Способ получения свободных от загрязнения проб воды при проходке скважин бурением и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области горного дела и строительства. Способ и устройство для получения незагрязненных проб воды при проходке скважины предусматривают бурение с помощью направляющего промывочную жидкость полого става буровых штанг, части которого состоят из труб с цельной оболочкой и по меньшей мере одного перфорированного участка трубы С помощью фильтрующего песка, через который пробы воды откачиваются из проходимого ставом буроеых штанг водонесущего горизонта через расположенную в нем перфорированную трубу после того, как между ней и следующей трубой с цельной оболочкой и боковой стенкой скважины будет введен фильтрующий песок, последний будет использован в качестве фильтра. Прохождение скважины до первого водонесущего горизонта осуществляетсг с закрытой перфорированной трубой и отбмраетгч первая проба воды, после чего после закрытия rv - форационных отверстий осуществляется даны ейшее бурение и при этом вывод фильтрующего песка до момента достижения следующего водонесущего горизонта, из которого отбирается вторая проба воды после повторного открытия перфорационных отверстий. 2с. и8зп.ф-лы, 8 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4830129/03 (22) 23.05.90 (31) 89 3916731; 89 3941763 (32) 23.05.89; 18.1 2,89 (33) РЕ; ОЕ (46) 30.11.93 Еюл. Йа 43-44 (71) Терратроник Фертриб фон цильборзюстемен

ГмбХ (DE) (72) Герхард Гротендорст(ОЕ) (73) Терратроник Фертриб фон цильборзюстемен

ГмбХ (0Е) (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВОБОДНЫХ ОТ

ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРОБ ВОДЫ ПРИ ПРОХОДКЕ

СКВАЖИН БУРЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области горного дела и строительства. Способ и устройство для получения незагрязненных проб воды при проходке скважины предусматривают бурение с помощью направляющего промывочную жидкость полого (В) RU (11) 2ОО3793 СХ (51) 5 К21849 68 става буровых штанг, части KoTOpof.O состоят из труб с цельной оболочкой и по меньшей мере одного перфорированного участка трубы С помощью фильтрующего песка, через который пробы воды откачивают ся из проходимого ставом буровых штанг водонесущего горизонта через расположенную в нем перфорированную трубу после того, как между ней и следующей трубой с цельной оболоч— кой и боковой стенкой скважины будет введен фипьтрующий песок последний будет использован в качестве фильтра. Прохождение скважины до первого водонесущего горизонта осуществляетсг с закрытой перфорированной трубой и отбираетгл первая проба воды, после чего после закрытия л".„>— форационных отверстий осуществляется далы,ейшее бурение н при этом вывод фильтрующего песка до момента достижения следующего водонесущего горизонта, из которого отбирается вторая проба воды после повторного открытия перфорационных отверстий. 2 с и 8 з.п.ф-лы, 8 ил.

2003793

Изобретение касается способа получения свободных от загрязнения проб воды при проходке скважины бурением. Кроме того, изобретение касается устройства для осуществления этого способа.

В. соответствии с существующим изобретению способом, например, из загрязненных почв отбираются пробы воды, которые происходят из водоносного горизонта, которого достигают путем бурения, причем однако пробы свободны от загрязнений, которые могут попасть в пробы воды в процессе их откачки через пустотелые буровые штанги и скважину после того, как пробы выйдут эа пределы водоносного горизонта, Такие загрязнения обусловлены, как правило, частями жидкости для промывки скважин, которая приняла воду из окружающей породы или из уже пройденных водонесущих горизонтов и по этой причине в. случае загрязненных почв содержит в свою очередь загрязненные субстанции.

Соответствующий изобретению способ позволяет устранить такое загрязнение проб воды и. следовательно, позволяет осуществлять оценку того, для каких проб следует ожидать того или иного качества воды.

Это обеспечивается главным образом с помощью введенного перед каждой пробой в кольцевое пространство между буровыми штангами и скважиной, в основном имеющего форму полого цилиндра тела с фильтрующим песком, через которое закачивается вода пробы. Это тело с фильтрующим песком удерживает с помощью своега верхнего участка, окружающего трубу с цельной оболочки буровых штанг, твердые частицы из промывочного раствора и в результате чего закупоривается, в результате чего возникает естественное кольцевое уплотнение относительно водоносного горизонта, в котором находится перфорированная труба буровых штанг. flo этой причине s соответствии с соответствующим изобретению способом описанное, тело с фильтрующим песком прирабатывается при откачке пробы воды из скважины в течение определенного промежутка времени до тех пор. пока не возникнет упомянутое кольцевое уплотнение и иэ пройденного горизонта не поступит чистая вода, Фильтрующий песок удерживается при этом буровыми штангами.

Этот способ является в основном уже известным f1).

Если с помощью такого способа необходимо провести исследование нескольких расположенных один над другим горизонтов грунтовых вод, то в этом случае буровые штанги оснащены на расстоянии водонесу55 форму полого цилиндра заглушка из фильтрующего песка, которая необходима для получения незагрязненных проб воды, разрушается жидкостью для промывки скважины, как только производится закрывание перфорационной трубы и дальнейшее бурещих слоев большим количеством перфорированных труб буровых штанг, среди которых . расположено арретируемое относительно боковой стенки скважины приемное устройство, которое выдвигается посредством подъема буровых штанг и затем задерживает нанесенный фильтрующий песок, в результате чего могут создаваться упомянутые, имеющие форму nonoro цилин"0 дра тела с фильтрующим песком.

Этот заранее известный способ может осуществляться, как правило, только с использованием двух ставов буровых штанг, которые должны вводиться в скважину вза16 имно или поочередно. Необходимый для отбора пробы став буровых штанг имеет относительно сложну)о конструкцию и предполагает знание расстояний между водонесущими горизонтами для того, чтобы

20 обеспечить возможность расположения перфорированных труб буровых штанг на истинных расстояниях для изготовления тела с фильтрующим песком. В целом по этой причине в соответствии с этим способом

25 сначала полностью или частично проходят скважину и только затем вводят буровые штанги, оснащенные перфорационными . трубами. Это имеет недостаток уже по организационным соображекиям и может легко

30 привести к получению ошибочных результатов, если бурение должно осуществляться в неизвестном грунте и если отсутствует информация о том, насколько глубоко должна быть пройдена скважина для попадания на

35 водонесущий горизонт, который обеспечивает получение воды с необходимым качеством и в необходимом количестве, Целью изобретения является осуществление заранее известного способа таким

40 образом, чтобы более не возникала необходимость смены става буровых штанг между отборами пробы воды, однако одновремен, но достигалось получение незагрязненных проб воды.

45 Эта цель, согласно изобретению, достигается посредством признаков пункта 1.

Дальнейшие признаки изобретения являются предметом дополнительных пунктов.

В соответствии с изобретением сам

50 став буровых штэнг используется помимо прохода пробного отверстия для откачки проб воды через полые части буровых штанг. Было неожиданным образом установлено, что описанная выше, имеющая

2003793 собой. с помощью фиксирующего пальца 11 и держателя 12. так что обеспечивается точ40 ная посадка вставки 10 перфорированной

50

55 ве буровых штанг приемное устройство по це фиг,2. ве ние. В результате этого обеспечивается возможность прекращения бурения в каждом проходимом поочередно сверху вниз горизонте сразу после того, как перфорационная труба достигнет ведущего горизонта и засыпки фильтрующего песка без использования специального приемного приспособления, что позволяет еще более упростить став буровых штанг, Изобретение отличается тем преимуществом, что в соответствии с предлагаемым им способом в случае необходимости незагрязненные пробы воды могут быть получены в процессе проходки скважины, что возможно без извлечения става буровых штанг. В результате этого упрощаются и существенно ускоряются буровые работы. С помощью соответствующего изобретению способа можно проходить скважины с неизвестной заранее глубиной до достижения водоносного горизонта, который позволяет получить воду с пригодным качеством и в необходимом количестве. Соответствующий изобретению способ является особенно пригодным в качестве способа исследования неизвестных грунтов с неизвестным содержанием загрязняющих субстанций.

Подробности и другие преимущества изобретения вытекают из приведенного ниже описания двух форм исполнения устройства для осуществления описанного способа в соответствии с изобретением.

На фиг.1 схематически и частично в продольном сечении показывается с опусканием всех не являющихся необходимым для уяснения изобретения подробностей первую форму исполнения в продольном сечении.

Фиг.2 показывает в увеличенном по сравнению с фиг.1 масштабе соответствующую изобретению перфорационную трубу става буровых штанг для осуществления бурения.

Фиг.3 показывает в соответствующем фиг,2 изображении перфорационную трубу для осуществления отбора пробы воды.

Фиг,4 показывает предмет фиг,3 в увеличенном масштабе для воспроизведения подробностей перфорационной трубы буровых штанг.

Фиг.5 показывает другую форму исполнения изобретения, в основном в соответствующем фиг.1 изображении, однако с опусканием бурового инструмента.

Фиг.б показывает приемное устройство для предмета фиг.5.

Фиг.7 показывает расположенное в ста5

Фиг.8 показывает соответствующую изобретению вставку трубы с цельной оболочкой для формы исполнения по фиг.1-3, Изображенное на фиг.1 буровое устройство, которое одновременно служит для получения незагрязненных проб воды обозначено в целом ссылочным обозначением 1 и проходит через скважину 2. Между боковой стенкой 3 скважины и-ставом 4 буровых штанг остается кольцевой зазор, Он возникает в результате разности между диаметрами бурильного инструмента 5 и става 4 буровых штанг. Бурильный инструмент 5 расположен непосредственно ниже перфорированной трубы 6 става буровых штанг.

Отверстия 7 расположены в большом количестве горизонтзльных и вертикальных рядов и пронизывают оболочку трубы в основном в радиальном направлении. Имеющее в основном форму полого цилиндра тело 8 с фильтрующим песком заполняет кольцевое пространство между перфорированной трубой 6 и боковой стенкой 3 скважины до подошвы скважины. Оно проходит до последней части 9 става буровых штанг с цельной оболочкой.

В случае формы исполнения по фиг,5-8 на внутренней стороне перфорированной трубы 6 расположена вставка 10 перфорированной трубы. которая удерживает фильтрующий песок, в результате чего внутрь става 4 буровых штанг может проникать только свободная от фильтрующего песка вода после подьема воды с помощью не изображенного насоса..

Вставка 10 перфорационной трубы и перфорированная труба б соединены между трубы в перфорированной трубе 6, Во вставке 10 перфорированной трубы предусмотрены отверстия 13, а именно: в случае изображенного примера по фиг,5- продольные шлицы с шириной около 0,5 мм, в результате чего обеспечивается возможность эффективного эадерживания соответствующим образом более крупнозернистого фильтрующего песка тела 8 с фильтрующим песком.

В области 14 перехода между участком перфорационной трубы 6 и трубой с цельной оболочкой изображено улавливающее устройство 15, с помощью которого может быть вновь удалена вставка 10 перфорационной трубы с целью введения туда показанной на других фигурах вставки трубы с льной оболочкой, если должны быть продены бурильные работы.

2003793

20

30

40

Улавливающее устройство 15 содержит тяговые пальцы 16, которые в соответствии с выемками 17 входят с фиксацией во внутреннюю стенку 18 вставки 10 перфорированной трубы и с помощью которых улавливающее устройство 15 может извлекать всю вставку t0 перфорированной трубы через став 4 буровых штанг, На верхнем конце предусмотрены встроенные пальцы

19, которые также, как и тяговые пальцы 16, нагружены пружинами 20, в результате чего они смещаются в направлении вставки 10 перфорированной трубы и обеспечивают возможность точного направления или точной фиксации. Принцип действия встроенных пальцев поясняется ниже на основании фиг,7, На нижнем конце вставки 10 перфорированной трубы предусмотрен затвор 22, который служит для предотвращения непреднамеренного прохождения потока воды в обход тела с фильтрующим песком во внутреннее пространство 23 става буровых штанг. Затвор 22 действует по принципу обратного вентиля, Фиг,6 показывает улавливающее устройство с тяговыми пальцами 16 и встроенными пальцами 19, Оба пальца 16, 19 нагружены пружинами 20. Они выступают из соответствующих отверстий или вырезов, если этому не мешает внутренняя стенка вставки 10 перфорированной трубы или вставки трубы с цельной оболочкой. По меньшей мере тяговые пальцы 16 оснащены на наиболее глубокой 28, обращенной к скважине стороне скоскэми 29, которые служат для обеспечения таким образом ввода улавливающего устройства 15 во вставку 10 перфорированной трубы или вставку 30 трубы с цельной оболочкой, причем она сначала отклоняются назад и только после этого входят с фиксацией в соответствующую выемку 17 во внутоенней стенке 18 вставки 10 перфорированной трубы или вставки 30 трубы с цельной оболочкой, если это является необходимым.

Фиг.7 показывает нижнюю область става 4 буровых штанг, причем непосредственно над улавливающим устройством 15 вставка 30 трубы с цельной оболочкой введена в область перфорированной трубы 6, С помощью этой вставки 30 в этом случае закрываются перфорэционные отверстия 7 в перфорированной трубе 6. После того, как шаровые пальцы 24 войдут с фиксацией во внутренней стенке перфорированной трубы

6 в паз, вставка 30 трубы с цельной оболочкой достигает своего предписанного положения. Для обеспечения этого улэвливающее устройство 30 оказывает через встроенные пальцы 19 нажим на край 26 в соответствии с фиг.3. В результате этого вставка 30 трубы с цельной оболочкой может быть переведена в каждом случае в необходимую конечную позицию.

Если в конечном итоге показанная на фиг.8 вставка 30 трубы с цельной оболочкой должна быть извлечена, то в этом случае улавливающее устройство 15 опускается во вставке, а именно: со втянутыми или со втягивающимися встроенными пальцами 19.

Как только тяговые пальцы 16 войдут с фиксацией в тяговый паз 25, встроенные пальцы 19, как видно из фиг.1, перестают действовать, Улавливающее устройство 15 может быть выведено назад, причем оно захватывает с собой вставку 30 трубы с цельной оболочкой, Слишком глубокий ввод улавливающего устройства 15, например, во вставку 30трубы с цельной оболочкой, предотвращается с помощью ограничения 31 на внутренней стенке 32, Края 33, 34 вставки 30 трубы с цельной оболочкой, как видно из изображенного на фиг.7 и 8, являются скошенными. При этом скосы выполнеHы целесообразным образом наоборот, если работа осуществляется с использованием устройства, в котором вставки 30 трубы с цельной оболочкой зафиксированы в процессе отбора пробы воды в области выше расположенного участка 9 трубы с цельной оболочкой. При таком исполнении необходимость в подьеме вставок 30 трубы с цельной оболочкой или вставок 10 перфорированной трубы отсутствует, причем также вставка 10 и участок трубы 6 образу|от единый узел, В случае формы исполнения по фиг.2 перфорированная труба 6 соединена с помощью резьбового соединения с примыкающим участком 9 с цельной оболочкой в позиции 35. С помощью пружинного стопорного кольца 36 состоящая предпочтительно из пластмассы фильтрующая труба

37 удерживается в участке трубы 6, Фильтрующая труба 37 опирается о внутреннюю кольцевую заплечину 38 участка трубы 6. Ее внутренний диаметр соответствует внутреннему диаметру полого става буровых штанг.

Описанная конструкция отличается тем преимуществом, что ослабляющие оболочку 39 трубы отверстия 40 перфорированного участка трубы 6 могут иметь лишь относительно малый свободный просвет и не влекут за собой черезмерного ослабления, Вставка фильтрующей трубы 37 имеет, напротив, относительно большую открытую поверхность необходимых для фильтрующего края тонких шлицев и относительно малую стабиль10

2003793

15

20 ность, которая однако повышается за счет соединения с перфорированной трубой настолько что обеспечивается возможность приема возникающих усилий, Фиг.2 показывает введенную вставку 30 трубы с цельной оболочкой, которая несет на своем верхнем и нижнем конце по одному уплотнению 41, 42 круглого сечения. За счет этого обеспечивается, что раствор для промывки скважин не может пройти в поперечном направлении через перфорационные отверстия 40 перфорированной трубы 6 в течение времени выполнения бурения.

Фиг.3 показывает, введенную вставку

10 перфорированной трубы, которая также

Формула изобретения

1, Способ получения свободных от загрязнения проб воды при проходке скважины бурением, включающий оборудование скважины проводящим промывочную жидкость полым ставом буровых штанг в виде труб с цельной оболочкой и не менее одной перфорированной трубой и откачку пробы воды из проходимого буровыми штангами водоносного горизонта через расположенную в нем перфорированную трубу после предварительно образованной между ней, последующей трубой с цельной оболочкой и боковой стенкой скважины пробки из фильтрующего песка, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса получения проб при бурении скважины без замены става буровых штанг, проходку скважины до.первого водоносного горизонта осуществляют с закрытыми отверстиями перфорирован- 40 ной трубы, а после отбора первой пробы воды через открытые перфорационные отверстия их вновь закрывают, осуществляют бурение и вывод фильтрующего песка пробы с помощью промывочной жидкости 45 до момента достижения следующего водоносного горизонта, из которого отбирают вторую пробу воды после повторного введения фильтрующего песка и открытия перфорационных отверстий. 50

2. Устройство для получения свободных от загрязнения проб воды при проходке скважины бурением, содержащее буровой инструмент, расположенный на полом ставе буровых штанг; имеющем трубы с цель- 55 ной оболочкой и не менее одной перфорированной, и улавливающий узел, отличающееся тем, что, с целью упрощения и ускорения процесса получения проб при бурении скважин без замены става бунесет на верхнем и нижнем концах по одному уплотнению 43, 44 круглого сечения. Перфорационные отверстия 45 соответствуют по размеру и свободной поверхности фильтрующему песку.

Как видно на фиг.4, введенная вставка

30 трубы с цельной оболочкой позволяет открыть тело 46 обратного клапана, находящегося под нагрузкой пружины 47 клапана, как только промывка буровой скважины посредством буровых штанг давит на тело 46 клапана. (56) Авторское свидетельство СССР

М 237076, кл. Е 21 В 43/00, 1961, ровых штанг, оно снабжено отдельными трубными вставками, из которь|х не менее одной перфорированной вставки и не менее од ой вставки с цельной оболочкой, причем вставки установлены с возможностью ввода в перфорированную трубу или извлечения из нее через полый став буровых штанг и имеют выступающие над внутренней поверхностью ограничители для улавливающего узла, при этом перфорированная труба выполнена в виде наружно:г ряда труб между буровым инструментом буровыми штангами и имеет на ниж.:.ем конце запсрный орган, установленный с возможностью перекрытия полого става буровых штанг при отборе пробы воды.

3, Устройство по п.2, отличающееся тем, что запорный орган выполнен в виде обратного вентиля с возможностью закрытия в направлении вставки перфорированной трубы, 4. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что перфорированная труба выполнена с фильтрующей трубой для удержания фильтруюшего песка.

5. Устройство по пп.2 - 4, отличающееся тем, что перфорированная труба на внутренней поверхности выполнена с элементами крепления для вставок в виде пазов на внутренней поверхности для улавливающего узла, 6. Устройство по пп,2 - 5, отличающееся тем, что элементы крепления для вставок перфорированной трубы выполнены в виде подпружиненных шаровых пальцев, расположенных на вставках, причем улавливающий узел содер>кит подпружиненные тяговые и встроенные пальцы, размещенные с возможностью взаимодействия с торцом вставки.

2003793

7. Устройство по по.2 - 6, отличающееся тем, что тяговые пальцы выполнены со скошенными в сторону забоя скважины концами, 8, Устройство по пп,2 - 7, отличающееся тем, что отверстия на перфорированной трубе имеют диаметр поперечного сечения

8 - 30 мм, а отверстия во вставке фильтрующей трубы - около 0,5 мм.

9. Устройство по пп,2 - 8. отличающееся тем, что отверстия во вставке фильтруюгФс Ф °

° ° °

1 4 ,1 1 i

01 Ф

° Ф

° а

Ф ° ° Фа

Ф . а 0

Ф с 1 ° с

1 ° с

411 Ф 1

tat .t, l0 Ф а с

42

1

/ /,/ г ч

40 4

4„:

ОО

oeo . -

oeo .:

39 о о, .

$ ° Ф с

oeo:, :. oeo:, ОФО

ОФО

, ОФО . :

ЗО

Фп.-. "0 ьа с,o, о0 О у 000

0 0, ого

Ф ° 01 10

° а

ti4 t

1 ° ° с с 4 а °

Фа 1

° Ф

\ а ° с ° ас Ф

\ ФФФ

ФЬ с ас,а

\ь а,Ъ 0 ъ с t

0 ььа

11Ь Ь ь с ььсу

1ФЬ,са . ь

Ъ ъ ьо Ъь ь ь

° Ф ° °

Фа

Ф ° а ьоФ

/ С. ° О

° Ф ° Ф

0 Ф

1 ° 0 ° 0

Ф Ф ° а

° ° а 1

Ф 10

° Ф °

° 0

00 ° 0 1 Ф

ФФ аа i o

° ° Ф 00 ь о

I,, ь

I

Ф

/ 1/1 г

/г

7 ъ

0 а о/ с

; а с ° ° сс

1 4

Ф

° 0

Ф

„o Ъ оьсь

Ф 44

4 Ф 0

С0

° о ч

000 0 а 0ФО

Ф

Фа щей трубы выполнены в виде патрубков, ширина которых около 0,5 мм.

10. Устройство по пп.2 - 9, отличающееся тем, что вставки расположены с возможностью смещения во вставке буровых штанг и образования единого узла.

Приоритет по пунктам:

18.12,89 по п.1;

23.05.89 по пп.2 - 10.

2003793

2003793

12.

Составитель А, Симецкая

Техред М.Моргентал - Корректор Л. Милюкова

Редактор С. Кулакова

Заказ 3314

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101