NO174596B - Uttak av vannproever fra en broenn under boring - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en innretning for fremstilling av vannprøver under boringen av borehull, nærmere bestemt slik som angitt i innledningen til det etterfølgende patentkrav 1.

Ifølge oppfinnelsens fremgangsmåte opptas vannprøver fra f.eks. forurenset grunn, idet vannprøvene tas fra vann-førende lag i grunnen og som støtes på under boringen av et borehull. Vannprøvene som tas opp for undersøkelse må være mest mulig fri for iblandinger som kan forårsakes under opp-pumpingen gjennom borestrengen og ved passasje av ringrommet rundt denne. Med en gang vannet forlater de vannførende lag i grunnen vil iblandinger kunne tilkomme som følge av partikler fra borehullets gjennomspyling under boringen, og disse vil da stamme fra den omliggende formasjon eller fra allerede gjennomborede vannførende lag som f.eks. inneholder forurens-ende stoffer eller i allefall har en annen sammensetning enn den vannprøve som skal opptas lenger nede. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør at man unngår feilmålinger som skyldes iblanding av annet vann eller partikler fra andre om-råder enn fra det område hvor vannprøven skal tas, hvorved man får et korrekt mål for vannkvaliteten på det sted hvor prøven tas.

Dette beror hovedsakelig på det tilnærmet hulsylindriske filtersandlegeme som prøvevannet pumpes gjennom, ved at dette legeme er ført inn før hver sonde for opptak av vannprøven

nea

senkes</> i ringrommet mellom borestrengen og borehullet. Filter-, sandlegemet samler nemlig opp i sitt øvre parti som omslutter et helmantlet borerør i borestrengen, de faste bestanddeler som fremkommer ved spylingen i borehullet, hvorved filtersandlegemet tettes til og danner en naturlig ringtetning mot de vannførende lag i formasjonen, gjennom hvilke borestrengens perforeringsvektrør er ført. Av denne grunn innføres det beskrevne filtersandlegeme en viss tid før vannprøven skal tas, ved at man ifølge den foreliggende fremgangsmåte pumper ut prøvevann fra borehullet en viss tid, helt til den omtalte ringtetning har fått tid til å danne seg og klart vann kan tappes ut fra det gjennomborede vannførende lag. Filtersanden holdes under utpumpingen tilbake av borestrengen.

Fremgangsmåten er i prinsippet allerede kjent (PCT-søknad WO82/04352). Når man ifølge den kjente fremgangsmåte ønsker å undersøke flere overliggende grunnvannsforekomster i en formasjon har borestrengen i samme avstand som de vann-førende lag flere gjennomborede borerør under hvert av hvilke en avstengbar fanginnretning er anordnet, idet fanginnretningen ekspanderes ved hevingen av borestrengen og følgelig holder tilbake den anbragte filtersand slik at det ovenfor omtalte hulsylindriske filtersandlegeme kan bygges opp.

Denne kjente fremgangsmåte lar seg i regelen bare utføre med to borestrenger som vekselvis eller etter hverandre føres ned i borehullet. Den borestreng som er nødvendig for opptak av prøver er relativt komplisert oppbygget og forut-setter kjennskap til avstandene mellom de enkelte vannførende lag i formasjonen for å kunne anordne de gjennomborede eller tverrperforerte borerør i borestrengen i riktig innbyrdes avstand for fremstilling av filtersandlegemet. I alminnelighet vil man derfor ifølge denne fremgangsmåte først utføre selve brønnboringen fullstendig eller delvis og deretter føre ned en borestreng utrustet med perforerte borerør. Av organisa-sjonsmessige grunner er dette naturligvis noe uheldig og kan lett gi feilaktige måleresultater når man må bore i ukjente formasjoner og ikke vet hvor dypt boringen skal utføres for å nå ned til et antatt vannførende lag som er istand til å gi tilstrekkelig mengde vann av passende kvalitet.

Oppfinnelsen gjelder derfor oppgaven å utføre allerede kjente fremgangsmåter slik at en utskifting av borestreng mellom hvert enkelt vannprøveopptak ikke lenger er nødvendig, men hvor man likevel vil kunne ta opp korrekte vannprøver.

Denne oppgave løses ifølge oppfinnelsen ved at fremgangsmåten har de trekk som fremgår av karakteristikken i krav 1. En innretning for å utføre fremgangsmåten er videre angitt i underkravene.

Ifølge oppfinnelsen benyttes den hule borestreng selv til opptak av de vannprøver som pumpes opp fra formasjonen, i tillegg til utførelse av selve prøveboringen. Det har nemlig vist seg overraskende at det innledningsvis beskrevne hulsylindriske filtersandstopplegeme som er nødvendig for å oppnå riktige eller uforfalskede vannprøver blir øde-lagt av borehullgjennomspylingen såsnart borestrengens perforerte rør lukkes og man borer videre. På denne måte er det mulig å stanse boringen ved hvert av de nedenforliggende møtte vannførende lag, såsnart det perforerte borerør trenger inn i et slikt lag, idet man uten noen særlig fanginnretning kan føre inn filtersandlegemet, hvilket borestrengen ytterligere forenkler.

Oppfinnelsen har den fordel at man ifølge den fore-slåtte fremgangsmåte kan ta opp riktige vannprøver under selve boringen av en brønn, uten opptrekking av borestrengen. På denne måte forenkles boringen ganske vesentlig. Man kan ifølge oppfinnelsens fremgangsmåte bore brønner ned til ukjent dybde inntil man støter på et vannførende lag som kan levere vann med egnet kvalitet og mengde. Oppfinnelsens fremgangsmåte egner seg derved særlig godt for undersøkelsesmetoder for ukjente formasjoner og grunnforhold og med derved ukjente forurensensingsforhold.

Nærmere enkeltheter, ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den nå følgendé beskrivelse av to utførelsesformer av en innretning for gjennomføring av den beskrevne fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, og beskrivelsen støtter seg til de tilhørende figurer, hvor fig. 1 skjematisk og delvis i lengdesnitt viser hvordan en første utførelses-form av oppfinnelsens fremgangsmåte under boring av et borehull foregår, idet alle de elementer som ikke anses vesentlige for forståelsen er utelatt, fig. 2 viser et forstørret ut-snitt av et tverrperforert borerør ifølge oppfinnelsen, for gjennomføring av en boring ifølge fremgangsmåten, fig. 3 viser tilsvarende som fig. 2 et tverrperforert borerør for opptak av vannprøver, fig. 4 viser samme gjenstand som fig. 3, men nå i større målestokk for bedre å illustrere detaljer i det perforerte borerør, fig. 5 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsens innretning, i alt vesentlig tilsvarende fig. 1, men nå med boreverktøyet utelatt, fig. 6 viser en fanginnretning for gjenstanden ifølge fig. 5, fig. 7 viser den fanginnretning som inngår i borerøret vist på fig. 2, og fig. 8 viser en helmantlet rørinnsats^ ifølge oppfinnelsen tilsvarende et foringsrør, . og beregnet for utførelsesformen vist på

fig. 1-3.

Den boreinnretning som er vist på fig. 1 og som er innrettet for samtidig å kunne ta opp korrekte vannprøver, har generelt henvisningstallet 1 og borer her opp et borehull 2. Mellom borehullveggen 3 og borestrengen 4 dannes på sedvanlig måte et såkalt ringrom på grunn av diameterforskjellen mellom boreverktøyet 5 og borestrengen. Boreverktøyet 5 er festet nederst i borestrengen, like under et tverrperforert borerør 6 r f.eks. et vektrør.

Borerørets perforeringer 7 ligger i horisontale og vertikale rekker og går hovedsakelig radialt gjennom rørveg-gen. Et hovedsakelig hulsylindrisk filtersandlegeme 8 fyller ringrommet mellom det perforerte borerør 6 og borehullveggen 3 helt ned til bunnen av borehullet. Sandlegemet går oppover helt opp til det siste helmantlede borerør 9 i borestrengen.

I den utførelsesform som er vist på fig. 5 - 8 er

på innersiden av det perforerte borerør 6 innført en rørinn-sats 10 som holder tilbake filtersanden slik at bare fritt vann kan trenge inn fra sanden til det indre av borestrengen 4, når en pumpe (her ikke vist) fører opp vannet til overflaten.

Rørinnsatsen 10 og det perforerte borerør 6 er for-bundet med hverandre via styre- eller innrastingsbolter 11 og en holder 12 slik at det oppnås en god posisjonering av innsatsen i røret 6. I innsatsen 10 er anordnet åpninger 13,

og i det utførelseseksempel som er vist på fig. 5 finnes også langsgående spor med omkring 0,5 mm bredde slik at den grovere filtersand i filtersandlegemet 8 effektivt holdes tilbake.

I det overgangsområde 14 som ligger mellom det perforerte borerør 6 og det helmantlede rør 9 ligger en fanginnretning 15 med hvis hjelp den perforerte rørinnsats 10 igjen kan fjernes for å bringe inn den fullmantlede rørinn-sats som er vist på de etterfølgende figurer, når borearbeidet på ny skal fortsettes.

Fanginnretningen 15 har trekkbolter 16 som passer inn i utsparinger 17 i innerveggen 18 av innsatsen 10, slik at fanginnretningen 15 kan trekke opp rørinnsatsen 10 gjennom hele borestrengen 4. I den øvre ende av fanginnsatsen er det anordnet innskyvbare styrebolter 19 som på samme måte som trekkboltene 16 er fjærspente med fjærer 20, slik at boltene 19 kan beveges ut mot innsatsen 10 og gi en presis føring eller innrasting. Styreboltenes funksjon skal omtales nærmere i forbindelse med den etterfølgende figur 7.

I den nedre ende av innsatsen 10 finnes en lukke-plate 22 som tjener til å stenge det vann som skal under-søkes slik at dette ikke utilsiktet kan strømme i det indre 23 av borestrengen ved å passere forbi filtersandlegemet 8. Lukke-platen 22 tjener som en tilbakeslagsventil.

Fig. 6 viser en fanginnretning med trekkbolter 16

og innskyvbare styrebolter 19. Begge bolttyper er fjærspent med fjærer 20 som omtalt ovenfor. Boltene rager ut av sine tilhørende boringer eller innsnitt når de ikke hindres av innsatsens 10 innervegg, eventuelt av den fullmantlede innsats<1 >innervegg. I den minste trekkboltene 16 er på undersiden, dvs. den side som vender ned mot borehullets bunnområde 28 avskrådd (ved 29) slik at fanginnretningen 25 kan føres inn i den perforerte innsats 10 eller den helmantlede innsats 30, ved at boltene glir inn i sine boringer og først føres ut til innpass i utsparingene 17 i innerveggen 18 av innsatsen 10 eller 30 når dette skal skje.

Fig. 7 viser det nedre område av borestrengen 4, og det fremgår at det like over fanginnretningen 15 er innskjøvet en helmantlet rørinnsats 3 0 i det tverrperforerte borerør 6. Med innsatsen 30 lukkes altså perforeringene 7 i røret 6. Såsnart kuleboltene 24 i rørets 6 innervegg raster inn i de dertil anordnede spor 12' betyr det at innsatsen 30 med hel vegg har nådd sin foreskrevne stilling. For å sikre denne stilling presser fanginnretningen 15 de innskyvbare styrebolter 19 mot rørets kant 26 slik som vist på fig. 3. På denne måte bringes den helmantlede innsats 3 0 under alle forhold inn i sin ønskede endestilling.

Hvis så denne helveggede innsats 30 ifølge fig. 8 skal tas opp igjen senkes fanginnretningen 15 ned i innsatsen, og da med inntrukne eller innpressede styrebolter 19. Såsnart trekkboltene 16 faller inn i de dertil anordnede styrespor 25 opphører funksjonen for de innskyvbare styrebolter 19, hvilket fremgår av fig. 1. Fanginnretningen kan da trekkes opp, hvorved den tar med seg den helmantlede rørinnsats 30.

En for lang innskyvning av fanginnretningen 15, f.eks. i den helmantlede rørinnsats 30 hindres av en stopper 30 på innerveggen 32.

Kantene 33, 34 av innsatsen 30 er, slik det fremgår av fig. 7 og 8, avskrådd. Det er hensiktsmessig hvis de av-skrådde partier er motsatt utført når det dreier seg om en innretning hvor de helmantlede rørinnsatser 30 blir plassert i samme område som det overliggende helmantlede borerør 9 under vannopptaket. Ved en slik. utforming er opptaket av innsatsene 30 hhv. 10 ikke nødvendig, hvorved den perforerte innsats 10 og det tilsvarende tverrperforerte borerør 6 kan danne en enhet.

I den utførelsesform som er vist på fig. 2 er det perforerte borerør 6 skrudd sammen med det helmantlede borerør 9 i en forbindelse 35. Med en sprengring 36 holdes da et filterrør 37 i borerøret 6, idet filterrøret fortrinnsvis er av plast. Filterrøret 37 ligger an mot en indre ringflens 38

i det tverrperforerte borerør 6 og hvis innerdiameter til-svarer borestrengens. Den beskrevne anordning har fordelen av at de perforeringer 40 som svekker rørveggen 39 i det tverrperforerte borerør bare behøver utvise en relativt liten åpning for å holde svekkingen nede på et minimum. Filterrørinnsatsen i form av filterrøret 37 har derimot en forholdsvis større åpen flate som er øket såvidt mye at de opptredende krefter kan opptas, selv om filterrørets kant har de nødvendige fine spalter og derfor en relativt liten stabilitet, idet forsterk-ningen utgjøres ved at filterrøret blir liggende an mot det perforerte borerør. Fig. 2 viser den innskjøvne helveggede innsats 30 som i øvre og nedre ende har en respektive O-ringpakning 41 hhv. 42. På denne måte oppnås at borehullspylingen ikke kan slå gjennom perforeringene 40 i det tverrperforerte borerør 6 under boreoperasjonen. Fig. 3 viser derimot den innsatte perforerte rør-innsats 10, og fra figuren fremgår at også denne har en øvre og en nedre O-ringpakning 43 hhv. 44. Perforeringene 45 til-svarer i størrelse og mellomliggende flate filtersanden.

Fra fig. 4 fremgår at den innskjøvne helveggede rør-innsats 30 lukker åpningen av et tilbakéslagsventillegeme 46 som fjærspennes av en ventilfjær 47, såsnart borehullspylingen presser mot ventillegemet 46 gjennom borestrengen.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for uttak av representative vannprøver under boring av et borehull som bores ved hjelp av en hul borestreng som fører borefluid og hvis borerør består av helveggede rør med tillegg av minst ett perforert borerør, og med tillegg av filtersand gjennom hvilken vannprøven pumpes ut fra et vannførende lag som borestrengen er ført inn i under boringen, idet pumpingen skjer via det perforerte borerør som da befinner seg utenfor det vannførende lag, hvoretter det mellom det perforerte rør og det tilsluttede helveggede borerør og borehullveggen føres inn filtersand som dannes til et filter legeme, KARAKTERISERT VED at boringen av borehullet ned til et første vannførende lag utføres med lukket perforert borerør, uttak av filtersandlegemet etter den videre boring med lukket perforert borerør, inntil et andre vannførende lag støtes på, fra hvilket en andre vannprøve tas ut etter åpning av perforeringene.

2. Innretning for å utføre fremgangsmåten ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED én eller flere rørinnsatser (10, 30) i det perforerte borerør (6), idet rørinnsatsene i det minste omfatter én perforert rørinnsats (10) og en helvegget rør-innsats (30), og en fanginnretning (15) for innsetting og uttak av rørinnsatsene (10, 30) gjennom borestrengen (4) i/fra det perforerte borerør (6).

3. Innretning ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den nedre ende av det perforerte•borerør (6) har et sperreorgan (46, 47) for borestrengens (4) hulrom, og at sperreorganet holdes lukket under uttak av vannprøver.

4. Innretning ifølge ett av kravene 2 eller 3, KARAKTERISERT VED at sperreorganet er en tilbakeslagsventil (46, 47) som lukker den perforerte rørinnsats (10).

5. Innretning ifølge krav 2 og ett av kravene 3 eller 4, KARAKTERISERT VED at det i det perforerte borerør (6) er anordnet et filterrør (37) som holder tilbake filtersanden.

6. Innretning ifølge krav 2 og i det minste ett av kravene 3-5, KARAKTERISERT VED at det perforte borerørs (6) innervegg (18) er tilordnet holdere (12) for en rørinnsats (10, 30), og at holderne (12) på innersiden har utsparinger (17) tilordnet trekkbolter (16) i fanginnretningen (15).

7. Innretning ifølge krav 2 og ett eller flere av kravene 3-6, KARAKTERISERT VED at holderne (12) på perforerte borerør (6) er utformet som fjærspente kulebolter (24) og som spor (12<1>) hvilke er tilordnet innsatsene (10, 30), og at fanginnretningen (15) har fjærspente innskyvbare styrebolter (19) som samvirker med trekkboltene (16) i rørinnsatsene (10, 30) under bevegelse i forhold til rørets kant (26).

8. Innretning ifølge krav 2 og ett eller flere av kravene 3-7, KARAKTERISERT VED at trekkboltene (16) er avskrådd i den ende som vender ned mot borehullets bunnområde (28) .

9. Innretning ifølge krav 2 og ett eller flere av kravene 3-8, KARAKTERISERT VED at rørinnsatsene (10, 30) har stoppere (31) som rager ut i forhold til innerveggen (32) og er innrettet for samvirke med fanginnretningen (15).

10. Innretning ifølge krav 2 og ett eller flere av kravene 3-9, KARAKTERISERT VED at det perforerte borerørs (6) perforeringer har åpninger hvis diameter ligger mellom 8 og 31mm, og at åpningene (13) i filterrørinnsatsen har en åpningsdiameter på ca. 0,5 mm.

11. Innretning ifølge krav 2 og ett eller flere av kravene 3-10, KARAKTERISERT VED at åpningene i filterrør-innsatsen er utført som støtter hvis bredde er omkring 0,5 mm.

12. Innretning ifølge krav 2 og ett eller flere av kravene 3-11, KARAKTERISERT VED at rørinnsatsene (10, 30) er forskyvbart anordnet i borestrengen og danner en enhet.