Скважинный фильтр

 

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для осушения месторождений полезных ископаемых из подземных горных выработок. Цель изобретения - повышение эффективности работы фильтра (Ф) за счет увеличения скважности и уменьшения контактных сопротивлений . Для этого Ф содержит каркас 1 с продольными ребрами 2, имеюш.ими чередуюш,иеся глубокие 3 и мелкие 4 пазы. В них расположена проволочная обмотка (ПО) 5, которая образует шели 7 и 6. Причем ширина щели 6 по вертикали над пазами 3 больше, чем ширина ш.ели 7 под пазами 3. Расстояние bi и bo между пазами определяется по формулам dfip + (aid5o -f 2dnp-h-)-d.,p; b2 a2d5o(a2d5o+ 2dnp) - dnp, где bi - большее расстояние между пазами , м; bo - меньшее расстояние между пазами, м; dnp - диаметр ПО 5, м; ai - эмпирический коэффициент, равный 4,2-4,5; аоэмпирический коэффициент, равный 3,0-3,5; dso - средний диаметр частиц дренируемой породы, м; h - разность глубин соседних пазов 3 и 4, м. При работе Ф частицы породы на контакте с витками ПО 5 образуют сводовые структуры. Вследствие неравномерного по вертикали расположения пазов 3 и 4 между витками определены пропускные отверстия неодинаковой величины , что создает оптимальные условия для образования устойчивых сводовых структур и исключает закупоривание пропускных отверстий частицами породы. 3 ил. 1 Ф (Л to 00 00 ts3 оо ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1288285 (5D4 Е21 В 43 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ":

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

«1 (21) 3977243/22-03 (22) 09.09.85 (46) 07.02.87. Бюл. № 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский п оектно-конструкторский институт по и пр осушени ю месторождении полезных ным аботам, паемых, специальным горным ра отам, рудничной г и геологии и маркшейдерскому делу (72) Ю. И. Волков Ю. В. Пономаренко, А. Г: Юдин и А. Т. Скиданов (53) 622.245.124 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 883347, кл. Е 21 В 43/08, 1969.

Авторское свидетельство СССР № 1245686, кл. Е 21 В 43/08, 1984. (54) СКВАЖИННЫИ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к области горного дела и предназначено для осушения месторождений полезных ископаемых из подземных горных выработок. Ц ния — повышение эффективности работы а (Ф) за счет увеличения скважнофильтра () з уменьшения контактных сопр п отивлести и ум ний. Для этого Ф содержит каркас р1сподольными ре и ребрами 2, имеющими чередующиеся глу о бокие 3 и мелкие 4 пазы. В них

1 асположена проволочная обмотк а,ПО, 5, располо которая образует шели 1 и . ри

6. П ичем ширина шели 6 по вертикали над пазами

3 больше, чем ширина щели 7 под пазами

3. Расстояние bi и Ъ между пазами определяется по формулам с1 р + a,d5o(d50 + 2с1 р — hã) — 4„р;

Ъ2 —— - /с1 чр+ аос15о (аос1оо+ 2с1 р) — h — р, где b| — большее расстояние между пазами, м; м; b — меньшее расстояние между пазами, м; d t — диаметр ПО 5, м; а — эмпирический коэффициент, равнь и 4,2 — 45;а— 35; эмпирический коэффициент, равный

d;0 — с едний диаметр частиц дренируемой породы, м; h — разность глубин соседних пазов 3 и 4, м. При работе Ф частицы породы на

ы на контакте с витками ПО 5 оаз ют сводовые структуры. Вследствие неравномерного по вертикали расположения пазов 3 и 4 между витками определены п скные отверстия неодинаковой величины, что создает оптимальные условия для и исключает закупоривание пропускных отверстий частицами породы. 3 ил.

1288285

d»p., bi — d»p, b2= где Ь| — большее расстояние между пазами, м;

b2 — меньшее расстояние между пазами, м;

d»p диаметр проволочной обмотки, м;

d — эмпирический коэффициент, равныи 4,2 — 4,5 (определен эксперимен30 тально для высокодебитных скважин); а2 — эмпирический коэффициент, равный

3,0 — 3,5 (определен экспериментально для высокодебитных скважин);

dip — средний диаметр частиц дренируемой породы, м;

h — разность глубины соседних пазов, м.

Разность глубин соседних пазов способствует созданию оптимальных условий для 40 формирования сводовых структур 8 и 9 в приконтактной зоне и позволяет уменьшать контактные потери напора подземных вод и тем самым увеличивать производительность фильтра и степень осушения водоносного пласта.

Формирование естественного фильтра происходит в результате сложного перемещения частиц породы в прнфильтровой зоне, фильтрации жидкости в полость 10 фильтра, выноса мелких фракций на поверхность и образования сводовых структур 8

50 и 9 на пропускных отверстиях из крупных частиц. Описание математическими уравнениями сложных перемещений частиц невозможно, поэтому для его учета вводится коэффициент, определяемый на основе экспериментов и по своему значению позволяющий создать высокопроницаемый естественный фильтр. С учетом этого коэффициента

Изобретение относится к области горного дела и может быть применено при осушении месторождений полезных ископаемых из подземных горных выработок.

Цель изобретения — повышение эффективности работы фильтра за счет увеличения скважности и уменьшения контактных сопротивлений.

На фиг. 1 изображен фильтр, общий вид; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг. 2. 10

Скважинный фильтр содержит каркас 1 с продольными ребрами 2. Ребра 2 имеют глубокие 3 и мелкие 4 пазы, расположенную в них проволочную обмотку 5, щели 6 и 7, образованные проволочной обмоткой 5, имеют неравную ширину. Причем ширина щели

6 по вертикали над глубокими лаз" ìè 3 имеет больший размер, чем ширина щели 7, находящаяся под пазами 3, а расстояние

Ь1 и b2 между пазами определяется по формулам

20 размер пропускной щели фильтра определяется выражением adpp (эмпирический коэффициент). Коэффициент зависит от конструктивных особенностей водоприемной поверхности фильтра и принимает различные значения.

По экспериментальным данным известно, что показателями, которые влияют на качественное образование сводов на пропускных щелях, являются также расстояние между осевыми линиями витков обмотки, равное adpp+ d p (где d p — диаметр проволоки обмотки), разность h глубин между соседними пазами и расстояние между пазами Ь1 и Ь2.

Фильтр работает следующим образом.

При вскрытии водоносного горизонта фильтровой колонной верхний торец каркаса 1 фильтра перекрывается заслонками (не показаны) во избежание попадания разрушенной породы в полость 10. После достижения проектной глубины скважины осуществляется установка фильтра в водоносном пласте. После этого поток жидкости, проходя через проволочную обмотку 5, начинает выносить через фильтр мелкие фракции, а крупные задерживаются на контакте с витками проволочной обмотки 5.

Частицы водовмещающей породы под влиянием потока фильтрующейся жидкости (на фиг. 3 показана стрелками) перемещаются в приконтактной зоне сверху вниз. Частицы диаметром меньше и в пределах среднего диаметра dqo проходят через пропускные щели 6 и 7 и выносятся по стволу скважины, а из более крупных частиц образуются сводовые структуры 8 и 9.

Так как наружный виток спиральной обмотки 5. размещенный в мелком пазу 4, находится по вертикали ближе к витку, расположенному в глубоком пазу 3, и выступает на величину h, то он является надежной опорой для частиц водовмещающей породы. Частицы водовмещающей породы, опираясь на наружные витки спирали, образуют сводовую структуру 8 и не закупоривают пропускное отверстие между этими витками. Вследствие малого размера пропускных щелей 7 и в результате действия гидродинамических сил потока жидкости и силы тяжести сводовая структура 8 имеет устойчивую упаковку, являясь одновременно опорой для образования сводовой структуры 9.

Устойчивая опора позволяет при увеличенном размере пропускной щели 6 образовывать большую по размерам устойчивую сводовую структуру 9 из частиц породы большего диаметра. Размеры сводовой структуры 9 больше размеров сводовой структуры 8 и этим самым увеличивается скважность фильтра, обеспечивается свободный пропуск воды и снижение контактных потерь напора. Стабильность сводовой структуры 9 обеспечивается устойчивой упаковкой сводовой структуры 8. Снижение контактных

1288285

Формула изобретения о2— — Дкр

5-5 по5ернугпо) Фиг. 2

Составитель Е. Молчанова

Редактор Н. Тупица Техред И. Верес Корректор О. Луговая

Заказ 7778/27 Тираж 554 Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, >K — 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-полиграфичеСкое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 потерь на фильтре позволяет во всех случаях увеличить производительность фильтра, степень осушения водоносного горизонта.

Пример. В дренажной восстающей скважине подземного рудника осушаемый водоносный горизонт представлен рыхлыми песчаными породами со средним размером частиц d>o= 1,0 мм. Коэффициент фильтрации водоносного горизонта достигает 5 — 7 сут, напоры составляют 10 — 15 м. Каркас фильт- 10 ра выполнен из кольцевых секторов, получаемых из трубы диаметром 89 мм. Кольцевые сектора соединены между собой сваркой выпуклостью вовнутрь. На продольных ребрах каркаса выполнены фрезерованием пазы с чередованием глубины — мел15 кий и глубокий. Глубина мелких пазов составляет 1,2, глубоких 5,0 мм. Диаметр проволоки спиральной обмотки, укладываемой в пазы, равен 1,0 мм. Для дренирования песков с dip= 1,0 мм эмпирические коэффициенты aI= 4,2 и а2= 3,2. Большее расстояние bI между пазами равно

Ь! = 1 + 4,2.1,0 (4,2.1,0+ 2,1) — 3,82— — 1,0= 2,5 мм

Меньшее расстояние между пазами равно

b2= 1 + 3,2.1,0(3,2 1,0+ 2.1) — 3,8 — — 1,0= 0,8 мм.

Проволочная обмотка в пазы каркаса уложена двумя заходками. Общая длина фильтра составляет 2,0 м. На одном (верхнем) конце фильтра устанавливается буровое долото, перекрывающее доступ разбуриваемой породы в пространство между каркасом и спиральной проволочной обмоткой. 35

При работе фильтра частицы породы на контакте с витками обмотки образуют сводовые структуры. Вследствие неравномерного по вертикали расположения пазов 3 и 4 между витками определены пропускные отверстия неодинаковой величины, что создает оптимальные условия для образования устойчивых сводовых структур и исключает закупоривание пропускных отверстий частицами породы.

Скважинный фильтр, включающий каркас с продольными ребрами, которые имею! чередующиеся гпубокие и мелкие пазы, и уложенную в них проволочну 0 обмот1;у с образованием щелей, от. ичактщайся тем, что, с целью псвышсни= эффективности работы фильтра за счет увеличения скважности и уменьшения контактных сопротивлений, щели выполнены с различной шириной, причем ширина щелей по вертикали над глубоким пазом имеет больший размер, чем ширина щели под ним, а расстояние между пазами определяется по формулам

bI — — q/ d o+ a!dao (aId;,о+ 2dnp) — h- — d где bI — больц!ее расстояние между пазами, м;

b — - меньшее расстояние между пазами, м;

dïI — диаметр проволочной обмотки, м;

dI — эмпирический коэффициент, равный

4,2 — 4,5; а — эмпирический коэффициент, равный

3,0-3,5; г/so — средний диаметр частиц дренируемой породы, м;

h — разность глубин соседних пазов, м.