Способ отбора проб воды из наблюдательной скважины Советский патент 1988 года по МПК E21B49/08 

гг

4

Изобретение относится к гидрогеологии, гидротехнике, а именно к опробованию подземных вод, и может быть использовано для контроля миграции стратифицированных загрязняющих ингредиентов пз накопителей промстоков в водоносные пласты, врдовме- шаюи;ие отложения которых представлены трепдиноватыми скальными и полускальными породами, образующими нрочностен- ные скважины с необваливающимися после бурения стенками.

Целью изобретения является повьииение достоверности пробы, отбираемой с исследуемого участка скважипы с устойчивыми трещиноватыми стенками.

На фиг. 1 представлена наблюдательная скважина с опущенной в нее секцией пробоотборника, вертикальный разрез; на фиг. 2 - сквозной впускной капал пробоотборника, разрез; па фиг. 3 - фрагмент боковой поверхности стенки наружной элас- тичной камеры пробоотборника.

Пробоотборник, предназначенный для отбора проб по данному способу из ограниченного участка скважины 1 с необва- ливающи.мися стенками, содержит наруж}1ую П-образную пустотелую круглого сечепия эластичпую камеру 2 и расположенные в ней жесткий пустотелый (например, из кап- ролактама) цилиндр 3, сооспо расположенные внутренние пустотелые эластичные с радиальным удли ением камеры 4 вытеснения пробы (количество их определяется числом изучаемых ограниченных участков ки скважипы), при это.м камеры 2 и 4 сообщены с пневмосистемой 5 малого диаметра, и снабженный односторонними клапанами 6 с перфрированными отрезками 7 вакуу.м- ный Н1ланг 8, размещенный между стенками камеры 4 и цилиндра 3, которы.х расположены ограничительные круги 9, размещенные над и под э:1астичной камерой 10 пневмопробки 11, нодсоедипешюй к пневмо- сиете.ме 5 вакуу.мпым п,чангом 12, а каме- ры 2 и 4 -- шлангами 13-17, на которых установлены затворы 18 и 19. Цилиндр 3 и надетая, на него наружная камера 2 выполнены секционными для наращивания их по мере опускания в скважину 1. Каждая секция камеры 2 обеспечивается соединительными муфта.ми с вакуу.мными шлангами (не показаны).

Боковые стенки камеры 2 выполнены перфорированными и отверстия 20 ее образуют сквозные впускные каналы 21, состояп1ие из сетки 22, полых шпеньков 23, вакуумного шланга 24 (с некоторым запасом,не препятствующим раздутию камеры 2 при подаче сжатого воздуха), а фигурные отверстия 25 с потайными.каналами 26 выполнены в цилиндре 3. Внутренние камеры 4 закреплены в цилиндре 3 с помощью клапана 27, состоящего из двух конусов, соединенных один с другим усеченными вер1нинами, при этом

5

0

0

5

0

5

5

0

один из них цельнолитой, а другой без основания и пустотелый. На боковых поверхностях стенок камеры 2, цилиндра 3 на основании фотокаротажа скважины 1 выполнены водоприемные отверстия 20 и 25, расположение которых соответствует расположению трещин опробуемого участка стенки скважины 1. Идентично этим отверстиям расположены клапаны 27 камер 4. При этом гидравлическое сопротивление канала 21 подбирается и регулируется таким образом, чтобы оно совпадало с гидравлическим сопротивлением водовмещающих пород. Гидравлическое сопротивление сетки 22 регулируется за счет изменения частоты ее ячеек, а гидравлическое сопротивление канала 21 регулируется за счет обработки внутренней поверхности составляющих его эле.ментов. При бурепии скважины слабые, неустойчивые породы закрепляют обсадной трубой 28 и изолируют тамноно.м 29.

Пробоотборник снабжен для подъема отобранной пробы на дневную поверхность системой, состоящей из камер 4 и щланга 8, при этом гидравлическое сопротивление по- следпего (включая перфорации 7 клапана 6) в 2-2,5 раза ниже, чем гидравлическое сопротивление канала 21.

Способ отбора пробы воды из наблюдательной скважины включает определение характеристики проницаемости водовмешаю- щих пород, выно.пнепие во.аосборных элементов пробоотбор1 ика из материала с тождественной характеристикой проницае.мости, проведение фотографирования исследуемого участка скважины, вьпюлнение водоприемных отверстий на боковой поверхности пробоотборника в соответствии с распо.юже- нием трещип на стенках скважины, опускание пробоотборника на уровень водоносного горизонта, совменхение водоприемных отверстий с указанными трещинами, увеличение объема (раздувание) пробоотборника до поджатия к стенкам скважины, отбор пробы и поднятие ее на поверхность.

Способ реализуется с помощью устройства следующим образо.м.

Для выявления миграции загрязняющих ингредиентов и изучения их стратификации в водоносных пластах вблизи накопителя про.мстоков производят бурение скважины 1 диаметром 75-350 мм в зависи.мости от горнотехнических условий и глубины, обусловленной уровнем залегания водоносного пласта. Верхнюю часть скважины 1, пересе- каюп;ую слабые породы (фиг. 1), обсаживают трубой 28 из поли.мерного материала и изолируют тампоном 29, например, из керамзитовой глины, обладающей тер.мо- изоляционными свойства.ми и низкой водо- проводимостью. Определяют характеристики проница емости (гидравлическое сопротивление водов.мещающих пород), напри.мер | идродинамическим способом в гголевых условиях. Производят фотокаротаж скважины 1 и на основании его результатов выносят нроекции трещин на поверхности камер 2 и 4 и цилиндра 3 в пределах исследуемого участка, выполняют отверстия 20 и 25, каналы 21, клапана 27 и наклеивают сетку 22. Произодят сборку пробоотборника и опускают его в скважину 1, соблюдая ориентацию по специальным меткам на устье скважины 1 и пробоотборнике, до совмещения водоприемных отверстий 20 с трещинами на исследуемом участке стенки скважины. После этого подают сжатый воздух от пневмо- системы 5 по щлангу 13 в наружную камеру 2 и раздувают его до поджатия к стенкам скважины 1 и цилиндра 3. Одновременно наружная эластичная камера 2 обсаживает скважину 1 и обеспечивает надежное отсечение остальных участков стенок скважины 1 от пробоотборника. Благодаря выполнению водоприемных элементов пробоотборника из материала с тождественной водовмещающим породам характеристикой проницаемости в исследуемом участке стенки скважины 1, устанавливается гидродинамическая система, единая с системой интервала водоносного пласта. Затем закрывают затвор 18, установленный на шланге 13, и прекращают подачу воздуха из пневмосис- темы 5. После этого переключают пневмо- систему 5 на подачу сжатого воздуха в пневмопробку 11, исключая тем самым доступ атмосферного воздуха в скважину 1 после полного раздутия камеры 10. Подачу воздуха прерывают и закрывают затвор 18 щланга 12. Затем последовательной подачей воздуха в секции камеры 4 (снизу вверх) производится удаление жидкости, набравшейся в цилиндре 3. При этом камеры 4 после полного раздутия полностью перекрывают перфорированные отрезки 7 щланга 8, который после этого подключается к пнев- мосистеме 5 для удаления оставщейся в нем жидкости и воздуха. Затем затвором 18 щланг 8 перекрывается.

Для отбора пробы из интервала водоносного пласта, например, и из участка стенки, обращенной к ореолу распространения загрязнителей, скважины 1 выпускают воз- дух из секции камеры 4 по щлангу 16 и соответствующий затвор 19. После этого последний перекрывают. Вода из исследуемого участка стенки скважины по каналам 21, отверстиям 25 и потайным каналам 26, открывшимся после стравливания воздуха из секции камеры 4, заполняет цилиндр 3 в отрезке интервала и поступает в щланг 8 через перфорацию 7. Открыв соответствующий затвор 18, по щлангу 16 из пневмосис- темы 5 в секцию камеры 4 нагнетают сжатый воздух, который раздувает данную эластич- ную секцию камеры 4, при этом вода частично до перекрытия одновременно раздувающимся клапаном 27 отверстий 25,

потайных каналов 26 вытесняется обратно в водоносный пласт, освбождая сетку 22 от осадивщихся при впуске пластовой воды мелких твердых взвесей, а основная масса от- бираемой воды, благодаря наличию вакуума в иланге 8 и минимальному гидравлическому сопротивлению перфорации 7 и односторонних клапанов 6 и собственно шланга 8, вытесняется по последнему на дневную поверхность. Па этом отбор пробы с от

дельного участка стенки скважины закончен.

При глубоком залегании подземных вод описанные в рассмотренном выше примере операции повторяются до создания в шланге 8 соответствующего столба жидкости, ко5 торый изольется на дневной поверхности в водоприемный сосуд. Наличие односторонних клапанов в щланге 8 исключает стекание отбираемой жидкости вниз.

Для изучения стратификации загрязняющих ингредиентов производится раздель0 ный отбор проб по вертикали из интересующих участков стенки скважины.

Пробоотборник остается в скважине 1 постоянно и используется для нроведения

5 периодического гидрохимического контроля изменения санитарного состояния подземных вод. Предлагаемое устройство исключает влияние внещних факторов (атмосферного воздуха, температуры, материала обсадной колонны и пробоотборника), вызывающих

0 смещение физико-химического и газового равновесия в водоносном пласте до проведения гидрохимического опробования,а в процессе опробования за счет герметичности камер 4 не происходит аэрирование отбираемой пробы и, соответственно, не окисля5 ются слабоосновные соединения, железо, марганец и т. д., а также исключается влияние кольматажа водоприемных элементов пробоотборника на качество отбирае.мой пробы.

Формула изобретения

Способ отбора проб воды из наблюдательной скважины, включающий определение проницаемости водормещающих пород, выполнение водосборных элементов пробоотборника из материала с тождественной им проницаемостью, опускание пробоотборника на уровень водоносного горизонта с после- дуюпд,им отбором пробы через водоприемные отверстия пробоотборника и поднятием его на поверхность, отличающийся тем, что, с целью повыщения достоверности пробы, отбираемой с исследуемого участка скважины с устойчивы.ми трещиноватыми стенками, перед опусканием пробоотборника производят фотографирование исследуемого участка скважины, затем вынолняют водоприемные отверстия пробоотборника в соответствии с расположением трещин на стенках исследуемого участка, а после опускания пробоотборника в скважину, совмещают его водоприемные отверстия с указанными трещинами и обеспечивают прилегание пробоотборника к стенкам скважины.

Изобретение относится к гидрогеологии, гидротехнике и позволяет повысить достоверность пробы, отбираемой с исследуемого участка скважины с устойчивыми трещиноватыми стенками. Определяют проницаемость водовмещающих пород, например, гидродинамическим способом в полевых условиях. Выполняют водосборные элементы пробоотборника из материала с тождественной проницаемостью, благодаря чему в исследуемом участке стенки скважины 1 устанавливается гидродинамическая система, единая с системой интервала водоносного пласта. Далее производят фотографирование исследуемого участка скважины 1 и на основании его результатов выполняют водоприемные отверстия 20 пробоотборника в соответствии с расположением трещин на стенках исследуемого участка. Затем пробоотборник опускают в скважину на уровень водоносного горизонта и совмещают его отверстия 20 с указанными трещинами. Подают сжатый воздух от пневмосистемы 5, обеспечивая прилегание пробоотборника к стенкам скважины, осуществляют отбор пробы через отверстия 20 и поднимают его на поверхность. 3 ил. (О (Л Н 13 1Я IS IS С, П

22 I

Фиг. 5