ЖЕЛОНКА ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЗ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей и горнорудной промышленности, а именно к эксплуатации и ремонту наблюдательных скважин сети геотехнического мониторинга, и может быть использована для извлечения жидкости из термометрических скважин.
Нормативные требования в области строительства и эксплуатации инженерных объектов в области распространения многолетнемерзлых грунтов предусматривают режимные наблюдения за температурой грунтов для всех видов зданий и сооружений. Термометрические наблюдения выполняются в специальных термометрических скважинах диаметром 38-76 мм и глубиной, преимущественно, от 10 до 15 м.
Наличие воды в термометрических скважинах может быть обусловлено браком изделия (не герметичностью конструкции), несоблюдением технологии производства работ при монтаже скважин или требований к их эксплуатации при выполнении режимных измерений. В любом случае, наличие воды или других жидкостей в термометрической скважине недопустимо. Поэтому необходимо удалить воду или вывести термометрическую скважину из эксплуатации.
Для удаления воды из термометрических скважин обычно используют ручные насосы. Однако при отрицательной температуре воздуха эксплуатационные качества резиновых элементов конструкции насосов и шлангов существенно снижаются, что обусловливает сезонность их использования в условиях Крайнего Севера. Также для удаления воды из скважины используют желонки различных конструкций.
Из области техники известна желонка с плоским клапаном, предназначенная для очистки скважин от разрушенной породы и вычерпывания (тартания) воды [Кривенко М.Г., Авруцкий А.Л. Справочник мастера ударно-канатного бурения. - Москва: Госгортехиздат, 1959. - 262 с.; Зорин И.П., Стороженко A.M. Ударно-канатное бурение. - Москва: Госгортехиздат, 1960. - 243 с.; Вортман З.М. Практика ударно-канатного бурения на воду. - Москва: Недра, 1966. - 239 с.]. Желонка с плоским клапаном включает трубу, открытую с верхнего конца, к которому приварена дужка, соединенная с канатом. На нижнем конце трубы имеется стальной режущий башмак и дисковый клапан, откидывающийся вверх на шарнире. Степень открытия дискового клапана регулируется ограничителем. Очистка скважины ведется ударами башмака желонки о забой скважины. При этом буровой шлам попадает в башмак, приподнимает клапан и заполняет полость трубы. При подъеме желонки, между ударами о забой, клапан закрывается под давлением сверху столба шлама в трубе. Заполненная желонка извлекается на поверхность, где освобождается от шлама. Недостатком известной желонки с плоским клапаном является необходимость ударного воздействия на клапан для его открытия, что обуславливает трудоемкость производства работ и повреждение стенок термометрической скважины в процессе извлечения воды.
Известна желонка хвостовая с полусферическим или шаровым клапаном [Набоков М.Н., Стороженко A.M. Машинист станка ударно-канатного бурения. - Москва: Металлургиздат, 1955. - 176 с; Зорин И.П., Стороженко A.M. Ударно-канатное бурение. - Москва: Госгортехиздат, 1960. - 243 с.; Вортман З.М. Практика ударно-канатного бурения на воду. - Москва: Недра, 1966. - 239 с.]. Известная желонка включает трубчатый корпус, на верхний конец которого крепится дужка, а на нижний конец режущий башмак с клапаном. Полусферический (шаровый) клапан состоит из кольца (седла клапана), запорного клапана-шара и приваренного к нему хвоста (стержня), например, из круглого железа. Недостатком известной желонки является трудоемкость изготовления полусферического (шарового) клапана, сложность конструкции, не надежность работы.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является поршневая желонка [Описание изобретения к авторскому свидетельству №1601329, опубликовано 23.10.1990]. Поршневая желонка содержит цилиндрический корпус с перепускными окнами и головкой, на которой свободно установлен утяжелитель. Через отверстия в головке и утяжелителе пропущен шток, верхний конец которого имеет резьбовую втулку с ушком для соединения с тросом, а на нижнем конце смонтирован поршень. К корпусу желонки подсоединен на резьбе башмак с клапаном и ограничителями.
Недостатком известной желонки является сложность конструкции, не надежность работы при низких температурах из-за наличия поршня в конструкции желонки.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка простой и надежной желонки, в которой отобранная жидкость удерживается при подъеме за счет действия атмосферного давления.
Технический результат заключается в повышении эффективности и эксплуатационной надежности конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемой полезной модели, включающей цилиндрический корпус, клапан, герметично запирающий отверстие в головке корпуса, шток пропущеный через отверстие в головке корпуса и имеет на верхнем конце ограничитель и прицепное устройство, на нижнем торце корпуса жестко крепится полусгон, снабженный прижимной гайкой и шайбой, при этом отверстие шайбы подбирают диаметром отверстия, обеспечивающим удержание отобранной жидкости при подъеме желонки за счет действия атмосферного давления. Жидкость удерживается в желонке атмосферным давлением в результате сочетания клапана в головке корпуса и шайбы с отверстием заданного диаметра - на нижнем торце корпуса.
Полезная модель поясняется чертежом. Желонка включает цилиндрический корпус 1. С верхнего торца цилиндрический корпус 1 закрыт головкой 2, имеющей осевое отверстие 3. В отверстие 3 вставлен шток 6. Клапан 4 снабжен уплотнительной манжетой 5. Шток 6 имеет ограничитель 7 и прицепное устройство 8. С нижнего торца корпуса 1 жестко крепится полусгон 9, на который навинчивается прижимная гайка 10, фиксирующая шайбу 11.
Работает желонка следующим образом.
m
m
Желонка посредством прицепного устройства 8, например, рым-гайки, соединяется с канатом и опускается в обводненную термометрическую скважину. При спуске желонки отверстие 3 герметично запирается клапаном 4, поэтому при достижении уровня воды желонка не тонет, так как за счет полого цилиндрического корпуса обладает плавучестью. В процессе опускания, из-за плавучести желонки, натяжение каната ослабевает и клапан под действием веса штока и собственного веса опускается внутрь корпуса 1. При этом ход клапана регулируется ограничителем 7. После открытия клапана вода начинает поступать внутрь корпуса 1 через отверстие шайбы 11, а воздух выходить через отверстие 3. По мере погружения желонки происходит заполнение корпуса 1 водой. Заполнение желонки водой протекает в соответствии с законом о сообщающихся сосудах, причем в качестве одного сосуда выступает термометрическая скважина, а второго - полый корпус желонки. После полного погружения или достижения дна термометрической скважины желонку извлекают на поверхность, путем натяжения каната. При подъеме канатом штока 6 отверстие 3 герметично запирается клапаном 4, давление внутри цилиндрического корпуса 1 становится меньше, чем атмосферное. В результате, при диаметре отверстия шайбы 11 не превышающем определенное значение d, вес столба воды в корпусе 1 уравновешивается атмосферным давлением снизу на воду, и вода из желонки не вытекает. При диаметре отверстия шайбы 11 большем d, атмосферное давление не будет способно удержать воду в цилиндрическом корпусе 1 желонки. После подъема на поверхность желонку берут за шток 6, относят к специальному резервуару для воды и опускают шток 6 до ограничителя 7. Клапан открывается, вода вытекает из корпуса 1 в резервуар через отверстие шайбы 11, потому что атмосферное давление снизу на воду становится меньше суммы атмосферного давления сверху на воду и давления столба воды в корпусе 1.
m
m
m
Для определения d используют набор шайб с определенным шагом диаметра отверстия, например, равным 1 мм. За d принимают максимальный диаметр отверстия шайбы, при котором истечения воды из цилиндрического корпуса 1, при закрытом клапаном отверстии 3, не наблюдается. При диаметре отверстия шайбы менее d, вода лучше удерживается внутри корпуса, однако время наполнения и опорожнения корпуса 1 водой увеличивается, что снижает производительность работ.
Использование заявляемой полезной модели позволяет:
повысить надежность конструкции, за счет исключения шарнирных соединений и ударных силовых воздействий на клапан;
снизить производственные затраты на извлечение жидкости из скважин, за счет упрощения конструкции клапана и технологии производства работ;
повысить степень извлечения жидкости из скважин, за счет переноса клапана с нижней на верхнюю часть корпуса и возможности регулирования диаметра отверстия шайбы.
m
Полезная модель была использована для извлечения столба воды высотой 102 см из термометрической скважины диаметром 57 мм (57×4 мм). Желонку изготовили из стальной трубы 42×3 мм, длиной 50 см. В желонку была установлена шайба, диаметр d отверстия был равен 9 мм. Время истечения воды из цилиндрического корпуса желонки, при диаметре отверстия 9 мм, составляет около 10 с, время наполнения желонки имело сопоставимое значения. Для полного удаления воды из термометрической скважины, с использованием данной полезной модели, потребовалось выполнить 9 рейсов. Рейс включал следующие операции: спуск желонки, забор воды, подъем желонки, слив воды. На завершающем этапе вычерпывания целесообразно было установить шайбу с малым отверстием, диаметром 3 мм, что повысило стабильность положения воды в цилиндрическом корпусе при неравномерном подъеме желонки и ее наклоне при переносе от устья скважины до резервуара с водой.