СКВАЖИНА И СПОСОБ ЕЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2002 года по МПК E03B3/15 

Группа изобретений относится к устройству, оборудованию и эксплуатации скважин на воду, то есть к области водозаборов подземных вод, систем вертикального дренажа, пополнения запасов подземных вод через нагнетательные скважины, а также нефтяных и газовых скважин, и предназначена для очистки скважин от различных кольматирующих отложений и песка и может быть использована для водоснабжения и на промыслах нефтяной и газовой промышленности.

Известна водозаборная скважина, в которой осуществляются механические колебания и регенерация межтрубной засыпки, которая содержит соосно перфорированные трубы фильтра с засыпкой гранулированного материала между ними, погружной насос, элемент для передачи колебаний от насоса засыпки и пружину, например (см. авт. свид. СССР 1506036, кл. Е 03 В 3/18, 1987).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известной скважине не осуществляется затрубная регенерация в прифильтровой зоне и труб, что независимо от межтрубной регенерации, безусловно, ведет к затрубной кольматации, снижению удельного дебита и прекращению работы скважины раньше нормативного срока, а также устройство усложняет условия водоотбора и вызывает пескование фильтра при постоянной вибрации межтрубной засыпки работающим насосом через каверны затрубного пространства, образованные во время водоотбора, и не решает проблем удаления песка и осадка из глубоких скважин без демонтажа погружного насоса и монтажа очистного агрегата.

Известен фильтр водозаборной скважины, повышающий ремонтопригодность фильтровой колонны в случае ее досрочного выхода из эксплуатации из-за повреждения и содержащий перфорированную трубу, уплотнительный конус из листовой стали, эластичную прокладку, фланцы, втулки, колонну монтажных труб, упоры и гайки, эксцентрики с муфтами, например (см. авт. св. СССР 1654474, кл. Е 03 В 3/18; 3/06, 1991).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании фильтра, относится то, что в известном фильтре в результате кольматации в процессе эксплуатации трудоемко демонтировать фильтр из-за наличия резьбовых соединений и сложности монтажа и конструкции, а также снижение дебита из-за кольматации в прифильтровой зоне и наличие проблем с пескованием.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является фильтр водозаборной скважины, в котором осуществляются механические колебания затрубной обсыпки прифильтровой зоны скважины, который содержит опорный каркас из перфорированной трубы, проволочные спирали, фильтрующее покрытие в виде сетки, скобы и эластичный шланг с компрессором или насосом, например (см. авт. св. СССР 1661306, кл. Е 03 В 3/18, 1989).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании принятого за прототип известного фильтра, относится то, что в известном фильтре эластичный шланг и скобы снижают скважинность фильтра, низкая эффективность регенерации из-за эластичности шланга, устройство также требует больших энергозатрат для преодоления сжимающих усилий грунта и весьма неэффективно из-за кольматации, достигающей от 10-15 см до 2-3 м в радиусе от ствола фильтровой колонны, а также не решает проблем с пескованием и ремонтопригодностью фильтровой колонны.

Наиболее близким также устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является скважина, в которой осуществляется механическая регенерация межтрубной засыпки и удаление песка и осадка из отстойника скважины во время водоотбора, которая содержит внутреннюю и наружную перфорированные трубы с размещенными между ними фильтрующим материалом и подпружиненными электромагнитными кольцами, электромагнитом, струйным насосом, соленоидным вентилем, подающе-отводящим трубопроводом, датчиком динамического уровня воды в скважине и исполнительным механизмом, например (см. авт. св. СССР 1335656, кл. Е 03 В 3/15; 3/18, 1986).

К причинам, препятствующим достижению указанного технического результата при использовании известной скважины, относится то, что в известной скважине не осуществляется механическая затрубная регенерация в прифильтровой зоне из-за отсутствия в ней вибрации, не удаляется песок и осадок из ствола скважины и отстойника из глубоких скважин (более 100 м) во время водоотбора, снижается скважинность фильтра размещенными в нем электромагнитами, не исключаются ложные включения устройства регенерации датчиком динамического уровня воды в скважине за счет снижения притока воды в самом водоносном горизонте, а не в прифильтровой зоне за счет кольматации.

Известен способ гидродинамической вибрационной обработки эксплуатирующихся скважин путем восстановления проницаемости прифильтровой зоны в основном за счет сообщения ей импульсов гидродинамического давления при фиксированных колебаниях рабочего органа в фильтровой колонне, где минимальные значения амплитуды давления соответствуют моменту восстановления проницаемости фильтра и призабойной зоны, например (см. рис. 112, с. 225 и с. 224, абзац 3 снизу, книга "Вибрационная техника и технология в свайных и буровых работах", авторы М. Г. Цейтлин, В.В. Верстов, Г.Г. Азбель, изд. Стройиздат, Ленинград, 1987 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа обработки скважины, относят то, что в известном способе обработки скважины, закольматированной в процессе эксплуатации осадками, обработку ведут после демонтажа трубопроводной обвязки, эксплуатационного насоса, чистки ствола скважины желонкой, монтажа вибрационного оборудования и вибрирования по 20-30 мин несколько раз с перерывами в 10-15 мин, что не обеспечивает эффективного восстановления проницаемости закольматированной прифильтровой зоны, также не исключает пескования затрубного пространства во время водоотбора.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ ударно-вибрационной обработки артезианской скважины, в котором путем ударно-вакуумной обработки ведут декольматацию и разглинизацию скважины, состоящую в гидромеханическом разрушении кольматанта и глины с предварительной очисткой от наносов песка и глины в области основного водотока и последовательного создания интенсивных импульсов давления определенной частоты и вакуумных полостей, например (см. с. 28, журнал "Водоснабжение и санитарная техника" 6, 1999 г. ).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относят то, что в известном способе обработки скважины также необходимо обрабатывать уже образовавшийся кольматант в процессе эксплуатации скважины, затрачивать большое время на цикл регенерации и на их подготовку, связанную с монтажом и демонтажем оборудования в области основного водопритока, большую стоимостью работ по восстановлению производительности скважины, составляющую до 30% от стоимости новой скважины, малую эффективность разрушения кольматанта после его образования на неподвижной внешней стороне трубы фильтра, так как скважинность фильтровой колонны в области водотока не превышает 25% от площади всей его поверхности, то 75% его площади поверхности и соответствующие им фильтрующие площади зон водотока вокруг фильтровой колонны подвержены кольматации и остаются неочищенными, из-за чего после обработки период повышения водоотбора между периодами регенерации необоснованно снижается, уменьшая срок службы скважины против нормативного в 5-6 раз.

Наиболее близким способом также, но используемым в строительстве и приемлемым в заявленном способе, как группе изобретений, как элемент способа, по совокупности признаков является способ бестраншейной прокладки коммуникаций, в котором путем приложения вибрационной нагрузки вибратором к внутренней поверхности головной части прокладываемой трубы уменьшают силы трения между боковой поверхностью трубы и грунтом, повышая скорость проходки и поддерживая затухающие колебания по мере нарастания длины продавливаемой трубы, например (см. заявка СССР 4354066, от 31.12.1987 г., кл. E 02 F 5/18).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в известном способе бестраншейной прокладки коммуникаций вибрационную нагрузку прикладывают к жестко защемленной в грунте с обоих концов трубе, колебания прикладывают лишь с одного конца длинного трубопровода, нагрузку вибратором прикладывают при движении трубы по новым участкам с грунтом, плотным с обоих сторон трубы, защемленная с обоих сторон труба испытывает большие вдавливающие усилия до 500-700 атм или вынуждающую силу до 5000 кН, что требует больших энергозатрат, металлоемких механизмов и значительного времени на подготовку и вдавливание трубы, а для эффективных продольных перемещений величина вынуждающей силы по отношению к силе тяжести находится в пределах или равна 0,35-0,5.

Сущность изобретения заключается в следующем.

1. Фильтровая колонна, составляющая лишь малую часть всего ствола скважины, отделена от остальной неподвижной ее части и выполнена подвижной для улучшения контакта со средой в вертикальном положении.

2. Известное прочное плотное герметичное сальниковое уплотнение в соосных трубах, предотвращающее проникновение песка в ствол скважины у верхней границы водоносного горизонта, выполнено на нижнем торце эксплуатационной колонны в виде фильтра-сальника в кожуховом корпусе с пенополистирольной засыпкой из гранул, которые легче воды и прижаты ей снизу вверх в кожухе и предотвращают проникновение песка, беспрепятственно пропускают, воду увеличивая дебит.

3. Фильтровая колонна выполнена за одно целое с отстойником или отдельно через два подвижных сальника (вариант) дренажных скважин и размещена между водоупорами "плавающей" в водоносном горизонте.

4. Фильтровая колонна устанавливается уже в готовые отверстия скважин и испытывает после установки незначительное боковое давление фильтрующей обсыпки и одинаковое давление воды внутри и снаружи в статическом состоянии, а в периоды регенерации за счет предварительной ее вибрации боковое давление грунта снижается в 5-6 раз и фактически незначительно превышает собственный вес фильтровой колонны, размещенной в пружине, что требует малых вынуждающих усилий для продольного ее перемещения и эффективного снятия и предотвращения образования кольматанта на наружной ее поверхности, вызывая механическое перемещение обсыпки и ее очистку от кольматанта за счет поперечных и продольных колебаний свободного нижнего конца фильтровой колонны и перемещения обсыпки, где происходит закрытие каверн прифильтровых зон, образованных в период водоотбора за счет выноса мелких фракций песка и кольматанта в ствол скважины и отстойник, который автоматически удаляется из него и накапливается изолированно от общей полости скважин, не попадая в насос, и периодически один раз в 6-12 мес извлекается из скважины в циклоне-контейнере совместно с насосом для его осмотра, ремонта или замены.

Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении группы изобретений, в частности, выражен в повышении эффективности затрубной регенерации, в полезном использовании энергии гидравлического удара, в локализации процесса кольматации, в сокращении времени и возможности замены и улучшении монтажа фильтра, в улучшении контакта фильтровой колонны с фильтрующей средой, сокращении времени циклов регенерации, снижении стоимости работ за счет возможности повышения, эффективности периодической затрубной вибрации и механического поперечного и продольного перемещения фильтровой трубы с предупреждением кольматации в автоматическом режиме, полезном использовании энергии гидравлического удара или изменении давления воды в сети водопровода в разные периоды суток, а также в повышении воздействия на подвижный фильтр ударом бойка-цилиндра при снижении его силы удара и массы бойка одновременно, или эффектом использования силы тяжести балластных цилиндров воды скважин вертикального дренажа большого диаметра.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что в известном способе эксплуатации скважины, создаваемом путем оптимальной эксплуатации погружного насоса с остановкой скважины и:
1) с периодической регенерацией прифильтровой зоны и фильтра, удалением песка из отстойника без остановки и демонтажа погружного насоса или с остановкой и демонтажем его в скважинах глубиной более 100 м.

2) периодическую регенерацию осуществляют мгновенно до 0,01 с гидравлическим ударом, и в автоматическом, упреждающем кольматацию, режиме, одновременно с водоотбором и в различных вариантах, а именно пассивной и активной регенерации, пассивную ведут автоматическим изменением давления в водоподъемной трубе насосом и внешней сети водопровода в различное время суток, и ограниченности дебита скважины, для чего перемещают давлением воды фильтровую колонну на пружине и изменяют пористость обсыпки прифильтровой зоны, чем создают условия, препятствующие образованию кольматанта и пескованию за счет исключения каверн, выноса песка в прифильтровой зоне, образованных при водоотборе, а активную регенерацию ведут по заданной программе или вручную при интенсивных по времени процессах кольматации, для чего периодически отключают погружной насос и подают регулируемый, упреждающий кольматацию, вынужденный гидравлический удар на обратный клапан, чем смещают на пружине фильтровую колонну, а во время удара и предварительно за время не более 5 мин прикладывают вибрационную нагрузку вибратором к внутренней нижней части отстойника свободно "плавающей" в водоносном горизонте фильтровой колонны.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается тем, что в известном устройстве скважина содержит эксплуатационную колонну труб, соосно с ней одну или две внутреннюю и наружную перфорированные трубы фильтра с заглушенным нижним торцом наружной трубы и фильтрующей засыпкой из гранулированного материала между ними и в прифильтровой зоне, датчик динамического уровня воды, элемент для передачи колебаний фильтрующей межтрубной засыпки, содержащий погружной насос и пружину, элемент для удаления песка и осадка, содержащий струйный насос, подающе-отводящий трубопровод и соленоидный вентиль.

Особенность устройства заключается в том, что эксплуатационная колонна труб на башмаке имеет упорный фланец, совмещенный с пенополистирольным фильтром-сальником, в котором установлен с возможностью перемещения на пружине верхний торец неперфорированной части фильтровой колонны, снабженный упорным фланцем, размещенным на пружине, а механизм создания и передачи колебания трубе и фильтрующей обсыпке прифильтровой зоны содержит дополнительно боек-цилиндр, пружину, упорный диск с ребрами жесткости, трос и механизм привода (не показан), размещенные в отстойнике, и механизм накопления и удаления песка и осадка, который дополнительно снабжен циклоном-контейнером песка и осадка на погружном насосе со сбросным патрубком очищенной воды в скважине и отбойными лопатками песка, и датчиками верхнего уровня песка в отстойнике и циклоне-контейнере.

Кроме того, особенность автоматизации работы устройства на системах водоснабжения и скважинах, работающих непосредственно на сеть в системах с водонапорной башней или контррезервуаром, заключающаяся в исключении всяких затрат на декольматацию, состоит в том, что используется любое изменение давления в сети водопровода, создаваемое водоразбором и насосом из-за ограниченности дебита скважины и сопротивления сети по длине, которое осуществляет перемещение фильтровой колонны на пружине и ее обсыпки при пассивной регенерации, для чего скважина содержит на водоподъемном трубопроводе тарельчатый диск, промежуточный патрубок, передающие усилие на пружину от корпуса электронасоса в пассивном режиме, а в режиме активной регенерации вынужденным мгновенным гидравлическим ударом после остановки насоса, для чего скважина содержит дополнительно тарельчатый диск, промежуточный патрубок, обратный мгновенного действия и предохранительный клапаны на корпусе насоса, регулируемый вантуз на устье скважины и вибратор в отстойнике.

Кроме того, скважина вертикального дренажа большого диаметра открытых оросительных систем для снижения увеличенных боковых нажимных усилий на фильтровую колонну за счет площади боковой поверхности дополнительно содержит вибратор на нижнем конце фильтровой колонны, балластные цилиндры для воды с впускным клапаном-вентилем, выпускным соленоидным вентилем снизу, а сверху одни содержат вантузы, другие - вентили, и водоподъемная труба на устье скважины также снабжена задвижкой с электроприводом, перекрываемой на время регенерации.

Совокупность признаков, перечисленных выше в формуле изобретения устройства и способа, позволяет эффективно вести регенерацию фильтров любых скважин, так как вибрации и механическим колебаниям подвергается не весь ствол скважины, включая кондуктор, обсадную колонну, промежуточную и эксплуатационную с размещенным в ней насосом, а лишь подвижную часть, то есть фильтровую колонну труб, которая составляет незначительную часть длины, а пенополистирольный фильтр-сальник, размещенный в кожухе на верхней границе водоносного горизонта, увеличивает фильтрующую поверхность скважины, не пропуская песок в ствол за счет удержания пенополистирола в кожухе, за счет пластового давления и его удельного веса, который меньше воды.

Заявленная группа изобретений соответствует требованиям единства изобретения, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - устройство (скважина) предназначено для осуществления другого заявленного объекта группы - способа эксплуатации, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений, как для объекта-способа, так и для объекта-устройства, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналоги, как для способа, так и для устройства заявленной группы, характеризующиеся признаками, тождественными всем существенным признакам как способа, так и для устройства - как наиболее близких по совокупности признаков аналогов, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения. Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия каждого объекта заявленной группы изобретений условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранных прототипов признаками для каждого объекта заявленной группы изобретений. Результаты поиска показали, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками каждого из объектов заявленной группы изобретений преобразований на достижение технического результата, в частности, в каждом из объектов заявленной группы изобретений не предусматриваются следующие преобразования:
- дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения;
- замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
- исключение какой-либо части средства (элемента, действия) с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного результата;
- увеличение количества однотипных элементов действий для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов действий;
- выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала;
- создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено устройство в заявленной группе изобретений, где на фиг. 1 изображена скважина, продольный разрез для неустойчивых водоносных горизонтов; на фиг. 2 - то же для устойчивых; на фиг. 3 дан общий вид скважины с вариантом регенерации прифильтровой зоны гидравлическим ударом эксплуатационного насоса; на фиг. 4 - размещение струйного насоса в отстойнике скважины с большой высотой фильтра; на фиг. 5 - с малой высотой фильтра; на фиг. 6 - продольный разрез циклона-контейнера песка и осадка; на фиг. 7 - фрагмент отстойника с элементом создания передачи колебаний электромагнитом с сердечником для глубоких скважин малого диаметра фильтра; на фиг. 8 дан общий вид нагнетательной скважины; на фиг. 9 - скважины вертикального дренажа большого диаметра открытых оросительных систем; на фиг. 10 - фрагмент отстойника с механизмом двухстороннего ударно-вибрационного действия; а на фиг. 11 - элемент фрагмента отстойника, размещенный в стакане водоупора, для скважин с малой мощностью водоносного горизонта.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления каждого объекта заявленной группы изобретений с получением указанного технического результата:
по объекту-способу эксплуатации скважины кольматацию ведут путем упреждающей регенерации прифильтровой зоны 23, фильтра 2, в автоматическом режиме изменяют давление насосом в водоподъемной трубе 8 и внешней сети водопровода в часы максимального водоразбора и транзита воды в водонапорную башню, чем сжимают или разжимают пружину 15 и через погружной насос 5 его пяту, подпятник и корпус перемещают в вертикальном положении колонну 2, которая механическим перемещением изменяет пористость прифильтровой зоны 23 и фильтров 2, 4 при пассивной регенерации. Активную регенерацию прифильтровой зоны 23 и фильтра 2 ведут в автоматическом режиме или в ручную, для чего отключают погружной насос 5 и создают в водоподъемной трубе 8 мгновенный до 0,1 с гидравлический удар поворотным диском обратного клапана 42 и через него передают усилие на трубопровод 8 и тарельчатый диск 43 и промежуточный патрубок 44, сжимают пружину 15 фильтровой колонны 2 и перемещают ее вниз, очищают кольматант с внешней поверхности наружной трубы 2 за счет механического воздействия перемещаемой трубы 2, а поровое пространство фильтрующей обсыпки 23 прифильтровой зоны за счет перемещения обсыпки закрывает и открывает поры и каверны, образованные во время водоотбора, и исключают поступление мелкого песка и осадка в ствол скважины 2, и предварительно до начала активной регенерации за 3-5 мин и во время регенерации включают вибратор 56 в отстойнике 30 фильтра 2 и ведут вибрационные колебания свободно размещенного в водоносном горизонте 23 нижнего конца 30 фильтровой колонны 2 для снятия сил сцепления боковой поверхности фильтровой трубы 2 с обсыпкой 23.

Скважина содержит эксплуатационную колонну 1, соосно установленную одну перфорированную фильтровую колонну 2 (фиг. 2) или две трубы 2 и 3 (фиг. 1) с заглушенным нижним концом наружной трубы отстойника 30 в виде полусферы, фильтрующую засыпку 4 из гранулированного материала между ними и поддерживающего ее диска 31 и обсыпки 23 вокруг наружной фильтровой трубы 2 с монтажным замком 32, размещенной в водоносном горизонте между упорами 12 и 13, верхний конец которой подпружинен и имеет упорный фланец 14, пружину 15, подвижный диск 16 под ней на опорном фланце 17 башмака эксплуатационной колонны 1 с ребрами жесткости 27 на наружной его поверхности, которая образует межтрубное уплотнение с кожуховым фильтром-сальником 20, с пенополистирольной засыпкой 18 в кожухе 19. Как вариант исполнения механизм передачи и создания колебаний для глубоких скважин (фиг. 1), где гидравлический удар имеет разрушающее действие, он содержит ударно-вибрационный снаряд возвратно-поступательного действия, где продольные колебания могут быть наиболее эффективны при отношении силы тяжести к величине вынуждающей силы, равном 0,05-0,5, состоящий из бойка-цилиндра 10 со щетками 11 снаружи, пружины 25, пяты-втулки 24, троса 9, упорного диска 26 с ребрами жесткости 27 и отверстиями перфорации в нем 29, механизма привода троса 9 на устье скважины (не показан). Скважина также содержит датчик динамического уровня воды 49, погружной насос 5, напорный трубопровод 8. Для механизации и автоматизации накопления и удаления песка и осадка из отстойника 30 скважины 1 (фиг. 1, 2, 4, 5, 6) она содержит также механизм, состоящий из соленоидного вентиля 22, напорного патрубка 21, циклона-контейнера 6 с патрубком 7 сброса очищенной воды в скважине и отбойными лопатками 37, трубопроводы 35 и 38 к струйному насосу 28 с датчиком верхнего уровня песка 34 в отстойнике 30 и циклоне-контейнере 6. Для малой высоты фильтра 2 струйный насос 28 (фиг. 5) размещен в циклоне-контейнере 6, а для большой (20-50 м) циклон-контейнер 6 смещают по трубе 35 вниз к отстойнику 30, а струйный насос 28 размещают на дне отстойника 30 (фиг. 4, 6).

Скважина содержит также для создания периодических вынужденных колебаний (фиг. 3) гидравлическими ударом обратный дисковый клапан 42, предохранительный клапан на корпусе насоса 45, тарельчатый диск 43, промежуточный патрубок 44, вантуз 46 на устье скважины, водоподъемный трубопровод 8 и вибратор в отстойнике 56.

Для нагнетательных скважин (фиг. 8) она дополнительно содержит подающий трубопровод 47, соленоидный вентиль 48 и вибратор 56.

Для скважин вертикального дренажа большого диаметра открытых оросительных систем (фиг. 9) устройство содержит балластные цилиндры 59, электрозадвижку 60, соленоидные вентили 61, предохранительные клапаны-вентили 62, вентили 63 и вантуз 46, фильтровая труба содержит монтажный замок 32 и вибратор 56 в нижней части.

Для скважин с ограниченным диаметром фильтра (фигура 7) механизм создания передачи колебаний содержит электромагнит 39, боек-сердечник 40 и кабель 41, а вариант (фиг. 10) с механизмом двухстороннего ударно-вибрационного действия содержит вибровозбудитель 51, приводной двигатель 50, бойки 52 двухстороннего действия, защитный кожух 53, монтажный крюк 54 и кабель электропитания 55.

Скважина работает следующим образом.

С начала ввода скважины в эксплуатацию и работы погружного насоса 5 (фиг. 1, 2, 3, 8, 9) вручную или по заданной программе от датчика уровня воды в наблюдательной скважине или от реле времени (не показаны) периодически приводной механизм (не показан) через ударно-вибрационный снаряд тросом 9 и бойком-цилиндром 10 наносит удары по пяте-втулке 24, которая через пружину 25, сжимая ее, передает нагрузку упорному диску 26 и через пружину 15 перемещает наружную фильтровую трубу 2, создавая смещение и колебание в фильтрующей обсыпке 23 затрубной зоны, предотвращая образование кольматации и каверн (см. фиг. 1). При нанесении ударов бойком-цилиндром 10 по пяте-втулке 24 в скважине с двойными фильтровыми трубами 2 и 3 пята-втулка передает одновременно силовую нагрузку через пружины 15 и 25 наружной 2 и внутренней трубе 3 и перемещает затрубную 23 и межтрубную засыпку 4, предотвращая образование кольматации и каверн. В конструкции скважин (фиг. 7, 10) с электромагнитным источником ударов с передачей нагрузок и колебаний трубам 2 и 3, и обсыпке 23 и 4, попеременно подают и отключают напряжение по кабелю 41 в обмотку электромагнита 39 и боек-сердечник 40, перемещаясь вдоль трубы 35, наносит удары по пяте 24 и, сжимая пружины 15 и 25, перемещает фильтровые колонны 2 и 3 совместно с обсыпкой 23 и засыпкой 4, а в конструкциях с механизмом двойного ударно-вибрационного действия (фиг. 10) подают напряжение по кабелю 55 в приводной электродвигатель 51 и создают условия оптимального режима вибровозбудителя 50 и бойка 52 двойного действия, смещая фильтровую колонну 2 вдоль оси на пружине 15 вверх или вниз с одновременными поперечными колебаниями.

Регенерацию (фиг. 3) с помощью регулируемого гидравлического удара ведут, отключая погружной насос 5, и вода, движущаяся по водоподъемной трубе 8, за счет малой инерции роторов насосов электродвигателя и их остановки разрывает сплошность потока на устье скважины в трубопроводе 8, образуя вакуум, и мгновенно изменяет направление движения на противоположное с большой скоростью, устремляясь вниз, и ударяет по диску обратного клапана 42 и через его корпус, трубу 8, тарельчатый диск 43 и промежуточный патрубок 44, фланец 14, сжимает пружину 15, резко нагружая и перемещая фильтровую колонну 2 вниз, а обсыпка 23 при этом не успевает переместиться вниз после первого ударного импульса и лишь совместно с подъемом пружины 15 и фильтра 2 вверх медленно перемещается и очищается от кольматанта, исключая каверны в затрубном пространстве и предотвращая прорыв песка в ствол скважины и отстойник.

В нагнетательной скважине (фиг. 8) вода подается в водоносный горизонт через соленоидный вентиль 48 по трубе 47 через отверстия (не показаны) дырчатого тарельчатого диска 43 и поддерживающего патрубка 44 и поступает через фильтр 2 в водоносный горизонт 23, а после повышения уровня воды в скважине 1 выше заданного по датчику 49 или от реле времени по интервалам времени фильтроцикла ее вентиль 48 закрывается и включается погружной насос 5, чем осуществляется чередование циклов откачки и регенерации для восстановления проницаемости прифильтровой зоны скважины 1 и вода из нее движется в обратную сторону через фильтр 2 к насосу 5 и далее через дисковый обратный клапан 42 по трубопроводу 8 поступает на поверхность, одновременно по датчику уровня песка 34 в отстойнике 30 фильтра 2 соленоидный вентиль 22 открывается и вода в течение нескольких минут по трубопроводу 21, подающе-отводящему трубопроводу 35 поступает к струйному насосу 28, создавая разрежение в зоне накопления песка 33, и транспортирует его по трубе 35 в циклон-контейнер 6, где за счет отбойных лопаток 37 и увеличения объема воды падает скорость потока и она, отделяясь от песка, сбрасывается назад в скважину через патрубок 7, а песок и осадок, осевшие в циклоне-контейнере 6, удаляются при очередных подъемах насоса. Совместно с данной промывкой, после подъема воды за устье скважины и создания давления в водоподъемной трубе 8 и для увеличения эффекта обратной промывки проводят регенерацию фильтра 2 и прифильтровой зоны 23 путем ее встряхивания, для чего создают регулируемый гидравлический удар отключением насоса 5, и вода, изменяя направление движения, ударяет по диску поворотного обратного клапана 42 и через его корпус, трубопровод 8, тарельчатый перфорированный диск 43, промежуточный патрубок 44, упорный фланец 14 сжимает пружину 15, перемещая фильтр 2 и обсыпку 23. Циклы нагнетания воды и ее откачки чередуются в зависимости от загрязненности нагнетаемой в водоносный горизонт воды в соотношении по времени соответственно в часах 100/1-до 1000/1, один час регенерации состоит из 45-55 мин откачки и 3-5 мин регенерации фильтра 2 и обсыпки 23 гидравлическим ударом путем отключения эксплуатационного насоса.

Работа скважины вертикального дренажа большого диаметра открытых оросительных систем (фиг. 9) при отсутствии возможности создания нажимного усилия на пружину 15 гидравлическим ударом осуществляется путем создания эффекта силы тяжести, для чего ее создают, закрывая по заданной программе, или сигналу датчика воды, или вручную задвижку 60 на устье скважины, и повышают насосом 5 давление в водоподъемной трубе 8 и вода, преодолевая усилие пружины предохранительного клапана-вентиля 62, заполняет балластные цилиндры 59, увеличивая массой воды нажимное усилие на пружину 15 фильтровой колонны 2 в периодах ее регенерации, и одновременно с этим дополнительное нажимное усилие на пружину 15 создает работающий насос 5 за счет повышения давления на пяту, подпятник корпуса электронасоса 5, трубопровод 8, тарельчатый диск 43 при закрытой задвижке 60, а также дополнительное нажимное усилие на пружину 15 создает сжимаемый воздух в регулируемых балластных цилиндрах 59 с вентилем 63. Дополнительное снятие бокового давления обсыпки 23 на фильтровую колонну 2 осуществляет вибратор 56, который включают за 3-5 мин до начала регенерации и во время ее.

После завершения цикла регенерации по сигналу реле времени открывается задвижка с электроприводом 60 и в результате падает давление в трубе 8, а пружина клапана-вентиля 62, преодолевая давление воды, закрывает доступ воды в балластный цилиндр 59 и открывается соленоидный вентиль 61, выпуская воду в ствол скважины, одновременно заполняя балластные цилиндры 59 воздухом через вантуз 46 на устье скважины, а фильтровая колонна 2 на пружине 15 перемещается вверх, очищая обсыпку 23 и трубу 2 от различных кольматирующих образований.

Работа отстойников 30 скважин (по фиг. 1, 2, 3, 8, 9), осуществляемая вышеприведенным способом в скважинах с малой высотой водоносного горизонта, может осуществляться (по фиг. 11) в стакане 57, выполненном в нижнем водоупоре 13.

Таким образом, изложенные сведения показывают, что при использовании заявленной группы изобретений выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в строительстве и эксплуатации скважин для систем водоснабжения в различных промышленных областях, обводнения, орошения, ирригации, а также для нефтяной и газовой промышленности;
- для заявленной группы изобретений в том виде, как она охарактеризована и независимых пунктах изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует условию "промышленная применимость". С высокой степенью надежности в работе и ремонтопригодности.

Изобретение относится к строительству, ремонту и эксплуатации водозаборов подземных вод и может быть использовано для водоснабжения и на промыслах нефтяной и газовой промышленности. Обеспечивает предотвращение кольматации прифильтровой зоны и фильтра скважины во время водоотбора за счет осуществления механической регенерации вибрацией продольным и поперечным перемещением фильтровой колонны и ее обсыпки. Сущность изобретения: скважина включает эксплуатационную колонну труб, соосно с ней наружную и внутреннюю перфорированные трубы фильтра с заглушенным нижним торцом наружной трубы и фильтрующей засыпкой из гранулированного материала в прифильтровой зоне и между ними, датчик динамического уровня воды, элемент удаления песка и осадка. Он содержит подающе-отводящий трубопровод, струйный насос и соленоидный вентиль, элемент передачи колебаний межтрубной засыпке. Он содержит погружной насос и пружины. Скважина дополнительно снабжена элементом передачи колебаний обсыпке прифильтровой зоны и имеет на башмаке эксплуатационной колонны опорный фланец. Он совмещен с пенополистирольным фильтром-сальником в кожухе. На нем свободно размещена ограниченная упорным фланцем с возможностью перемещения на пружине неперфорированная часть фильтровой колоны. Перфорированная ее часть выполнена между водоупорами с "плавающим" в водоносном горизонте нижним концом отстойника в виде полусферы и удерживается в статическом состоянии, в вертикальном положении на башмаке эксплуатационной колонны за счет собственного веса и пластового давления. В периоды регенерации обсыпки и засыпки фильтрующего материала она получает свободные колебания и перемещения от элемента создания передачи колебаний ударного действия. Он имеет боек-цилиндр, пружину, пяту-втулку, опорный диск пружины, трос и привод троса по сигналу дублирующего и основного датчиков динамического уровня воды наблюдательной и рабочей скважин. Это исключает ложные включения механизма регенерации из-за снижения уровня воды в самом водоносном горизонте, а не в прифильтровой зоне ввиду кольматации. По способу ведут периодическую регенерацию гидравлическим ударом в автоматическом упреждающем кольматацию режиме в различных вариантах, а именно пассивной и активной регенерации. Пассивную регенерацию ведут автоматически постоянно во время работы насоса и изменения давления в сети водопровода при водоразборе. Для этого изменяют погружным насосом давление в водоподъемной трубе скважины за счет изменения водоразбора во внешней сети водопровода и ограниченности дебита скважины в часы максимального водоразбора с 6-9 ч и с 17-20 ч и максимального с 0-3 ч каждых суток транзита воды в водонапорную башню. Этим изменяют пористость обсыпки вокруг движущейся на пружине фильтровой колонны за счет сжатия или растяжения пружины. Во время регенерации создают условия, препятствующие пескованию, образованию кольматанта и закрытию каверн выноса песка из прифильтровой зоны при водоотборе. Активную регенерацию ведут одним или несколькими нижеприведенными циклами по заданной программе или вручную при интенсивных во времени процессах кольматации. Для этого периодически непродолжительно выключают из работы погружной насос и подают мгновенный до 0,1 с, регулируемый, упреждающий кольматацию запланированный гидравлический удар на обратный клапан, его диск и корпус. Этим смещают на пружине фильтровую колонну. Во время удара предварительно на время, минимально необходимое для снижения боковых сил сцепления фильтровой колонны с обсыпкой, но не более 5 мин, прикладывают вибрационную нагрузку нормально оси трубы вибратором к внутренней нижней части отстойника фильтровой колонны свободно "плавающей" в водоносном горизонте. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Скважина, включающая эксплуатационную колонну труб, соосно с ней наружную и внутреннюю перфорированные трубы фильтра с заглушенным нижним торцом наружной трубы и фильтрующей засыпкой из гранулированного материала в прифильтровой зоне и между ними, датчик динамического уровня воды, элемент удаления песка и осадка, содержащий подающе-отводящий трубопровод, струйный насос и соленоидный вентиль, элемент передачи колебаний межтрубной засыпке, содержащий погружной насос и пружины, отличающаяся тем, что скважина дополнительно снабжена элементом передачи колебаний обсыпке прифильтровой зоны и имеет на башмаке эксплуатационной колонны опорный фланец, совмещенный с пенополистирольным фильтром-сальником в кожухе, на котором свободно размещена ограниченная упорным фланцем с возможностью перемещения на пружине неперфорированная часть фильтровой колонны, а перфорированная ее часть выполнена между водоупорами с "плавающим" в водоносном горизонте нижним концом отстойника в виде полусферы и удерживается в статическом состоянии в вертикальном положении на башмаке эксплуатационной колонны за счет собственного веса и пластового давления, а в периоды регенерации обсыпки и засыпки фильтрующего материала получает свободные колебания и перемещения от элемента создания передачи колебаний ударного действия, который имеет боек-цилиндр, пружину, пяту-втулку, опорный диск пружины, трос и привод троса по сигналу дублирующего и основного датчиков динамического уровня воды наблюдательной и рабочей скважин, исключающего ложные включения механизма регенерации из-за снижения уровня воды в самом водоносном горизонте, а не в прифильтровой зоне ввиду кольматации. 2. Способ эксплуатации скважины, создаваемый путем оптимальной эксплуатации фильтровой колонны с погружным насосом с периодической остановкой скважины и регенерацией прифильтровой зоны и фильтра с удалением песка из отстойника без остановки или с остановкой насоса в скважинах глубиной до 100 м без демонтажа и с демонтажем погружного насоса, при глубине скважины более 100 м, отличающийся тем, что периодическую регенерацию ведут гидравлическим ударом в автоматическом упреждающем кольматацию режиме, в различных вариантах, а именно пассивной и активной регенерации, пассивную ведут автоматически постоянно во время работы насоса и изменения давления в сети водопровода при водоразборе, изменяя погружным насосом давление в водоподъемной трубе скважины за счет изменения водоразбора во внешней сети водопровода и ограниченности дебита скважины в часы максимального водоразбора с 6-9 ч и с 17-20 ч и максимального с 0-3 ч каждых суток транзита воды в водонапорную башню, чем изменяют пористость обсыпки вокруг движущейся на пружине фильтровой колонны за счет сжатия или растяжения пружины, чем создают во время регенерации условия, препятствующие пескованию, образованию кольматанта и закрытию каверн выноса песка из прифильтровой зоны при водоотборе, а активную регенерацию ведут одним или несколькими нижеприведенными циклами по заданной программе или вручную при интенсивных во времени процессах кольматации, для чего периодически непродолжительно выключают из работы погружной насос и подают мгновенный до 0,1 с, регулируемый, упреждающий кольматацию, запланированный гидравлический удар на обратный клапан, его диск и корпус, чем смещают на пружине фильтровую колонну, а во время удара и предварительно на время, минимально необходимое для снижения боковых сил сцепления фильтровой колонны с обсыпкой, но не более 5 мин, прикладывают вибрационную нагрузку нормально оси трубы вибратором к внутренней нижней части отстойника фильтровой колонны свободно "плавающей" в водоносном горизонте. 3. Скважина по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что элемент для создания и передачи колебаний регулируемым гидравлическим ударом после остановки насоса дополнительно снабжен обратным клапаном мгновенного действия и предохранительным на корпусе насоса тарельчатым диском, жестко защемленным на водоподъемной трубе, промежуточным патрубком, регулируемым вантузом на устье скважины и вибратором в нижней части отстойника с внутренней его стороны. 4. Скважина по одному из пп. 1-3, отличающаяся тем, что элемент создания передачи колебаний скважин большого диаметра открытых оросительных систем дополнительно снабжен задвижкой с электроприводом на устье скважины, балластными цилиндрами воды, нижним концом связанными впускным клапаном-вентилем с водоподъемной трубой и выпускным соленоидным вентилем, сообщающимся с внутренней полостью скважины, а верхним торцом на устье скважины связанным с атмосферой, причем одни - вантузом, другие - пробковым вентилем. 5. Скважина по одному из пп. 1-4, отличающаяся тем, что элемент для удаления поступающего в нее в циклах регенерации песка и осадка из ствола и отстойника глубоких скважин без демонтажа оборудования и остановки насоса дополнительно снабжен циклоном-контейнером песка и осадка со сбросным патрубком очищенной воды в скважину, отбойными лопатками песка и датчиками верхнего уровня песка в нем и отстойнике.