально прослужит намного дольше. Речь идет, повторюсь, про качественные каркасно-стержневые (проволочные) фильтры, которые изготовить в кустарных условиях практически невозможно.

3.    Качественно изготовить сетчатый фильтр намного проще, чем проволочный, а потому сетчатый фильтр при сходном качестве с проволочным будет стоить заметно дешевле. При этом, преимуществом проволочного фильтра будет более высокая прочность и долговечность фильтрующего слоя. В целом, хорошие сетчатые фильтры из нержавеющей стали, при условии качественной обсыпки, успешно служат 30-50 лет, поэтому в большинстве случаев переплачивать за более дорогой фильтр особенного смысла нет.

 

Что такое гравийный фильтр (обсыпка фильтра гравием)?

Гравий (небольшие гладкие фрагменты твердых пород) является достаточно эффективным природным фильтром, способным задержать даже самые мелкие частицы и имеющим хорошие способности к самоочистке – в данном случае это вывод  отфильтрованных частиц из потока воды, проходящего через слой гравия. Поэтому, мелкий гравий (1-2,5 мм) используют в качестве дополнительного фильтрующего слоя в зоне водозабора скважины.

Эффективность гравийного фильтра напрямую зависит от характеристик самого гравия, а также от толщины гравийного слоя. В любом случае, нужно понимать, что чем больше твердых частиц задержит гравий, тем меньше работы останется основному скважинному фильтру, а значит – тем дольше прослужит скважина.

Не так давно на рынке появились готовые скважинные фильтры с гравийным слоем (обычно в этом случае набивка гравийной смеси производится между двумя фильтрующими поверхностями из сетки или проволоки). Нужно сказать, что долговечность и эффективность подобных конструкций пока еще не проверены многолетней практической эксплуатацией, кроме того, гравийный фильтр значительно толще сетчатого или обычного каркасно-стержневого. А это значит, что либо придется бурить скважину большего диаметра, либо внутренний диаметр фильтра будет заметно меньше диаметра эксплуатационной трубы скважины, что не позволит расположить погружной насос непосредственно в фильтровой зоне (иногда это крайняя необходимость).

Традиционно, гравийный фильтр устраивают бурильщики после установки фильтровой колонны, путем обсыпки гравием (или крупнозернистым песком) наружного (затрубного) пространства эксплуатационной трубы. Во всех случаях не следует недооценивать важности качественной обсыпки фильтра скважины – от нее очень сильно зависит, через сколько лет Вам придется вернуться к «скважинному» вопросу.

 

Для чего нужен отстойник?

Даже в случае, если фильтр скважины выполнен и установлен (обсыпан) качественно, попадание каких-то твердых частиц в скважину, пусть очень мелких и в небольшом количестве, тем не менее, неизбежно. Если не предусмотреть места, куда они могли бы оседать – скважина будет заиливаться значительно быстрее, кроме того, повышается риск попадания твердых частиц в насос, что может привести к досрочному выходу его из строя.

Поэтому, ниже скважинного фильтра всегда делают отрезок трубы с глухим дном, который называют отстойником для шлама.

 

Как выбрать высоту фильтра для скважины?

Необходимую и достаточную высоту фильтра скважины в принципе можно рассчитать точно, но для этого понадобятся точные характеристики породы водоносного горизонта.

Итак, исходя из формул определения площадей круга и поверхности цилиндра, получаем следующее. Для того, чтобы объем воды, поступающий в ствол скважины, не был меньше того, который способна пропустить эксплуатационная труба, общая площадь отверстий, через которые вода попадает в ствол скважины должна быть не меньшей, чем площадь сечения трубы скважины.

Площадь сечения эксплуатационной трубы: S1= π r2

Площадь поверхности фильтра: S2=2 π r h

Тут и далее, r -радиус эксплуатационной трубы скважины,  h - высота фильтра

При этом, учитывая тот факт, что общая площадь отверстий в трубе фильтра составляет всего около 25% от общей площади поверхности (см. скважность фильтра), площадь реальной водопропускающей поверхности будет составлять 1/2 π r h (S2*0.25).

Таким образом, если представить, что фильтровая колонна будет погружена в абсолютно чистую воду, достаточной минимальной высотой фильтра было бы 2 радиуса или 1 диаметр эксплуатационной трубы (решаем несложное уравнение вида S1=S2).

Подчеркну, это было бы верно, если бы фильтровая колонна была погружена именно в чистую воду, а не в водосодержащий слой грунта. Поскольку в данном случае речь идет о скважине на песок, для определения минимальной высоты фильтра нужно знать фильтрующую способность песка, образующего водоносный горизонт. Ее считают исходя из коэффициента фильтрации.

Считается, что пропускная способность песков водоносных горизонтов обычно находится в пределах 5-10%, поэтому «в среднем по больнице» считается, что фильтра высотой в 2 метра вполне достаточно при диаметре эксплуатационной трубы в 100-150 мм, а минимальной высотой фильтра скважины принято считать 1 метр.

На самом же деле пропускная способность песка напрямую зависит от его зернистости – чем мельче песок, тем ниже его пропускная способность и тем большая поверхность фильтра требуется для обеспечения максимального дебита скважины. Но, поскольку сложных исследований состава и характеристик породы на водоносном горизонте как правило никто не делает (слишком затратно для индивидуальных скважин) – бурильщики обычно ориентируются на свой опыт и глазомер: если песок в водоносе «обычный» - говорят клиенту, что двух метров достаточно, если «мелкий» - рекомендуют увеличить высоту фильтра до 3-4 метров, если «пылеватый» - до 5-6 метров (все это – если позволяет высота водоносного горизонта). И, нужно сказать, в большинстве случаев это вполне оправдано.

 

Подводим  итоги: какой фильтр для скважины лучше?

Наиболее надежным и эффективным фильтром для скважины на песок очевидно является каркасно-стержневой (проволочный) фильтр из нержавеющей стали, причем из нержавейки при этом должны быть сделаны все его элементы – труба-основа с отстойником, каркас и фильтрующая поверхность. Ну и сделан такой фильтр должен быть качественно, то есть только в заводских условиях и на современном оборудовании. Соответственно, стоимость таких фильтров достаточно высока, а потому они не пользуются массовой популярностью.

На пластиковой трубе установка такого фильтра является проблематичной, поскольку пластик и нержавеющая сталь имеют разные характеристики, что со временем может привести к образованию зазоров между фильтровой поверхностью и трубой-основой.

Сеточные фильтры из нержавейки также имеют достаточно хорошие эксплуатационные характеристики и имеют при этом заметно более низкую себестоимость, чем каркасно-стержневые. Кроме того, такой фильтр вполне можно изготовить даже самостоятельно, без особенного ущерба для качества. Только для этого необходимо приобрести качественные составляющие. Именно поэтому такая конструкция фильтра является самой распространенной в сфере устройства индивидуальных скважин на воду.

Сетчатый фильтр однозначно лучше из нержавеющей стали, при этом проволока, которая используется как каркас для сетки и как ее крепеж также должны быть сделаны из нержавейки. Благодаря тому, что сетку можно разместить на каркасе внахлест, фильтр такой конструкции также можно устанавливать на пластиковых эксплуатационных трубах.

Важно учитывать, что  часто бурильщики, с целью привлечения клиентов, включают в стоимость бурения фильтр «из нержавейки», в котором из нержавеющей стали сделана только сетка. Проволока же, используемая как каркас и как наружное крепление сетки, в этих случаях нередко сделана из оцинкованной стали. От такого фильтра лучше отказаться, несмотря на его «бесплатность», поскольку оцинкованная сталь «проживет» в воде не более 5-7 лет, и со временем будет отдавать в воду опасный для здоровья оксид цинка.

Фильтры же, в которых сетка и/или каркас сделаны из пластика, капрона, полиэтилена или других органических соединений не могут считаться хоть сколько-нибудь достойной заменой металлическим, поскольку значительно хуже выдерживают механические нагрузки, которые неизбежны в процессе поступления воды в ствол скважины.

 


Объявления