Устройство для определения гидродинамических параметров водоносных пластов Советский патент 1993 года по МПК E21B47/04 

Изобретение относится к гидрогеологическим и инженерно-геологическим изысканиям и гидротехническому строительству, в частности к устройствам для опробования водоносных пластов (горизонтов) в скважинах с целью определения их гидродинамических параметров.

Целью изобретения является повышение точности определения гидродинамических параметров водоносных пластов.

На фиг. 1, 2 представлен общий вид предлагаемого устройства для определения гидродинамических параметров водоносных пластов.

Устройство включает емкость с водой 1 с сапуном 2, эжектор, состоящий из сопла 3, камеры смешения 4, диффузора 5 и приемной камеры 6, центробежный насос 7, всасывающей стороной сообщенный с помощью трубопровода 8 с нижней частью емкости 1 с водой, а напорной стороной - посредством трубопровода 9 с соплом 3 эжектора, компрессор 10, опущенную на расчетную глубину в скважину 11 цилиндрическую капсулу 12, имеющую наконечник 13, боковое отверстие 14 в нижней части, два продольных ребра 15, расположенных, по обе стороны и в непосредственной близости от бокового, отверстия 14, два дис ан00

о со

СП

4

4

ционатора 16, расположенных в поперечном сечении под углом 120° к отверстию и центрирующих капсулу в скважине, датчик уровня воды 17, размещённый в перфорированном стакане 18, прикрепленном к внутренней стенке цилиндрической капсулы 12 ниже бокового отверстия 14, регистратор уровня 19, подключенный к датчику уровня воды 17 посредством кабеля 20, сальник 21, позволяющий герметично вывести кабель 20 за пределы капсулы 12, ресивер 22 с манрвакуумметром 23, сообщенный посредством трубопровода 24 с приемной камерой б эжектора, посредством трубопровода 25 - с компрессором 10 и с помощью трубопровода 26 - с внутренней полостью капсулы 12, краны 27, 28, 29, встроенные соответственно в трубопроводы 24,25, 26. В потолочной части цилиндрической капсулы 12 имеется патрубок с установленными на нем крепежными элементами (рым-болты 30, оттяжки 3.1) для несущих тросов 32, позволяющих погружать цилиндрическую капсулу 12 в скважину 11 и извлекать ее из скважины.

Устройство работает следующим образом. В скважину 11 при открытых кранах 27 и 29 опускают на тросах 32 цилиндрическую капсулу 12, достигающую длины 1,5-2,0 м. Глубина погружения должна быть больше величины возможного возмущения уровня воды- в скважине на 1,0-3,0 м. Затем при всех закрытых кранах включают компрессор 10, открывают кран 28 и обеспечивают в ресивере 22 давление, достаточное для полного выдавливания воды из капсулы 12. Контроль ведется по мановакуумметру 23. Затем закрывают кран 28, выключают компрессор 10 и открывают кран 29. Сжатый воздух 34 из ресивера 22 по трубопроводу 26 поступает в капсулу 12, вытесняя из нее воду и заполняя весь обьем капсулы до отверстия 14.

В это же время вытесненная сжатым воздухом вода из капсулы 12 попадает в ствол скважины 11, резко изменяя уровень воды в ней до положения 35, и начинается процесс восстановления уровня до статического (первоначального) 33, что фиксируется регистратором уровня 19 с помощью датчика уровня 17. При этом подъем столба воды в скважине определяется внутренним объемом капсулы 12. В ходе сработки стрлба воды от уровня 35 до уровня 33 давление у отверстия 14 будет уменьшаться (на величину сработки) и сжатый воздух в соответствующих количествах будет стравливаться из капсулы 12 через отверстие 14 в зазор между двумя продольными ребрами 15, расположенными по обе стороны отверстия.

Далее, избыточный воздух, поднимаясь отдельными пузырьками, уйдет, в атмосферу. Наличие дистанционаторов 16 вызвано необходимостью центрировать капсулу 12 в

стволе скважины 11, чтобы избежать эрлиф- тного эффекта, который может образоваться, когда стравливаемый из отверстия 14 воздух выйдет за пределы продольных ребер 15,

0 Окончанием восстановления уровня считается момент времени, когда уровень воды в скважине достигнет отличия от статического 33 на величину, составляющую менее 5% от величины возмущения.

5 После восстановления уровня воды в скважине, связанного с его возмущением путем подъема, производят возмущение уровня путем его резкого снижения. Для этого сначала открывают экран 27 и закры0 вают кран 29. Затем включают в работу центробежный насос 7. При этом вода 36 из емкости 1 центробежным насосом 7 подается к соплу 3 эжектора, а оттуда в камеру смешения 4, диффузор 5 и снова в емкость

5 1. Под воздействием вакуума, возникшего в приемной камере 6, воздух из ресивера 22 по трубопроводу 24 поступает сначала в приемную камеру 6, а затем через сапун 2 отводится в атмосферу. Для обеспечения ус0 коренного заполнения капсулы 12 водой вполне достаточно создать в ресивере вакуум, близкий к 3-4 м вод. ст.. Создав такой вакуум, закрывают кран 27, останавливают насос 7 и открывают кран 29, что ведет к5 быстрому заполнению капсулы водой из ствола скважины и соответствующей быстрой сработке уровня воды в скважине 11 до положения 37. Вновь с помощью датчика уровня 17 регистратором уровня 19 фикси0 руется процесс восстановления уровня воды 37 до статического (первоначального) 33 положения.

После проведения исследований, извлекается из скважины 11 на тросе 32 ци5 линдрическая капсула 12. затем размонтируется все оборудование и подготавливается для транспортировки на следующий объект исследований.

Величина гидродинамических парамет0 ров водоносных пластов рассчитывается по существующим гидродинамическим зависимостям (формулам) для опытных наливов или откачек по данным кривых восстановления уровня воды в скважине, которые пол5 учены после его возмущения предлагаемым устройством. Для последующих расчетов используются средние арифметические значения, полученные при возмущении уровня воды в скважине путем его повышения и понижения.

Сопоставление результатов определения с помощью предлагаемого устройства и воспроизведения данных для прототипа с наиболее достоверными результатами, полученными по кустовой откачке, проведены по ряду скважин на Егорьевском месторождении фосфоритов в Московской области. При этом ошибка в определении величины коэффициента водопроводимости, например, составляет соответственно для предла- гаемого устройства 5,1-10,5%, а для прототипа 11,5-21%. Таким образом ис- пользование предлагаемого устройства позволит повысить точность определяемых гидродинамических параметров водонос- ных пластов на 6-10% за счет практически мгновенного изменения уровня воды в скважине, что сближает условия проведения опытных исследований с условиями реше ния математических задач, описывающих данный природный процесс. Кроме того

возмущение уровня воды в скважине производится без привнесения в нее другой жидкости и без изъятия ее на поверхность, что не вызывает отрицательных экологических последствий. Предлагаемое устройство можно также использовать в скважинах с негерметичной колонной труб, что значительно расширяет возможности его применения. Формула изо бретени я Устройство для определения гидродинамических параметров водоносных пластов, содержащее опущенный в скважину датчик уровня, расположенные на поверхности емкость с водой, эжектор с приемной камерой, соединенный с датчиком уровня регистратор уровня и соединительные трубопроводы с кранами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения гидродинамических параметров водоносных пластов, оно .снабжено установленными на поверхности центробеж ным насосом, компрессором и сообщенным с ним ресивером и опущенной в скважину на несущих тросах цилиндрической капсулой со сквозным отверстием в боковой поверхности двумя продольными ребрами, двумя дистанционаторами, расположенными в поперечном сечении под углом 120° к боковому отверстию с внешней стороны капсулы, съемным наконечником и патрубком, расположенным в потолочной части капсулы и установленным на нем крепежным элементом для несущих тросов, при этом датчик уровня закреплен внутри капсулы между съемным наконечником и сквозным отверстием, продольные ребра размещены с внешней стороны капсулы по всей длине боковой поверхности по обе стороны от сквозного отверстия, а эжектор с приемной камерой, центробежным насосом и емкостью с водой образуют вакуумный насос, причем соединительные трубопроводы сообщают ресивер с капсулой, с приемной камерой и с компрессором.

Использование: в гидрогеологических и инженерно-геологических изысканиях и гидротехническом строительстве. Сущность изобретения: устройство содержит датчик уровня, емкость с водой, эжектор с приемной камерой, регистратор уровня, центробежный насос, компрессор и сообщенный с ним ресивер, цилиндрическую капсулу со сквозным отверстием и соединительные трубопроводы с кранами. Капсула выполнена со съемным наконечником и патрубком. Патрубок расположен в потолочной части капсулы. Датчик уровня закреплен внутри капсулы между съемным наконечником и сквозным отверстием. Продольные ребра размещены с внешней стороны, капсулы по всей длине боковой поверхности по обе стороны от сквозного отверстия. Эжектор с приемной камерой, центробежным насосом и емкостью с водой образуют вакуумный насос. Трубопроводы сообщают ресивер с капсулой и приемную камеру - с компрессором. 2 ил. СЛ С