способ восстановления водозаборной скважины подземного сооружения

Формула изобретения

Способ восстановления водозаборной скважины подземного сооружения, включающий установку новой обсадной колонны труб внутрь старой колонны, герметизацию межтрубного пространства цементным раствором и герметизацию оголовка скважины, отличающийся тем, что перед выполнением указанных операций непосредственно из подземного сооружения рядом с обсадной колонной аварийной скважины бурят, не доходя до водоносного горизонта, новую скважину, после чего подают в эту скважину криогенную жидкость, преимущественно жидкий азот, под действием отрицательной температуры которого воду на уровне верхней части фильтра аварийной скважины замораживают и создают ледяную пробку, после установки новой колонны обсадных труб, герметизации межтрубного пространства и оголовка скважины удаляют ледяную пробку из фильтра скважины путем естественного размораживания или путем подачи в новую скважину вместо криогенной жидкости горячей воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к восстановлению водозаборных скважин, расположенных в подземных сооружениях типа метро и потерявших герметичность в связи с коррозией обсадных труб.

Известны способы восстановления водозаборных скважин, включающие смену обсадных колонн и цементационные работы [1, 2].

Основным недостатком известных способов является их низкая эффективность в условиях применения этих способов в подземных сооружениях из-за необходимости проведения объемных водопонизительных работ, с целью недопущения затопления подземного сооружения дренажными (подземными) водами. При этом для осуществления водопонижения подземных вод на поверхности Земли потребуется строительство специальных водопонизительных скважин, что связано не только дополнительными капитальными затратами, но иногда с невозможностью создания таких скважин, например, если подземный объект находится под плотной городской застройкой.

Кроме того, удаление коррозионной колонны труб является довольно сложной ремонтной работой, причем не всегда дающей положительные результаты [1].

Наиболее близким решением к данному изобретению является способ восстановления водозаборных скважин, включающий установку новой обсадной колонны труб внутрь старой колонны, герметизацию межтрубного пространства цементным раствором. При этом изолируют эксплуатируемый водоносный горизонт от попадания туда цементного раствора с помощью временной песчаной пробки [1, рис. 40, стр. 126].

Данное техническое решение значительно сокращает сроки и упрощает работы по капитальному ремонту скважины, однако это решение не снимает сопутствующую ремонтным работам проблему водопонижения подземных вод до отметки, по крайней мере, не выше, чем отметка посадки подземного сооружения.

В противном случае имеется реальная опасность гибели подземного сооружения в результате затопления его подземными водами через разгерметизированную в процессе капитального ремонте водозаборную скважину.

Таким образом, к существенными недостатками выбранного прототипа следует отнести прежде всего опасность его применения для подземного сооружения, например в случае внезапного отказа системы водоотлива, необходимость бурения специальных водопонизительных скважин, необходимость значительных энергетических затрат на откачку воды из водопонизительных скважин.

Задача, решаемая изобретением, - обеспечение безопасности при капитальном ремонте водозаборных скважин подземных сооружений, исключение необходимости водопонизительных работ и соответственно исключение затрат на строительство и эксплуатацию водопонизительных скважин.

Для решения поставленной задачи предлагается способ восстановления водозаборной скважины подземного сооружения, осуществляемый следующим образом.

Перед разгерметизацией аварийной скважины и опусканием в нее новой колонны обсадных труб ее герметизируют путем замораживания верхней части фильтра этой скважины. Для этого непосредственно из подземного сооружения рядом с обсадной колонной аварийной скважины бурят, не доходя до водоносного горизонта, новую скважину небольшого диаметра (50-100 мм), после чего подают в эту скважину криогенную жидкость, преимущественно жидкий азот, температура кипения которого составляет около минус 196^oC, под действием низкой отрицательной температуры вода на уровне верхней части фильтра аварийной скважины замерзает и превращается в ледяную пробку, преграждая путь движению подземных вод по обсадной колонне этой скважины. После этого аварийную скважину разгерметизируют, внутрь изношенной колонны опускают новую колонну обсадных труб меньшего диаметра, а межтрубное пространство между старой и новой колоннами обсадных труб герметизируют путем нагнетания в это пространство цементного раствора. Далее оголовок новой колонны обсадных труб герметизируют, после этого удаляют ледяную пробку из фильтра скважины путем естественного размораживания или путем подачи в новую скважину вместо криогенной жидкости горячей воды.

Новым в заявляемом способе является применение операции замораживания грунта и воды на уровне верхней части фильтра аварийной скважины, что позволяет разгерметизировать оголовок этой скважины без снижения динамического уровня воды в подземном водоносном горизонте, питающем данную скважину, и обеспечивает ее безопасный ремонт известными способами без угрозы затопления подземного сооружения.

Указанный новый признак не выявлен из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Реализация предложенного способа поясняется чертежом, где изображено подземное сооружение 1 и расположенные в этом сооружении водозаборная (подлежащая восстановлению) скважина, которая состоит из герметичного оголовка 2, колонны обсадных труб 3 и фильтра 4, опущенного в подземный водоносный горизонт 5, а также новая скважина 6, забой которой расположен в зоне промерзания грунта 7. Внутри старой обсадной колонны 3 расположена новая колонна обсадных труб 8, имеющая в верхней части герметичный оголовок 9. Пространство между старой и новой колоннами обсадных труб заполнено цементным раствором 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед началом ремонтных работ по восстановлению аварийной скважины непосредственно из подземного сооружения 1 рядом с обсадной колонной 3 аварийной скважины бурят, не доходя до водоносного горизонта 5, новую скважину 6 небольшого диаметра (50-100 мм).

После этого подают в скважину 6 жидкий азот, температура кипения которого составляет около минус 196^oC, под действием низкой отрицательной температуры грунт и вода на уровне верхней части фильтра (зона 7) аварийной скважины замерзает, образуя в верхней части фильтра 4 ледяную пробку, преграждая тем самым путь движения подземных вод по обсадной колонне 3 из водоносного горизонта 5 к оголовку скважины 2. После этого оголовок аварийной скважины 2 разгерметизируют, во внутрь изношенной колонны опускают новую колонну обсадных труб меньшего диаметра 8, а межтрубное пространство между старой и новой колоннами обсадных труб герметизируют путем нагнетания в это пространство цементного раствора 10. Далее оголовок 9 новой колонны обсадных труб 8 герметизируют, после этого удаляют ледяную пробку из фильтра скважины 4 путем естественного размораживания за счет теплоты Земли или путем подачи в новую скважину 6 вместо криогенной жидкости горячей воды.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критерию "промышленная применимость".

Предлагаемое техническое решение обеспечивает безопасность (исключение затопление) уникальных подземных сооружений типа метро при капитальном ремонте водозаборных скважин этих сооружений, кроме того оно существенно сокращает затраты на эту операцию.

Список источников:

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

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