Закладка фильтрующего гравия

Фильтрующий гравий закладывается между стенкой скважины и перфорацией в зоне фильтра. Он служит для удержания мелкозернистого песка от попадания его в искусственно сформированный гравийный фильтр и далее в фильтр эксплуатационной колонны. Правильно подобранный и засыпанный фильтрующий гравий является значимой предпосылкой качества выполненных работ при строительстве скважины. При этом срок службы ее может только значительно увеличиться.

Нижний слой фильтрующего гравия

Нижний слой засыпки колонны получается из разницы конечной глубины бурения (причем здесь нужно еще вычесть неизбежное обрушение) и длины колонны. Хотя любая скважина перед устройством должна быть очищена от окончательного оседания частиц разбуренной породы. Практически выполнить это полностью не возможно. Кроме того, спуск колонны труб при бурении с промывкой, в частности по причине центрирующих элементов, всегда создает обрушение. Поэтому бурят всегда немного глубже, чтобы колонну труб надежно опустить на глубину. Установка колонны обсадных труб в подошве скважины вследствие не соответствующее глубине позиционирование фильтрующего участка и приводит к кривой колонне, потому что даже сталь будет гибко реагировать. Поэтому фильтр всегда должен находиться «в натяжении», пока не будет устроена засыпка. Нижний слой засыпки при бурении с прямой и обратной промывкой оказывает отрицательное влияние, так как он представляет собой не очищаемый зумпф скважины, в частности, если подошва скважины вдается в водоупорный пласт. Попадаемые во время процесса бурения загрязнения буровые растворы будут всегда служить источником бактериального загрязнения, которое невозможно удалить, а только лишь химическим путем обеззаразить. По этой причине для пройденной бурением с промывкой скважины, как и при устройстве измерительных скважин, следует отказаться от зумпфовой трубы и вскрытия горизонтального водоупорного пласта. Нижний слой засыпки достаточен для зумпфа.

Засыпка фильтрующего гравия и на что обратить внимание

Засыпка фильтрующего гравия представляет проблемы тогда, когда:

фильтрующие участки колонны очень глубоко находятся
засыпается мелкий фильтрующий гравий, песок
в скважине еще находится несущий или тяжелый буровой раствор
затрубное пространство очень мало
скважина кривая
уровень грунтовых вод залегает очень глубоко.

С другой стороны, фильтрующий гравий должен выполнять в скважине важные задачи. Он должен обеспечивать, чтобы:

поступающей воде в непосредственной близости фильтровальной зоне не оказывалось существенного сопротивления
мелкие частицы при удалении песка беспрепятственно могли поступать в фильтр
возможное техническое освобождение от песка во время эксплуатации скважины
устройство было защищено от обрушения, т.е. гравий выполняет поддерживающую функцию.

Для позиционирования фильтрующего гравия это значит, что он должен так лежать вокруг фильтра, чтобы и при последующем оседании весь щелевой участок фильтра был закрыт гравием. Для надежности фильтрующий участок в любом случае засыпается повыше. Размер верхнего слоя засыпки должен быть выше фильтровой трубы на 10% от засыпаемого участка. Значит, длина фильтрующего участка 10м+2м обсыпного гравия ниже фильтровального участка, т.е. 10% составит 1,2 метра.

Принципиально следует различать между гравийной засыпкой в скважине, пройденной шнеком, и гравийной засыпкой в скважине, пройденной вращательным способом бурения с прямой или обратной промывкой, так как возникают различные проблемы. Но в обоих случаях следует учитывать следующее:

в зависимости от размера зерна фракций гравия наблюдается различное время падения. Для фильтрующего гравия с большим количеством зерна очень мелкого или крупного размера, в частности в глубоких скважинах, это приводит к разделению. Очень жестко ограниченны фракции зерна по DIN 4924, а также максимальная доля зерна наименьшего и наибольшего размера в 10% должны обязательно соблюдаться и проверяться при поставке. Связанное с этим оптимальное, полезное пространство пор в около 40% обеспечивает как незначительное сопротивление на входе фильтра ∆h, так и большую долговечность скважины!
DIN 4924 требует по возможности округлую и гладкую форму зерна, ни в коем случае не допускаются плоские и раздробленные фракции зерна. Она гарантирует не только поступление воды без потерь, гравий такой формы намного легче уплотнить до стабильного положения. Поэтому при удалении песка можно рассчитывать на небольшое оседание.
как раз во время свободной засыпки фильтрующего гравия должны быть приняты меры для оседания гравия. Этого можно добиться путем одновременного свабирования в фильтровой трубе, а также при поршневании для удаления песка. Некоторые применяют также пневмоудары, с помощью которых водяной столб резко опускается, при падении давления происходит ускорение и вместе с ним увлекаются мелкие частицы.
узкие затрубные пространства или изогнутая, либо криво пробуренная скважина всегда ведут к неравномерному затрубному пространству.
для скважин с глубоким уровнем грунтовых вод избегать свободной засыпки через затрубные пространства. По достижении уровня грунтовых вод возникают большие скорости падения, которые могут повредить фильтр и привести к тому, что пористый кварцевый гравий при попадании в уровень грунтовых вод скалывается. Образовавшиеся острые осколки закупоривают щели фильтра и препятствуют гидравлике, если фильтрующий гравий не тормозить. Достигаются следующие скорости падения:
через 20м → v = 20м/сек = 70 км/ч
через 50м → v = 30м/сек = 110 км/ч
через 100м → v = 45м/сек = 160 км/ч

Должны использоваться узкие засыпные трубы, через которые гравий насыпается, а лучше смывается.

Противофильтр

Он должен задерживать проникновение частиц глины или цементного вяжущего в крупнозернистый фильтрующий гравий при последующей засыпке тампонажной глины или цементации. Как правило, он устраивается толщиной максимально 1 м. Противофильтры требуются только при диаметре гравия > 2 мм. В противном случае потребовался бы противофильтр из песка 1/4 х 2 = 0,5 – 1,0 мм. При этом необходимо также учитывать, что мелкий фильтрующий песок опускается очень медленно, поэтому его могут легко «обогнать» насыпаемые затем тампонажные глины.

В воде сыпучие материалы имеют следующую скорость опускания v↓:

Глиняные шарики - v↓ = 21,0 м/мин.
Гравий диам. 5,0 мм - v↓ = 11,0 м/мин
Песок диам. 0,5 мм - v↓ = 2,5 м/мин.

Отсюда получаем следующее время падения, например, на глубину 50м:

Глиняные шарики - 2,4 мин.
Гравий диам. 5,0 мм - 4,5 мин
Песок диам. 0,5 мм - 20,0 мин.

После засыпания противофильтра следует выждать примерно 20 минут, прежде чем засыпать другие вышеназванные тампонажные материалы! По указанным причинам нельзя также заполнять оставшееся затрубное пространство наполнительными смесями.