СПОСОБ ПРОКАЧКИ АРТЕЗИАНСКИХ СКВАЖИН Российский патент 2006 года по МПК E03B3/10 E21B43/18 

Предлагаемое изобретение относится к водохозяйственному комплексу, а конкретнее к способам прокачки артезианских (водозаборных) скважин с одновременным определением дебита и удельного дебита.

Известны способы прокачки артезианских скважин с одновременным определением дебита и с применением для этого эрлифтных устройств.

Способ [1] заключается в том, что прокачку и откачку скважины осуществляют эрлифтом, представляющим собой колонну водоподъемных труб со смесителем, находящимся в нижней части труб, которые опущены в скважину. В смеситель от компрессора, расположенного на дневной поверхности, по шлангу подается сжатый воздух. В смесителе происходит смешивание воздуха с водой. Удельный вес смеси меньше удельного веса воды, и гидростатическим давлением межтрубного пространства (водоподъемные трубы и обсадная колонна) создается гидропоток от среза водоподъемной колонны труб вверх на излив. При этом гидропоток захватывает шлам с забоя скважины и выносит его на поверхность. После окончания выноса шлама эрлифтом замеряют дебит скважины объемным методом по формуле:

где V - объем емкости, м³,

t - время заполнения емкости, мин.

Недостатком способа является то, что при недостаточном давлении сжатого воздуха невозможно прокачать скважину с низким динамическим уровнем (Hq), так как глубина загрузки смесителя Нсм=(2.5÷3) Hq.

Компрессоры низкого давления стоят дешевле, а это определяет стоимость прокачки.

Таким образом, способ недостаточно эффективен.

Способ [2] заключается в том, что подачу сжатого воздуха в смесители подают селективно или одновременно. При этом подачу сжатого воздуха в водоподъемные трубы эрлифта производят через смесители, расположенные в разных уровнях.

Недостатком способа является то, что способ реализуется технически сложно, а следовательно, надежность и эффективность его недостаточны.

Способ [3] - прототип заключается в том, что подачу сжатого воздуха в смесители, расположенные в разных уровнях, осуществляют через обратные клапаны, которыми снабжены смесители.

Недостатком способа является то, что обратные клапаны работают поочередно снизу вверх и при включении в работу верхнего смесителя нижний смеситель уже включить невозможно. Это снижает эффективность эрлифта. Кроме того, эрлифт предназначен исключительно для опытных откачек, то есть для создания понижений, необходимых для определения дебита и удельного дебита скважины.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа прокачки артезианских скважин и расширение арсенала технологий аналогичного назначения.

Технический результат достигается тем, что прокачку (откачку) осуществляют эрлифтом, содержащим смесители, размещенные в разных уровнях, в которые подают сжатый воздух по отдельным шлангам. При этом замер дебита объемным методом сначала производят на смесителе верхнего уровня, куда подают сжатый воздух от компрессора по отдельному шлангу, с фиксацией пускового и рабочего давления компрессора. Далее вводят эрлифт в стационарный режим работы. Затем подают сжатый воздух в смеситель, расположенный ниже. Обеспечивают работу эрлифта двумя смесителями, после чего верхний смеситель отключают или оставляют в рабочем положении. Фиксируют пусковое и рабочее давление для определения понижения по формуле:

S=10(Pn-Рр) 2,

где S - понижение, м.

Pn и Рр - пусковое и рабочее давление [атм]

Для осуществления прокачки работу эрлифта обеспечивают двумя смесителями или верхний смеситель отключают. При этом смесители снабжают обратными клапанами с плавучими в воде шариками для закрывания доступа воды в шланги. Эрлифт используется также и для определения дебита и удельного дебита скважины, т.е. при пробной откачке. Однако до откачки необходимо произвести прокачку скважины, т.е. произвести ее разглинизацию, откачать шлам из забоя, кольматант из фильтровой части и пр. От качества прокачки зависит производительность скважины, т.е. дебит и межремонтный период.

Для повышения эффективности прокачки нами предлагается способ с использованием нескольких смесителей, в которые сжатый воздух подают по индивидуальным шлангам. При этом вначале подают сжатый воздух в верхний смеситель и далее в водоподъемные трубы, вводят эрлифт в стационарный режим работы, затем подают сжатый воздух в нижний смеситель. Когда смесители включаются в работу последовательно сверху вниз, то они начинают помогать друг другу поднимать воду в режиме элеватора.

При этом возможен такой режим работы эрлифта, когда смеситель нижнего уровня находится на глубине, на которую компрессор не может обеспечить подачу воздуха. В таком варианте запустить в работу эрлифт с одним смесителем невозможно.

Общими признаками аналога, прототипа и заявляемого изобретения являются:

1. Способ на основе эрлифта;

2. Измерение дебита на емкость;

3. Определение понижения при помощи пускового и рабочего давления;

4. Наличие водоподъемных труб;

5. Смесители расположены в разных уровнях.

Отличительными признаками являются:

1. Сжатый воздух подают в смесители по отдельным шлангам;

2. Возможность подъема воды с глубины большей, чем глубина, на которую может обеспечить подачу сжатого воздуха компрессор;

3. Сначала подают сжатый воздух в верхний смеситель, затем - в нижний;

4. Смесители снабжены обратными клапанами с плавучими шариками.

На фиг.1 представлен схематический чертеж эрлифта, работающего по предлагаемому способу;

на фиг. 2 - его узел.

Рассмотрим эрлифт на двух смесителях.

Эрлифт состоит из водоподъемных труб 1 со смесителями 2 и 3, к которым подведены шланги для сжатого воздуха 4 и 5, оканчивающиеся манометрами 6 и 7 с вентилями 8 и 9, которые через «гребенку» 10 соединены с ресивером компрессора (не показаны).

Смесители 2 и 3 снабжены обратным клапаном 11 поплавкового типа, который кроме корпуса содержит шарик положительной плавучести 12 и пробку 13, ввинченную в дно клапана 11. Эрлифт погружен в скважину 14, заполненную водой. На забое скважины 14 находится шлам 15.

Вышепредложенный способ реализуется следующим образом. Монтируется система эрлифта как показано на фиг.1. Вода скважины попадает в обратный клапан 11, в котором шарик положительной плавучести 12 закрывает доступ воды в шланг 4. Аналогично и в шланг 5. Далее открывают вентиль 8, и сжатый воздух от компрессора поступает в верхний смеситель 3 и далее в водоподъемные трубы 1. По манометру 6 фиксируют пусковое давление и далее рабочее давление. Вводят эрлифт в стационарный режим работы.

По формуле [2] определяют понижение статического уровня и далее определяют дебит скважины на «бочку» с расчетом его по формуле [1]. Далее определяют удельный дебит, характеризующий водообильность водоносного пласта. Затем подают сжатый воздух в смеситель, расположенный ниже, и обеспечивают работу эрлифта двумя смесителями. После этого верхний смеситель отключают и определяют дебит при втором понижении. При прокачке верхний смеситель оставляют в рабочем положении.

Рассмотрим режим работы эрлифта при прокачке или откачке скважины, когда компрессор своим рабочим давлением сжатого воздуха не может обеспечить работу смесителя на глубине, гидростатическое давление столба воды на которой больше рабочего давления компрессора.

Сначала запускают в работу верхний смеситель и вводят эрлифт в стационарный режим работы. Удельный вес смеси воздуха и воды выше смесителя 3 примем γ=0,5 г/см³. Тогда на глубине погружения смесителя 3 Н=60 м при динамическом уровне Н=10 м давление водо-воздушной смеси Рвв=2,5 кгс/см².

Пусть смеситель 2 будет расположен на глубине 100 м и изначальное гидростатическое давление воды в нем Ргид2=10 кгс/см². Шарик 12 в клапане 11 смесителя 2 перекрыл шланг 4.

Пусть компрессор развивает давление сжатого воздуха 8 кгс/см². Это давление не может быть подано в смеситель 2, так как изначально в нем гидростатическое давление 10 кгс/см². Однако при запуске в работу смесителя 3 давление над ним составляет 2,5 кгс/см². Гидравлическое давление в статике между смесителями 2 и 3 составляет 4 кгс/см². Суммарное давление на смесителе 2 при работающем смесителе 3 составит 6,5 кгс/см². Это давление гораздо меньше рабочего давления компрессора. Открывается вентиль 9, сжатый воздух отжимает шарик 12 и поступает в смеситель 2, и эрлифт начинает работать двумя смесителями. После этого смеситель 3 можно отключить или оставить в рабочем состоянии. Это и обеспечивает достижение технического результата.

Очевидна возможность работы эрлифта со смесителями и без обратных клапанов. При этом из корпуса клапана 11 достаточно удалить шарик положительной плавучести 12. По закону сообщающихся сосудов в шлангах 4 и 5 будет одинаковый уровень воды, но разное гидростатическое давление. После продувки сжатым воздухом шланга 5 верхний смеситель вводят в стационарный режим работы. Давление в шланге 4 понизится, и при его продувке сжатым воздухом запускают в работу смеситель, расположенный ниже. При этом смесители, помогая друг другу, начинают работать в режиме элеватора. Шлам интенсивно выносится на поверхность.

Компрессоры малого давления дешевле, что отражается на стоимости самих работ.

Предложенный способ повышает эффективность прокачки и откачки, расширяет арсенал технологий, что обеспечивает достижение технического результата. Способ прост в реализации. Устройство по этому способу может быть изготовлено в условиях механических мастерских, т.е. промышленно и технически применимо. Изобретение используется на практике и показывает достижение технического результата.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки

1. Керченский М.М., Плохов В.И. «Бурение скважин на воду», М., Недра, 1965, с.261.

2. SU №4035103, 12.07.1977 г.

3. SU №143753, 16.04.1962 г. - прототип.

Изобретение относится к водохозяйственному комплексу, а конкретнее к способам прокачки артезианских (водозаборных) скважин с одновременным определением дебита и удельного дебита. Обеспечивает повышение эффективности способа и расширение арсенала технологий аналогичного назначения. Сущность изобретения: способ включает подачу сжатого воздуха в водоподъемные трубы эрлифта со смесителями, расположенными в разных уровнях. Согласно изобретению закрывают доступ воды в шланги. Сжатый воздух подают в смесители по отдельным шлангам. При этом вначале подают сжатый воздух в верхний смеситель и далее - в водоподъемные трубы. Вводят эрлифт в стационарный режим работы. Затем подают сжатый воздух в смеситель, расположенный ниже. Обеспечивают работу двумя смесителями. После этого верхний смеситель отключают или оставляют в рабочем положении. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ прокачки артезианских скважин, включающий подачу сжатого воздуха в водоподъемные трубы эрлифта со смесителями, расположенными в разных уровнях, отличающийся тем, что закрывают доступ воды в шланги, а сжатый воздух подают в смесители по отдельным шлангам, при этом вначале подают сжатый воздух в верхний смеситель и далее - в водоподъемные трубы, вводят эрлифт в стационарный режим работы, затем подают сжатый воздух в смеситель, расположенный ниже, обеспечивают работу двумя смесителями, после чего верхний смеситель отключают или оставляют в рабочем положении.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для закрытия доступа воды в шланги смесители снабжают обратными клапанами с плавучими в воде шариками.