水平井用携砾过滤器的室内模拟研究分析

　　针对水平井成井特点,结合大量室内试验,研制了双壁预充陶粒携砾过滤器。该过滤器滤层均匀密实、粒径 级配合理,透水、阻砂性能好。使用携砾过滤器成井时,不用围填滤料,简化了成井工艺;衬管具有较高的抗拉、抗压 强度和韧性,质量轻,便于水平井铺管安装,解决了水平井无法围填滤料的成井难题。　1　引言　　目前,水平井已经用于浅层地下水污染处理和低 渗透含水层取水。但是由于水平井成井的特殊性,很难实施填砾成井,多以管外包网成井。因此,在成井 过程中易造成过滤器损坏,导致污染治理井失败或取水井涌砂,甚至报废。　　针对水平井成井特点,项目组通过大量室内试验,研制了双壁预充陶粒滤料携砾过滤器。该过滤器是将一定粒径的陶粒装填到具有一定间隙的双层滤水衬管内而成。它具有结构简单、滤水阻砂效果好、适用范围广等优点。本文就双壁预充陶粒滤料携砾过滤器室内模拟研究作一介绍,以飨读者。　2　双壁预充滤料携砾过滤器材料选择　　2·1　滤料选择　　携砾过滤器可选用的滤料有石英砂、瓷砂、塑料 颗粒和陶粒,根据水平井成井工艺特点,要求过滤器 密度低以减小铺管阻力。石英砂和瓷砂密度高,塑料 颗粒成本高,而陶粒常用于饮用水的净化和在污水处 理中充当过滤介质,无毒无污染,具有较低的密度和 价格,因此选择陶粒作携砾过滤器滤料较合理。陶粒 是采用优质粘土为基料,经粉碎、团粒、高温烧制而成 的球形颗粒。它的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3等。 其表面粗糙且带微孔隙,与其它滤料相比,陶粒具有 较高的孔隙率和渗透性能及比表面积,且强度高、不 易破碎、颗粒均匀,在水中耐腐蚀、不结垢,使用寿命长。其物理性能指标见表1。

　　2·2　衬管选择　　水平井过滤器以水平或与地面成一定倾斜角度 安装在含水层中,因此,无法围填砾料,只能采用贴砾 或携砾过滤器成井,要求井管滤水管韧性好、密度低。 因浅层地下水已受到或容易受到污染物的污染,为提高水平井的使用寿命,减少由于井管腐蚀而 对地下水造成二次污染,避免井管腐蚀结构影响水平 井出水量,选用的井管应具有较高的强度、耐腐蚀及 抗侵蚀能力,能经受地下水长期渗透和化学溶蚀。研 究显示,PVC-U塑料井管具有较高的抗拉、抗压强度 和较低的密度,是浅层低渗透含水层水平井成井首选 管材,其主要性能特点如下:　　1)管材密度低,运输和安装方便。井管密度为 1.35至1.45g/cm3,仅为钢管和铸铁管的1/6左右。　　2)抗腐蚀能力强。PVC-U塑料井管几乎不与 酸、碱、盐等化学物质发生反应,不污染地下水源,使 用寿命可在50a以上。　　3)抗拉、抗压强度高。测试结果显示Ф200×9.8mm的PVC-U横条缝滤水管抗拉、抗压强度分别为 45.7MPa和31.0MPa,PVC-U竖条缝滤水管抗拉、抗 压强度分别为40.9MPa和31.1MPa。PVC-U管材韧 性好,Ф200×9.8mm井管环刚度>32000N/m2。　3　携砾过滤器结构与规格　　3·1　携砾过滤器结构　　携砾过滤器由内外衬管和上下支撑环板、连接销 钉、陶粒滤料组成,见图1。内外衬管和上下支撑环板 是滤料的支撑骨架,外管以丝扣或销钉连接并承受过 滤器的整体重量,连接销钉用于连接内、外衬管和上 下支撑环板,使其成为整体并承担内管和滤料的重量。