ТЕРМОМЕТРИЧЕСКАЯ СКВАЖИНА

Полезная модель относится к области геотехнического мониторинга объектов промышленного и гражданского строительства, в том числе на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов, в частности к конструкциям термометрических скважин для измерения температуры грунтов.
Известна термометрическая скважина в вечномерзлых грунтах, состоящая из обсаженной части и водонепроницаемой пробки, в которой обсаженная часть выполнена в виде пластмассовой трубы с установленной на ее конце деревянной конической насадкой, причем последняя располагается ниже границы вечной мерзлоты не менее чем на 1 м, а затрубное пространство между скважиной заполнено замерзающей засыпкой из местных слабофильтрующих грунтов [SU 1385715 Α1, Е21В 47/06, опубл. 30.04.1995].
Недостатком известного устройства является то, что термометрическая скважина может использоваться только для кратковременных исследовательских работ и неприменима для длительного мониторинга.
Известна термометрическая скважина, содержащая трубу с заглушенным нижним концом, теплоизоляционный материал, кондуктор, теплоизоляционный кожух и съемную герметичную заглушку, причем верхний и нижний концы кондуктора жестко связаны с трубой, образуя герметичную полость, заполненную теплоизоляционным материалом, а теплоизоляционный кожух размещен над съемной герметичной заглушкой [RU 100555 U1, Е21В 47/06, опубл. 20.12.2010].
Наиболее близкой по технической сущности является термометрическая скважина, содержащая металлическую трубу с заглушенным нижним концом, теплоизоляцию, кондуктор, теплоизоляционный кожух и съемную герметичную заглушку [СТО Газпром 2-3.1-072-2006 «Регламент на проведение геотехнического мониторинга объектов газового комплекса в криолитозоне» п. 8.1.9 - п. 8.1.11].
Недостатком вышеуказанных технических решений является использование в термометрической скважине трубы, выполненной из металла. Ввиду большой массы готовой трубы существует необходимость в длинномерном транспорте, так как длина трубы 10 м, а также подъемного транспорта при погрузочных и разгрузочных работах, что затрудняет их доставку на место проведения исследований, особенно в труднодоступной местности. При глубине заложения трубы более 10 м дополнительно требуется применение сварочного оборудования для стыковки металлических труб, а также сварочное оборудование необходимо для приварки заглушки к нижнему концу трубы.
Техническая проблема заключается в разработке конструкции термометрической скважины предназначенной для измерения температуры, в том числе в криолитозоне на многолетнемерзлых грунтах, обеспечивающей эксплуатационную надежность при проведении исследовательских работ с повышением точности замеров температуры грунта, исключающей необходимость применения длинномерного транспорта для доставки комплектующих и подъемного транспорта при погрузочных и разгрузочных работах, а также исключающей применение сварочного оборудования при строительстве скважины, особенно в труднодоступной местности.
Технический результат создания полезной модели заключается в упрощении технологии изготовления термометрической скважины за счет исключения применения сварочного оборудования, с обеспечением удобства транспортировки комплектующих к месту проведения исследований, в том числе в труднодоступной местности.
Указанный технический результат достигается тем, что термометрическая скважина содержит трубу с заглушенным нижним концом, теплоизоляцию, кондуктор, теплоизоляционный кожух и съемную герметичную заглушку, новым является то, что труба выполнена составной из последовательно соединенных трубных секций с таким расчетом, чтобы общая длина составной трубы была, по меньшей мере, 10 м, каждая трубная секция содержит отрезок трубы, с одного конца которого размещен ниппель, а с другого конца - муфта, причем отрезок трубы выполнен из полимерного материала, ниппель и муфта выполнены из металла, на выступающей наружной поверхности ниппеля выполнена наружная резьба, на внутренней поверхности выступающей нижней цилиндрической части муфты выполнено резьбовое отверстие, причем внутренний диаметр ниппеля равен внутреннему диаметру отрезка трубы, наружный диаметр муфты равен наружному диаметру отрезка трубы, высота выступающей наружной поверхности ниппеля равна глубине внутренней поверхности выступающей нижней цилиндрической части муфты с образованием гладкой составной трубы при свинчивании трубных секций между собой, обеспечивая при этом контакт трубных секций по внутренним упорным торцам, нижний конец составной трубы заглушен при помощи резьбовой заглушки, на нижнем торце которой выполнена проушина, а верхний конец составной трубы закрыт съемной герметичной заглушкой при помощи резьбового соединения.
Существует вариант, в котором длина указанного отрезка трубы с выступающей нижней частью муфты составляет 0,5 м.
Существует также вариант, в котором длина указанного отрезка трубы с выступающей нижней частью муфты составляет 1 м.
Существует также вариант, в котором длина указанного отрезка трубы с выступающей нижней частью муфты составляет 5 м.
Возможен вариант, в котором указанные ниппель и муфта соединены с отрезком трубы посредством неразъемного соединения, в частности запрессовкой.
Возможен также вариант, в котором указанные ниппель и муфта соединены с отрезком трубы посредством резьбового соединения.
На фиг. 1 схематично изображена термометрическая скважина.
На фиг. 2 выноска по А на фиг.1, показано (увеличено) соединение трубных секций между собой.
Термометрическая скважина (фиг. 1) содержит составную трубу 1 с заглушенным нижним концом, посредством резьбовой заглушки 2, теплоизоляцию 3, кондуктор 4, теплоизоляционный кожух 5, съемную герметичную заглушку 6 и крышку 7.
Составная труба 1 выполнена из последовательно соединенных трубных секций 8 (фиг. 2), каждая из которых содержит отрезок трубы 9. Отрезок трубы 9 выполнен из полимерного материала с теплопроводностью ниже теплопроводности грунта (1 Вт/(м⋅К) и ниже), например, из полиэтилена низкого или высокого давления или из полипропилена морозостойкого ударопрочного, или иного материала с теплопроводностью ниже теплопроводности грунта. С одного конца отрезка трубы 9, например, запрессован или привинчен ниппель 10, а с другого конца, например, запрессована или привинчена муфта 11. Ниппель 10 и муфта 11 выполнены из металла с высокой теплопроводностью многократно превышающей теплопроводность грунта (40 Вт/(м⋅К) и выше), например, из стали, или алюминия, или латуни, или иного материала с высокой теплопроводностью многократно превышающей теплопроводность грунта. При этом длина отрезка трубы 9 с выступающей нижней цилиндрической частью муфты 11 составляет, например, 0,5 м или 1 м, или 5 м.
На выступающей наружной поверхности ниппеля 10 выполнена наружная резьба 12. На внутренней поверхности выступающей нижней цилиндрической части муфты 11 выполнено резьбовое отверстие с ответной внутренней резьбой 13.
1
2
1
2
Внутренний диаметр d ниппеля 10 равен внутреннему диаметру d отрезка трубы 9. Наружный диаметр D муфты И равен наружному диаметру D отрезка трубы 9. Высота Η выступающей наружной поверхности ниппеля 10 равна глубине h внутренней поверхности выступающей нижней цилиндрической части муфты 11 с образованием гладкого проходного отверстия и гладкой наружной поверхности составной трубы 1 при свинчивании трубных секций 8 между собой.
Нижний конец составной трубы 1 заглушен при помощи резьбовой заглушки 2, на наружной поверхности которой выполнена наружная резьба (не показано) для свинчивания с муфтой 11 трубной секции 8. На нижнем торце резьбовой заглушки 2 выполнена проушина 14. Верхний конец составной трубы 1 закрыт съемной герметичной заглушкой 6, на внутренней поверхности которой выполнено резьбовое отверстие (не показано) для свинчивания с ниппелем 10 трубной секции 8.
В соединении трубных секций 8 предусмотрен контакт 15 по внутренним упорным торцам, фиксирующий заданный натяг при закреплении соединения, обеспечивая при этом герметичность соединения трубных секций 8 между собой.
Все резьбовые соединения выполнены стандартными, например, с выполнением трубной конической резьбы.
Количество трубных секций 8 свинченных друг с другом определяют с таким расчетом, чтобы обеспечить заданную длину составной трубы 1 путем свинчивания трубных секций 8, которые содержат отрезки труб 9 с выступающей нижней цилиндрической частью муфты 11, например, длиной 0,5 м или длиной 1 м, или длиной 5 м. Таким образом, длина предлагаемой составной трубы 1 определяется из выражения:
где L - общая длина составной трубы 1;
n - число трубных секций 8;
l - длина одного отрезка трубы 9 с выступающей нижней цилиндрической частью муфты 11.
Изготавливают термометрическую скважину следующим образом.
С поверхности забуривают направляющую скважину для кондуктора 4 на необходимую глубину, которая зависит от зон контроля температуры грунта. Затем бурят на заданную глубину основную скважину меньшего диаметра. Далее собирают составную трубу 1 необходимой длины, в зависимости от глубины основной скважины следующим образом: к трубной секции 8, в нижней части которой размещена муфта 11 с выполненной внутренней резьбой 13, привинчивают посредством, например, трубного ключа, резьбовую заглушку 2 для герметизации скважины. После этого в отверстие проушины 14 резьбовой заглушки 2 продевают трос, на котором первую трубную секцию 8 опускают в скважину до половины и при этом удерживают на поверхности с двух сторон при помощи указанного троса. Затем на выступающую над поверхностью верхнюю часть первой трубной секции 8, в верхней части которой размещен ниппель 10 с выполненной наружной резьбой 12, привинчивают посредством, например, трубного ключа, последующую трубную секцию 8, в нижней части которой размещена муфта 11 с выполненной внутренней резьбой 13, после чего опускают таким образом, чтобы на поверхности оставалась половина верхней трубной секции 8 для навинчивания следующей трубной секции 8. Операцию повторяют в зависимости от необходимого количества η трубных секций 8. Таким образом, сборка составной трубы 1 происходит последовательно свинчивая трубные секции 8 между собой и одновременно опуская готовую часть составной трубы 1 в скважину. После свинчивания необходимого количества трубных секций 8 к верхнему концу составной трубы 1, в которой размещен ниппель 10 с выполненной наружной резьбой 12, привинчивают посредством, например, трубного ключа, съемную герметичную заглушку 6 на внутренней поверхности которой выполнено резьбовое отверстие. После окончательного спуска готовой составной трубы 1, трос вытягивают на поверхность, путем высвобождения одного из концов троса на поверхности. Надземную часть термометрической скважины теплоизолируют при помощи теплоизоляции 3 выполненной, например, из пенополиуретана или иной негорючей теплоизоляции для предотвращения влияния температуры воздуха на показания грунтовых датчиков. В приустьевой части составную трубу 1 оборудуют теплоизоляционным кожухом 5 выполненным, например, скорлупами из экструдированного пенополистирола или иной теплоизоляции, которая не разрушается при контакте с водой. Сверху на кондуктор 4 устанавливают крышку 7 для защиты термометрической скважины от внешних воздействий.
Термометрические наблюдения в скважине проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 25358-2012 «Грунты. Метод полевого определения температуры».
Повышение точности замера достигают за счет использования полимерного материала отрезков труб с теплопроводностью значительно ниже, чем теплопроводность грунта, так как практически исключается тепловой поток вдоль трубной секции, а, следовательно, влияние температуры смежных слоев грунта на температуру металлических соединений, которые являются местом замера температуры грунта на заданной глубине.
Заявляемая конструкция термометрической скважины с применением составной трубы, содержащей необходимое количество коротких трубных секций, позволяет обеспечить доставку указанных трубных секций на любом транспорте. Кроме того, применение составной трубы, в том числе длиной более 10 м, позволяет исключить применение сварочного оборудования, так как трубные секции свинчивают между собой посредством резьбового соединения, а также посредством резьбового соединения привинчена резьбовая заглушка к нижнему концу составной трубы, тем самым исключается использование сварочного оборудования.
Таким образом, заявляемая конструкция термометрической скважины обеспечивает упрощение технологии изготовления термометрической скважины без применения сварочного оборудования, обеспечивает удобство транспортировки комплектующих к месту проведения исследований, в том числе в труднодоступной местности.