Lựa chọn kích thước khe của ống lọc giếng nước phù hợp với kích thước hạt của tầng ngậm nước bằng D10, D60 và Cu. Nhận các quy tắc xác định kích thước và đề xuất kích thước khe miễn phí từ các kỹ sư của KAIFIL.
Kích thước khe của ống lọc giếng khoan là chiều rộng của khoảng hở giữa các sợi dây hoặc lỗ đục liền kề của ống lọc, giúp kiểm soát các hạt trong tầng ngậm nước được phép đi vào giếng. Kích thước này thường được biểu thị bằng inch (0,006–0,040 in) hoặc milimét (0,15–1,0 mm), và là quyết định thiết kế quan trọng nhất đối với một ống lọc giếng khoan. Chọn đúng kích thước, giếng sẽ tạo ra nguồn nước sạch, không lẫn cát trong nhiều thập kỷ. Chọn sai kích thước, cát sẽ mài mòn cánh bơm, lắng đọng trong ống chống và âm thầm rút ngắn tuổi thọ sử dụng của giếng. Việc lựa chọn kích thước khe không phải là sự phỏng đoán: nó dựa trực tiếp trên kết quả phân tích rây trong phòng thí nghiệm của tầng ngậm nước, sử dụng các số liệu thống kê về kích thước hạt như D10, D60 và hệ số đồng nhất Cu = D60/D10. Hướng dẫn này giải thích cách đọc các con số đó, cách chuyển đổi chúng thành kích thước khe hở thực tế, khi nào cần sử dụng lớp sỏi chèn, và cách xác minh rằng ống lọc bạn chỉ định sẽ hoạt động đúng như mong đợi cho ứng dụng xử lý nước và ống lọc giếng khoan.
Không có tầng ngậm nước nào được cấu tạo từ một kích thước hạt duy nhất. Mỗi thành tạo địa chất đều có một sự phân bố kích thước hạt, và phương pháp tiêu chuẩn để đo lường nó là phân tích rây được thực hiện theo các phương pháp như ASTM D6913 hoặc ISO 17892-4. Một mẫu vật liệu thành tạo đã được sấy khô và cân trọng lượng sẽ được lắc qua một bộ rây xếp chồng lên nhau với các lỗ rây nhỏ dần, và khối lượng còn giữ lại trên mỗi rây sẽ được ghi lại. Việc vẽ biểu đồ phần trăm tích lũy đi qua rây so với kích thước lỗ rây sẽ tạo ra đường cong phân bố kích thước hạt, và từ đường cong đó, bạn có thể đọc được các giá trị quyết định việc lựa chọn kích thước khe:
Bản thân mẫu thử cũng quan trọng như chính quá trình thử nghiệm. Một mẫu đại diện phải được lấy từ tầng chứa nước thực tế sẽ được lắp ống lọc — mùn khoan từ khoảng khai thác, hoặc mẫu ống tách đôi không bị xáo trộn nếu có thể. Một mẫu bị trộn lẫn từ nhiều tầng chứa nước khác nhau, hoặc được lấy từ lớp đất bề mặt, sẽ tạo ra một đường cong không liên quan gì đến tầng địa chất mà ống lọc của bạn cần phục vụ.
Cách diễn giải chỉ số Cu:
Tại sao D10 lại quan trọng đến vậy? Bởi vì các hạt nhỏ nhất quyết định xem giếng có hoạt động mà không bị lẫn cát hay không. Nếu khe lọc giữ lại phần cỡ hạt D10, nó sẽ giữ lại các hạt giúp duy trì cấu trúc mở của tầng địa chất. Các vật liệu mịn hơn có kích thước bùn và sét dễ di chuyển sẽ được thoát ra ngoài trong quá trình phát triển giếng, trong khi khung cấu trúc địa chất vẫn được giữ nguyên.
Đối với giếng được phát triển tự nhiên trong tầng địa chất đồng nhất, quy tắc được sử dụng rộng rãi nhất là chọn kích thước khe lọc bằng 50–60% D10 của tầng địa chất.
Ví dụ minh họa: phân tích rây của cát trung bình sạch cho kết quả D10 = 0.35 mm. Năm mươi đến sáu mươi phần trăm của giá trị đó là 0.175–0.21 mm. Khe hở tiêu chuẩn gần nhất — 0.20 mm (0.008 in) — là lựa chọn phù hợp. Nếu D10 = 0.60 mm, kết quả tính toán là 0.30–0.36 mm, do đó bạn chọn khe hở 0.30 mm (0.012 in). Nếu D10 nằm giữa hai kích thước tiêu chuẩn, hãy làm tròn xuống kích thước khe hở nhỏ hơn; việc giữ lại một chút khung cát sẽ an toàn hơn là để giếng bắt đầu lẫn hạt mịn.
Tại sao lại là 50–60% chứ không phải 100% của D10? Ống lọc không cần phải giữ lại mọi hạt cát. Bằng cách giữ lại khoảng một nửa cỡ hạt D10, bạn sẽ giúp giếng hình thành một lớp lọc tự nhiên: trong quá trình phát triển giếng, các vật liệu mịn gần ống lọc sẽ được hút ra ngoài, các hạt thô hơn sẽ tạo liên kết bắc cầu qua khe lọc, và vùng vành khuyên sẽ tự sắp xếp lại thành một màng lọc tự tạo có độ thấm cao hơn. Điều này giúp tăng lưu lượng và giảm độ hạ mực nước trong khi vẫn ngăn chặn cát xâm nhập liên tục.
Quy tắc này cũng thường được phát biểu dưới dạng thận trọng: khe hở lọc phải nhỏ hơn hạt nhỏ nhất của tầng địa chất mà bạn muốn giữ lại. Đối với giếng phát triển tự nhiên, điều đó có nghĩa là khe hở luôn nhỏ hơn D10 — thường là gần bằng một nửa giá trị đó. Hai tầng ngậm nước có thể có cùng giá trị D10 nhưng vẫn cần các ống lọc khác nhau do giá trị Cu của chúng khác nhau, đó là lý do tại sao một nhà sản xuất có năng lực sẽ yêu cầu cung cấp toàn bộ đường cong cấp phối hạt thay vì chỉ một con số đơn lẻ. Để có cái nhìn rộng hơn về các kích thước khe hở hiện có, dung sai và mối liên hệ giữa chiều rộng khe hở với lưu lượng, hãy xem hướng dẫn của chúng tôi về lựa chọn kích thước khe lưới lọc khe.
Khi tầng địa chất không đồng nhất (Cu > 6), rất mịn, hoặc được cấu tạo từ các lớp xen kẽ mỏng, quá trình phát triển tự nhiên không thể tạo ra một lớp lọc ổn định một cách đáng tin cậy. Giải pháp tiêu chuẩn là một lớp chèn sỏi: một lớp cát và sỏi được phân cấp cẩn thận đặt giữa tầng địa chất và ống lọc. Với lớp chèn sỏi, ống lọc không còn phải giữ lại tầng địa chất nữa — nó chỉ cần giữ lại sỏi, và sỏi sẽ thực hiện nhiệm vụ kiểm soát cát.
Việc xác định kích thước hạt cho giếng chèn sỏi gồm hai bước:
Lớp sỏi lọc bổ sung một khoảng dung sai giá trị: nếu tầng địa chất thay đổi nhẹ giữa lỗ khoan thử nghiệm và giếng khoan thực tế, lớp sỏi sẽ bù đắp sự khác biệt đó. Chiều dày lớp sỏi lọc điển hình trong khoảng không vành khuyên là 75–150 mm (3–6 in). Đối với các giếng công nghiệp và giếng dân dụng công suất lớn, một ống lọc được chế tạo dưới dạng ống lọc khe hình nêm kết hợp với lớp sỏi lọc bao quanh là một cấu hình đã được kiểm chứng và sử dụng rộng rãi.
Các đơn vị khoan và tư vấn thường bắt đầu từ một bảng tham khảo nhanh, sau đó tinh chỉnh bằng đường cong phân tích rây đo thực tế. Các giá trị dưới đây là điểm khởi đầu thực tế điển hình cho các tầng địa chất đồng nhất, phát triển tự nhiên; luôn xác nhận lại chúng so với mức 50–60% trị số D10 đo được.
| Loại tầng địa chất | Kích thước hạt điển hình (D50) | Khe hở điển hình (in) | Khe hở điển hình (mm) | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| Cát rất mịn / bùn | < 0.10 mm | 0.006 | 0.15 | Thường yêu cầu lớp sỏi lọc |
| Cát mịn | 0.10–0.25 mm | 0.008–0.010 | 0.20–0.25 | Xác minh bằng phân tích rây; cát mịn đồng nhất có yêu cầu khắt khe |
| Cát trung bình | 0.25–0.50 mm | 0.010–0.020 | 0.25–0.50 | Phạm vi phổ biến nhất cho giếng dân dụng và giếng tưới tiêu |
| Cát thô | 0.50–1.0 mm | 0.020–0.040 | 0.50–1.0 | Kiểm tra diện tích mở đối với các thiết kế sản lượng cao |
| Sỏi | > 1.0 mm | 0.040–0.080+ | 1.0–2.0+ | Thường được chèn sỏi hoặc để phát triển tự nhiên |
Hãy lưu ý rằng đây chỉ là những điểm khởi đầu, không thể thay thế cho việc phân tích sàng. Nhãn "cát trung bình" trong nhật ký của một thợ khoan có thể có trị số D10 rất khác so với cùng nhãn đó ở một thợ khoan khác. Đường cong thành phần hạt mới là thực tế; tên phân loại chỉ là một cách gọi tắt.
Chiều rộng khe quyết định việc kiểm soát cát, nhưng diện tích mở và vận tốc dòng vào kiểm soát sản lượng và tuổi thọ sử dụng.
Diện tích mở là tỷ lệ phần trăm bề mặt hình trụ của lưới lọc thực sự là khe hở. Lưới khe liên tục dạng dây nêm thường mang lại diện tích mở khoảng 15–40% tùy thuộc vào chiều rộng khe và biên dạng dây, so với chỉ khoảng 5–15% đối với ống đục lỗ có độ bền cấu trúc tương đương. Diện tích mở cao hơn đồng nghĩa với việc tổn thất cột áp qua lưới lọc ít hơn và độ sụt áp nhỏ hơn giữa tầng ngậm nước và máy bơm.
Vận tốc dòng vào là tốc độ nước đi qua bề mặt lưới lọc: bằng lưu lượng bơm chia cho diện tích mở của phần lưới lọc. AWWA A100 khuyến nghị giữ vận tốc dòng vào của lưới lọc ở mức bằng hoặc dưới 0.1 ft/s (0.03 m/s) đối với nước không chứa cát và không ăn mòn. Vượt quá giới hạn đó, một số vấn đề sẽ đồng thời gia tăng nhanh chóng:
Một ví dụ tính toán cụ thể cho thấy giới hạn bị chạm tới nhanh chóng như thế nào: một ống lọc 6 inch (152 mm), dài 10 ft (3 m), với 20% diện tích mở, bơm 200 gpm, tạo ra vận tốc dòng vào khoảng 0.14 ft/s — vượt quá mức trần của AWWA. Để đáp ứng, bạn phải kéo dài ống lọc, tăng diện tích mở, hoặc cả hai. Đây chính xác là lý do tại sao kích thước khe, chiều dài ống lọc và đường kính ống lọc phải được lựa chọn đồng thời: một khe lọc được chọn chỉ thuần túy để chặn cát có thể buộc phải sử dụng một ống lọc dài đến mức không thực tế, và một khe lọc được chọn chỉ thuần túy vì sản lượng có thể làm hỏng giếng.
Đối với giếng nước, cấu trúc hình học ống lọc phổ biến nhất là lưới lọc khe liên tục được chế tạo từ các sợi dây hình chữ V (hình thang) — thiết kế được phổ biến rộng rãi dưới tên gọi lưới lọc Johnson. Mặt cắt chữ V hẹp dần về phía bên ngoài của lưới lọc, do đó một hạt đủ nhỏ để đi vào khe sẽ đi thẳng qua, trong khi các hạt lớn hơn sẽ tạo liên kết bắc cầu trên bề mặt bên ngoài và không bao giờ bị kẹt bên trong khe hở. Đặc tính tự làm sạch, chống tắc nghẽn này là lý do tại sao lưới lọc khe liên tục hoạt động hiệu quả vượt trội so với ống đục lỗ thông thường trong các tầng địa chất nhiều cát. Bạn có thể đọc về cách thức hoạt động của lưới lọc Johnson cho cơ chế, và về lưới khe so với lưới dệt cho giếng nước đối với các sự đánh đổi về mặt hình học. Đối với các chuỗi ống khai thác sâu, các ống lọc thường được cung cấp dưới dạng ống lọc khe wedge wire các đoạn có kết nối bằng phẳng, kết nối ren hoặc kết nối hàn.
Việc lựa chọn vật liệu được quyết định bởi đặc tính hóa học của nước, chứ không phải bởi tính sẵn có:
Nếu có bất kỳ nghi ngờ nào về thành phần hóa học của nước, hãy tiến hành phân tích nước ngay từ giai đoạn đầu của dự án. Việc trả thêm một khoản chi phí nhỏ để sử dụng 316 cho một giếng khoan sẽ tiếp xúc với clorua rẻ hơn nhiều so với việc kéo lên và thay thế một ống lọc bị ăn mòn thủng lỗ sau vài năm. Trong môi trường nước có tính ăn mòn cao hoặc pH thấp, thậm chí còn có các lựa chọn hợp kim cao hơn, nhưng đối với phần lớn các giếng khoan, quyết định chỉ xoay quanh việc lựa chọn giữa 304 và 316.
Việc chọn kích thước mới chỉ là một nửa công việc. Một ống lọc có kích thước chính xác vẫn cần được phát triển giếng khoan — sục rửa và bơm hút sau khi lắp đặt để loại bỏ vật liệu mịn khỏi khoảng vành khuyên và để lớp sỏi lọc tự nhiên hình thành. Việc bỏ qua bước phát triển giếng là một trong những lý do phổ biến nhất khiến một "ống lọc bị lỗi" hóa ra lại là vấn đề do lắp đặt chứ không phải do thiết kế.
Bên cạnh việc phát triển giếng, hãy tránh những sai lầm thường gặp sau:
Khi còn nghi ngờ, hãy yêu cầu nhà sản xuất lưới lọc xem xét đường cong rây và nhật ký giếng của bạn trước khi tiến hành cắt thép. Một nhà cung cấp tốt sẽ phản hồi lại nếu kích thước khe quá lớn hoặc quá nhỏ thay vì chỉ đơn giản là gia công theo đúng những gì bạn đã ghi.
Kích thước khe lọc bao nhiêu là phù hợp cho ống lọc giếng nước? Không có giá trị chung cho mọi trường hợp. Hầu hết các ống lọc giếng nước sử dụng khe lọc từ 0,006 in (0,15 mm) đến 0,040 in (1,0 mm), và việc lựa chọn cụ thể dựa trên kết quả phân tích rây — thường bằng 50–60% giá trị D10 của tầng địa chất, hoặc 50–60% giá trị D10 của lớp sỏi chèn trong giếng chèn sỏi.
Làm thế nào để chọn kích thước khe lọc từ kết quả phân tích rây? Thực hiện phân tích rây (ASTM D6913 / ISO 17892-4), xác định giá trị D10 từ đường cong phân bố tích lũy, và nhân với 0,5–0,6. Làm tròn xuống kích thước khe lọc tiêu chuẩn gần nhất. Nếu tầng địa chất không đồng nhất (Cu = D60/D10 trên 6) hoặc rất mịn, hãy lên phương án chèn sỏi và chọn kích thước khe lọc theo kích thước sỏi thay vì theo tầng địa chất.
D10 là gì trong việc tính toán kích thước ống lọc giếng? D10 là kích thước hạt mà tại đó 10% khối lượng mẫu tầng ngậm nước có kích thước nhỏ hơn. Nó đại diện cho phần hạt mịn của khung chịu lực của tầng địa chất và là tham chiếu tiêu chuẩn để chọn kích thước khe lọc, bởi vì việc giữ lại phần hạt D10 là yếu tố giúp giếng phát triển tự nhiên không bị lẫn cát.
Điều gì xảy ra nếu khe lọc của ống lọc quá lớn hoặc quá nhỏ? Nếu quá lớn, cát và các hạt mịn sẽ liên tục lọt vào, làm mòn bơm và ống chống cho đến khi phải kéo giếng lên. Nếu quá nhỏ, vận tốc dòng vào sẽ tăng lên, ống lọc bị bám cặn và tắc nghẽn nhanh hơn, và sản lượng nước giảm xuống dưới mức mà tầng ngậm nước có thể cung cấp. Cả hai sự cố này đều bắt nguồn từ việc kích thước khe lọc không khớp với đường cong thành phần hạt.
Tôi có luôn cần một lớp sỏi chèn không? Không. Trong các tầng địa chất đồng nhất (Cu < 3), việc phát triển giếng tự nhiên thường là đủ. Lớp sỏi chèn được khuyến nghị cho các tầng địa chất không đồng nhất (Cu > 6), rất mịn hoặc phân lớp, hoặc khi bạn muốn tăng khả năng dung sai đối với sự sai lệch giữa lỗ khoan thử nghiệm và giếng hoàn thiện.
Việc lựa chọn kích thước khe là một bài toán thủy văn, chứ không phải là việc chọn lựa đơn thuần từ danh mục sản phẩm — và cách nhanh nhất để xác định chính xác là để kỹ sư xem xét dữ liệu thực tế của bạn. Hãy gửi cho KAIFIL nhật ký giếng khoan, kết quả phân tích sàng và lưu lượng khai thác mục tiêu của bạn, chúng tôi sẽ đề xuất kích thước khe, diện tích mở và cấu trúc hình học của lưới lọc phù hợp với tầng chứa nước của bạn, sau đó gia công lưới lọc tương ứng bằng vật liệu SS304 hoặc SS316 với chiều dài, đường kính và các kiểu kết nối theo yêu cầu. Từ các chuỗi ống khai thác được chế tạo dưới dạng ống lưới lọc khe cho đến các bộ phận lưới lọc khe gia công theo yêu cầu phục vụ cải tạo và sửa chữa, chúng tôi chế tạo lưới lọc khe liên tục phù hợp với tầng địa chất của bạn — chứ không phải ngược lại. Hãy liên hệ với chúng tôi cùng số liệu tầng địa chất của bạn, và để chúng tôi xác định kích thước lưới lọc chính xác ngay từ lần đầu tiên.
Continuous-slot screen pipe for wells, vessel internals, resin traps and dewatering systems.
Screen cylinders / pipes / baskets for intake, resin traps, strainers and distributor internals, supplied to drawing with material, size and packing details confirmed at RFQ stage.
Flat panels / sieve bends / framed panels for dewatering, sizing and solid-liquid separation, supplied to drawing with material, size and packing details confirmed at RFQ stage.
Hãy gửi bản vẽ, kích thước, vật liệu, môi trường hoặc điều kiện vận hành, chúng tôi sẽ hỗ trợ xác nhận thông số kỹ thuật phù hợp.
Các tệp tham chiếu đã tải lên được đính kèm cùng yêu cầu. Đối với các tệp CAD lớn hơn, vui lòng phản hồi email xác nhận hoặc gửi tại đây:
Đội ngũ của chúng tôi thường phản hồi trong vòng 24 giờ làm việc.
