RU2347113C1 - Water supply well - Google Patents
Water supply well Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347113C1 RU2347113C1 RU2007114656/06A RU2007114656A RU2347113C1 RU 2347113 C1 RU2347113 C1 RU 2347113C1 RU 2007114656/06 A RU2007114656/06 A RU 2007114656/06A RU 2007114656 A RU2007114656 A RU 2007114656A RU 2347113 C1 RU2347113 C1 RU 2347113C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- well
- outlet
- interval
- valve
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области водоснабжения, в частности применению кинетической энергии движущегося под действием своей силы тяжести водяного потока для осуществления подъема воды из скважины, и может быть использовано для водоснабжения удаленных от открытых водоемов систем водоснабжения водопотребителей энергодефицитных территорий, в том числе изолированных потребителей сельскохозяйственного назначения, сезонного пребывания, например пожаротушения, сборщиков дикорастущих, военных застав и др., в местностях, в которых имеются необходимые для ее работы условия.The claimed invention relates to the field of water supply, in particular the use of kinetic energy of a water flow moving under its own gravity to lift water from a well, and can be used for water supply to water supply systems of energy-deficient territories remote from open water bodies, including isolated agricultural consumers seasonal stay, such as fire fighting, wild-pickers, military outposts, etc., in areas where There are conditions necessary for its work.
Известны водовоздушные подъемники (эрлифт), применяемые в водоснабжении для подъема воды из глубинных скважин (Д.С.Циклаури. "Гидравлика, сельскохозяйственное водоснабжение и гидросиловые установки". М. Изд-во литер, по строительству. 1970, - стр.46-80 [1]). Эрлифт включает в себя воздушную и водовоздушную подъемную трубы, форсунку, приемный резервуар, компрессор и ресивер. Эрлифты характеризуются простой конструкцией, не имеющей двигающихся частей, легкостью изготовления, возможностью длительной эксплуатации без сложного ухода.Known water-air lifts (airlift) used in water supply for lifting water from deep wells (D.S. Tsiklauri. "Hydraulics, agricultural water supply and hydraulic power plants." M. Publishing House of Letters, construction. 1970, - p. 46- 80 [1]). Airlift includes air and water lift pipes, nozzle, receiving tank, compressor and receiver. Airlifts are characterized by a simple design that does not have moving parts, ease of manufacture, and the possibility of long-term operation without complicated maintenance.
Недостатком таких водоподъемников является необходимость применения электрической энергии на привод компрессора, его низкий КПД.The disadvantage of such a water lift is the need to use electric energy to drive the compressor, its low efficiency.
Известна энергосберегающая водоподъемная установка, использующая принцип гидравлического тарана (Кузьмин А.Е. Водоподъемники и гидравлические двигатели с энергосберегающим приводом. Изд. ИГУ, Иркутск, 2000 [2]).Known energy-saving water-lifting installation using the principle of a hydraulic ram (Kuzmin AE Water lifts and hydraulic motors with an energy-saving drive. Publishing house of the ISU, Irkutsk, 2000 [2]).
Принцип работы основан на изменении давления в питательном трубопроводе в результате резкого изменения скорости движения жидкости (гидравлического удара). Водоподъемник гидротаранного типа содержит питательный резервуар, питательный трубопровод, ударный клапан, нагнетательный клапан, воздушный колпак, напорный трубопровод. Вода, изливаясь из питательного резервуара по питательному трубопроводу через горловину ударного клапана, стекает в русло потока. При достижении определенной скорости под действием скоростного напора ударный клапан резко закрывается, отсекая поток воды. В тупиковом конце питательного трубопровода резко повышается давление (происходит гидравлический удар), под действием которого открывается нагнетательный клапан и вода поступает в воздушный колпак, сжимает воздух и далее в напорный трубопровод. После закрытия нагнетательного клапана (под действием веса) происходит понижение давления в тупиковой части питательного трубопровода с образованием разряжения (такт отражения). Ударный клапан открывается и цикл повторяется. Такая водоподъемная установка может поднимать воду на высоту до 300 м (Кузьмин А.Е. Водоподъемники и гидравлические двигатели с энергосберегающим приводом. Изд. ИГУ, Иркутск, 2000, [2], стр.35), при этом чем глубже установка расположена в скважине, тем меньшая доля дебита скважины «выталкивается» на дневную поверхность. Она энергоэффективна, не требует для своей работы подвода какой-либо энергии извне. Недостаток ее заключается в том, что поднимает воду она только из водного потока, протекающего по дневной поверхности, и не позволяет поднимать воду из подземной водоносной зоны посредством пробуренной до нее буровой скважины.The principle of operation is based on a change in pressure in the feed pipe as a result of a sharp change in the fluid velocity (water hammer). The hydraulic ram type lift comprises a feed tank, a feed pipe, a shock valve, a discharge valve, an air cap, and a pressure pipe. Water, pouring from the feed tank through the feed pipe through the neck of the shock valve, flows into the flow channel. When a certain speed is reached under the action of a high-speed pressure, the shock valve closes sharply, cutting off the flow of water. At the dead end of the feed pipe, pressure rises sharply (water hammer occurs), under the influence of which the discharge valve opens and water enters the air cap, compresses the air and then into the pressure pipe. After closing the discharge valve (under the influence of weight), the pressure decreases in the dead end of the feed pipe with the formation of a vacuum (reflection cycle). The shock valve opens and the cycle repeats. Such a water-lifting installation can raise water to a height of up to 300 m (AE Kuzmin, Water-lifts and hydraulic motors with an energy-saving drive. Publishing House of Irkutsk State University, Irkutsk, 2000, [2], p. 35), while the deeper the installation is located in the well , the smaller the proportion of well production "pushed" to the surface. It is energy efficient, does not require any external energy supply for its work. Its disadvantage is that it only raises water from a water stream flowing along the surface of the day, and does not allow water to be lifted from an underground aquifer through a borehole drilled up to it.
Наиболее близким к предлагаемой водоснабжающей скважине является «Скважинная гидротаранная установка» (патент РФ на полезную модель №55054, F04F 7/02. Заявка №2005113525/22, подана 03.05.2005 г. Авт. А.Д.Елисеев, С.Ф.Елисеева. Опубл. 27.07.2006 г. Бюл. №21 [3]), принятая за прототип.Closest to the proposed water supply well is a “Well Hydraulic Ram Installation” (RF patent for utility model No. 5504, F04F 7/02. Application No. 2005113525/22, filed May 3, 2005, Aut. A. D. Eliseev, S. F. Eliseeva, published July 27, 2006, Bull. No. 21 [3]), adopted as a prototype.
Скважинная гидротаранная установка, включающая подземную водоносную зону, перебуренную скважиной, сообщенной с ней, оборудованной и освоенной для водоснабжения, скважина пробурена до зоны поглощения, установленную в скважине водоподъемную колонну труб, газовый колпак, выход которого соединен с водоподъемной колонной труб, верхний конец которой расположен у устья скважины и соединен с резервуаром водопотребителя, питательный водовод является кольцевым каналом, образованным стенками скважины или обсадной колонной и водоподъемной колонной труб, сообщенный с ним ударный клапан, питательный водовод соединен посредством нагнетательного клапана с газовым колпаком, а посредством отвода сбросной линии и ударного клапана соединен с отводящим интервалом скважины, дистанционно управляемый ударный клапан, установленный в скважине.A downhole hydraulic ram installation, including an underground aquifer, drilled by a well in communication with it, equipped and mastered for water supply, a well drilled to an absorption zone, a water lifting pipe string installed in the well, a gas cap, the outlet of which is connected to a water lifting pipe string, the upper end of which is located at the wellhead and connected to the reservoir of the water consumer, the feedwater conduit is an annular channel formed by the walls of the borehole or casing and a lifting column constant pipes, communicating with them percussion valve, nourishing water conduit is connected by a delivery valve with a gas cap, and by withdrawing the bleed lines and the shock valve is connected to the discharging interval wells remotely controllable percussion valve installed in the well.
Скважинная гидротаранная установка позволяет поднимать воду из водоносной зоны со статическим уровнем в скважине ниже положения дневной поверхности (неартезианская скважина).A downhole hydraulic ram installation allows you to raise water from an aquifer with a static level in the well below the position of the day surface (non-artesian well).
Недостатком скважинной гидротаранной установки, принятой за прототип, являются ограниченные условия ее применения ввиду того, что в общем случае «сухой» объем отводящего интервала скважины не имеет сообщения с атмосферой, поэтому работать он может только в условиях, когда «сухой» объем отводящего интервала скважины сообщен посредством сообщающихся трещин с атмосферой, например, в горных условиях и если скважиной перебурены нарушенные породы. Но такие условия редки.The disadvantage of a downhole hydraulic ram installation, adopted as a prototype, is the limited conditions for its use due to the fact that in the general case the “dry” volume of the outlet interval of the well does not communicate with the atmosphere, therefore, it can work only in conditions where the “dry” volume of the outlet interval of the well communicated through communicating cracks with the atmosphere, for example, in mountain conditions and if disturbed rocks are drilled by the well. But such conditions are rare.
Другим недостатком прототипа является то, что для пополнения газового колпака газом при его работе в нем предусмотрен источник сжатого воздуха, расположенный на поверхности и соединенный с газовым колпаком, установленным в скважине. Это усложняет его конструкцию, делает его не приспособленным для работы в удаленных районах, повышает трудоемкость эксплуатации.Another disadvantage of the prototype is that to replenish the gas cap with gas during its operation, it provides a source of compressed air located on the surface and connected to the gas cap installed in the well. This complicates its design, makes it not suitable for work in remote areas, increases the complexity of operation.
Задачей создания заявляемого изобретения является разработка технического решения - водоснабжающей скважины, позволяющей использовать ее в более широких геологических условиях, в частности в условиях, не требующих наличия простирающихся до дневной поверхности зон нарушений (сообщений) от «сухого» объема отводящего интервала скважины.The task of creating the claimed invention is to develop a technical solution - a water supply well, which allows it to be used in wider geological conditions, in particular in conditions that do not require the presence of disturbance zones (messages) extending to the day surface from the "dry" volume of the outlet interval of the well.
Поставленная задача достигается тем, что принятая за прототип скважинная гидротаранная установка, включающая подземную водоносную зону, перебуренную скважиной, сообщенной с ней и оборудованной для водоснабжения, скважина пробурена до зоны поглощения, установленную в скважине водоподъемную колонну труб, газовый колпак, выход которого соединен с водоподъемной колонной труб, верхний конец которой расположен у устья скважины и соединен с резервуаром водопотребителя, питательный водовод является кольцевым каналом, образованным стенками скважины или обсадной колонной и водоподъемной колонной труб, сообщенный с ним ударный клапан, питательный водовод соединен посредством нагнетательного клапана с газовым колпаком, а посредством отвода сбросной линии и ударного клапана соединен с отводящим интервалом скважины, дистанционно управляемый ударный клапан установлен в скважине, в отводящем интервале скважины имеется «сухой» объем, динамический уровень в отводящем интервале скважины расположен ниже кромки патрубка отвода сбросной линии, сообщение питательного канала с отводящим интервалом скважины расположено выше входа нагнетательного клапана, «сухой» объем отводящего интервала скважины посредством шланга сообщен с атмосферой у ее устья, а газовый колпак снабжен кюветой с жидкостью, например с водой, выполненной плавающей на поверхности перекачиваемой воды в нем, кроме того, газовый колпак снабжен установленным неподвижно перфорированным патроном с веществом, например кальцием, с возможностью контактирования и химического взаимодействия при этом с водой в кювете с выделением газа.The task is achieved by the fact that the downhole hydraulic ram installation adopted for the prototype, including an underground aquifer drilled by a well in communication with it and equipped for water supply, the well is drilled to the absorption zone, a water lifting pipe string is installed in the well, a gas cap, the outlet of which is connected to the water lifting pipe string, the upper end of which is located at the wellhead and connected to the reservoir of the water consumer, the feedwater conduit is an annular channel formed by the walls a well or casing and a water pipe string, a shock valve connected to it, a feed conduit is connected by means of a discharge valve to a gas cap, and by means of a discharge line and a shock valve is connected to a discharge interval of the well, a remotely controlled shock valve is installed in the well, in the discharge interval the well has a “dry” volume, the dynamic level in the outlet interval of the well is located below the edge of the branch pipe of the discharge line, the message of the supply channel from the hole the interval of the well is located above the inlet of the injection valve, the “dry” volume of the outlet interval of the well is connected via a hose to the atmosphere at its mouth, and the gas cap is equipped with a cuvette with a liquid, for example, water made floating on the surface of the pumped water in it, in addition, gas the cap is equipped with a fixed motionless perforated cartridge with a substance, for example calcium, with the possibility of contacting and chemical interaction with water in a cuvette with gas evolution.
Заявляемая водоснабжающая скважина снабжена шлангом, сообщающим «сухой» объем отводящего интервала скважины с атмосферой, что обеспечивает условия ее работы и в тех случаях, когда «сухой» объем отводящего интервала скважины не имеет сообщения с атмосферой за счет простирающейся до нее зоны нарушений пород. Это расширяет условия ее применения.The inventive water supply well is equipped with a hose informing the “dry” volume of the outlet interval of the well with the atmosphere, which provides conditions for its operation in those cases where the “dry” volume of the outlet interval of the well has no communication with the atmosphere due to the zone of rock disturbance extending to it. This expands the conditions for its use.
Использование газового колпака автономной конструкции в заявляемой водоснабжающей скважине в качестве генератора газа придает ей качество приспособленности для работы в условиях удаленных районов, позволяет снизить трудоемкость и затратность ее реализации. При использовании в химическом генераторе газа кальция Са, взаимодействующего с водой Н2O, позволяет в качестве газа получать водород Н2:(Са+2Н2O=Са(ОН)2+Н2), который, контактируя с перекачиваемой водой и частично растворяясь в ней, не ухудшает ее качество и потребительские свойства.The use of a gas cap of an autonomous design in the inventive water supply well as a gas generator gives it the quality of adaptability to work in remote areas, reduces the complexity and cost of its implementation. When using calcium calcium gas in a chemical gas generator, H 2 O interacts with water and allows hydrogen H 2 to be obtained as gas: (Ca + 2H 2 O = Ca (OH) 2 + H 2 ), which, in contact with the pumped water and partially dissolving in it does not impair its quality and consumer properties.
На фиг.1 приведена схема заявляемой водоснабжающей скважины, а на фиг.2 - схема газового колпака.Figure 1 shows a diagram of the inventive water supply wells, and figure 2 is a diagram of a gas cap.
На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: 1 - обсадная колонна; 2 - подземная водоносная зона; 3 - (фасонный) отвод сбросной линии; 4 - перфорация в обсадной колонне; 5 - трехжильный провод; 6 - динамический уровень воды в обсадной колонне большего диаметра; 7 - ударный клапан со стержнем - дистанционно управляемый клапан; 8 - упор; 9 - направляющие стержни клапана; 10 - отводящий интервал скважины; 11 - зона поглощения; 12 - нагнетательный клапан; 13 - газовый колпак; 14 - перфорированный патрон, заполненный веществом; 15 - водоподъемная колонна труб; 16 - задвижка водоподъемного канала (к резервуару водопотребителя); 17 - двухсекционный, реверсивный электромагнитный соленоид, ЭМС; 18 - жидкость; 19 - плавающая кольцевая кювета; 20 - второй дистанционно управляемый клапан; 21 - шланг сообщения «сухого» объема отводящего интервала скважины с атмосферой; 22 - «сухой» объем отводящего интервала скважины; 23 - кромка патрубка отвода сбросной линии; 24 - динамический уровень воды в отводящем интервале скважины; 25 - резьбовое соединение; 26 - радиально ориентированные отверстия; h - высота нагнетания воды; h1 - напор, под которым работает таран (протяженность питательного интервала); h2 - положение рабочего уровня при работе установки; Q - расход воды в питательном интервале; q - расход воды через водоподъемный трубопровод; I - первый участок (от динамического уровня в кольцевом канале до входа в отвод сбросной линии) - гидродинамический участок питательного кольцевого канала; II - второй участок - гидродинамический участок в интервале разделения потока в скважине; III.1 - третий участок (одна доля потока) - гидродинамический участок в отводе сбросной линии с установленным в ней ударным клапаном, выход которой сообщен с «сухим» отводящим интервалом скважины, сообщенным с атмосферой; III.2 - третий участок (вторая доля потока) - гидродинамический участок скважины ниже интервала разделения потока до «заглушенной» донной ее части, контактирующей со ступенчатым упором в скважине; IV - четвертый участок - гидродинамический участок напорной линии; V - пятый участок - гидродинамический участок излива поднимаемой из скважины воды в резервуар.In figures 1 and 2, the following notation is introduced: 1 - casing string; 2 - underground aquifer; 3 - (shaped) discharge of the discharge line; 4 - perforation in the casing string; 5 - three-wire wire; 6 - dynamic water level in the casing of a larger diameter; 7 - shock valve with a rod - remotely controlled valve; 8 - emphasis; 9 - valve guide rods; 10 - outlet interval of the well; 11 - absorption zone; 12 - discharge valve; 13 - gas cap; 14 - perforated cartridge filled with a substance; 15 - a lifting column of pipes; 16 - valve of the water-lifting channel (to the reservoir of the water consumer); 17 - two-section, reversible electromagnetic solenoid, EMC; 18 - liquid; 19 - floating ring cuvette; 20 - the second remote-controlled valve; 21 - hose message "dry" volume of the outlet interval of the well with the atmosphere; 22 - “dry” volume of the outlet interval of the well; 23 - the edge of the outlet pipe branch; 24 - dynamic water level in the outlet interval of the well; 25 - threaded connection; 26 - radially oriented holes; h - water injection height; h 1 - the pressure under which the ram works (the length of the nutrient interval); h 2 - the position of the operating level during installation; Q - water flow rate in the nutrient range; q - water flow through the water-lifting pipeline; I - the first section (from the dynamic level in the annular channel to the entrance to the outlet of the discharge line) - the hydrodynamic section of the feeding ring channel; II - the second section is the hydrodynamic section in the interval of flow separation in the well; III.1 - the third section (one fraction of the flow) - the hydrodynamic section in the outlet of the discharge line with a shock valve installed in it, the outlet of which is connected with the "dry" outlet interval of the well, connected with the atmosphere; III.2 - the third section (the second share of the flow) - the hydrodynamic section of the well below the interval of separation of the flow to the "muffled" bottom of its part in contact with a stepped stop in the well; IV - the fourth section is the hydrodynamic section of the pressure line; V - the fifth section is the hydrodynamic section of the spout of water raised from the well into the reservoir.
Водоснабжающей скважиной (фиг.1) 1 перебурены водоносная зона 2 и нижерасположенная поглощающая зона 11. В интервале водоносной зоны установлена труба большего диаметра с перфорационными отверстиями 4 и фильтром снаружи из проволочной навивки. Труба меньшего диаметра имеет также перфорационные отверстия. Вода из водоносной зоны 2 через фильтр и перфорационные отверстия 4 поступает в кольцевой канал, образованный трубами большего и меньшего диаметров, а через перфорационные отверстия поступает в скважину. При перекрытом сообщении водоносной зоны 2 со скважиной 1 (второй дистанционно управляемый клапан находится в нижнем своем положении) уровень воды в скважине (в обсадной колонне бóльшего диаметра) устанавливается на значении, соответствующем статическому уровню водоносной зоны, аналогичный уровень и в фильтр-емкости.A water-supplying well (Fig. 1) 1 drilled an aquifer 2 and a lower absorbing zone 11. In the interval of the aquifer, a pipe of a larger diameter with perforations 4 and a filter outside of the wire winding was installed. A smaller diameter pipe also has perforations. Water from the aquifer 2 through the filter and perforations 4 enters the annular channel formed by pipes of larger and smaller diameters, and through the perforations enters the well. With the blocked communication of the aquifer 2 with the well 1 (the second remote-controlled valve is in its lower position), the water level in the well (in a larger diameter casing) is set to a value corresponding to the static level of the aquifer, the same level in the filter tank.
На нижнем уступе скважины установлен узел собственно гидротаранного устройства, выполненный отдельной сборочной единицей, включающий фасонный отвод сбросной линии 3, соединенный со стаканом, дно в котором имеет отверстия. В отводе сбросной линии 3 (его входе) установлен дистанционно управляемый ударный клапан со стержнем 7. Снаружи сбросной линии установлен электромагнитный соленоид ЭМС 17 так, что его электромагнитная катушка может взаимодействовать со стержнем ударного клапана 7. В конструкции блока гидротаранного устройства имеется три упора 8, к которым крепятся отдельные элементы блока, в частности указанные стакан, а также отвод сбросной линии 3. К ним прикреплены и элементы водоподъемной колонны 15 с газовым колпаком 13. В нижнем упоре блока герметично установлен штуцер, нижний конец которого соединен с «сухим» объемом отводящего интервала скважины, а его верхний конец соединен со шлангом 21 сообщения с атмосферой. На нижнем упоре блока установлена герметизирующая прокладка, соединенная с ним. При постановке блока в скважину на нижний ее уступ за счет этой прокладки достигается герметизация соединения блока со скважиной. Посредством электросоединения 6 и трехжильного провода 5 сформирована линия подачи электронапряжения на одну или на другую секции ЭМС.On the lower ledge of the well, a hydroturning device assembly is installed, made by a separate assembly unit, including a shaped branch of a discharge line 3 connected to a glass, the bottom of which has openings. A remote controlled shock valve with a rod 7 is installed in the outlet of the discharge line 3 (its inlet). An electromagnetic solenoid EMC 17 is installed outside the discharge line so that its electromagnetic coil can interact with the rod of the shock valve 7. There are three stops 8 in the design of the ram unit to which the individual elements of the block are attached, in particular the glass, as well as the discharge of the discharge line 3. The elements of the
В скважине установлен второй дистанционно управляемый клапан 20, который в его нижнем положении перекрывает сообщение водоносной зоны 2 с объемом скважины 1. Для перемещения его вверх к нему присоединен тросик. В нижнее положение клапан устанавливается при ослаблении (с устья скважины) тросика - под действием веса клапана.A second remotely controlled valve 20 is installed in the well, which in its lower position blocks the communication of the aquifer 2 with the volume of the well 1. To move it upward, a cable is attached to it. In the lower position, the valve is installed when the cable is loosened (from the wellhead) under the influence of the weight of the valve.
Водоподъемная колонна 15 выполнена из бурильных труб путем соединения их с использованием стандартного бурового оборудования.The lifting
Установленный в блоке гидротаранного устройства газовый колпак 13 предназначен для выработки газа, необходимого для его работы. Он содержит плавающую кольцевую кювету 19 с жидкостью 18. Кювета плавает в перекачиваемой воде, которая находится в газовом колпаке. В газовом колпаке установлен неподвижно патрон 14 с веществом, например кальцием. При химическом взаимодействии вещества в патроне (кальция) с жидкостью в кювете (водой) выделяется газ (водород), давление его повышается, увеличивается его объем газового пузыря, а вода вытесняется. Кювета перемещается вниз, контакт и взаимодействие с веществом прекращаются. В последующем цикл выработки газа (по мере его растворения в перекачиваемой воде) с требуемым его объемом повторяется.The
Отводящая скважина 10 имеет «сухой» объем 22, а статический (и динамический в процессе работы скважины) уровень воды в ней 24 расположен ниже уступа.The diverting well 10 has a “dry” volume 22, and the static (and dynamic during the operation of the well) water level in it 24 is located below the ledge.
Работает водоснабжающая скважина следующим образом. При открытом ударном клапане 7 в кольцевом канале скважины устанавливается переток воды со скоростью (расход Q). Уровень воды в водоподъемной колонне труб 15 ниже уровня в кольцевом канале скважины на величину Works water supply as follows. When the shock valve 7 is open in the annular channel of the well, a flow of water is established at a speed (flow rate Q). The water level in the
где ρ - плотность воды, кг/м2;where ρ is the density of water, kg / m 2 ;
ν - скорость воды в кольцевом канале скважины, м/с.ν is the water velocity in the annular channel of the well, m / s.
При закрывании ударного клапана 7 под действием скоростного напора воды происходит гидравлический удар и давление воды в надклапанном пространстве резко повышается. Если ударный клапан 7 перекрывается быстро (время его перекрытия меньше , где h1 - протяженность питательного интервала кольцевого канала и скважины, м; u - скорость звука в воде, м/c), давление повышается на величину р·u·ν. Это позволяет оценить, на какую величину h2 может подняться уровень воды в водоподъемной колонне труб 15.When closing the shock valve 7 under the action of the high-speed pressure of water, a hydraulic shock occurs and the water pressure in the over-valve space rises sharply. If the shock valve 7 closes quickly (time to shut off is less where h 1 - the length of the nutrient interval of the annular channel and the well, m; u is the speed of sound in water, m / s), the pressure increases by p · u · ν. This allows you to evaluate how much h 2 can rise in the water level in the
р·u·ν=p·g·h2, откуда p · u · ν = p · g · h 2 , whence
Расход воды у водоносной зоны в кольцевом канале складывается согласно следующему выражению:The water flow at the aquifer in the annular channel is added according to the following expression:
Q=Q1+gQ = Q 1 + g
Мощность потока Q·h1 используется в таране на подъем жидкости по водоподъемной колонне труб 15 с расходом g на высоту h2. При этом уравнение баланса мощности гидротаранного устройства имеет следующий вид:The flow rate Q · h 1 is used in the ram to lift the liquid along the water-lifting column of
Q·H=g·h2 Q · H = g · h 2
Выражение для определения энергетического КПД заявляемой водоснабжающей скважины имеет следующий вид:The expression for determining the energy efficiency of the claimed water supply well has the following form:
Высота нагнетания h2 изменяется в пределах 5-10 Н при h1=1÷10 м. Следовательно, в практических условиях наибольшая высота нагнетания заявляемой водоснабжающей скважины может достичь 100 м.The injection height h 2 varies between 5-10 N with h 1 = 1 ÷ 10 m. Therefore, in practical conditions, the highest injection height of the claimed water supply well can reach 100 m.
Ее энергетический КПД зависит от отношения h2/h1 и составляет:Its energy efficiency depends on the ratio h 2 / h 1 and is:
от η=0,85 при h2/h1=2,from η = 0.85 for h 2 / h 1 = 2,
до η=0,45÷0,4 при h2/h1=10.to η = 0.45 ÷ 0.4 for h 2 / h 1 = 10.
В зависимости от размеров скважины, водоподъемной колонны труб и соотношения h2/h1 подача гидротаранного узла изменяется от g=0,07·Q (при больших h2/h1) до g=0,04·Q (при малых h2/h1).Depending on the size of the well, the lifting pipe string and the ratio h 2 / h 1, the feed of the ram unit varies from g = 0.07 · Q (for large h 2 / h 1 ) to g = 0.04 · Q (for small h 2 / h 1 ).
Открывание ударного клапана происходит в момент такта отражения (образования разряжения в надклапанном пространстве).Opening the shock valve occurs at the time of the reflection stroke (the formation of vacuum in the supravalvulus).
В конкретном примере для осуществления заявляемой водоснабжающей скважины пробурена скважина 1 основным диаметром бурения, равным 108 мм. В процессе бурения скважиной перебурена подземная водоносная зона 2, границы которой, определенные методом скважинной расходометрии, находятся в интервале 72,0-78,0 м. Дебит водоносной зоны составляет 0,11 м3/c, статический уровень воды водоносной зоны составляет Нc=70 м.In a specific example, for the implementation of the inventive water supply wells, well 1 was drilled with a main drilling diameter of 108 mm. During drilling, an underground aquifer 2 was drilled, the boundaries of which, determined by the method of downhole flow metering, are in the range 72.0-78.0 m. The flow rate of the aquifer is 0.11 m 3 / s, the static water level of the aquifer is H c = 70 m.
После перебуривания водоносной зоны скважина пробурена далее основным диаметром бурения до зоны поглощения, которая находится в интервале 125,0-127,0 м, и представлена трещиноватыми породами. В результате перебуривания поглощающей зоны в скважине устанавливается переток из водоносной зоны в поглощающую зону при полном поглощении воды. При этом динамический уровень воды имеет отметку 115 м. На интервале скважины выше 115 м до нижнего (второго) уступа действует (существует) несплошной поток воды, этот интервал назван «сухим».After drilling the aquifer, the well is drilled further with the main drilling diameter to the absorption zone, which is in the range 125.0-127.0 m, and is represented by fractured rocks. As a result of drilling the absorption zone in the well, an overflow is established from the aquifer to the absorption zone with complete absorption of water. At the same time, the dynamic water level has a mark of 115 m. In the interval of the well above 115 m to the lower (second) step, there is (is) a non-continuous flow of water, this interval is called “dry”.
В последующем водоснабжающая скважина оборудована согласно вышеприведенному описанию ее устройства, в частности, рабочий интервал скважины на интервале Н разбурен большим диаметром и в него установлена обсадная труба 1 ⌀146 мм, перфорированная в интервале зоны поглощения 4 и на которой установлен фильтр в виде проволочной навивки. В нижней части обсадная труба основного диаметра бурения упирается в первый выступ в скважине. Ниже первого уступа скважина пробурена диаметром 127 мм. Причем глубина его положения составляет величину Н=100 м. В интервале скважины между первым и вторым уступами установлен блок гидротаранного устройства. Он выполнен отдельной сборочной единицей и спускается в скважину на бурильных трубах зафиксированным с использованием гидропатрона, который расфиксируется после установки блока на втором уступе. Герметизация блока на контакте с отводным интервалом скважины достигается прокладкой, установленной между нижним упором блока 8 и вторым уступом скважины. В верхнем и среднем упорах 8 выполнены отверстия. С нижним упором соединены нижняя часть патрубка отвода сбросной воды 23 и штуцер соединения «сухого» объема отводящего интервала скважины с атмосферой.Subsequently, the water supply well is equipped according to the above description of its device, in particular, the working interval of the well in the interval H is drilled with a large diameter and a casing pipe 1 ⌀146 mm is installed in it, perforated in the interval of the absorption zone 4 and on which a filter is installed in the form of a wire winding. In the lower part, the casing of the main drilling diameter abuts against the first protrusion in the well. Below the first step, the well was drilled with a diameter of 127 mm. Moreover, the depth of its position is H = 100 m. In the interval of the well between the first and second steps, a block of the ram device is installed. It is made by a separate assembly unit and is lowered into the borehole on drill pipes fixed using a hydropatron, which is released after the block is installed on the second ledge. The sealing of the block at the contact with the outlet interval of the well is achieved by a gasket installed between the lower stop of the block 8 and the second ledge of the well. In the upper and middle stops 8 holes are made. With the lower stop connected to the lower part of the discharge pipe of the waste water 23 and the connection fitting of the “dry” volume of the outlet interval of the well with the atmosphere.
Для запуска в работу водоснабжающей скважины посредством тросика поднимается второй дистанционно управляемый клапан 20, чем обеспечивается поступление воды из подземной водоносной зоны 2 в скважину 1, а по истечении некоторого времени в скважине устанавливается статический уровень, характерный для водоносной зоны.To start up the water supply well, a second remotely controlled valve 20 rises by means of a cable, which ensures the flow of water from the underground aquifer 2 to well 1, and after some time, a static level characteristic of the aquifer is established in the well.
Для запуска водоподъемного узла водоснабжающей скважины подачей напряжения от аккумулятора по проводу 5 на ЭМС ударный клапан 7 открывается.To start the water-lifting unit of the water supply well, by applying voltage from the battery through the wire 5 to the EMC, the shock valve 7 opens.
При открытом ударном клапане 7 (момент пуска - принудительное открытие, в последующем, в процессе работы, - автоматически) в кольцевом канале скважины устанавливается переток воды со скоростью ν, определяемой исходя из дебита скважины Q и сечения кольцевого канала. При этом уровень воды в водоподъемной колонне труб 15 ниже уровня в кольцевом канале скважины на величину , где ρ - плотность воды, кг/м3, ν - скорость воды в кольцевом канале скважины, м/с. При закрывании ударного клапана 7 происходит гидравлический удар и давление воды в надклапанном пространстве резко повышается. Период нагнетания начинается с момента начала закрытия ударного клапана 7 (открытие нагнетательного клапана 12) и заканчивается его закрытием. В период такта нагнетания вода поступает в газовый колпак 13, сжимая находящийся в нем газ. Под действием сжатого газа вода из газового колпака поступает в водоподъемную колонну труб 15.When the shock valve 7 is open (start-up moment - forced opening, subsequently, during operation, automatically), a water flow is established in the annular channel of the well with a velocity ν, determined based on the flow rate of the well Q and the cross section of the annular channel. In this case, the water level in the water-lifting column of
После закрытия нагнетательного клапана 12 движением ударной волны происходит понижение давления в надклапанном пространстве с образованием разряжения (остаточное давление) - такт отражения. Силой от разности атмосферного и остаточного давлений и силы тяжести клапан 7 опускается вниз. Вода снова начинает изливаться через ударный клапан с возрастанием скорости и клапан закрывается под напором воды и процесс возобновляется.After closing the
После запуска в работу динамический уровень воды в скважине при работе водоснабжающей скважины установился на отметке 70,0 м (h2=70 м).After putting into operation, the dynamic water level in the well during operation of the water supply well was established at around 70.0 m (h 2 = 70 m).
Учитывая то, что h2=70 м можно определить значение h1, которое определяется следующим соотношением: h1=H-h2 или h1=100 м - 70 м=30 м. Таким образом, основные конструкционные элементы водоснабжающей скважины составляют:Given that h 2 = 70 m, you can determine the value of h 1 , which is determined by the following ratio: h 1 = Hh 2 or h 1 = 100 m - 70 m = 30 m. Thus, the main structural elements of the water supply well are:
h1=30 м, h2=70 м, Н=100 м.h 1 = 30 m, h 2 = 70 m, N = 100 m.
При этом в период открытого состояния клапана 7 в кольцевом канале скважины устанавливается переток воды со скоростью ,At the same time, during the open state of valve 7, a flow of water is established in the annular channel of the well at a speed ,
где Sкол - площадь кольцевого канала на рабочем интервале скважины, м2. При закрывании ударного клапана 7 под действием скоростного напора воды происходит гидравлический удар и давление воды в надклапанном пространстве повышается и жидкость в водоподъемной колонне труб поднимается.where S count - the area of the annular channel on the working interval of the well, m 2 . When the shock valve 7 is closed under the influence of the high-speed pressure of water, a hydraulic shock occurs and the water pressure in the supravalve space rises and the liquid in the water lifting pipe string rises.
Исходя из основных соотношений работы гидротаранной установки приBased on the basic ratios of the operation of the hydraulic ram installation at
ее энергетический КПД при h2/h1=2, η=0,85. При этом подача может быть определена из отношения: g=0,07Q или g=0,07·0,07·0,11 м3/c = 7,7·10-3 м3/с. Указанное значение подачи на практике подтверждено.its energy efficiency at h 2 / h 1 = 2, η = 0.85. In this case, the feed can be determined from the ratio: g = 0.07 Q or g = 0.07 · 0.07 · 0.11 m 3 / s = 7.7 · 10 -3 m 3 / s. The indicated feed value is confirmed in practice.
В предлагаемой водоснабжающей скважине электроэнергия требуется только для запуска ее в работу (от аккумулятора), после чего она работает без каких-либо внешних источников энергии. При ее работе кинетическая энергия потока воды непосредственно преобразуется в полезную работу. Таким образом, предлагаемая установка является энергосберегающей и экологически чистым водоподъемником, она может эффективно использоваться в энергодефицитных районах удаленными от водоемов потребителями (заготовители таежных даров - ягод, грибов, орехов и др.; охотники; пограничные заставы; пожарные; ликвидаторы чрезвычайных ситуаций; объекты туристических посещений и др.).In the proposed water supply well, electricity is required only to run it (from the battery), after which it works without any external energy sources. During its operation, the kinetic energy of the water flow is directly converted into useful work. Thus, the proposed installation is an energy-saving and environmentally friendly water-lift, it can be effectively used in energy-deficient areas by consumers remote from water bodies (taiga gifts - berries, mushrooms, nuts, etc .; hunters; border outposts; firemen; emergency response personnel; tourist facilities visits, etc.).
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007114656/06A RU2347113C1 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Water supply well |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007114656/06A RU2347113C1 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Water supply well |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007114656A RU2007114656A (en) | 2008-10-27 |
RU2347113C1 true RU2347113C1 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007114656/06A RU2347113C1 (en) | 2007-04-18 | 2007-04-18 | Water supply well |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2347113C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451216C1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-05-20 | Анатолий Петрович Таран | Method of water air lift from wells and open basin |
RU2490520C1 (en) * | 2012-05-14 | 2013-08-20 | Анатолий Петрович Таран | Water lifting method, and device for its implementation |
RU171178U1 (en) * | 2016-10-19 | 2017-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | WELL-WATER PRODUCTION DEVICE |
-
2007
- 2007-04-18 RU RU2007114656/06A patent/RU2347113C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2451216C1 (en) * | 2011-03-18 | 2012-05-20 | Анатолий Петрович Таран | Method of water air lift from wells and open basin |
RU2490520C1 (en) * | 2012-05-14 | 2013-08-20 | Анатолий Петрович Таран | Water lifting method, and device for its implementation |
RU171178U1 (en) * | 2016-10-19 | 2017-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" | WELL-WATER PRODUCTION DEVICE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007114656A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11486232B2 (en) | Method and device for exploiting natural gas hydrate from marine rock | |
US7793727B2 (en) | Low rate gas injection system | |
CN101368477B (en) | Oil-water interface inspection and control method | |
AU2016250463A1 (en) | System of power generation with under water pressure of air | |
CN107780888A (en) | Gas hydrates pilot production analogue means and method | |
RU2347113C1 (en) | Water supply well | |
CN104196498B (en) | A kind of salt wellbore production systems and closed circulation dynamic cleaning resistive connection salt method | |
CN103195477A (en) | Gravity drainage system for underground roadway high-pressure water inrush | |
US10465651B2 (en) | Well-bore generator | |
CN207620776U (en) | Gas hydrates pilot production simulator | |
RU91371U1 (en) | DEVICE FOR DEVELOPMENT AND OPERATION OF WELLS | |
CN203214098U (en) | Free drainage device of high pressure-bearing gushing water in underground roadway | |
RU2431737C1 (en) | Procedure for development of oil-water deposit | |
RU156918U1 (en) | DRILLING RIG | |
CN201835785U (en) | Oil-water well device capable of automatically controlling pressure relief and liquid discharge as well as pumping discharged liquid to production pipeline | |
RU105938U1 (en) | DEVICE FOR FLUID PUMPING INTO A WELL | |
US20220252037A1 (en) | Multi-mode subterranean energy system | |
US10428581B2 (en) | Well-drilling apparatus and method of use | |
RU55054U1 (en) | BOTTOM HYDRAULIC INSTALLATION | |
CN115538990A (en) | Wind power generation method related to exploiting seabed surface exposed combustible ice mineral deposit methane generation device | |
CN202325674U (en) | Automatic slag and water discharging device | |
US9915113B2 (en) | Well drilling apparatus and method of use | |
CN206245391U (en) | Supply water and monitoring device in a kind of water curtain hole of one-way flow | |
CN205348149U (en) | Well point dewatering of hydraulic engineering construction usefulness | |
CN218003401U (en) | Long-term monitoring system for dissolved methane in underground water body of frozen soil area |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090419 |