СПОСОБ ДОБЫЧИ ВОДЫ ИЗ СКВАЖИН С ПРИМЕНЕНИЕМ ВАКУУМА Российский патент 1999 года по МПК E21B43/00 E03B3/06 

Изобретение относится к водоснабжению и может быть использовано для обеспечения хозяйственной и питьевой водой отдельных сельских домов.

Известен способ добычи воды из скважин с применением вакуума, состоящий в том, что вакуум создают насосом, всасывающий орган которого расположен в нижней части скважины и герметично сообщен объемной проточной частью с поверхностью, граничащей с грунтом, поры которого заполнены водой, путем откачки воды из объемной проточной части (1).

Такой способ не может быть эффективно применен для большого контингента обладателей индивидуальных сельских домов, потребность которых в воде с учетом полива, бани и др. не превышает 1000 литров в сутки или 12 миллилитров в секунду. Во множестве мест расположения сельских домов такой дебит могут обеспечить скважины глубиной до 15 метров, даже в глинистых грунтах, при добыче с применением вакуума.

Известный способ может быть эффективно реализован только при дебитах в десятки раз больших указанного выше, так как минимальная производительность погружных насосов, преимущественно центробежных, не менее 300 миллилитров в секунду. В этом случае насос в течение 200-300 секунд откачивает всю воду из объемной проточной части и обнажается от воды максимальная площадь воздействия вакуума на грунт. Тогда под влиянием вакуума вода, связанная капиллярными силами с грунтом, возгоняется и из нее выделяется растворенный в ней газ. Эти возгоны и газ, выделяясь, вырывают из грунта капельную воду, которая поступает через проточную часть к всасывающему органу насоса, но в смеси с преобладанием по объему возгонов и газа. Однако насосы, применимые для работы в погружном исполнении, как правило, неработоспособны при преобладании в воде газовой фракции, а те насосы, которые работоспособны, малоэффективны, т.е. работают с непомерно большими затратами энергии и ресурса добывающего оборудования на единицу добытой воды.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности эффективной добычи води из скважин с весьма низким дебитом при соответственно малых потребностях, например, для водоснабжения индивидуальных сельских домов.

Необходимый технический результат достигается тем, что в способе добычи воды из скважин с применением вакуума, состоящем в том, что вакуум создают насосом, всасывающий орган которого расположен в нижней части скважины и герметично сообщен объемной проточной частью с поверхностью, граничащей с грунтом, поры которого заполнены водой, путем откачки воды из объемной проточной части, согласно изобретению при добыче воды из скважин с низким дебитом и малых потребностях в воде откачку ограничивают путем изменения средней производительности насоса до величины дебита скважины, для чего на стадии поступления с водой газа через всасывающий орган откачку прерывают, воздействие вакуума на грунт сохраняют, а обратное поступление откачанной воды на время перерыва предотвращают, при этом откачку возобновляют после подхода к всасывающему органу минимально необходимой для пуска порции воды, затем повторный кратковременный режим работы насоса продолжают, оперируя продолжительностью его работы.

Существо способа добычи воды из скважины с применением вакуума состоит в том, что вакуум создают насосом, всасывающий орган которого расположен в нижней части скважины и герметично сообщен объемной проточной частью (включающей нижнюю часть обсадной трубы отделенной от верхней части герметичным пакером, сетчатый фильтр и гравийную обсыпку наружной части этого фильтра и примыкающей к нему нижней части обсадной трубы) с поверхностью, граничащей с грунтом, поры которого заполнены водой, путем откачки воды из объема проточной части. Как только вместе с водой через всасывающую часть насоса будет поступать газ, откачку прерывают. При этом поступление газа через всасывающую часть насоса определяют известными методами или приборами, например, срабатыванием спускного воздушного клапана или изменением параметров работы насоса и др. На время перерыва в откачке предотвращают возможность обратного поступления откаченной среды. Таким образом, воздействие вакуума на грунт сохраняют и интенсивное извлечение воды из грунта продолжается и вода накапливается внизу объема проточной части.

Спустя время, достаточное для того, чтобы вододобывающее оборудование вернулось в предстартовое состояние, а к всасывающей части подошла минимально необходимая для пуска порция воды, откачку возобновляют и снова прерывают при очередном поступлении газа во всасывающий орган насоса. Далее продолжают работу в таком повторно-кратковременном установившемся режиме.

В этом режиме поверхность грунта, находящегося под воздействием вакуума, максимальна, а также глубина вакуума предельна, и вакуум поддерживают непрерывно. Поэтому и добыча воды будет максимальна при оптимальных затратах энергии и ресурса добывающего оборудования на единицу добытой воды, поскольку во время перерыва потребления нет. Если не требуется максимальная добыча воды, то время перерыва откачки можно увеличить. В этом случае добыча воды уменьшится, так как уменьшатся поверхность, находящаяся под воздействием вакуума, и глубина его за счет большей доли вытеснения объема накоплением воды в низу проточной части. Затраты энергии и ресурса добывающего оборудования на единицу добытой воды в этом случае будет несколько меньше, поскольку меньше требуется энергии на откачку единицы добытой воды.

Данный способ добычи воды из скважин с применением вакуума реализован для круглогодичного водоснабжения питьевой и хозяйственной водой сельского дома при заказанной потребности 200 литров в сутки (для раковины на кухне и ванны).

Скважина выполнена рядом с домом в глинистом грунте глубиной 14 метров. В обсадной трубе на дне скважины герметично относительно верхней части трубы установлен струйный насос всасывающе-нагнетательного действия, всасывающая часть которого снабжена обратным клапаном и сообщена через сетчатый фильтр и гравийную обсыпку снаружи обсадной трубы с поверхностью, граничащей с грунтом - плотной мокрой глиной. Обсадная труба заведена в подвал дома и там установлен серийный центробежный насос, вход и выход которого соединены со струйным насосом в скважине. Выход струйного насоса присоединен к входу центробежного насоса через разделитель газа и воды, который имеет сигнализатор наличия газа, а также сообщение с накопительным и расходным баком на чердаке дома емкостью 200 литров.

Данные установки:
Максимальная производительность - 500 литров в сутки
Время работы насоса в цикле - 4 минуты
Время остановки в цикле - 30 минут
Мощность центробежного насоса - 0,6 кВт
Расход электроэнергии на 1000 литров добытой воды - до 3,4 кВт/часа
При пуске в эксплуатацию поддержание соотношения времени работы насоса и его остановки автоматизировано, а время остановки насоса в цикле увеличено.

Таким образом, решена задача обеспечения возможности эффективной добычи воды из неглубоких скважин с весьма низким дебитом и при соответственно малых потребностях, например, для водоснабжения индивидуальных сельских домов при использовании широко распространенного вододобывающего оборудования.

Источник информации:
SU 1488408 А1, 23.06.89.

Использование: при водоснабжении и может быть применено при обеспечении хозяйственной и питьевой водой отдельных сельских домов. Обеспечивает возможность добычи воды из скважин с низким дебитом при малых потребностях. Сущность изобретения: по способу вакуум создают насосом, всасывающий орган которого расположен в нижней части скважины и герметично сообщен объемной проточной частью с поверхностью, граничащей с грунтом, поры которого заполнены водой. Откачивают воду из объемной проточной части. При добыче воды из скважин с низким дебитом и малых потребностях в воде откачку ограничивают путем изменения средней производительности насоса до величины дебита скважины. На стадии поступления с водой газа через всасывающий орган откачку прерывают. Воздействие вакуума на грунт сохраняют. Обратное поступление откачанной воды на время перерыва предотвращают. Откачку возобновляют после подхода к всасывающему органу минимально необходимой для пуска порции воды. Затем повторный кратковременный режим работы насоса продолжают. При этом оперируют продолжительностью работы насоса.

Способ добычи воды из скважин с применением вакуума, состоящий в том, что вакуум создают насосом, всасывающий орган которого расположен в нижней части скважины и герметично сообщен объемной проточной частью с поверхностью, граничащей с грунтом, поры которого заполнены водой, путем откачки воды из объемной проточной части, отличающийся тем, что при добыче воды из скважин с низким дебитом и малых потребностях в воде откачку ограничивают путем изменения средней производительности насоса до величины дебита скважины, для чего на стадии поступления с водой газа через всасывающий орган откачку прерывают, воздействие вакуума на грунт сохраняют, а обратное поступление откачанной воды на время перерыва предотвращают, при этом откачку возобновляют после подхода к всасывающему органу минимально необходимой для пуска порции воды, затем повторный кратковременный режим работы насоса продолжают, оперируя продолжительностью его работы.