ITPI20090073A1 - Struttura di tubo-filtro per un pozzo e metodo per realizzarlo - Google Patents

Description

“STRUTTURA DI TUBO-FILTRO PER UN POZZO E METODO PER REALIZZARLO†,

Descrizione

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione si colloca nell’ambito dell’idrogeologia e dello sfruttamento minerario dei fluidi sotterranei ed, in particolare, si riferisce ad una struttura di tubo-filtro per un pozzo quale, ad esempio un pozzo artesiano, un pozzo per gas ecc.

Inoltre, l’invenzione riguarda un metodo per realizzare tale struttura di tubo-filtro.

Descrizione della tecnica nota

Come noto, un pozzo comprende un condotto tubolare, o tubo-pozzo disposto in un perforo scavato nel suolo che raggiunge una falda acquifera o un giacimento di gas o petrolio. In particolare, in corrispondenza della falda o del giacimento il tubo-pozzo prevede una porzione forata, o tubo-filtro, atto a permettere il passaggio e la risalita del fluido nel tubo-pozzo. In particolare, attorno al tubo-filtro à ̈ disposto un materiale drenante allo scopo di filtrare i sedimenti presenti nella falda o giacimento. Il tubo-filtro serve quindi a contenere il materiale drenante e a far trapelare il fluido all’interno del tubo-pozzo.

Sono noti filtri di diversa struttura tra i quali i più comuni ed utilizzati sono il filtro passante, il filtro a ponte e il filtro a spirale.

Il filtro passante à ̈ realizzato con lamiere in acciaio al carbonio o acciaio inox punzonate, calandrate e saldate longitudinalmente. Le fessure, di forma oblunga, sono disposte parallelamente lungo le generatrici del tubo.

Questo tipo di filtro viene generalmente utilizzato per captazioni in terreni consolidati o con granulometria grossa. Il filtro passante à ̈ tuttavia utilizzato per ristrette applicazioni in quanto a parità di diametro ha capacità filtrante minore.

I filtri a ponte sono invece realizzati con lamiere, generalmente in acciaio al carbonio o acciaio inox punzonate, calandrate e saldate longitudinalmente. La disposizione, la dimensione e la forma delle fessure rispondono ai requisiti richiesti. Questo tipo di filtri offre una buona percentuale di area aperta ed à ̈ particolarmente indicato per terreni con granulometrie medie e grandi. Nella struttura di questo filtro con finestrature a ponte le aperture laterali dei ponticelli vengono ostruite molto meno di quanto accade nei filtri con finestrature passanti.

Il filtro a spirale, che rappresenta l’ultima evoluzione, à ̈ realizzato avvolgendo un filo in acciaio con sezione trapezoidale o triangolare intorno a tondini portanti disposti secondo le generatrici di un cilindro. Le dimensioni dei tondini sono variabili in rapporto alla pressione di schiacciamento ed alla trazione a cui i filtri sono sottoposti. Il filo viene saldato sui tondini per induzione in modo che le spire che si formano siano disposte ad una distanza costante così da formare delle fessure continue o luci di apertura di uguali dimensioni. Il filtro a spirale a parità di larghezza delle finestrature ha una percentuale aperta maggiore di 2,5-3 volte rispetto a quella del filtro a ponte. Un altro vantaggio, risiede nel fatto che questa tipologia di filtro à ̈ adatto per granulometrie fini che il filtro passante ed il filtro a ponte non comprendono. Principale svantaggio tuttavia del filtro a spirale à ̈ la sua struttura che non permette un impiego ad elevate profondità se non opportunamente ingegnerizzata. Infatti, il filtro a spirale si compone di una parte strutturale di supporto e di una parte filtrante associata alla parte strutturale. In altre parole, il filo avvolto attorno alla struttura di sostegno non assolve nessun ruolo strutturale ma ha una funzione esclusivamente idrodinamica. Altro svantaggio del filtro a spirale sono le operazioni di manutenzione che devono essere effettuate mediante metodi che limitano la forza di rimozione dei detriti in quanto la struttura stessa del filtro potrebbe danneggiarsi.

Per poter utilizzare il filtro a spirale ad elevate profondità viene prodotta una versione che prevede un tubo di supporto interno provvisto di una serie di aperture longitudinali che limitano e riducono perciò la sua capacità filtrante.

Per meglio comprendere la struttura del filtro a spirale à ̈ utile precisare come il moto, ad esempio di una falda acquifera, sia possibile assimilarlo ad una serie di “filetti†di flusso, aventi sezione infinitesima, che si muovono secondo versi e direzioni derivanti dall’insieme di tutte le traiettorie esistenti, che definiscono le linee di flusso.

Generalmente le linee di flusso in una falda imperturbata sono sostanzialmente orizzontali e hanno solo una piccolissima componente di oscillazione verticale.

Sulla base di questo principio à ̈ stata progettata ed ideata la struttura del filtro spirale che presenta delle aperture orizzontali su piani paralleli rispetto alle linee di flusso dell’acqua. Tuttavia se una falda acquifera o di altro genere viene perturbata, realizzando un esempio un pozzo di estrazione, le condizioni di moto orizzontale delle linee di flusso nella prossimità del pozzo non sono più le stesse.

È noto, infatti, come il vettore velocità orizzontale nella stretta prossimità del tubo filtro subisca una forte accelerazione che lo porta da una velocità dell’ordine dei cm/s con cui si muove nella falda ad una velocità dell’ordine dei m/s con cui entra dalla falda nel tubopozzo. Il vettore velocità passa quindi da una direzione orizzontale ad una direzione verticale.

In particolare, la velocità del fluido acquisisce, avvicinandosi al tubo-filtro, una componente verticale, che diventa prevalente rispetto a quella orizzontale arrivata nella prossimità del filtro. Ragion per cui le fessure orizzontali del filtro a spirale oppongono resistenza a tale componente verticale e producono perdite di carico concentrate.

Si evidenzia perciò che la disposizione orizzontale delle aperture determina una perdita di carico concentrata nel moto del fluido tra l’esterno e l’interno del tubofiltro. Inoltre, questo porta ad un più facile intasamento delle luci di apertura del filtro.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo generale della presente invenzione fornire una struttura di tubo-filtro per un pozzo che riduca le perdite di carico e ne migliori l’efficienza rispetto ai filtri noti.

È altro scopo generale della presente invenzione fornire una struttura di tubo-filtro per un pozzo che permetta una manutenzione attraverso i sistemi noti senza che questa provochi danneggiamenti o rotture alla struttura.

È anche scopo della presente invenzione fornire una struttura di tubo-filtro per un pozzo strutturalmente resistente a qualsiasi applicazione, anche ad elevate profondità.

È anche scopo della presente invenzione fornire una struttura di tubo-filtro per un pozzo che sia costruttivamente semplice ed economica da realizzare.

È anche scopo della presente invenzione fornire un metodo per realizzare tale struttura.

Questi ed altri scopi sono raggiunti attraverso una struttura di tubo-filtro per un tubo-pozzo comprendente:

− una pluralità di stecche parallele, tra loro solidali, dette stecche essendo disposte in modo da definire un corpo tubolare, dette stecche essendo tra loro spaziate in modo che detto corpo tubolare presenti una pluralità di fessure longitudinali di passaggio per un fluido, ciascuna fessura essendo compresa tra due stecche adiacenti.

In tal modo, le stecche definiscono una pluralità di porzioni piene intervallate da rispettive porzioni vuote, ossia le fessure longitudinali, in modo che in uso le fessure siano disposte sostanzialmente in direzione verticale, ossia parallelamente all’asse longitudinale del corpo tubolare.

Vantaggiosamente, dette stecche sono lamelle di dimensioni predeterminate a sezione decrescente secondo un verso che va dall’esterno all’interno di detto corpo tubolare. In tal modo, le fessure tra due stecche hanno sezione divergente, in modo da offrire la loro sezione minima in corrispondenza della superficie laterale esterna del corpo tubolare. Pertanto, disponendo all’esterno del corpo tubolare materiale granulare di drenaggio di diametro superiore alla dimensione minima delle fessure, il corpo tubolare contiene perimetralmente il materiale granulare di drenaggio e permette il passaggio del fluido attraverso le fessure. La sezione divergente e verticale delle fessure permette al fluido di ridurre al minimo le perdite di carico. In particolare, poiché nell’attraversare il materiale drenante la velocità del fluido acquisisce una componente verticale prima di incontrare il corpo tubolare, le fessure che si estendono verticalmente non oppongono resistenza a tale componente verticale che viene sostanzialmente mantenuta nell’attraversamento del tubo-filtro o corpo tubolare. In altre parole, le linee di flusso del fluido, in prossimità del tubo-filtro, entrano nelle del corpo tubolare senza subire perdite di carico e senza sostanziali riduzioni della componente verticale del vettore velocità.

Preferibilmente, detta sezione decrescente à ̈ scelta tra una sezione:

− triangolare;

− trapezoidale.

Vantaggiosamente, dette stecche parallele sono rese tra loro solidali mediante mezzi scelti tra:

− elementi di unione interni a detto corpo tubolare; − elementi di unione esterni a detto corpo tubolare; − elementi di unione in cui dette stecche sono inserite.

In particolare, detto corpo tubolare à ̈ un corpo tubolare cilindrico e detti elementi di unione sono una serie di anelli di supporto distanziati lungo l’asse del corpo tubolare. In tal modo, gli anelli fungono anche da rinforzo della struttura cosi da renderla adatta ad applicazioni per elevate profondità in cui il carico di punta e soprattutto il carico laterale sono notevoli.

Vantaggiosamente, sono previsti elementi di rinforzo disposti tra dette stecche. In tal modo, la struttura risulta strutturalmente più resistente e adatta a sopportare carichi elevati.

In particolare, detti elementi di rinforzo sono stecche di dimensioni maggiorate disposte equidistanziate lungo detto corpo tubolare.

Vantaggiosamente, sono previste elementi terminali, in particolare flange anulari, disposti sulla faccia superiore ed inferiore di detto corpo tubolare e che vanno a battuta contro dette stecche.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione un metodo per produrre una siffatta struttura di tubo-filtro per un pozzo comprende le fasi di:

− predisporre una pluralità di stecche parallele dette stecche essendo disposte in modo da definire un corpo tubolare, dette stecche essendo tra loro spaziate in modo che detto corpo tubolare presenti una pluralità di fessure longitudinali di passaggio per un fluido, ciascuna fessura essendo compresa tra due stecche adiacenti;

− rendere tra loro solidali dette stecche parallele. Vantaggiosamente, detta fase di rendere tra loro solidali dette stecche parallele à ̈ realizzata con una fase scelta tra:

− applicazione di elementi di unione interni a detto corpo tubolare;

− applicazione di elementi di unione esterni a detto corpo tubolare.

Preferibilmente, detta fase di predisporre dette stecche in modo da definire un corpo tubolare à ̈ fatta mediante le seguenti fasi:

− predisporre almeno una maschera di guida avente una pluralità di fori di inserimento di dette stecche, detti fori essendo equidistanziati e formando una figura geometrica corrispondente alla sezione di detto corpo tubolare

− introdurre in detti fori di inserimento rispettive stecche.

In particolare, detta fase di applicazione di detti elementi di unione à ̈ ottenuta a partire da dette stecche tenuti insieme da detta almeno una maschera di guida, detta almeno una maschera di guida essendo rimossa dopo detta applicazione di detti elementi di unione.

Preferibilmente, Ã ̈ prevista una fase di applicazione sulla faccia superiore ed inferiore di detto corpo tubolare di un anello o flangia di battuta a copertura di dette stecche.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà ora illustrata dalla descrizione che segue di alcune tipiche realizzazioni, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, qui di seguito brevemente descritti, in cui:

− la figura 1 mostra una vista schematica in sezione di un pozzo dotato della struttura di filtro o tubofiltro, secondo l’invenzione;

− la figura 2 à ̈ una vista in sezione della struttura di tubo-filtro secondo l’invenzione composta da una serie di stecche solidali tra loro che formano un corpo tubolare;

− la figura 3 à ̈ una vista laterale della struttura di tubo-filtro di figura 2 che evidenzia le fessure verticali tra gli stecche;

− la figura 4 mostra una rappresentazione schematica del tubo-filtro disposto all’interno dello strato drenante nella quale sono evidenziate le linee di flusso del fluido tra la falda acquifera e il tubopozzo;

− la figura 4A mostra una sequenza temporale che evidenzia il cambiamento del vettore velocità man mano che questo si avvicina al tubo-filtro.

Descrizione dettagliata di alcune forme realizzative

Con riferimento alla figura 1 un pozzo 100 per il prelevamento di un fluido, ad esempio acqua, comprende un perforo 10 che si estende dal piano campagna 11 nel sottosuolo 12 fino a raggiungere una falda acquifera o giacimento 20 e un condotto di estrazione o tubo-pozzo 21 inserito nel perforo 10 che raggiunge la falda acquifera o giacimento 20. In particolare, il condotto di estrazione 21 prevede una serie di strati di materiale di riempimento 30. Come noto, il condotto di estrazione 21 prevede inoltre una porzione filtrante o tubo-filtro 23, disposta in prossimità della falda 20. Più precisamente, il tubo-filtro 23 contiene esternamente un materiale drenante selezionato 31 contenuto tra uno strato isolante superiore 32 ed uno strato isolante inferiore 33, o tamponi, in corrispondenza della falda 20, atto a trattenere le impurità ed i detriti presenti nel fluido estratto.

La struttura di tubo-filtro 23 del tubo-pozzo, secondo l’invenzione, comprende, come mostrato nelle figure 2 e 3, una pluralità di stecche parallele 40 tra loro solidali disposte in modo da definire un corpo tubolare 50. In particolare, le stecche 40 sono tra loro spaziate in modo che il corpo tubolare 50 presenti una pluralità di fessure longitudinali di passaggio 41 per il fluido (Fig.3). Ciascuna fessura à ̈ compresa tra due stecche 40 adiacenti. In tal modo, le stecche 40 definiscono una pluralità di porzioni piene intervallate da rispettive porzioni vuote, ossia le fessure longitudinali 41, in modo che in uso le porzioni vuote, sono sostanzialmente disposte in direzione verticale, ossia parallelamente ad un asse longitudinale 51 del corpo tubolare, come mostrato in figura 3.

Come mostrato in figura 3, le stecche 40 possono essere rese tra loro solidali mediante elementi di unione interni al corpo tubolare 50 o elementi di unione esterni al corpo tubolare, in particolare, una serie di anelli di supporto 70 distanziati lungo l’asse 51 del corpo tubolare. In alternativa, possono essere predisposti elementi di unione in cui le stecche 40 sono inserite ad incastro. In modo vantaggioso, sono previsti anche elementi di rinforzo 80 disposti tra le stecche 40 in modo che la struttura risulti strutturalmente più resistente e adatta a sopportare carichi elevati.

Sempre in modo vantaggioso, possono essere disposti elementi terminali, non mostrati, in particolare flange anulari, sulla faccia superiore ed inferiore del corpo tubolare 50 che vanno a battuta contro le stecche 40.

In particolare, le stecche 40 sono lamelle di dimensioni predeterminate a sezione decrescente secondo un verso che va dall’esterno all’interno del corpo tubolare 50. Più in dettaglio, la sezione decrescente à ̈ una sezione triangolare ma in alternativa può essere anche una sezione trapezoidale o altra sezione. Dal punto di vista costruttivo, le lamelle 40 hanno dimensioni variabili in base al tipo di applicazione e profondità cui viene impiegato il tubofiltro. Ad esempio, la base ha dimensione d1 compresa tra 1 e 20 mm, mentre la fessura longitudinale esterna d2 à ̈ compresa tra 0.2 e 5 mm. Quest’ultima à ̈ diretta funzione del materiale drenante 31 disposto esternamente al tubo-filtro 23. In generale, il filtro può essere realizzato con diversi rapporti tra la porzione piena e porzione vuota, ad esempio 0.25, 0.50, 0.75, 1, 1.25, 1.5, 1.75 ecc. Ad esempio, una base con dimensione d1 3 mm e una fessura con dimensione d2 1 mm ha un rapporto di 1/4 il che significa un potere filtrante del 25%. Per definire invece la divergenza delle lamelle 40 viene riportata la distanza d3 tra due vertici di lamelle adiacenti. Tale distanza à ̈ preferibilmente compresa tra 2 e 5 mm, preferibilmente tra 3 e 4 mm.

In particolare, le fessure 41 tra due lamelle 40 offrono la loro sezione minima in corrispondenza della superficie laterale esterna 51 del corpo tubolare, visibile in figura 3. Pertanto, disponendo all’esterno del corpo tubolare 50 il materiale granulare di drenaggio 31 (Fig.1) di diametro superiore alla dimensione minima delle fessure 41, il corpo tubolare contiene perimetralmente tale materiale e permette il passaggio del fluido attraverso le fessure 41. La sezione divergente delle fessure 41 permette inoltre ad eventuali detriti che oltrepassano le fessure 41 di facilitare il passaggio di tali detriti evitando la formazione di un deposito che causerebbe un intasamento del tubo-filtro.

Dal punto di vista dinamico invece, come mostrato schematicamente in figura 4 e 4A, il vettore velocità orizzontale 60, nella stretta prossimità del tubo-filtro 23, subisce una forte accelerazione che lo porta da una velocità dell’ordine dei cm/s, con cui si muove nella falda 20, ad una velocità 65, dell’ordine dei m/s, con cui entra dalla falda 20 nel tubo-filtro. Più precisamente, poiché nell’attraversare il materiale drenante 31 la velocità del fluido 60 acquisisce, avvicinandosi al tubo-filtro 23, una componente verticale 61 (Fig. 4A) che prima di incontrare il corpo tubolare à ̈ prevalente rispetto alla componente orizzontale 60, le fessure 41 che si estendono verticalmente non oppongono resistenza a tale componente verticale 61 che viene sostanzialmente mantenuta nell’attraversamento del corpo tubolare 50. In altre parole, le linee di flusso del fluido, in prossimità del tubo-filtro 23, entrano nel corpo tubolare 50 senza subire perdite di carico e senza sostanziali riduzioni della componente verticale 61 del vettore velocità .

Dal punto di vista costruttivo un metodo per produrre una siffatta struttura di tubo-filtro per un pozzo comprende le fasi di predisporre una pluralità di stecche 40 in modo da definire il corpo tubolare che presenta una pluralità di fessure longitudinali di passaggio 41 per il fluido, ciascuna fessura à ̈ compresa tra due stecche adiacenti 40. La successiva fase prevede di rendere tra loro solidali le stecche parallele 40, realizzate con una fase scelta tra l’applicazione di elementi di unione interni al corpo tubolare o l’applicazione di elementi di unione esterni al corpo tubolare o l’applicazione di elementi in cui le stecche sono infilate ad incastro.

Più in dettaglio, la fase di predisposizione delle stecche 40 à ̈ fatta mediante almeno una maschera di guida con una pluralità di fori di inserimento, i fori sono equidistanziati e formano una figura geometrica corrispondente alla sezione del corpo tubolare. Si procede quindi ad introdurre nei fori di inserimento rispettivi stecche.

La successiva fase di applicazione degli elementi à ̈ ottenuta a partire dalle stecche 40 tenute insieme dalla maschera di guida che viene poi rimossa dopo l’applicazione degli elementi di unione, quale uno o più anelli circolari 70, visibili in figura 3. In alternativa, la maschera resta inserita nella struttura del tubo-filtro e funge da elemento di rinforzo, come sopradescritto.

Infine, Ã ̈ prevista una fase di applicazione sulla faccia superiore ed inferiore del corpo tubolare di un anello o flangia di battuta a copertura delle stecche 40.

Nella struttura di tubo-filtro 23, secondo l’invenzione, si ha quindi che le lamelle 40 fungono sia da struttura di supporto che da struttura funzionale di filtraggio, a differenza del filtro a spirale in cui le due funzioni sono distinte, ossia la struttura di supporto ed il filamento di filtraggio. Si ha per cui una struttura di tubo-filtro resistente in grado di essere applicata senza alcuna altra ingegnerizzazione a qualsiasi tipologia di pozzo e a qualsiasi profondità.

La descrizione di cui sopra di una forma esecutiva specifica à ̈ in grado di mostrare l’invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma esecutiva specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma esecutiva esemplificata. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Una struttura di tubo-filtro per un tubo-pozzo comprendente: − una pluralità di stecche parallele tra loro solidali, dette stecche essendo disposte in modo da definire un corpo tubolare, dette stecche essendo tra loro spaziate in modo che detto corpo tubolare presenti una pluralità di fessure longitudinali di passaggio per un fluido, ciascuna fessura essendo compresa tra due stecche adiacenti.
2. 2. Una struttura di tubo-filtro, secondo la rivendicazione 1, in cui dette stecche sono lamelle di dimensioni predeterminate a sezione decrescente secondo un verso che va dall’esterno all’interno di detto corpo tubolare, in particolare detta sezione decrescente essendo scelta tra: − triangolare; − trapezoidale.
3. 3. Una struttura di tubo-filtro, secondo la rivendicazione 1, in cui dette stecche parallele sono rese tra loro solidali mediante mezzi scelti tra: − elementi di unione interni a detto corpo tubolare; − elementi di unione esterni a detto corpo tubolare; − elementi di unione aventi fori in cui dette stecche sono inserite.
4. 4. Una struttura di tubo-filtro, secondo la rivendicazione 1 e 4, in cui detto corpo tubolare à ̈ un corpo tubolare cilindrico e detti elementi di unione sono una serie di anelli di supporto distanziati lungo l’asse del corpo tubolare.
5. 5. Una struttura di tubo-filtro, secondo la rivendicazione 1, in cui sono previste elementi terminali, in particolare flange anulari, disposti sulla faccia superiore ed inferiore di detto corpo tubolare e che vanno a battuta contro dette stecche.
6. 6. Un metodo per produrre una struttura di tubo-filtro per un pozzo comprende le fasi di: − predisporre una pluralità di stecche parallele, dette stecche essendo disposte in modo da definire un corpo tubolare, dette stecche essendo tra loro spaziate in modo che detto corpo tubolare presenti una pluralità di fessure longitudinali di passaggio per un fluido, ciascuna fessura essendo compresa tra due stecche adiacenti; − rendere tra loro solidali dette stecche parallele.
7. 7. Un metodo, secondo la rivendicazione 7, in cui detta fase di rendere tra loro solidali dette stecche parallele à ̈ realizzata con una fase scelta tra: − applicazione di elementi di unione interni a detto corpo tubolare; − applicazione di elementi di unione esterni a detto corpo tubolare. − applicazione di elementi di unione in cui dette stecche sono inserite.
8. 8. Un metodo, secondo la rivendicazione 7, in cui detta fase di predisporre dette stecche in modo da definire un corpo tubolare à ̈ fatta mediante le seguenti fasi: − predisporre almeno una maschera di guida avente una pluralità di fori di inserimento di dette stecche, detti fori essendo equidistanziati e formando una figura geometrica corrispondente alla sezione di detto corpo tubolare − introdurre in detti fori di inserimento rispettive stecche.
9. 9. Un metodo, secondo la rivendicazione 7, in cui detta fase di applicazione di detti elementi di unione à ̈ ottenuta a partire da dette stecche tenute insieme da detta almeno una maschera di guida, detta almeno una maschera di guida essendo rimossa dopo detta applicazione di detti elementi di unione, in particolare à ̈ prevista una fase successiva a detta fase di rimozione che prevede l’applicazione sulla faccia superiore ed inferiore di detto corpo tubolare di un anello o flangia di battuta a copertura di dette stecche.
10. 10. Uso di una struttura di tubo-filtro, secondo le rivendicazioni 1-5, per realizzare un pozzo per un fluido, in modo tale che la componente verticale della velocità del fluido sia mantenuta nel passaggio dall’esterno all’interno della struttura di tubofiltro.