Способ ликвидации напорной водозаборной скважины

Изобретение относится к области строительства, а именно к ликвидации напорных водозаборных скважин, находящихся в предаварийном состоянии.

Известны способы ликвидации напорных водозаборных скважин по книге: Алексеев B.C., Волохонский Г.А., Гребенников В.Т. Учебная книга мастера по ремонту скважин на воду. - М.: Колос, 1983 - [1], и по книге Беляков В.М., Краснощеков Г.М., Попков В.А. Учебная книга мастера по бурению скважин на воду. - М.: Колос, 1983 - [2].

Известные способы [1] и [2] заключаются в наращивании обсадной колонны отрезком трубы соответствующего диаметра с общей высотой, превышающей статический уровень скважины, и последующем ее тампонаже, установлении фонтанной арматуры на обсадную трубу, использовании насоса для нагнетания в скважину тампонажного раствора под давлением до прекращения самоизлива, при этом могут быть использованы технологии и технические средства по книге: Новые технологии и технические средства для сооружения и ликвидации гидрогеологических скважин (Нормативные документы) // ЗАО «Геоинформмарк». - М., 1999. - 85 с. - [3].

Для ремонта может быть использован способ восстановления водозаборной скважины подземного сооружения по патенту на изобретение RU 2163964, МПК E21B 29/10, E21B 33/13, авторы Седых Н.А., Дудко В.В. - [4]. При этом производят бурение новой скважины из подземного сооружения рядом с аварийной, подают в нее криогенную жидкость для образования ледяной пробки в ремонтируемой скважине и после этого производят ее ремонт.

Недостатком этих способов по аналогам [1], [2], [3] и [4] является ограниченная область применения особенно в условиях подземных сооружений и нецелесообразность применения этих способов для скважин со статическим уровнем более 1,5 м выше ее оголовка, принятие дополнительных мер по удалению излишков воды из обсадной колонны, вытесняемой тампонажным раствором, что практически приводит к частичному его вымыванию с потерей свойств, разрушение обделки подземного сооружения для создания новой (замораживающей) скважины.

Прототипом изобретения является способ ликвидации напорной водозаборной скважины по патенту RU 2248439, МПК E21B 33/13, авторы: Дудко В.В., Руднев И.М., Рожков С.И. - [5]. Данный способ включает: присоединение к сетевому трубопроводу трубопроводов для подачи сжатого воздуха и тампонажного раствора для вытеснения воды через фильтр скважины до верхней отметки водоносного горизонта и нагнетания тампонажного раствора.

Недостатком прототипа [5] являются трудности подачи тампонажного раствора через сетевой трубопровод, который, как правило, выполнен существенно меньшим диаметром, чем оголовок скважины. Так при подсоединении к оголовку скважины дополнительных трубопроводов увеличенного сечения (близкого к сечению самого оголовка скважины) возникают трудности (риски) повреждения самого оголовка скважины.

Кроме того, возникают трудности при подачи тампонажного раствора в скважину, находящуюся под постоянным давлением сжатого воздуха, которым предварительно из скважины вытеснена вода до верхней отметки водоносного горизонта.

Технический результат изобретения состоит в повышении надежности выполнения работ по ликвидации скважины. Технический результат достигается тем, что:

- используют дополнительную гарантированно функционирующую задвижку, проходное сечение которой сравнимо с проходным сечением обсадной трубы скважины (и как правило близко к проходному сечению основной задвижки оголовка скважины), что существенно облегчает подачу тампонажного раствора (тем самым исключаем врезку в оголовок дополнительных трубопроводов);

- используют бетононасос для нагнетания тампонажного раствора по трубопроводу, подсоединенному к дополнительной задвижке;

- применяют перед подачей тампонажного раствора предварительное выравнивание давления тампонажного раствора и давления воздуха в обсадной трубе скважины, что предотвращает резкие перепады давлений и возможные разрушения трубопроводов;

- непосредственно перед подачей тампонажного раствора производят отключение подачи сжатого воздуха, что обеспечивает равномерное заполнение обсадной трубы тампонажным раствором;

- затвердевание находящегося в обсадной трубе скважины тампонажного раствора осуществляют при закрытых вентилях подачи сжатого воздуха и дополнительной задвижке подачи тампонажного раствора.

Сущность заявляемого способа ликвидации напорной водозаборной скважины состоит в том, что он включает присоединение к сетевому трубопроводу трубопроводов для подачи сжатого воздуха для вытеснения воды через фильтр скважины до верхней отметки водоносного горизонта с последующей подачей тампонажного раствора в обсадную трубу скважины, при этом первоначально на оголовке скважины над основной задвижной устанавливают дополнительную задвижку с проходным сечением, близким к проходному сечению обсадной трубы, дополнительную задвижку закрывают и полностью открывают основную задвижку, далее по сетевому трубопроводу подают сжатый воздух и вытесняют из обсадной трубы скважины воду через фильтр скважины до верхней отметки водоносного горизонта, после чего к дополнительной задвижке подсоединяют трубопровод бетононасоса тампонажного раствора, включают бетононасос тампонажного раствора и выравнивают давления нагнетания тампонажного раствора и сжатого воздуха, закрывают подачу сжатого воздуха, после чего открывают дополнительную задвижку и полностью заполняют обсадную трубу скважины тампонажным раствором, после чего закрывают дополнительную задвижку и отсоединяют трубопроводы подачи сжатого воздуха и бетононасос тампонажного раствора.

Способ поясняется фиг. 1, где обозначены:

1 - поверхность земли или обделка подземного сооружения; 2 - напорная водозаборная (подлежащая ликвидации) скважина, расположенная под поверхностью земли (1); 3 - оголовок скважины, 4 - обсадная труба; 5 - фильтр; 6 - подземный водоносный горизонт; 7 - основная задвижка оголовка скважины; 8 - сетевой трубопровод, вваренный в оголовок; 9 - первая задвижка сетевого трубопровода; 10 - сетевой трубопровод между основной задвижкой 9 и вторая задвижкой (11); 11 - вторая задвижка сетевого трубопровода (10); 12 - вваренный участок воздушного трубопровода; 13 - воздушный вентиль; 14 - воздушная магистраль; 15 - манометр (давления воздуха в воздушной магистрали (14)); 16 - воздушный редуктор; 17 - баллоны с сжатым воздухом; 18 - дополнительная задвижка оголовка скважины; 19 - трубопровод нагнетания тампонажного раствора; 20 - бетононасос (например, установленный на автомобильном бетоновозе); 21 - манометр (давления нагнетания тампонажного раствора).

Находящаяся под поверхностью земли (1) (или обделки подземного сооружения) напорная водозаборная (подлежащая ликвидации) скважина (2) состоит из оголовка (3) (находящегося над поверхностью земли (1)), обсадной трубы (4), фильтра (5), опущенного в подземный водоносный горизонт (6), сверху на фланец оголовка (3) установлена основная задвижка (7) скважины. На сетевой трубопровод (8), вваренный в оголовок (3), установлена первая задвижка (9), после второй задвижки (9) в сетевой трубопровод (10) и перед второй задвижкой (11) вварен участок воздушного трубопровода (12) с воздушным вентилем (13), с другой стороны которого подсоединена воздушная магистраль (14) с манометром (15) и редуктором (16). На вход редуктора (16) подключена магистраль от источника сжатого воздуха, например от баллонов сжатого воздуха (17). Выше основной задвижки (7) скважины установлена дополнительная задвижка (18) скважины, с другой стороны которой прикреплен трубопровод нагнетания тампонажного раствора (19) от бетононасоса, например, установленного на автомобильном бетоновозе. В трубопровод (19) у дополнительной задвижки (18) установлен манометр (21) давления нагнетания тампонажного раствора.

Способ ликвидации напорной водозаборной скважины (состоящий из находящейся под поверхностью земли (1) напорной водозаборной скважины (2), состоящей из оголовка (3) с основной задвижкой (7), обсадной трубы (4), фильтра (5) в подземном водоносном горизонте (6)), осуществляется следующим образом. По предложенному способу первоначально через вваренный в оголовок (3) участок трубопровода (8), к сетевому трубопроводу (10), расположенному между первой (9) и второй (11) задвижками, через вваренный участок воздушного трубопровода (12) с воздушным вентилем (13) и воздушной магистралью (14) с манометром (15) присоединяют баллоны сжатого воздуха (17) через редуктор (18), что необходимо для вытеснения воды через фильтр (5) скважины до верхней отметки водоносного горизонта (6) с последующей подачей тампонажного раствора в обсадную трубу (4) скважины (2). При этом задвижки (9), (11), вентиль (13) и редуктор (16) закрыты. Далее на оголовке (3) скважины над основной задвижной (7) устанавливают дополнительную задвижку (18) с проходным сечением, близким к проходному сечению обсадной трубы (4). Дополнительную задвижку (18) закрывают полностью и открывают основную задвижку (7), так как старая основная задвижка (7) может не обеспечить повторного герметичного открытия ввиду ее длительного простоя. Далее нагружают редуктор (16) и последовательно по трубопроводу (14), открытому вентилю (13), сетевому трубопроводу (10) и открытой первой задвижке (9) и участку трубопровода (8) подают сжатый воздух через оголовок (3) в скважину (2) и вытесняют из обсадной трубы (4) скважины (2) воду через фильтр (5) скважины (2) до верхней отметки водоносного горизонта (5). После чего к дополнительной задвижке (18) подсоединяют трубопровод (19) бетононасоса (20) тампонажного раствора, включают бетононасос (20) тампонажного раствора и выравнивают давления нагнетания тампонажного раствора по манометру (21) и сжатого воздуха по манометру (15), закрывают подачу сжатого воздуха, закрывают вентиль (13), первую задвижку (9) и разгружают редуктор (16), после чего открывают дополнительную задвижку (18) и полностью заполняют обсадную трубу (3) скважины (2) тампонажным раствором, после чего закрывают дополнительную задвижку (18) и отсоединяют трубопроводы (14) подачи сжатого воздуха и трубопровод (19) бетононасоса (20) тампонажного раствора.

Полагаем, что заявленное техническое решение «Способ ликвидации напорной водозаборной скважины», обладает всеми критериями изобретения, так как совокупность заявленных ограничительных и отличительных признаков формулы изобретения не найдена при проведении патентного поиска для таких способов, и, следовательно, соответствует критерию «новизна».

Наиболее эффективно предлагаемый способ ликвидации напорной водозаборной скважины может быть использован для подземных сооружениях типа метро, так он позволяет ликвидировать такую скважину без разрушения обделки и конструктивных элементов сооружения.

Совокупность признаков формулы изобретения предложенного способа неизвестна на данном уровне развития техники и не следует общеизвестным способам ликвидации напорной водозаборной скважины, а именно:

- использование дополнительной работоспособной задвижки, установленной на оголовке скважины выше основной задвижки,

- использование бетононасоса тампоножного раствора с контролем давления его нагнетания,

- использование перед подачей тампонажного раствора, выравнивание его давления с давлением сжатого воздуха в скважине,

- прекращение подачи сжатого воздуха перед непосредственным нагнетанием тампонажного раствора в скважину,

- закрытие дополнительной задвижки после нагнетания тампонажного раствора для возможности отсоединения трубопровода бетононасоса,

доказывает соответствие критерию «изобретательский уровень».

Реализация и внедрение предложенного «Способа ликвидации напорной водозаборной скважины» не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, что доказывает соответствие критерию «промышленная применимость».

Список литературы

1. Алексеев B.C., Волохонский Г.А., Гребенников В.Т. Учебная книга мастера по ремонту скважин на воду. - М.: Колос, 1983.

2. Беляков В.М., Краснощекое Г.М., Попков В.А. Учебная книга мастера по бурению скважин на воду. - М.: Колос, 1983.

3. Новые технологии и технические средства для сооружения и ликвидации гидрогеологических скважин (Нормативные документы) // ЗАО «Геоинформмарк». - М., 1999. - 85 с.

4. Патент на изобретение РФ: RU 2163964, МПК E21B 29/10, E21B 33/13. Способ восстановления водозаборной скважины подземного сооружения / Н.А. Седых, В.В. Дудко.

5. Патент на изобретение РФ: RU 2248439, МПК E21B 33/13. Способ ликвидации напорной водозаборной скважины / В.В. Дудко, И.М. Руднев, СИ. Рожков - прототип.