водозаборный трубчатый колодец и устройство для его сооружения

Формула изобретения

1. Водозаборный трубчатый колодец, включающий перфорированную обсадную трубу в грунте, размещенную перфорированным участком в водоносном слое пород, и водоподъемное устройство в ней, отличающийся тем, что на верхнем торце обсадная труба снабжена крышкой с установленным на ней воротом, на тросе которого подвешена водоподъемная труба, имеющая на нижнем входе нагнетательный клапан и кольцевое тело по диаметру обсадной трубы со всасывающим клапаном и элементами гидравлического уплотнения по внешнему диаметру в виде кольцевых канавок.

2. Водозаборный трубчатый колодец по п.1, отличающийся тем, что водоподъемная труба в верхней части снабжена шкивами с диаметрально противоположных сторон и оперта ими на трос, идущий от крюка на крышке до ворота.

3. Устройство для бурения водозаборного трубчатого колодца по п.1, включающее буровые трубы, режущий буровой наконечник, отличающееся тем, что буровой наконечник снабжен контейнером с клапаном, выполненным из легкого материала, например пластмассы, для складирования разрушенной породы, в качестве буровых труб использованы облегченные трубы, например водогазовые, а на верхнем торце буровых труб закреплен поперечный рычаг вращения.

4. Устройство для спускоподъемных операций в процессе бурения водозаборного колодца, включающее зажим буровых труб, подставку для размещения зажима, отличающееся тем, что подставка выполнена в виде оголовка скважины с проемами трапецеидальной формы на верхнем торце, а зажим выполнен из одной подвижной и одной неподвижной половинок со стягивающим болтом и радиальными рычагами, уложенных в проемы оголовка скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к водоснабжению из подземных источников.

Известно использование для водоснабжения водозаборных скважин (авт. свид. № 1211410, фиг.1, В.И.Лукьянов, 1983). Они сооружаются значительного диаметра до 300 мм для размещения в них погружных насосов и аппаратуры управления ими. Из-за большого диаметра скважин велики расходы на их сооружение, очень большая металлоемкость обсадных труб.

В сельских бытовых условиях скважины чаще неглубокие, до первого водоносного горизонта, и водопотребление ограниченное. Поэтому чаще применяют трубчатые водозаборные колодцы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является абиссинский колодец (О.Н.Долин Колодцы и скважины своими руками, 1988, рис.18 и 19). Он представляет стальную перфорированную трубу в несколько раз меньше по диаметру, чем скважина. Эта труба или забивается в грунт или устанавливается в уже готовое отверстие в грунте перфорированным участком в водоносном слое пород. С дневной поверхности эта труба вакуумируется насосом. Такой водозаборный колодец снижает расходы на его сооружение не менее чем в 10 раз. Но недостаток его заключается в малой высоте подъема воды - до 10 метров теоретически.

Задача изобретения - увеличение высоты подъема воды из водозаборного трубчатого колодца.

Технический результат достигается тем, что в трубе колодца, установленной перфорированным участком в водоносном слое пород, производят поршневание за счет силы тяжести водоподъемной трубы.

Водозаборный трубчатый колодец изображен на прилагаемом к описанию чертеже (Фиг.1).

В водозаборном трубчатом колодце 15 размещена водоподъемная труба 1, имеющая на нижнем входе нагнетательный клапан 2, а также кольцевое цилиндрическое тело 3 диаметром по обсадной трубе 4 и элементами гидравлического уплотнения по внешнему диаметру этого тела 3 в виде кольцевых канавок 5. В этом теле 3 установлен всасывающий клапан 10. На верхнем торце обсадной трубы 4 надета крышка 6, на которой размещен ворот 7, имеющий на обоих торцах ручки 8 для вращения его. Водоподъемная труба 1 подвешена на тросе 9 от ворота 7. Для центрирования водоподъемной трубы 1 в колодце и уменьшения усилия для ее подъема смонтированы два шкива 13 на диаметрально противоположных стенках трубы 1, через которые перекинуты тросы 9 от крюка 14 в крышке 6.

Водозаборный трубчатый колодец эксплуатируется следующим образом. Опускается водоподъемная труба в колодец до соприкосновения со свободной поверхностью воды.

При спуске водоподъемной трубы 1 крышка 6 сблокирована с рычагом 11 на водоподъемной трубе 1. В таком положении водоподъемная труба может находиться длительное время, так как иногда нагрузки на поверхность воды от веса водоподъемной трубы 1 без балласта может не хватать для открывания подпружиненного клапана 2. За счет приложения дополнительной нагрузки к трубе 1 мускульными усилиями или весом оператора, например, приложенных к поперечному рычагу 11 на трубе 1, давление на поверхность воды резко возрастает, открывается клапан 2 и определенная порция воды в количестве нескольких десятков литров выталкивается по трубе 1 на дневную поверхность в сборную емкость 12. После снятия нагрузки с рычага 11 подача воды прекращается и подъемная труба 1 может быть поднята в исходное положение за счет пластового давления воды или за счет ворота 7, если пластовое давление невелико. При подъеме трубы 1 воротом 7 под поршнем 3 может образоваться вакуум. При появлении вакуума открывается клапан 10 и под поршень 3 перетекает вода, находившаяся выше поршня 3, и в дальнейшем атмосферный воздух. При повторном поршневании воздух через клапан 2 может попадать в канал трубы 1 и облегчает подъем находившейся в нем воды. Таким образом можно повторять операции до подъема нужного количества воды.

Устройство для бурения трубчатого колодца

Известны буровые установки для бурения скважин (Г.Н.Одинцов, С.П.Штода, А.Л.Любарский. Самоходная буровая установка СБУ-150-ЗИВ, Госгеолиздат, 1957). При бурении для бытовых целей эти установки невыгодны, так как сильно удорожают работы. Наилучший вариант для бытовых условий если бы сооружение водозаборных колодцев производилось бы вообще без использования буровых станков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сооружение водозаборных колодцев вручную (О.Н.Долин. Сооружение колодцев и скважин своими руками, 1988, стр.26-35). Но эта технология дорога и трудоемка из-за большой металлоемкости инструмента, так как бурение рассчитано под погружные насосы. Так как в нашем сравнительно неглубоком водозаборном колодце использование погружных насосов не планируется, то диаметр колодца может быть уменьшен, а металлоемкость инструмента снижена.

Задача изобретения - уменьшить металлоемкость инструмента до величины, обеспечивающей не только ручное бурение, но и ручные спуско-подъемные операции, не требующие применения подъемных механизмов и буровых вышек.

Технический результат достигается тем, что в качестве буровых труб используются облегченные, например, водогазовые трубы с замками, имеющими быстроразворачивающиеся конические резьбы, а буровой наконечник выполнен в виде накладных режущих пластин с контейнером для буровой мелочи из легкого материала, например, пластмассы, и снабженного клапаном, предотвращающим потери мелочи при подъемных операциях.

Буровой инструмент показан на прилагаемом к описанию чертеже (Фиг.2).

Буровой инструмент включает буровые трубы 16 с поперечным рычагом 17 на их верхнем торце, режущий буровой наконечник 18 с накладными режущими пластинами 19, контейнером 20 для складирования разрушенной породы, имеющим клапан 21, короткие концы которого стянуты пружиной 22. Бурильные трубы 16 соединяются буровыми замками 23, имеющими быстроразворачивающиеся конические резьбы. С контейнером 5 бурильные трубы 16 связаны обоймой 24.

Бурение скважины под трубчатый колодец производится следующим образом. Собирается буровая колонна, включающая буровой наконечник 18 с контейнером 20, буровые трубы 16 и верхний патрубок буровых труб с рычагом для вращения 17. Затем бурильщик руками вращает всю буровую колонну. При этом вращается и буровой наконечник 18, срезая слой плотных отложений. Буровой наконечник опускается, а разрушенная порода по наклонной поверхности резца проталкивается в контейнер 20. По мере загрузки контейнера порода давит на длинные створки клапана 6 и закрывает клапан. Замерив глубину погружения буровой колонны, можно судить о степени наполнения контейнера После заполнения контейнера разрушенной породой принимается решение о подъеме буровой колонны и выгрузке разрушенной породы из контейнера. При бурении до глубины 15 м подъем и спуск буровой колонны производится вручную без каких-либо подъемных приспособлений. Лишь для свинчивания и развинчивания труб буровая колонна может временно устанавливаться на подставку. При бурении на большую глубину диаметр бурильных труб может увеличиваться с 20 мм до 25 мм для увеличения жесткости колонны и предотвращения скручивания при вращении. При глубине бурения более 15 м используются приспособления для спуско-подъемных операций.

Устройство для спуско-подъемных операций с буровой колонной

Устройство для спуско-подъемных операций с буровой колонной в буровых установках включает буровую вышку или мачту, лебедку, приводной двигатель и вспомогательный инструмент для свинчивания и развинчивания буровых труб. (Г.Н.Одинцов, С.П.Штода, А.Л.Любарский. Самоходная буровая установка СБУ-150-ЗИВ, стр.7-21, Госгеолиздат, 1957). Но для неглубоких скважин это дорогой и избыточный набор оборудования.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому эффекту является набор оборудования при ручном бурении скважин (О.Н.Долин. Колодцы и скважины своими руками, стр.34, 1988). При бурении скважин вручную для спуско-подъемных операций используют ворот или ручную лебедку, буровую вышку и вспомогательный инструмент.

При сооружении водозаборных колодцев малого диаметра, как в нашем случае, необходимость в лебедке и буровой вышке отпадает вследствие малого веса буровой колонны и ограниченной глубины водозаборного колодца в несколько десятков метров. Используется только зажим для штанги и подставка для него, изображенные на чертеже (Фиг.3).

Устройство для спуско-подъемных операций с буровой колонной содержит подставку 25, выполненную в виде оголовка скважины с широким фланцем 33 и проемами 34 трапецеидальной формы на верхнем ее торце, зажим 26, выполненный в виде рамки 27 с радиальными рычагами 28. Рамка 27 представляет собою две половинки зажима, одна из которых 29 неподвижная, а вторая 30 подвижная, на шарнире 31. Обе половинки зажима соединены стяжным болтом 32. Стенки проемов 34 имеют уклон к вертикали, от чего нижнее основание трапеции меньше, чем верхнее. Поэтому при установке зажима 26 в проем 34 половинки зажима, скользя по наклонной стенке проема 34, смыкаются плотно на буровой трубе. Стяжной болт 32 используется только при подъеме и спуске колонны буровых труб длиннее 15 20 метров.

Спуско-подъемные операции производятся следующим образом. После прекращения бурения в связи с наполнением контейнера 20 бурового наконечника разрушенной породой приступают к подъему буровой колонны. Для этого зажим 26 надевают на буровую трубу и укладывают его в проем 34 подставки 25, закручивают стяжной болт 32. Отвинчивают верхнюю трубу выше зажима 26 и руками за рычаги 28 поднимают всю колонну до тех пор, пока следующий буровой замок не выйдет из скважины. При этом вся колонна висит на зажиме 26, опираясь торцом верхнего бурового замка. Под нижний буровой замок подводят второй зажим и укладывают его на подставку 25 в проем 34. Опускают колонну на второй зажим, а первый снимают с трубы. Буровую трубу отворачивают и устанавливают или укладывают на складе. После этого за рычаги 28 поднимают руками колонну труб, пока из скважины не выйдет третий буровой замок. И таким образом продолжают до тех пор, пока вся колонна не будет поднята из скважины.

Спуск буровой колонны производят в обратной последовательности.