Водозабор из скважины — наиболее популярный вариант обеспечения водой индивидуальных домов при отсутствии рядом централизованной водопроводной сети. При монтаже обсадной колонны один из ее обязательных элементов — фильтр для скважины.
Существует большое разнообразие скважинных фильтров по принципу действия, видам и их конструктивному исполнению. Чтобы выбрать подходящий фильтрующий элемент, учитывают назначение скважинного источника, глубину его залегания, структуру и размер частиц грунта.
Рис. 1 Фильтры бытовых скважин: на песке, артезианки, абиссинки
Зачем нужен фильтр
В любой скважине обязательно присутствует фильтр, выполняющий следующие функции:
- Отсеивает крупные частицы горных пород, песка, которые могут привести к ускоренному износу механизма водозаборных электронасосов.
- Частичная фильтрация водной среды в самой скважине снижает интенсивность загрязнения последующих фильтров в водопроводной магистрали — сетчатых грубой очистки, стаканообразных с картриджами.
- Продляет срок службы и способствует бесперебойной работе запорных шаровых кранов, обратных клапанов на выходе трубопровода из скважинного источника.
- Препятствует загрязнению проходного канала водопровода, образованию на его стенках грязевых, песчаных и илистых отложений.
- Установка скважинного фильтра обеспечивает бесперебойную работу автоматики управления электронасосами: реле давления и холостого хода, аккумуляторного бака, манометра.
Рис. 2 Разновидности фильтрующих систем
Требования к фильтрам в зависимости от типа скважин
Существует несколько типов скважин, отличающихся друг от друга глубиной бурения, структурой грунта и качеством воды.
По глубине бурения различают следующие три основных вида скважинных источников:
Абиссинские. Это неглубокие скважины с длиной шахты от 5 до 15 м, которая редко превышает предел в 30 м. При бурении обсадную колонну опускают в водоносный песок, в результате потребителю приходится сталкиваться с необходимостью очистки воды в основном от песчаных отложений иногда с добавлением глины. Поэтому фильтр на насос для скважины делают мелкоячеистым, чтобы отсеивать фракции небольшого размера.
Так как для обсадки абиссинских скважин применяют трубопроводы из полимеров (непластифицированный поливинилхлорид НПВХ, полиэтилен низкого давления ПНД), элементом фильтра является труба или участок трубопровода из аналогичного материала.
Скважины на песке. Примерная глубина скважин на песке от 30 до 70 м, для ее обсадки в основном применяют трубопровод из непластифицированного поливинилхлорида НПВХ, собираемый из элементов с резьбой. Сам фильтр делают в одной из труб, которую помещают на дно шахты. Так как в скважине на песке могут содержаться песчаные и илистые фракции, фильтр делают мелкоячеистым для отсеивания этих частиц.
Артезианские источники. Это скважины глубокого залегания, длина которых доходит до 200 м. Для их обсадки используют стальные колонны или комбинированный вариант с внутренним полимерным трубопроводом. Обсадная колонна скважин после буровых работ опирается на твердые известковые породы, в которых отсутствуют мелкие взвешенные частицы. Поэтому вода из артезианок кристально чиста и практически не требует фильтрации. Обычно в фильтре делают сквозные отверстия большого диаметра для попадания водных масс внутрь шахты.
Рис. 3 Виды скважинных источников
Конструкция типового скважинного фильтра
Любой скважинный фильтр представляет собой отрезок трубы из разных материалов, который условно можно разбить на три фрагмента:
Надфильтровый участок. Это верхняя нетронутая трубная часть, имеющая резьбу, фаску под приварку, манжету с замком для соединения с верхней обсадной колонной.
Фильтр. Это рабочая часть, представляющая собой фрагмент трубы, в котором прорезаны узкие щели или просверлены отверстия, через которые внутрь поступает вода. Обычно его длина в бытовых скважинах составляет 1 — 2 м.
Поверх прорезей в трубной оболочке часто располагают различные фильтраторы, отличающиеся материалами изготовления и конструкцией. Это могут быть синтетические или металлические сетки, проволоки специальной формы, металлические, полимерноволоконные чехлы и корзинки.
Отстойник. Нижний участок обсадной колонны обычно закрывают колпаком-заглушкой, расположенным на расстоянии не менее 0,5 м от рабочей части фильтра. Благодаря этому ток воды в колонне при заборе электронасосом, размещенном в области фильтрации, не взбаламучивает постоянно оседающие на дно взвеси мелкого песка и глины.
К тому же конусный колпак предотвращает безвозвратную утрату погружного электронасоса при его обрыве и предоставляет возможность пользователю извлечь агрегат на поверхность.
В процессе эксплуатации в отстойнике накапливается осадок, который извлекают проведением процедуры прокачки скважины.
Рис. 4 Конструктивное устройство металлических трубных фильтров (для артезианок)
Материалы изготовления труб для фильтров
Так как фильтр является продолжением обсадной колонны, то его изготавливают из аналогичных с ней материалов.
Если используют обсадку из металлического трубопровода, для его изготовления используют высокоуглеродистую сталь, менее подверженную коррозии, чем сплавы низких марок (обыкновенного качества) от Ст-0 до Ст-6. Данные низкоуглеродистые стали к тому же слишком мягки и их резьбовое соединение легко деформируется.
Для изготовления обсадки лучше подходит углеродистая качественная сталь марок Ст-11, Ст-15, Ст-18, Ст-20, Ст-25, Ст-35, Ст-40, Ст-45.
Но так материалы с высоким содержанием углерода трудно поддаются обработке и нарезанию на них резьбы, оптимальные варианты для изготовления стальных обсадных колонн — марки из диапазона от Ст-15 до Ст-25.
Иногда на конце обсадной колонны используют в качестве фильтра трубу из нержавейки с прорезями или отверстиями, которую подсоединяют к стальной обсадке при помощи резьбы.
Некоторые отечественные производители выпускают стальную обсадку в полимерной оболочке, предотвращающую ее коррозию.
Рис. 5 Стальные щелевые трубы обсадки
Что касается полимеров, то основные материалы для производства труб обсадки:
Непластифицированный поливинилхлорид (НПВХ). Полимер обладает относительно высокой плотностью по сравнению с аналогичными материалами, благодаря чему колонна из него не всплывает. Поливинилхлорид экологичен, препятствует росту бактерий на трубных стенках, имеет низкий коэффициент температурного расширения в сравнении с другими пластиками.
Благодаря своим особенностям, относительно невысокой стоимости, НПВХ занимает лидирующее положение по использованию в скважинных обсадных колоннах.
Морозостойкий полипропилен (МПП). Имеет самую низкую плотность из всех материалов обсадных колонн, благодаря чему ее вес ниже других, а нагрузка на стыковые резьбовые соединения минимальна.
Материал имеет относительно высокий коэффициент линейного удлинения, обсадные трубы из него не так часто встречаются на рынке, как НПВХ.
Рис. 6 Полимерные фильтрующие трубы со щелями и отверстиями, торцевые заглушки
Полиэтилен низкого давления (ПНД). В быту такие трубопроводы черного цвета с синей полосой используют для подачи воды в дом от скважин при подземной прокладке. Материал отличается высокой эластичностью, пластичностью и недостаточно жесток для самостоятельной прокладки обсадных колонн больших размеров. Его рационально использовать внутри стальной колонны как коррозионностойкую оболочку.
Из сплошного полипропиленового трубопровода диаметрами 25, 32 или 40 мм устраивают обсадку неглубоких абиссинских скважин, монтируя непосредственно в конце трубного отрезка самодельный фильтратор.
Полиэтилен высокого давления ПВД. Это довольно редкий гость на рынке обсадных трубопроводов плотностью чуть ниже, чем у полиэтилена низкого давления. Материал плохо переносит температурные перепады, имеет высокий температурный коэффициент линейного расширения, химически стоек к агрессивным веществам. Благодаря малому количеству содержащихся в его составе примесей отличается высокой экологичностью.
Все полимерные трубы для обсадок выпускают синего (голубого) цвета (исключением может быть ПНД), поэтому визуально отличить их друг от друга довольно сложно. Соединение трубопровода производится на резьбу или в расширенные раструбы с резьбой.
Длина труб — может находиться в пределах от 2 до 6 м.
Стоит отметить, что многие производители выпускают готовые фильтры для скважин на воду из полимерных труб заводского изготовления со щелевыми прорезями или сквозными отверстиями.
Рис. 7 Типы плетения сеток
Разновидности фильтров по конструктивному исполнению
Идеальный вариант обеспечить высококачественную фильтрацию в скважинном источнике — погрузить фильтрующий участок трубопровода в песчано-гравийную засыпку. Однако если песок и гравий легко засыпать сверху в колодец, то в узкой скважине большой глубины при отсутствии свободного пространства данная технология не может быть реализована. Для этого придется бурить скважинный канал намного большего диаметра, монтировать колонну и насыпать в пространство между ее стенками и грунтом гравий. На практике такой вариант или не поддается технической реализации, или экономически высокозатратен.
Поэтому поверх рабочего участка фильтра с отверстиями или прорезями помещают различные материалы по следующим основным технологиям:
Крепление сетки. После извлечения песчаной породы из водоносного слоя по правилам следует изучить размер ее фракций и в соответствии с ним подобрать величину ячеек фильтрующей сетки.
Далее сетчатое полотно закрепляют на трубной перфорированной поверхности различными методами: обвязка проволокой, фиксация стяжками, изолентой, закрепление саморезами и прочее.
Сетка — основной метод фильтрации для бытовых скважин. Материалами ее изготовления вместе с проволочной обвязкой служат нержавейка, латунь, бронза, реже медь.
По типу плетения различают сетки из металлов:
- С квадратными ячейками. Предназначены для фильтрации крупнозернистого песка. ГОСТ 6613-86 регламентирует их полотняное и саржевое переплетение с более мелкими ячейками.
- С киперным плетением. Данный вид рассчитан на фильтрацию среднезернистых и крупнозернистых песчаных фракций.
- С галунным плетением. Это более плотная структура полотна предназначена для фильтрации мелкофракционных частиц.
Так как нагрузка на сетки, прилегающие к внешней оболочке трубы, невелика, вместо металлов часто используют более дешевые полимерные материалы. Сетки для скважин могут быть изготовлены из стекловолокна, нейлона, полипропиленовых, полиэтиленовых нитей.
Помимо низкой стоимости весомое преимущество эластичных полимерных сеток — отсутствие забивания ячеек из-за отложения солей металлов, содержащихся в скважинной воде.
Рис. 8 Сетчатые полимерные фильтры
Навивка проволоки. Проволочные фильтры (иногда их называют щелевыми) — прерогатива промышленных производителей. Для их устройства используется специальная проволока V — образной формы, которая наматывается на треугольный или круглого сечения проволочный каркас из равномерно распределенных фрагментов, размещенных вдоль трубной оболочки.
Благодаря узким щелям между витками, они эффективно отсеивают мельчайшие частицы песка. Так как проволочный каркас располагается от трубной оболочки на некотором расстоянии, данная фильтрующая система обеспечивает лучший ток воды в сравнении с мягкими сетками и поступление в колонну соответственно большего объема очищенной жидкости. Благодаря расположенной наружу вершине проволочного треугольника, попавшие между ее витками фракции свободно опадают вниз, а не удерживаются в ячейках (функция самоочистки).
Для изготовления проволочного фильтра обычно используют нержавейку, а так как он производится в заводских условиях, его стоимость намного превышает сумму расходов на самостоятельно выполненные конструкции.
Рис. 9 Проволочные фильтраторы – конструкция
Щелевые. Данные фильтры на металлах (рис. 6) изготавливают в заводских условиях и используют в промышленной сфере. Они выпускаются как одна фильтрующая труба или в виде насадки на трубную оболочку.
Рядовой потребитель практически не сталкивается с подобными конструкциями.
Щелевые фильтры на полимерных трубах из НПВХ также делают на предприятиях, они различаются по расположению, длине и ширине нарезки, общей площади перфорации.
Дырчатые или перфорированные чехлы. Так как полимерная или стальная труба обсадки при нанесении на нее мелкой перфорации или отверстий большой площади существенно снижает свои прочностные характеристики, на ее иногда помещают фильтрующую оболочку. Обычно это чехлы с многочисленными сквозными отверстиями или перфорацией из кровельного железа, изготовляемые на предприятиях и используемые в скважинах промышленного назначения.
Фильтр-чулок. Это полимерное изделие из сплетенных друг с другом волокон полипропилена — аналог механических чехлов, одеваемых на обсадочную трубу. Производители выпускают их стандартной длины в 2 м на колонны разных диаметров. Полипропиленовый кожух белого цвета имеет толщину около 5 мм, может фиксироваться на трубной оболочке изолентой, стяжками, проволокой, саморезами.
Бескаркасные. В данной конструкции фильтрующим материалом является трубная оболочка, выполненная из волокон термопластика по технологии пневмоэкструзии (рис. 15). Фильтр-трубу прикручивают к нижней части обсадной колонны при помощи полимерного резьбового патрубка, снизу он оснащен заглушкой из аналогичного полимера.
Бескаркасный фильтр выпускают на 125 мм НПВХ-трубы обсадки, стандартная длина рабочей части – 1400 мм.
Рис. 10 Проволочные фильтры — разновидности
Фильтр для скважины своими руками
Многие буровые мастера, занимающиеся индивидуальным бурением, а также организации, самостоятельно изготавливают фильтр в скважину из имеющихся в продаже материалов.
Проще всего его сделать из сетки на полимерной трубе из НПВХ, ПНД или аналогичных материалов.
При выборе сетки следует учитывать следующий нюанс. Чтобы обеспечить высокий ток воды между полотном и трубной оболочкой, ее наматывают на каркас из спирального шнура или проволоки. Затем закрепляют на поверхности различными способами — стяжками, капроновым шнуром или коррозионно стойкими проволоками.
При этом мягкая сетка из полимерных материалов будет в точках прижима соприкасаться с наружной трубной оболочкой — это снизит объем поступающей в обсадку воды и соответственно уменьшит дебит. Также прижим сетки к трубе приведет к отложению в местах контакта песка и ила, ухудшающих эффективность фильтрации. Данный фактор является весомым недостатком полимерных сеток, несмотря на то, что их ячейки менее подвержены засорению солями металлов.
Так как для артезианок мелкоячеистый фильтр не является обязательным, его чаще делают в источниках на песке и абиссинках.
Рис. 11 Фильтры-чулки
На абиссинку
Абиссинские скважины в силу малой глубины залегания многие пользователи бурят кустарным способом, самостоятельно изготавливая гидравлические буровые приспособления или вызывая для этого частных мастеров.
Так как при проведении буровых работ используют ручные установки малых диаметров, в качестве обсадной колонны применяют ПНД трубопровод 25, 32 или 40 мм размера в окружности.
Фильтр на скважину размещают в придонном участке трубопровода, наиболее простая технология его изготовления на примере 32 мм трубы состоит из следующих операций:
- Отступают от трубного торца примерно 500 мм и просверливают в трубопроводе 4 ряда отверстий диаметром около 10 мм. Так как водопроводная ПНД-труба выпускается с синей полосой, лучше делать прорези строго по линии. Оптимальная рабочая длина фильтра должна быть как можно больше для увеличения дебита, обычно отверстия сверлят на участке в 1500 — 2000 мм.
- В торец ПНД-трубы забивают заглушку. Самый простой вариант — вырезать деревянный конус, поместить его в трубу и зафиксировать сверху одним или двумя саморезами.
- После высверливания отверстий поверх трубной оболочки наматывают спираль из коррозионностойкой проволоки, капронового шнура или толстой лески. Ее края фиксируют скотчем или изолентой. Проволочный торец проще и надежнее загнуть и вставить в отверстие малого диаметра, просверленное в трубной оболочке.
- Затем вырезают полосу из нержавеющей сетки нужной длины (1500 мм) с таким расчетом, чтобы ее можно было зафиксировать на трубной оболочке в замок. Для 32 трубы ширина полосы 140 — 150 мм (зависит от толщины спирально-навитого шнура или проволоки).
Рис. 12 Этапы устройства фильтра на абиссинку
- Далее загибают край полосы шириной 7 — 10 мм по всей длине и укладывает ее под трубу отогнутой кромкой вовнутрь.
- Обвивают сетчатое полотно вокруг трубы, и начиная со середины, вставляют вторую кромку сетки в загиб, формируя таким образом замок.
- По окончании данной операции по всей длине обжимают плоскогубцами замковое соединение, после чего прижимают два соединенных выступающих торца к трубной оболочке. Так как сетка пружинит и плохо поддаются прижиму руками, кромку прибивают к трубной поверхности молотком.
- По окончании работ полотно дополнительно фиксируют пластиковыми стяжками, располагая их на расстоянии в 30 — 50 мм друг от друга.
- Для более плотного соединения хомуты подтягивают плоскогубцами, свободные концы обрезают ножом.
- Чтобы сетчатое полотно не съехало при погружении и в процессе эксплуатации, сверху и снизу его обязывают изолентой. Некоторые специалисты ограничивают его саморезами сквозь трубную оболочку. На этом операции по обустройству фильтра в ПНД трубе для абиссински считаются завершенными.
Иногда при бурении в каменистой породе выступающие концы стяжек могут быть препятствием при погружении трубопровода в скважинный канал. В этом случае для фиксации сетки можно применить проволоку или изоленту.
Рассчитать необходимую ширину сетчатого полотна можно по простой формуле нахождения длины окружности, добавив при этом ширину двух кромок при загибе. В подставляемые размеры следует обязательно включить толщину спиральной навивки на трубную оболочку и сделать некоторый запас на неплотное прилегание сетки. К примеру, для 63 мм трубы в зависимости от толщины спиральной подложки рекомендуется использовать полотно шириной 240 — 250 мм.
Рис. 13 Разновидности сеток
На песчаную скважину
Для скважин на песке используют НПВХ-трубы наружным диаметром 125 мм, с учетом толщины стенок лучше других подходящие для погружных насосов, имеющих типовые габаритные размеры в окружности 4 дюйма (около 100 мм).
Процедура монтажа фильтра на отрезке НПВХ трубы длиной 2, 3, 4 или 6 м ничем не отличается от изложенной выше для абиссинки, ее некоторые особенности:
- Фильтр располагают на расстоянии 500 — 1000 мм от торца для организации зоны отстойника. Длина фильтрующей рабочей части 1500 — 2000 мм.
- В 125 мм трубе сверлят отверстия перьевым сверлом по дереву средним диаметром 15 мм. Чем меньше расстояние между прорезями, тем эффективнее работа фильтра и больший дебит, поэтому идеальный вариант — 10 — 15 мм зазор между отверстиями.
- По окончании работ стружку снаружи и изнутри снимают наждачной бумагой, для проведения внутренних работ ее привязывают к длинному шесту. Для скважинного фильтра не требуется высокая степень очистки от заусенец (теоретически ее можно и не проводить) — они не играют никакой роли в фильтрационных процессах.
- Так как нижний торец обсадной трубы имеет резьбу, на него накручивают конусообразный колпак, приобретенный в торговой сети.
- Проволочную подложку под сетку или капроновый шнур берут диаметром 2 — 3 мм.
- Шнуры крепят на саморезы и навивают спиралью с шагом между витками около 20 — 30 мм. Если используют полимерные сетки, шаг навивки берут чуть меньше.
Рис. 14 Стадии самостоятельного изготовления фильтра на 125 НПВХ-трубу
- Металлическую проволоку подложки из нержавейки, латуни или меди фиксируют, загибая ее края и вставляя в просверленные отверстия. Навивка нержавейки требует приложения значительных усилий, поэтому практичнее воспользоваться помощью человека, который будет вращать трубу вручную или специальным зажимным приспособлением.
- Некоторые виды синтетических сеток при обрезке распадаются. Чтобы избежать разрушения плетения, их обрезают нагретыми ножом или заостренной металлической пластиной, можно воспользоваться паяльником.
- Металлическая сетка крепится в зажимной замок с загнутыми по всей длине кромками. Синтетические закрепляют спирально навитым шнуром.
- Важно, чтобы спираль от подложки находилась в противоходе с внешней, и их петли перекрестно ложились друг на друга. В этом случае удастся избежать нежелательного прижимания сетки к трубной оболочке. Поэтому внешнюю навивку шнура или проволоки производят с противоположного от внутренней подложки конца.
- Для фиксации торцов сетки и спиралей один из лучших вариантов — использовать термоусадочные комбинированные ленты, к примеру, марки ЛТК 225 1.6 на клеевой основе. С ее помощью обвязывают торцы сетки сверху и снизу отрезком полотна с нахлестом. При нагревании феном клей ленты размягчается и схватывается. После его высыхания дальнейший нагрев полосы приводит к ее усадке с одновременным уплотнением и герметизацией соединения.
- Стоит отметить, что готовые фильтры с металлическими сетками на НПВХ-трубах многие коммерческие фирмы выпускают в заводских условиях.
Рис. 15 Заводские бескаркасные фильтры – конструкция и эксплуатационные параметры
В индивидуальных скважинах на песке и абиссинках большинство буровиков используют установку сетчатых фильтров, выполненных из коррозионно устойчивых металлов и различных видов полимеров. Стоит отметить, что фильтрующие элементы для скважин можно сделать и своими руками. Для этого не требуется специальный инструмент, а в продаже всегда можно найти металлическую или синтетическую сетку, еще проще купить отрезок проволоки или капронового шнура.
