Проектирование водозаборной бесфильтровой скважины для лечебно-оздоровительного комплекса

3  Проектирование водозаборной скважины

В данном дипломном проекте в качестве источника водоснабжения лечебно-оздоровительного комплекса проектируется бесфильтровая артезианская скважина, подающая воду непосредственно в сеть, так как количество забираемой воды на нужды комплекса невелико.

3.1 Основные проектные данные

3.2  Бесфильтровые скважины и их эффективность

Более 40 лет для добычи подземных вод из песчаных пластов сеномана в Беларуси регулярно применяются бесфильтровые скважины. Можно сказать, они произвели настоящую революцию в технологии сооружения водозаборных скважин. Вместо традиционных трубчатых фильтров водоприемной частью в сеноманских песках является воронкообразная водоприемная полость под устойчивыми меловыми породами, которую для краткости называют “каверной”.

Эффективность работы и срок службы буровой скважины зависят, прежде всего, от конструкции ее водоприемной части. В большинстве случаев скважины оборудуются разнообразными фильтрами, на изготовление которых расходуется много черных и цветных металлов, других материалов. Для мелкозернистых и глинистых песков подбор фильтров весьма сложен, а скважины в них имеют низкую производительность, которая со временем еще более уменьшается. Коррозия, механическая и химическая кольматация фильтров выводит скважины из строя в среднем через 8-10 лет. В результате требуется сложный ремонт или повторное их бурение, дополнительные финансовые средства. Таким образом, фильтр является наиболее уязвимой частью скважин. С ним связаны основные проблемы, решение которых требует постоянного совершенствования фильтрующих оболочек.

Во многих районах существуют благоприятные гидрогеологические условия для применения в рыхлых песчаных водоносных горизонтах скважин без фильтра. В нашем конкретном случае гидрологические условия района проектирования благоприятствуют для применения бесфильтровых скважин. Бесфильтровые скважины сооружаются в напорных (артезианских) пластах, перекрытых устойчивыми породами. Водоприемная часть этих скважин в песках не оборудуется традиционными трубчатыми фильтрами, а создается откачкой в виде воронкообразной полости достаточных размеров в самой верхней части песчаного пласта. Вода поступает в скважину через фильтрующие песчаные откосы, устойчивость которых обеспечивается силой трения и сцепления песчаных частиц и соответствующими углами естественного откоса. Кровля водоприемной воронки сохраняется устойчивой благодаря крепким породам, перекрывающим песчаный пласт.

Такая конструкция отличается от традиционных фильтровых многократно увеличенной водозахватной поверхностью и малыми гидравлическими сопротивлениями, что является решающим фактором высоких дебитов (50-200м3/ч), сравнительно малых понижений уровня (5-18 м) и стабильной производительности в течение 30-50 лет. Это позволяет существенно снизить металлоемкость скважины при ее сооружении и энергоемкость при многолетней эксплуатации, увеличить производительность и срок службы. При этом сберегается большое количество дефицитных материалов, снимается целый ряд проблем, связанных с конструированием фильтров, их изготовлением, транспортировкой, установкой в скважину, многочисленными способами разглинизации, обработки и восстановления скважин при кольматации фильтра. В итоге уменьшаются затраты на единицу продукции - кубометр воды.

Основная причина высокого удельного дебита и эффективности бесфильтровой скважины заключается в трех ее гидравлических отличиях: фильтрационная поверхность разработанной водоприемной каверны очень велика и эквивалентна десяткам и сотням метров трубчатых фильтров; песчаные откосы каверны свободны от каких-либо фильтрующих покрытий, создающих дополнительные гидравлические сопротивления; скважина является пьезометром всех точек дна водоприемной полости, имеющей радиус до 5-10 м, в связи с чем при откачке понижения уровня воды и напоры снижаются до одинаковой величины над всей площадью полости (а не только в стволе скважины), что становится подобным притоку к шахтному стволу радиусом несколько метров.

Все это уменьшает гидравлические сопротивления притоку воды к скважине, обеспечивает высокие удельные дебиты при откачке, меньшую глубину динамического уровня и высоту подъема воды насосами, снижение затрат электроэнергии.

Успешное применение бесфильтровых скважин возможно при методически правильном их проектировании, сооружении и эксплуатации. Наиболее важные рекомендации в этом плане сводятся к следующему.