Шнеко-фильтр

Авторы патента:

Устройство относится к горному оборудованию и может быть использовано при сооружении лучевых дрен, применяемых, например, для осушения объекта, а также при сооружении скважин в сложных гидрогеологических условиях: плывунах, песчаных и других мелкозернистых отложениях. Шнеко-фильтр выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с навитой на него спиралью и содержит равномерно расположенные в один или два ряда между витками спирали и параллельно им отверстия, выполненные в виде щелей, стенки которых имеют фасонный профиль с возможностью удержания фильтрующего материала. Причем размеры щелей, их количество, фасонный профиль стенок и фильтрующий материал выбирают в соответствии с гидрогеологическими особенностями, в том числе - дебетом осушаемого горизонта объекта. Применение заявленного шнеко-фильтра позволит добиться увеличения скважности и проницаемости фильтра для повышения доступа воды в скважину, исключить снижение производительности при использовании шнеко-фильтра в различных гидрогеологических условиях, в том числе и в тонкозернистых песках (плывунах).

Известна шнековая буровая штанга, состоящая из полой трубы с радиально расположенными каналами, с винтовой спиралью и соединительными элементами (АС СССР №362915, Е 21 С 15/00) недостатком данного устройства является то, что оно не может быть использовано в качестве шнекового фильтра, т.к. количество радиальных каналов незначительно, причем предназначены они для подачи воздуха при очистке скважины.

За прототип выбран шнек для сооружения лучевых дрен по АС СССР №300636, Е 21 F 17/14, содержащий полый цилиндрический корпус с навитой на него спиралью и соединительной резьбой на концах, причем корпус шнека выполнен с отверстиями, которые служат повышению эффективности осушения. А промежутки между витками спирали закрываются приваренной к трубе сеткой.

Недостатком данного устройства является наличие сетки на корпусе, что обусловливает повышение входного сопротивления за счет того, что при отборе воды из тонкозернистых песков (плывунов) наблюдается заклинивание отверстий сетки, т.е. затруднение доступа в скважину. А также резкое снижение производительности (часто в 2-3 раза за короткий период работы устройства) при эксплуатации железистых и карбонатных вод, что вызывает необходимость ремонта фильтра или перебуривания скважины. Кроме того, тупиковые пространства между фильтрующей и опорной поверхностью (сеткой и шнеком), в которых, как правило, и скапливаются осадки, являются причиной досрочного снижения производительности фильтра за счет быстрого зарастания и кольматации отверстий. (Гаврилко В.М., Алексеев B.C. «Фильтры буровых скважин» изд. 2., перераб и доп. М., «Недра», 1976).

Задачей предлагаемого технического решения является расширение арсенала средств для сооружения лучевых дрен, применяемых, например, для осушения объекта, или для сооружении скважин с увеличенной скважностью и проницаемостью фильтра для повышения доступа воды в скважину, с возможностью исключения быстрого снижения производительности при использовании шнеко-фильтра в различных гидрогеологических условиях, в том числе и в тонкозернистых песках (плывунах, песчаных и других мелкозернистых отложениях).

Задача решается за счет того, что для увеличения скважности отверстия выполнены в виде щелей, расположенных равномерно между витками спирали и параллельно им. А для повышения проницаемости фильтра стенки отверстий выполнены фасонного профиля, что позволяет располагать и удерживать в отверстиях любой фильтрующий материал, наиболее подходящий для конкретных гидрогеологических условий.

Преимуществом данного технического решения является также то, что оно позволяет использовать любой фильтрующий материал, наиболее подходящий к данным гидрогеологическим условиям, в том числе и для осушения плывунов.

Существенными признаками данного технического решения, совпадающими с существенными признаками прототипа являются:

- выполнение шнека в виде полого цилиндрического корпуса,

- наличие соединительных элементов на концах,

- наличие навитой спирали,

- наличие отверстий на корпусе.

Существенными отличительными признаками предлагаемого устройства являются:

- выполнение отверстий в виде щелей, расположенных равномерно между витками спирали (в один или два ряда) и параллельно им, что позволяет увеличить площадь отверстий, т.е. повысить скважность фильтра и тем самым увеличить доступ воды в скважину;

- выполнение стенок отверстий фасонного профиля, что позволяет располагать и удерживать в них фильтрующий материал, который может быть подобран специально для конкретных гидрогеологических условий.

Причем наилучшие результаты могут быть достигнуты в том случае, если размеры отверстий, количество рядов отверстий между витками спирали, фасонный профиль стенок и фильтрующий материал соответствуют гидрогеологическим особенностям, в том числе - дебету осушаемого горизонта объекта.

Предполагаемое устройство характеризуется следующими чертежами:

Фиг.1 - вид шнеко-фильтра с частичным разрезом (между витками спирали по одному ряду отверстий);

Фиг.2 - вид шнеко-фильтра с частичным разрезом (между витками спирали по два ряда отверстий);

Фиг.3 (а, б, в, г, д, е) - некоторые из возможных вариантов фасонного профиля стенок отверстий.

Шнеко-фильтр содержит полый цилиндрический корпус 1 с навитой на него спиралью 2. На концах корпуса 1 расположены соединительные элементы 3 и 4. На корпусе 1 между витками спирали 2 и параллельно им расположены отверстия 5 в виде щели, предназначенные для заполнения фильтрующим материалом 6. Причем между витками спирали может быть расположен как один ряд отверстий 5 (фиг.1), так и два ряда отверстий 5 (фиг.2). Для удержания фильтрующего материала 6, стенки 7 и 8 отверстий 5 выполнены фасонного профиля. В зависимости от используемого фильтрующего материала и гидрогеологических условий можно подобрать наиболее подходящий профиль стенки 7 и 8 отверстия 5, например, из показанных на фигуре 3. Причем размеры отверстий, количество рядов, а также тип фильтрующего материала также подбирают исходя из гидрогеологических условий, в том числе дебита водного горизонта.

Способ использования предлагаемого шнеко-фильтра.

Шнеко-фильтр, снабженный породоразрушающим наконечником используют как буровой инструмент при сооружении лучевых дрен. Разрушенная порода, в процессе вращения шнеко-фильтра в заданном водоносном горизонте, перемещается к вертикальной скважине. После окончания бурения шнеко-фильтр оставляют в скважине, где он и выполняет роль фильтра. Вода из горизонта через отверстия 5 и фильтрующий материал 6 по внутренней полости корпуса 1 шнеко-фильтра поступает в вертикальную скважину, откуда откачивается. Благодаря выполнению отверстий 5 на корпусе 1 в виде щелей расположенных равномерно между витками спирали 2 и параллельно им, а также размещению фильтрующего материала 6 в отверстиях 5, где он надежно удерживается за счет выполнения стенок 7 и 8 фасонного профиля, решается поставленная задача. Во-первых, увеличивается скважность, а также проницаемость фильтра для повышения доступа воды в скважину; во-вторых, проявляется возможность использовать любой фильтрующий материал, наиболее подходящий к данным гидрогеологическим условиям, в том числе и для осушения плывунов; в-третьих, использование данной конструкции шнеко-фильтра дает возможность избежать быстрого зарастания и кольматации отверстий благодаря отсутствию тупиковых пространств между фильтрующей и опорной поверхностью.

1. Шнеко-фильтр, выполненный в виде полого цилиндрического корпуса с навитой на него спиралью, содержащий отверстия и соединительные элементы на концах, отличающийся тем, что отверстия в виде щелей расположены равномерно в один или два ряда между витками спирали и параллельно им, а стенки отверстий выполнены фасонного профиля с возможностью удержания фильтрующего материала.

2. Шнеко-фильтр по п.1, отличающийся тем, что размеры отверстий, количество рядов отверстий между витками спирали, фасонный профиль стенок отверстий и фильтрующий материал подбирают соответственно гидрогеологическим особенностям, в том числе - дебету осушаемого горизонта объекта.