كيف تختار عرض شق شاشة البئر وحشوة الحصى: دليل خطوة بخطوة مع مثال محلول
اختر عرض شق شاشة آبار المياه من التحليل المنخلي: قيم D10 وD30 وD60، ومعامل التجانس، ونسبة الحشوة إلى الطبقة الحاملة، وجدول الشقوق، ومثال محلول.
بقلم Serkan İnkaya, Mert Aytünür, Ümit Can Özer, ADEN Wedge Wire · 19 أكتوبر 2026 · 13 دقائق قراءة
عرض شق شاشة البئر وحشوة الحصى: الإجابة المختصرة
يُختار عرض الشق في شاشة آبار المياه (مصفاة البئر) بناءً على التحليل المنخلي لرمل الطبقة الحاملة للمياه، لا من كتالوج. في البئر المطوَّرة طبيعياً يحتجز الشق نحو 40-50% من رمل الطبقة الحاملة. وفي البئر المحشوة بالحصى يحتجز الشق 90% من حشوة الحصى (الحصى الترشيحي، gravel pack)، ويُحدَّد حجم الحشوة من قيمة D30 للطبقة الحاملة.
| نوع البئر | قاعدة الشق | المصدر |
|---|---|---|
| مطوَّرة طبيعياً (دون حشوة)، طبقة حاملة رملية | يحتجز الشق نحو 40% من رمل الطبقة الحاملة (يمر منه نحو 60%، أي نحو D60) | دليل NRCS NEH Part 631؛ مجلة Water Well Journal |
| مطوَّرة طبيعياً، مياه مسببة للتآكل | يحتجز الشق نحو 50% (نحو D50)؛ و40-50% في الحالات المتحفظة | دليل NRCS NEH Part 631؛ مجلة Water Well Journal |
| محشوة بالحصى | يحتجز الشق 90% من الحشوة (100% للخرز الزجاجي) | دليل NRCS NEH Part 631؛ مجلة Water Well Journal |
| حجم حشوة الحصى | قيمة D30 للحشوة = D30 للطبقة الحاملة x 4 (رمل ناعم متجانس) أو x 6 (رمل خشن غير متجانس)، وحتى x 9 للرمل الغريني شديد عدم التجانس | دليل NRCS NEH Part 631 |
يعرض هذا الدليل الطريقة كما نتبعها عندما يصلنا تحليل منخلي مع استفسار: قراءة المنحنى، ثم تقرير التطوير الطبيعي أو حشوة الحصى، ثم تحديد حجم الحشوة، ثم اختيار الشق، ثم المراجعة على مثال محلول. تتراوح عروض الشقوق في الاستفسارات التي تصلنا من 0.2 mm حتى 2.75 mm، وبعضها لا يذكر سوى "slot 20"، ولذلك نبدأ بأرقام الشقوق.
ماذا يعني "slot 20"؟ تحويل رقم الشق إلى المليمتر
رقم الشق هو عرض الشق بأجزاء الألف من البوصة. فالشاشة ذات رقم الشق 20 ("slot 20") شقها بعرض 0.020 بوصة، أي 0.51 mm. وفي أوروبا ومعظم مشاريع التصدير يُعطى الشق بالمليمتر، ولذلك يفيد أن تتوفر القيمتان.
| رقم الشق | بوصة | مليمتر |
|---|---|---|
| 10 | 0.010 | 0.25 |
| 20 | 0.020 | 0.51 |
| 30 | 0.030 | 0.76 |
| 40 | 0.040 | 1.02 |
| 50 | 0.050 | 1.27 |
| 60 | 0.060 | 1.52 |
| 80 | 0.080 | 2.03 |
في شاشة Wedge Wire (شاشة السلك الإسفيني) ذات شق مستمر (تُسمّى غالباً شاشة من نوع Johnson) يكون الشق هو الفجوة بين لفتين متتاليتين من السلك على شكل حرف V، ويُقاس عند الوجه الخارجي. ولأن السلك على شكل حرف V يضيق نحو الداخل، يتسع الشق نحو الداخل، فلا تنحشر الحبيبة التي تعبر الوجه الخارجي داخل الشق.
كيف تقرأ التحليل المنخلي لبئر مياه
يعطي التحليل المنخلي النسبة المئوية من العينة التي تمر من كل منخل. وعند رسم هذه النسب على محور لوغاريتمي لحجم الحبيبات ينتج منحنى التدرج الحبيبي. وتؤدي ثلاث نقاط على هذا المنحنى معظم العمل:
- القيمة D10: حجم الحبيبات الذي يمر عنده 10% من العينة.
- القيمة D30: حجم الحبيبات الذي يمر عنده 30%.
- القيمة D60: حجم الحبيبات الذي يمر عنده 60%.
معامل التجانس هو Cu = D60 / D10. ويعني Cu الصغير أن الحبيبات متقاربة الحجم (رمل متجانس)، ويعني Cu الكبير خليطاً واسعاً من الأحجام.
تستخدم أدبيات آبار المياه "النسبة المارة" كما سبق. أما التحكم بالرمل في النفط والغاز فيستخدم اصطلاح Coberly، حيث D10 هو الحجم الذي يكون 10% من العينة أخشن منه، أي يُقرأ من الطرف الآخر للمنحنى. فقاعدة الشق "2 x D10" الواردة في ورقة بحثية من حقول النفط تعني شيئاً مختلفاً تماماً عن D10 في آبار المياه. وإن كنت تعمل على بئر إنتاج لا بئر مياه، فاستخدم بدلاً من ذلك مقالنا عن اختيار طريقة التحكم بالرمل.
خذ عينات من كل طبقة حاملة للمياه ستواجهها الشاشة. يُبنى التصميم على أنعم مادة ستلامس الشاشة، لا على عينة متوسطة.
التطوير الطبيعي أم حشوة الحصى؟
القرار الأول هو هل يمكن تطوير الطبقة الحاملة للمياه طبيعياً (تُضخ الجسيمات الناعمة إلى الخارج ويبقى الرمل الأخشن من الطبقة نفسها مرشّحاً حول الشاشة) أم أنها تحتاج إلى حشوة حصى اصطناعية. هذه هي القواعد المأخوذة من الدليل الهندسي الوطني لـ NRCS (National Engineering Handbook) ومن الممارسة الشائعة لدى مصنّعي الشاشات:
| الحالة وفق التحليل المنخلي | القرار المعتاد |
|---|---|
| قيمة Cu للطبقة الحاملة 2.0 أو أقل | تلزم حشوة حصى عموماً |
| قيمة Cu أعلى من 2 لكن لا توجد حبيبات خشنة في نطاق 0.5-1.0 mm | تلزم حشوة حصى عادةً رغم ذلك |
| قيمة Cu أقل من 2.0 وقيمة D10 أقل من 0.25 mm | قد تلزم طبقة ترشيح محيطة (filter envelope) |
| قيمة Cu من 2.0 إلى 3.0 وقيمة D60 أقل من 0.42 mm | تُستخدم الحشوة لإتاحة اختيار شق أكبر |
| ما لا يقل عن 60% من الحبيبات أنعم من 0.75 mm (قاعدة عملية أوروبية) | تلزم حشوة حصى |
| رمل وحصى خشنان غير متجانسين | التطوير الطبيعي ممكن |
تتيح لك الحشوة أيضاً استخدام شق أكبر مما تسمح به الطبقة الحاملة وحدها، والشق الأكبر يعطي مساحة مفتوحة (open area) أكبر على الشاشة نفسها.
عرض الشق في البئر المطوَّرة طبيعياً
في البئر التي لا توجد فيها حشوة اصطناعية، يُختار الشق بحيث يمر الجزء الأنعم من الطبقة الحاملة أثناء تطوير البئر ويتجسّر الجزء الأخشن خارج الشاشة. والقواعد المنشورة متقاربة جداً:
| القاعدة | الشق | المصدر |
|---|---|---|
| طبقة حاملة رملية | الحجم الذي يمر عنده نحو 60% (D60) | دليل NRCS NEH Part 631 |
| مياه مسببة للتآكل | الحجم الذي يمر عنده نحو 50% (D50) | دليل NRCS NEH Part 631 |
| رمل وحصى خشنان | الحجم الذي يمر عنده 50-70% | دليل NRCS NEH Part 631 |
| مكتب الاستصلاح الأمريكي (US Bureau of Reclamation، 1964) | نصف قيمة D85 | مذكور في دليل NRCS NEH Part 631 |
| مجلة Water Well Journal (كاتب من شركة مصنّعة للشاشات) | يحتجز 40%؛ ويحتجز 50% في المياه المسببة للتآكل؛ و40-50% في الحالات المتحفظة مثل كربونات الكالسيوم أو الطبقات الحاملة الناعمة | مجلة Water Well Journal |
"يحتجز 40%" و"يمر منه 60%" هما النقطة نفسها على المنحنى. ومع شاشة من الفولاذ المقاوم للصدأ يقل القلق من تآكل الشق، لكن حيث يُتوقع التكلّس نميل إلى الجانب المتحفظ.
كيف تُصمَّم حشوة الحصى
يُحدَّد حجم حشوة الحصى بنسبة الحشوة إلى الطبقة الحاملة (P-A)، وهي قيمة D30 للحشوة مقسومة على قيمة D30 للطبقة الحاملة. وهذا إجراء NEH خطوة بخطوة:
- ارسم منحنى التحليل المنخلي لأنعم طبقة حاملة ستواجهها الشاشة.
- اضرب قيمة D30 لها في نسبة P-A: x 4 للرمل الناعم المتجانس (Cu أقل من 3)؛ x 6 للرمل الخشن غير المتجانس؛ وحتى x 9 للمواد شديدة عدم التجانس أو الغرينية. ينتج عن ذلك قيمة D30 للحشوة.
- ارسم منحنى للحشوة يمر بهذه النقطة بمعامل Cu يبلغ نحو 2.5 أو أقل.
- ارسم حول المنحنى نطاقاً بمقدار +/- 8% يمثل الحدود المسموح بها لتدرج الحشوة.
- اختر الشق بحيث يحتجز 90% من الحشوة.
- حدِّد في المواصفات حبيبات مغسولة ومستديرة وصلبة وغير قابلة للذوبان.
يضع NEH الحد الأدنى للنسبة عند 4 (تحته تسبب الحشوة فاقداً أكبر في الضاغط) والحد الأعلى عند 9 (فوقه تصبح الحشوة غير مستقرة). وتعطي مراجع أخرى نطاقات مختلفة بعض الشيء: من 3 إلى 8 في إرشادات Water Well Journal، ومن 4 إلى 6 في دليل إحدى الشركات الأمريكية المصنّعة للشاشات. ويحذر كاتب Water Well Journal أيضاً من أن نسبة تزيد على 8 تعرّض البئر لخطر أن تصبح بئراً تضخ الرمل. وعند الشك نوصي بالبقاء ضمن 4 إلى 6.
لا تقل أهمية مادة الحشوة عن أهمية تدرجها، ويجب أن تستوفي المتطلبات التالية:
| المتطلب | القيمة |
|---|---|
| قيمة Cu للحشوة | نحو 2.5 أو أقل (الخرز الزجاجي نحو 1.5) |
| شكل الحبيبات | مستديرة ومغسولة؛ لا يُستخدم الحجر المكسر الذي تزيد أوجهه المسطحة على 10% |
| المواد الكلسية | بحد أقصى 5% وزناً |
| سماكة الحشوة | من 50 إلى 125 mm (من 2 إلى 5 بوصة)، والمثلى نحو 75 mm (3 بوصة) |
تُحدَّد السماكة بالفراغ الحلقي بين حفرة البئر والشاشة. والحشوة الأسمك من نحو 125 mm (5 بوصة) تجعل تطوير البئر أصعب. وأثناء الوضع تُغذّى الحشوة عبر أنبوب التغذية (tremie)؛ وينتج تجسّر الحصى عادةً عن الصب بسرعة كبيرة، أو قلة دوران الماء، أو حصى أخشن من أن يناسب الفراغ الحلقي، أو عوائق مثل المُمركِزات (centralizers).
عرض الشق في البئر المحشوة بالحصى
بعد تثبيت تدرج الحشوة، يُختار الشق ليحتجز 90% من الحشوة، أي أن الشق يساوي تقريباً قيمة D10 لمادة الحشوة. وفي حشوات الخرز الزجاجي يحتجز الشق 100%. وتذكر إحدى الشركات الأمريكية المصنّعة أن البئر المحشوة بالحصى المصممة تصميماً سليماً نادراً ما تحتاج إلى شق أقل من 1.0 mm؛ وهذا رأي شركة مصنّعة، ويبقى الحسم لقاعدة 90% مطبقةً على التدرج الفعلي للحشوة.
إن أُخذ الشق من منحنى الطبقة الحاملة في بئر محشوة بالحصى فسيكون صغيراً جداً، وسيُفقد مساحة مفتوحة دون أي مكسب في التحكم بالرمل.
مثال محلول
المدخلات المفترضة: طبقة حاملة للمياه من رمل ناعم متجانس، D30 = 0.35 mm، وCu = 2.2. والهدف بئر محشوة بالحصى مع شاشة ذات شق مستمر من الفولاذ المقاوم للصدأ.
| الخطوة | الحساب | النتيجة |
|---|---|---|
| 1. تحديد نوع البئر | رمل ناعم متجانس، Cu قريب من 2 | حشوة حصى |
| 2. نسبة P-A | قيمة Cu أقل من 3، لذا معامل NEH هو x 4 (ويقع أيضاً ضمن نطاق 3 إلى 8 في إرشادات Water Well Journal) | النسبة 4 |
| 3. قيمة D30 للحشوة | 0.35 mm x 4 | نحو 1.4 mm |
| 4. تدرج الحشوة | قيمة Cu تبلغ 2.5 أو أقل حول D30 يبلغ نحو 1.4 mm | مثلاً حصى تجاري 1.0-2.0 mm |
| 5. الشق | يحتجز 90% من حشوة 1.0-2.0 mm | نحو 1.0 mm (slot 40) |
| 6. سماكة الحشوة | فراغ حلقي مستهدف بنحو 75 mm | يحدد قطر الحفر للقطر الخارجي المختار للشاشة |
الخطوة التالية هي المساحة المفتوحة وطول الشاشة. وعلى سبيل المثال من مجموعة الحسابات نفسها، فإن شاشة DN 250 (قطرها الخارجي 273 mm) بسلك عرضه 3.0 mm وشق 1.0 mm لها مساحة مفتوحة 25%: المساحة المفتوحة = الشق x 100 / (الشق + عرض السلك). وعند سرعة الدخول عبر الشق (entrance velocity) المعتادة البالغة 3 cm/s يعطي ذلك نحو 6.4 l/s لكل متر من الشاشة. هذه أرقام إجمالية؛ فالشقوق الملامسة لحشوة الحصى تكون دائماً مسدودة جزئياً بالحبيبات، ولذلك فهي أساس للمقارنة وليست إنتاجية مضمونة للبئر. القطر والمساحة المفتوحة وسرعة الدخول عبر الشق مشروحة في مقالنا المستقل، ويمكنك تجربة أرقامك في حاسبة المساحة المفتوحة.
أخطاء شائعة نراها في الاستفسارات
- التصميم على عينة واحدة. فالعينة المركبة الواحدة تخفي أنعم طبقة، وأنعم طبقة هي التي تحدد الشق.
- اختيار الشق من قاعدة عامة مثل "الشق = 80-90% من الحبيبة المراد احتجازها". هذه القاعدة مأخوذة من تطبيقات الشاشات الصناعية ولا تصلح للآبار؛ استخدم قواعد منحنى التحليل المنخلي الواردة أعلاه.
- حشوات أخشن من اللازم. فنسبة P-A أعلى من 8 إلى 9 تسمح لرمل الطبقة الحاملة بالانتقال إلى الحشوة، فتضخ البئر الرمل.
- الخلط بين اصطلاحَي D10 في آبار المياه وآبار النفط.
- مطابقة الشق مع الطبقة الحاملة في بئر محشوة بالحصى، مما يعطي شقاً أصغر من أن يناسب الحشوة.
- الاكتفاء بتحديد "slot 20" دون بيانات التحليل المنخلي. يمكننا توريد الشق، لكن لا يمكننا التحقق من ملاءمته للتكوين.
في الأسواق الناطقة بالألمانية، تحدد المناقصات شاشات الآبار الملفوفة بالسلك وفق المعيار الألماني DIN 4900-2:2017؛ أما المعيار الأقدم DIN 4935 فقد سُحب في عام 2017 ولا ينبغي الإشارة إليه في الوثائق الجديدة.
أرسل لنا تحليلك المنخلي
تُعدّ ADEN Wedge Wire شركة مصنّعة لشاشات Wedge Wire، مقرها إسطنبول في تركيا، ولها مكتب أوروبي في زيندلفينغن بألمانيا. أرسل لنا التحليل المنخلي أو سجل الحفر، وقطر الشاشة والعمق. نردّ خلال 24 ساعة، ثم نرسل لكم دون مقابل مقترحاً لعرض الشق وتدرج حشوة الحصى والمساحة المفتوحة للشاشة. ويصلح الرسم الفني أو كراسة الشروط والمواصفات أيضاً نقطةً للبدء. للتواصل: info@adenwedgewire.com أو نموذج طلب عرض الأسعار.
إن Johnson Screens علامة تجارية مملوكة لصاحبها، ولا تربطها أي صلة بـ ADEN Wedge Wire. يُستخدم وصف "من نوع Johnson" هنا لوصف تصميم الشاشة فقط.
الأسئلة الشائعة
ماذا يعني "slot 20" في شاشة البئر؟
يعني رقم الشق 20 شقاً بعرض 0.020 بوصة، أي 0.51 mm. ورقم الشق هو دائماً العرض بأجزاء الألف من البوصة، فرقم الشق 10 يساوي 0.25 mm، ورقم الشق 40 يساوي 1.02 mm، ورقم الشق 60 يساوي 1.52 mm.
هل يمكنني اختيار عرض الشق دون تحليل منخلي؟
كتقدير تقريبي فقط. فدون تحليل منخلي لا توجد قيمة D30 يُحدَّد منها حجم الحشوة، ولا سبيل إلى التحقق من قاعدتي الاحتجاز 40% أو 90%. إن كان سجل الحفر يصف التكوين فيمكننا اقتراح شق أولي، لكن يجب إجراء تحليل منخلي لكل طبقة ستواجهها الشاشة قبل طلب الشاشة.
هل يجب أن يكون الشق أصغر من أنعم حبيبات الحصى؟
يجب أن يحتجز الشق 90% من حشوة الحصى، ولذلك يقع عند قيمة D10 لمادة الحشوة تقريباً، أي أدنى بقليل من الطرف الناعم لتدرج الحشوة. أما مع الخرز الزجاجي فيحتجز 100%.
ماذا يحدث إذا كان الشق كبيراً جداً أو صغيراً جداً؟
الشق الكبير جداً يُدخل الرمل أو مادة الحشوة إلى البئر؛ فتضخ البئر الرمل، وتبلى المضخة والشاشة. والشق الصغير جداً يقلل المساحة المفتوحة، ويزيد سرعة الدخول عبر الشق وفاقد الضاغط، ويبطئ تطوير البئر، دون أي مكسب في التحكم بالرمل.
هل أحتاج إلى حشوة حصى مع شاشة ذات شق مستمر (من نوع Johnson)؟
ليس دائماً. فالطبقة الحاملة للمياه هي التي تحدد ذلك، لا نوع الشاشة. والرمل الناعم المتجانس (Cu نحو 2 أو أقل، أو 60% على الأقل من الحبيبات أنعم من 0.75 mm) يحتاج عادةً إلى حشوة. أما الرمل والحصى الخشنان غير المتجانسين فيمكن غالباً تطويرهما طبيعياً مع شاشة ذات شق مستمر.
ما النسبة المناسبة للحشوة إلى الطبقة الحاملة؟
يعطي NEH من 4 إلى 9 (قيمة D30 للحشوة إلى قيمة D30 للطبقة الحاملة)، مع x 4 للرمل الناعم المتجانس وx 6 للرمل الخشن غير المتجانس. وتستخدم مراجع أخرى من 3 إلى 8 أو من 4 إلى 6. وفوق 8 يزداد خطر أن تصبح البئر بئراً تضخ الرمل.
المراجع
- National Engineering Handbook, Part 631, Chapter 32, Well Design and Spring Development, USDA Natural Resources Conservation Service
- Selection of Filter Pack and Slot Size (2024), Water Well Journal
- DIN 4900-2:2017, Brunnenfilter aus nichtrostendem Stahl, DIN