Скважинный фильтр Советский патент 1987 года по МПК E21B43/08 

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, обш,ий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2.

Скважинный фильтр содержит каркас 1 с продольными ребрами 2. Ребра 2 имеют глубокие 3 и мелкие 4 пазы, расположенную в них проволочную обмотку 5, шели 6 и 7, образованные проволочной обмоткой 5, имеют неравную ширину. Причем ширина щели 6 по вертикали над глубокими пазами 3 имеет больший размер, чем ширина шели 7, находящаяся под пазами 3, а расстояние bi и Ь2 между пазами определяется по формулам

Ь| Vd.p+ aid5o(aid5o+ 2d.p). dnp; b2 a2d5o(a2d5o+ 2diip) dnp,

где bi - большее расстояние между пазами, м;

b2 - меньшее расстояние между пазами, м;

dnp - диаметр проволочной обмотки, м; di - эмпирический коэффициент, равный 4,2-4,5 (определен экспериментально для высокодебитных скважин);

а2 - эмпирический коэффициент, равный 3,0-3,5 (определен экспериментально для высокодебитных скважин);

dso - средний диаметр частиц дренируемой породы, м;

h - разность глубины соседних пазов, м. Разность глубин соседних пазов способствует созданию оптимальных условий для формирования сводовых структур 8 и 9 в при- контактной 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 прифильтровой зоне, фильтрации жидкости в полость 10 фильтра, выноса мелких фракций на поверх- ность и образования сводовых структур 8 и 9 на пропускных отверстиях из крупных частиц. Описание математическими уравнениями сложных перемещений частиц невозможно, поэтому для его учета вводится коэффициент, определяемый на основе экспери- ментов и по своему значению позволяющий создать высокопроницаемый естественный фильтр. С учетом этого коэффициента

0

5

0

5

0

5

40

,,, 55

45

размер пропускной щели фильтра определяется выражением adso (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 ad5o+ dnp (где dnp - диаметр проволоки обмотки), разность h глубин между соседними пазами и расстояние между пазами bi и Ь2.

Фильтр работает следующим образом. При вскрытии водоносного горизонта фильтровой колонной верхний торец каркаса 1 фильтра перекрывается заслонками (не показаны) во избежание попадания раз- рущенной 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 d5o 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 водов.мещаюшей 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

потерь на фильтре позволяет во всех случаях увеличить производительность фильтра, степень осушения водоносного горизонта.

Пример. В дренажной восстающей скважине подземного рудника осушаемый водо- носный горизонт представлен рыхлыми песчаными породами со средним размером частиц d5o 1,0 мм. Коэффициент фильтрации водоносного горизонта достигает 5-7 сут, напоры составляют 10-15 м. Каркас фильт- Ю ра выполнен из кольцевых секторов, получаемых из трубы диаметром 89 мм. Коль- цевь1е сектора соединены между собой сваркой выпуклостью вовнутрь. На продольных ребрах каркаса выполнены фрезеродовые 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.

Формула изобретения

Скважинный фильтр, включающий каркас с продольными ребрами, которые имеют чередующиеся глубокие и мелкие пазы, и уложенную в них проволочную обмотку с образованием шелей, огличающийся тем.

ванием пазы с чередованием глубины - мел- что, с целью повышен ; - эффективности

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

работы фильтра за счет увеличении скважности и умень пения контактных сопротивлений, щели выполнены с различной шириной, причем ширина щелей по вертикали над

песков с d5o 1,0 мм эмпирические коэффи- jn глубоким пазом имеет больший размер, циенть ai 4,2 и а2 3,2. Большее расстоя-

ние Ь| между пазами равно

чем ширина щели под ним, а расстояние между пазами определяется по формулам

Ь, 4,2-1,0(4,2-1,0+ 2,1)-3, - 1,0 2,5 мм Меньшее расстояние между пазами равно

Ь2 V 1 + 3,2-1,0(3,2-1,0+ 2-1)-3,

- 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.

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.

Формула изобретения

Скважинный фильтр, включающий каркас с продольными ребрами, которые имеют чередующиеся глубокие и мелкие пазы, и уложенную в них проволочную обмотку с образованием шелей, огличающийся тем.

что, с целью повышен ; - эффективности

работы фильтра за счет увеличении скважности и умень пения контактных сопротивлений, щели выполнены с различной шириной, причем ширина щелей по вертикали над

глубоким пазом имеет больший размер,

глубоким пазом имеет больший размер,

чем ширина щели под ним, а расстояние между пазами определяется по формулам

6, Vi/.tp-f (,( 2rfnp) d

bi - ldnf- - ( 2diip)- /iip,

гдеЙ - большее расстояние между пазами, м;

bi - меньщее расстояние между пазами, м; dnp - диаметр проволочной обмотки, м;

di - эмпирический коэффициент, равный 4,2-4,5;

«2 - эмпирический коэффициент, равным о,и-о,Ь|

dso-средний диаметр частиц дренируемой породы, м;

h - разность глубин соседних пазов, м.

А-А

Ф1/г.г

Редактор Н. Тупица Заказ 7778/27

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений м открытии

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ff- б(ло§ернуто )

Ч

Фuг.J

Составитель Е. Молчанова

Техред И. ВересКорректор О. Луговая

Тираж 554Подписное

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 чередую- ш,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; ао- эмпирический 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