CS233192B1

CS233192B1 - Spherical probe for underground water level electrical measuring in oblique hydrogelogical and drainage bore holes

Info

Publication number: CS233192B1
Application number: CS770983A
Authority: CS
Inventors: Karel Haas; Jana Kohoutova
Original assignee: Karel Haas; Jana Kohoutova
Priority date: 1983-10-20
Filing date: 1983-10-20
Publication date: 1985-02-14

Abstract

Vynález se týká kulové sondy pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody v Šikmých, tj. ukloněných a zpravidla zapálených*průzkumných hydrogeologických a odvodňovacích vrtech, které svírají s horizontální rovinou úhel 20° až 80 . Tvar sondy a zabudová- , ni snímacích elektrod na minimum snižuje tření sondy o paž nice při jejím zapouštění a vytahování v ukloněném vrtu, přičemž je spolehlivě zajištěn nátok ‘ vody k snímacím elektrádm při dosaženi hladiny vody ve vrtu. Kulová sonda sestává z kulové části vyrobené z nerezavějícího kovového materiálu, která má ve svislé ose nátokový otvor kruhového průřezu provedený jako hladký vývrt a v podélné ose má vývrt kruhového průřezu rozSířený na vnějSich stranách kulové části do lůžek axiálních čepů, ve kterých jsou v kluzných ložiskáoh uloženy axiální čepy z nevodivého materiálu se zabudovanými měděnými elektrodami a do lůžek vyvrtaných v axiálních čepech jsou zaústěny koncovky unáSeoího třmenu spojené s axiálními čepy závitovým spojem. Uvnitř dutého unášecího třmenu jsou vedeny izolované vodiče elektrického proudu připojené k měděným elektrodám.The invention relates to a spherical probe for electric level measurement underground water in Slants, ie bowed and usually explored * exploratory hydrogeological and drainage boreholes, with a horizontal plane 20 ° to 80 °. Probe and Built-in Shape , it reduces the sensing electrodes to a minimum rubbing the probe against the arm while it is being recessed and hauling in an inclined borehole while the inlet is reliably secured K water to the sensing electrodes when reached water levels in the borehole. Ball probe consists made of spherical parts made of stainless steel the metal material it has a circular inlet in the vertical axis cross-section made as a smooth bore a in the longitudinal axis, the bore has a circular cross-section expanded on the outside of the spherical parts into axial pin beds, h which are stored in the plain bearings axial pins of non-conductive material with built-in copper electrodes a into beds drilled in axial pins are the ends of the carrier yoke connected to the axial pins by a threaded connection. They are inside the hollow carrier yoke insulated electrical conductors current connected to the copper electrodes.

Description

(54) Kulová sonda pro elektrická měření úrovně hladiny podzemní vody v Šikmých hydrogeologických a odvodňovacích vrtech(54) Spherical probe for electrical groundwater level measurements in Oblique hydrogeological and drainage wells

Vynález se týká kulové sondy pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody v Šikmých, tj. ukloněných a zpravidla zapálených*průzkumných hydrogeologických a odvodňovacích vrtech, které svírají s horizontální rovinou úhel 20° až 80 . Tvar sondy a zabudová, ni snímacích elektrod na minimum snižuje tření sondy o paž nice při jejím zapouštění a vytahování v ukloněném vrtu, přičemž je spolehlivě zajištěn nátok ‘ vody k snímacím elektrádm při dosaženi hladiny vody ve vrtu. Kulová sonda sestává z kulové části vyrobené z nerezavějícího kovového materiálu, která má ve svislé ose nátokový otvor kruhového průřezu provedený jako hladký vývrt a v podélné ose má vývrt kruhového průřezu rozSířený na vnějSich stranách kulové části do lůžek axiálních čepů, ve kterých jsou v kluzných ložiskáoh uloženy axiální čepy z nevodivého materiálu se zabudovanými měděnými elektrodami a do lůžek vyvrtaných v axiálních čepech jsou zaústěny koncovky unáSeoího třmenu spojené s axiálními čepy závitovým spojem. Uvnitř dutého unášecího třmenu jsou vedeny izolované vodiče elektrického proudu připojené k měděným elektrodám.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a spherical probe for the electrical measurement of groundwater level in oblique, i.e. inclined and generally ignited, exploratory hydrogeological and drainage wells which form an angle of 20 ° to 80 with the horizontal plane. The shape of the probe and the built-in sensing electrodes minimize the friction of the probe against the casing during insertion and withdrawal in an inclined borehole while reliably securing the inlet of water to the sensing electrodes when the borehole water level is reached. The spherical probe consists of a spherical part made of stainless steel, which has a circular inlet in the vertical axis as a smooth bore and a longitudinal axis has a circular bore extending on the outer sides of the spherical part into the axial journals in which they are sliding bearings axial pins of non-conductive material with built-in copper electrodes are placed in the bearings drilled in the axial pins and the ends of the yoke are connected to the axial pins by a threaded connection. Insulated electrical conductors connected to the copper electrodes are routed inside the hollow driving yoke.

-1233 192-1233 192

Vynález se týká kulové sondy pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody v šikmých, tj. ukloněných a zpravidla zapařených průzkumných hydrogeologických a odvodňovacích vrtech, které svírají s horizontální rovinou úhel 20° až 80°.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a spherical probe for the electrical measurement of groundwater level in oblique, i.e. inclined and generally vaporized exploratory hydrogeological and drainage wells which form an angle of 20 ° to 80 ° with the horizontal plane.

Dosavadní přístroje pro měření úrovně hladiny vody v průzkumných hydrogeologických a odvodňovacích vrtech lze rozdělit do několika skupin.Existing instruments for measuring the water level in exploratory hydrogeological and drainage wells can be divided into several groups.

Vodoměrné píšlaly jsou v podstatě píš£aly válcovitého tvaru o průměru zpravidla 20 až 30 mm, vyrobené z kovových i nekovových materiálů. Zapouštějí se do vrtů na cejchovaném lanku nebo pásmu. Po dosažení úrovně hladiny ve vrtech vydávají zvukový signál, který se registruje pouze sluchem a hloubka hladiny se odečítá na cejchovaném pásmu nebo lanku. Jsou vhodné pro měření hloubky hladiny v mělkých vertikálních vrtech do 50 m. Při zapouštění do šikmých vrtů vzniká značný odpor třením pišíaly a lanka o pažnici, což má za následek obtíže a chyby při měření. Světelné hladimoměry jsou v podstatě válcovité sondy zapouštěné do vrtů rovněž na cejchovaném lanku nebo pásmu. V sondě je zabudován zdroj elektrické energie, spínací plovákové zařízení a žárovka, která se ve vrtu rozsvítí v okamžiku, kdy se sonda Částečně ponoří pod hladinu a plováček uvnitř sondy spojí příslušný elektrický obvod. Tímto světelným signálem je signalizována úroveň hladiny, její hloubka se odečítá na cejchovaném pásmu nebo lanku. Tato měřidla jsou vhodná pro vertikální vrty. V přípádě šikmých vrtů rovněž neodstranují nepříznivé působení tření měřicí sondy a lanka o pažnice nehledě na to, že u zakřivených šikmých vrtů je světelný signál měřidla obtížně pozorovatelný. Plovákové hladinoměry a limnigrafy jsou založeny na tom principu, že úroveň hladiny ve vrtech se snímá plovákem, zavěšeným na '1233 192 nosném lanku. Pohyb plováku se přenáší lankem na povrch, kde se převádí mechanickým, případně elektromechanickým zařízením na grafický, případně numerický výstup měření. Jde o zařízení vhodná pro vertikální vrty. Zapuštění plováku a jeho pohyb v šikmém vrtu však vede k těžkostem a nepřesnostem měření v důsledku tření plováku a lanka o pažnice. Komplikace vznikají zejména v místech pažnicových spojů.The water-metered pistols are essentially cylindrical-shaped, generally 20 to 30 mm, made of metal and non-metal materials. They are embedded in wells on a calibrated cable or zone. When the level in the boreholes is reached, they emit an audible signal that is only registered by hearing and the depth is read on the calibrated band or cable. They are suitable for level measurement in shallow vertical wells up to 50 m. When sinking into oblique wells, considerable resistance is created by friction of the piston and the casing on the casing, resulting in measurement difficulties and errors. Light level meters are essentially cylindrical probes embedded in wells also on a calibrated cable or band. The probe has a built-in power supply, a float switch and a bulb that lights up in the well when the probe is partially submerged and the float inside the probe connects the electrical circuit. This light signal indicates the level level, its depth is read on the calibrated band or cable. These meters are suitable for vertical boreholes. In the case of inclined boreholes, they also do not remove the unfavorable effect of the measuring probe and the cable against the casing, despite the fact that in the case of curved inclined boreholes the light signal of the meter is difficult to observe. Float level gauges and limnigraphs are based on the principle that the level in the boreholes is sensed by a float suspended on a '1233 192 carrier cable. The movement of the float is transmitted by a cable to the surface, where it is converted by a mechanical or electromechanical device to a graphical or numerical output of the measurement. They are suitable for vertical drilling. However, the embedding of the float and its movement in the inclined borehole leads to measurement difficulties and inaccuracies due to friction of the float and the cable against the casing. Complications arise especially in the case of casing joints.

Dále se pro měření úrovně hladiny vody ve vrtech používají elektrické a tlakové hladinoměry. V těchto případech se snímá úroveň hladiny vody ve vrtech sondou, zapuštěnou do vrtu na elektrickém vodiči. Hladinoměry tohoto typu jsou vhodné a spolehlivé pro měření úrovně hladiny ve vertikálních a mírně ukloněných vrtech i ve velkých hloubkách. V šikmých vrtech svírajících s horizontální rovinou úhly 20° až 40° však vznikají obtíže se zapuštěním a vytahováním sondy, protože tření sondy a kabelu o pažnice a pažnicové spoje komplikují posunování sondy ve vrtu. V těch případech, kdy po pažnicích uvnitř vrtu stéká voda, prosakující například do šikmého vrtu závitovým spojem z kvartérního pokryvu při povrchu terénu, mohou elektrické hladinoměry registrovat zce la klamnou úroveň hladiny.In addition, electrical and pressure level gauges are used to measure the water level in the wells. In these cases, the water level in the wells is sensed by a probe embedded in the well on the electrical conductor. Level gauges of this type are suitable and reliable for level measurement in vertical and slightly inclined boreholes even at great depths. However, oblique wells forming angles of 20 ° to 40 ° with the horizontal plane create difficulties in embedding and pulling out the probe, since friction of the probe and cable against the casing and the casing joints complicate the displacement of the probe in the well. In those cases where water is leaking down the casing inside the borehole, leaking into the borehole, for example, through a threaded joint from a quaternary cover at the ground surface, electrical level gauges can register a completely deceptive level.

livedené nedostatky odstraňuje kulová sonda pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody v šikmých hydrogeologických a odvodňovacích vrtech podle vynálezu, jejíž podstatou je, že se stává z kulové části vyrobené z nerezavějícího kovového materiálu, který má ve svislé ose nátokový otvor kruhového průřezu provedený jako hladký vývrt a v podélné ose má vývrt kruhového průřezu rozšířený na vnějších stranách kulové části do lůžek axiálních čepů, ve kterých jsou v kluzných ložiskách uloženy axiální cepy z nevodivého materiálu se zabudovanými měděnými elektrodami Do lůžek vyvrtaných v axiálních čepech jsou zaústěny koncovky unášecího třmenu spojené s axiálními čepy závitovým spojem. Uvnitř dutého unášecího třmenu jsou vedeny izolované vodiče elek trického proudu připojené k měděným elektrodám.This problem is remedied by a spherical probe for the electrical measurement of the groundwater level in the inclined hydrogeological and drainage wells according to the invention, which is based on a spherical part made of a stainless steel material having a vertical bore inlet as a smooth bore and in the longitudinal axis, the bore of circular cross-section extends on the outer sides of the spherical part into the axial journal seats, in which sliding bearings are fitted with non-conductive axial studs with built-in copper electrodes. threaded joint. Insulated electrical conductors connected to the copper electrodes are routed inside the hollow driving yoke.

Axiální čep sestává z hlavy zakončené dosedacím čelem a v podélné ose je v axiálním čepu vyvrtáno lůžko koncovky unášecího třmenu, které přechází v kanálek zakončený lůžkem elektrody, ve kterém je zapuštěna a zatmelena měděná elektroda.The axial pin consists of a head ending with an abutment face, and in the longitudinal axis in the axial pin a bore of the driving yoke ending is drilled, which passes into a channel terminated by an electrode bed in which the copper electrode is embedded and sealed.

233 192233 192

Dalším znakem vynálezu je, že unášecí třmen tvoří dvě duté trubice z nerezavějícího kovu sevřené přesuvnou objímkou, ve které se spojují vodiče elektrického proudu v cejchovaný dvoupramenný elektrický vodič, jehož povnost je zvýšena ocelovým vláknem·A further feature of the invention is that the driving yoke consists of two hollow stainless steel tubes clamped by a sleeve in which the electrical conductors are connected in a calibrated double-stranded electrical conductor, the strength of which is increased by steel fiber.

Kulová sonda pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody v šikmých hydrogeologických a odvodňovacích vrtech podle vynálezu s pohyblivým kulovým prvkem uloženým v kluzných ložiskách, odstraňuje nepříznivé třecí síly, které vznikají při zapouštění válcovitých měřicích sond dosavadních konstrukcí do šikmých vrtů. Zapouštění a vytahování kulové sondy pro elektrické měření hladiny podzemní vody podle vynálezu do šikmých vrtů je plynulé.The spherical probe for the electrical measurement of the groundwater level in the inclined hydrogeological and drainage wells according to the invention with a movable spherical element housed in plain bearings eliminates the unfavorable frictional forces generated by the embedding of cylindrical measuring probes of the prior art into oblique wells. The insertion and withdrawal of the spherical probe for the electrical measurement of the groundwater level according to the invention into oblique wells is continuous.

V ukloněném vrtu sonda bez obtíží překonává též pažnicové spoje. Umístění nátokpvého otvoru k elektrodám v kulové části sondy výrazně snižuje možnost chybného měření úrovně hladiny vody v případech, kdy voda prosakuje do vrtu pažnicovými spoji nebo filtrem nad ustálenou hladinou podzemní vody a stéká po pažnicích k ustálené hladině. Sonda jedobře použitelná i pro měření hladiny ve vertikálních vrtech a má tak universální využití.In an inclined borehole, the probe easily overcomes the casing joints. Placing the inlet hole to the electrodes in the spherical part of the probe significantly reduces the possibility of erroneous water level measurement when water leaks into the well through casing joints or a filter above a steady groundwater level and flows down the casing to a steady level. The probe is also easy to use for level measurement in vertical wells and has a versatile use.

Příklad provedení kulové sondy pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody v šikmých hydrogeologických a odvodňovacích vrtech podle vynálezu je znázorněn na připojených výkresech, kde na obr. 1 je řez sondou, vedený středem kulové části, na obr. 2 je detail zabudování elektrody v čepu sondy a na obr. 3 je zobrazeno zapouštění kulové sondy do šikmého vrtu pomocí vrátku a pomocné kladky upnuté na pažnicích.An exemplary embodiment of a spherical probe for the electrical measurement of groundwater level in inclined hydrogeological and drainage wells according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a cross-section of the probe through the center of the spherical portion; and Fig. 3 shows the insertion of a spherical probe into an inclined borehole by means of a winch and an auxiliary pulley clamped on the casing.

Kulová sondy 21 pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody v šikmých vrtech se skládá z kulové části JL, z dvojice lůžek 10 axiálních čepů 2 vyvrtaných v kulové části 1 v podélné ose procházející středem kulové části JL, z dvojice axiálních čepů 2 uložených v lůžkách 10 axiálních čepů 2 v kluzných ložiskách 6, z dvojice elektrod JJ připojených k vodičům jí elektrického proudu, které procházejí dutým unášecím třmenem 4 a dále navazují na cejchovaný dvoupramenný elektrický vodič 9 s ocelovým vláknem, z přesuvné objímky 8, z nátokového otvoru 2 k elektrodám 3, který je vyvrtán jako hladký vývrt v kulové části 1 ve vertikální ose procházející středem kulové části JL.A spherical probe 21 for electrically measuring the groundwater level in oblique wells comprises a spherical portion 11, a pair of seats 10 of axial journals 2 drilled in a spherical portion 1 along a longitudinal axis passing through the center of the spherical portion 11. axial journals 2 in plain bearings 6, of a pair of electrodes 11 connected to electric current conductors, which pass through a hollow driving yoke 4 and further connect to the calibrated two-strand steel-fiber electric conductor 9, from the sleeve 8, from the inlet opening 2 to the electrodes 3 , which is drilled as a smooth bore in the spherical portion 1 in a vertical axis passing through the center of the spherical portion 11.

ty ' 233 192ty '233 192

Axiální čep 2 je tvořen hlavou čepu 13 s dosedacím čelem 17·The axial pin 2 is formed by a pin head 13 with a bearing face 17.

V axiálním čepu 2 je vyvrtáno lůžko 12 pro připojení koncovky 15 unášecího třmene 4 závitovým spojem 14, kanálek 11 pro vedení vodiče 5 elektrického proudu a lůžko 16 elektrody 3.In the axial pin 2 a bore 12 is drilled for connecting the end 15 of the driving yoke 4 with a threaded connection 14, a channel 11 for guiding the electric conductor 5 and a bore 16 of the electrode 3.

Kulová část 1 sondy 21 je vyrobena z kovového nerezavějícího materiálu, aby měla potřebnou hmotnost, axiální čepy 2 jsou vyrobeny z elektricky nevodivého materiálu, aby byly spolehlivě odizolovány od kulové části £ a unášecího třmene 4, který je včetně přesuvné objímky 8 vyroben z kovového nerezavějícího materiálu. Elektrody 3 jsou vyrobeny z mědi a jsou zatmeleny v lůžkách 16 v axiálních čepech 2. Vodič 5 elektrického proudu a dvoupramenný elektrický vodič 9 jsou izolovány běžnou izolací· Dvoupramenný elektrický vodič 9 je cejchován značkami po pěti metrech.The spherical part 1 of the probe 21 is made of a stainless steel material to have the necessary weight, the axial pins 2 are made of an electrically non-conductive material to be reliably insulated from the spherical part 6 and the driving yoke 4 which is made of a stainless steel material. The electrodes 3 are made of copper and are sealed in the seats 16 in the axial pins 2. The electric conductor 5 and the double-stranded electric conductor 9 are insulated by conventional insulation. The double-stranded electric conductor 9 is calibrated with marks of five meters each.

Axiální čepy 2, kluzná ložiska 6 a unášeči třmen 4 umožňují snadné otáčení kulové části £ kolem axiálních čepů 2. Nátokový otvor £ umožňuje proudění vody do kulové části £ k elektrodám 3 při ponoření sondy 21 pod hladinu podzemní vody v šikmém vrtu· Vodiče 5 elektrického proudu a dvoupramenný elektrický vodič 9 umožňující přenos změny elektrického odporu mezi elektrodami £ k měřicímu přístroji při ponoření sondy 21 pod hladinu. Cejchování na dvoupramenném elektrickém vodiči 9 umožňuje odečíst hloubku hladiny vody v šikmém vrtu.Axial pins 2, plain bearings 6 and yoke grippers 4 allow easy rotation of the spherical portion 6 around the axial pins 2. The inlet opening 4 allows water to flow into the spherical portion 6 to the electrodes 3 when the probe 21 is submerged in ground borehole. current and a double-stranded electric conductor 9 allowing the transfer of the change in electrical resistance between the electrodes 6 to the meter when the probe 21 is submerged. Calibration on the double-stranded electric conductor 9 makes it possible to read the depth of the water level in an inclined borehole.

Sonda 21 se při měření hladiny zapouští do vrtu na dvoupramenném elektrickém vodiči 9 s ocelovým nosným vláknem obvyklé konstrukce malým vrátkem 18 přes pomocnou kladku £9, aby se maximálně snížilo tření dvoupramenného elektrického vodiče 9 o pažnice 20 šikmého vrtu. Při pohybu sondy 21 v šikmém vrtu se kulová část £ otáčí po spodní části pažnice 20. Jakmile se sonda 21 ponoří pod hladinu vody tak, že voda pronikne nátokovým otvorem £ k elektrodám 3, uzavře se díky přirozené vodivosti podzemní vody elektrický obvod mezi elektrickým měřicím přístrojem, například miliohmetrem, zdrojem stejnosměrného proudu nízkého napětí a elektrodami £ a měřicí přístroj zaznamená výchylku, která signalizuje, že sonda 21 dosáhla úrovně hladiny vody. Hloubka hladiny se v tomto okamžiku odečte na cejchovaném dvoupramenném elektrickém vodiči 9.During level measurement, the probe 21 is embedded in a borehole on a double-stranded steel conductor 9 of conventional construction with a small winch 18 via an auxiliary pulley 39 to minimize friction of the double-stranded electrical conductor 9 on the inclined bore casing 20. As the probe 21 moves in an inclined borehole, the spherical portion 6 rotates along the lower casing 20. As soon as the probe 21 is submerged under water so that the water penetrates the inlet opening 6 to the electrodes 3, the electrical circuit between the electrical metering by means of a millimeter, a low voltage direct current source and electrodes 6, and the meter detects a deflection indicating that the probe 21 has reached the water level. The water level is read at the moment on the calibrated two-wire electric conductor 9.

233 192233 192

Vrátek 18 pro zapuštění sondy 21 do vrtu, pomocná kladka 19, elektrický měřicí přístroj včetně zdroje elektrického proudu a zapojení, cejchovaný dvoupramenný elektrický vodič 9 s nosným oce lovým vláknem jsou obvyklá zařízení, která nejsou předmětem vynálezu.The gate 18 for embedding the probe 21 in the borehole, the auxiliary pulley 19, the electrical measuring instrument including the power supply and the wiring, the calibrated two-strand electrical wire 9 carrying the steel fiber are conventional devices which are not subject of the invention.

Rozměry sondy 21 je potřebné přizpůsobit vnitřnímu průměru pažnic 20.The dimensions of the probe 21 need to be adapted to the inner diameter of the casing 20.

Kulovou sondu pro elektrické měření úrovně hladiny podzemní vody je možno použít kromě měření v šikmých hydrogeologických a odvodňovéicích vrtech rovněž pro sledování úrovně hladiny ve verti kálních vrtech všech typů. Využití sondy je univerzální.In addition to measurements in inclined hydrogeological and drainage wells, a spherical probe for electrical groundwater level measurement can also be used to monitor level levels in vertical wells of all types. The use of the probe is universal.

P-ŽEDMĚTP-SEVEN

233 192 '233 192 '

Claims

OF THE INVENTION

A spherical probe for the electrical measurement of groundwater level in inclined hydrogeological and drainage wells, characterized in that it consists of a spherical part (1) made of a stainless steel material having a vertical inlet opening (7) of circular cross section made smooth the bore and the longitudinal axis has a circular cross-section bore extended on the outer sides of the spherical part (1) into the seats (10) of the axial pins (2), in which the non-conductive axial pins (2) electrodes (3) and into the bores (12) drilled in the axial pins (2) are connected the end pieces (15) of the driving yoke (4) connected to the axial pins (2) by a threaded connection (14) and guided inside the hollow driving yoke (4) insulated conductors (5) connected to copper electrodes (3) ·

Spherical probe according to claim 1, characterized in that the axial bolt (2) consists of a head (13) terminated by an abutment face (17) and a seat (12) of the follower clamp (15) is drilled in the longitudinal axis (4) which passes into a channel (11) terminating in an electrode seat (16) (16) in which the copper electrode (3) is embedded and cemented.

The spherical probe according to claim 1, characterized in that the carrier yoke (4) is formed by two hollow stainless steel tubes clamped by a sleeve (8) in which the electrical conductors (5) are connected to a calibrated two-stranded electrical conductor (9). strength is increased by steel fiber ·