ТЕРМОМЕТРИЧЕСКАЯ СКВАЖИНА

Полезная модель относится к термометрическим скважинам, оборудованным как вне, так и внутри здания, и предназначена для контроля температуры всех слоев грунта, в том числе для контроля как температуры вечномерзлых грунтов в зонах размещения скважины промышленной добычи нефти и газа, так и для контроля температуры вечномерзлых грунтов внутри строительных конструкций, зданий и сооружений.
Известны инженерно-геологические скважины, используемые для измерения температуры грунтов. Скважина в пределах протаивающего слоя грунта защищена обсадной трубой-кондуктором, заглубленным в вечномерзлый грунт не менее чем на 0,5 м. При наличии межмерзлотных или подмерзлотных вод и осыпании стенок скважины на всю ее глубину устанавливают защитную пластмассовую или металлическую трубу, герметизированную снизу и диаметр которой в соединениях должен обеспечивать свободный спуск/подъем гирлянды электрических датчиков температуры. Кондуктор или защитная труба должна выступать над поверхностью грунта на 0,3-0,5 м. На строительных площадках и в зонах проезда транспортных средств верхняя часть обсадных и защитных труб должна быть заглублена на 0,1-0,3 м и закрыта металлическим колпаком, предохраняющим скважину от повреждения транспортными средствами и строительными механизмами. Выступающая над поверхностью грунта часть кондуктора или защитной трубы теплоизолирована коробом с крышкой, заполненным мхом, торфом или другим теплоизоляционным материалом. Входное отверстие скважины (трубы) после бурения в промежутках между наблюдениями плотно закрывается пробкой, предупреждающей возможность попадания в скважину атмосферных осадков и образования в ней конденсата или снежной шубы. При режимных (длительных) наблюдениях в скважинах диаметром более 100 мм затрубное пространство защитных труб следует засыпать сухим песком или мелким гравием либо местным сухим измельченным грунтом (ГОСТ 25358-82. Грунты. Метод полевого определения температуры).
Но известная инженерно-геологическая скважина имеет недостаточную герметичность трубы, что снижает точность замеров температуры грунтов. И, кроме того, она требует проведения больших вспомогательных работ, например, таких как поиск подручных теплоизоляционных материалов для заполнения пространства между обсадной трубой и кондуктором, их утрамбовка и т.д., что увеличивает трудоемкость проводимых работ.
Известна также 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 (авторское свидетельство СССР №1385715, кл. E21B 47/06. Опубл. 30.04.1995 г.).
Однако данная термометрическая скважина может использоваться только для кратковременных исследовательских работ и неприменима для мониторинга в течение 20-30 лет температуры вечномерзлых грунтов на промышленных объектах (кусты газовых скважин, здания и т.д.).
Наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сущности является термометрическая скважина, содержащая 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», фиг.Г.1, Д1, пп.8.19-8.1.11).
Но в этой термометрической скважине не исключены попадание в нее при снятии герметичной заглушки атмосферных осадков (влаги и т.д.) и влияние температуры наружной атмосферы на температуру внутри трубы, что снижает точность замеров температуры грунтов, расположенных ниже границы зоны вечной мерзлоты.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является повышение точности определения температуры как в сезонно-протаивающем слое, так и ниже границы вечной мерзлоты; создание цельной и универсальной по назначению (применение вне и внутри здания) конструкции термометрической скважины; упрощение ее изготовления и увеличение срока ее службы.
Технический результат заключается в создании между трубой и кондуктором герметичной полости, заполненной теплоизоляционным материалом.
Поставленная задача решается тем, что в термометрической скважине, содержащей трубу с заглушенным нижним концом, теплоизоляционный материал, кондуктор, теплоизоляционный кожух и съемную герметичную заглушку, верхний и нижний концы кондуктора жестко связаны с трубой, образуя герметичную полость, заполненную теплоизоляционным материалом. А теплоизоляционный кожух размещен над съемной герметичной заглушкой.
Жесткая связь (например, с помощью перегородок) верхнего и нижнего концов кондуктора с трубой повышает надежность конструкции термометрической скважины, увеличивая срок ее службы.
Образовавшаяся же за счет жесткой связи верхнего и нижнего концов кондуктора с трубой герметичная полость, заполненная теплоизоляционным материалом, стабилизирует температуру в трубе, исключает попадание воды в теплоизоляционный материал. При этом не требуется поиска теплоизоляционного материала, его уплотнения и засыпки, что упрощает изготовление термометрической скважины.
А размещение теплоизоляционного кожуха над съемной герметичной заглушкой позволяет при ее снятии при замерах теплоизолировать отверстие скважины, в которой размещена гирлянда электрических датчиков температуры, что повышает точность замеров и быструю стабилизацию температуры в скважине, исключает возможность попадания в скважину атмосферных осадков и образования в ней конденсата или снежной шубы.
На фиг.1 показан разрез термометрической скважины, оборудованной вне здания; на фиг.2 - вид А на отверстие/паз; на фиг.3 - разрез термометрической скважины, оборудованной внутри здания.
1
2
3
1
2
Термометрическая скважина, оборудованная вне зданий (фиг.1), содержит трубу 1 с заглушенным нижним концом 2, теплоизоляционный материал 3, кондуктор 4 с верхней перегородкой 5, на которой установлена съемная (например, резьбовая) герметичная заглушка 6 с уплотнением 7, и нижней перегородкой 8, образующих герметичную полость, заполненную теплоизоляционным материалом 3. В зависимости от зоны контроля температуры, расположения скважины вне или внутри здания меняются расстояние от поверхности грунта до верхней перегородки 5 кондуктора 4 (L) от 0,3 до 1,2 м; расстояние от поверхности грунта до нижней перегородки 8 кондуктора 4 (L) от 0,5 до 4,0 м; расстояние от поверхности грунта до заглушенного нижнего конца 2 трубы 1 (L) от 10,0 до 20,0 м. При необходимости контроля температуры только ниже границы вечномерзлых грунтов нижняя перегородка 8 должна располагаться ниже границы вечной мерзлоты не менее чем на 1,0 м, а длина кондуктора будет равна (L+L) м. Съемная герметичная заглушка 6 закрыта теплоизоляционным кожухом 9, заполненным теплоизоляционным материалом 3 и имеющим отверстие или паз 10 (фиг.2), закрытый теплоизолирующей вставкой 11, герметизирующей выводы кабеля термометрической гирлянды (не показаны) при снятой герметичной заглушке 6. Всплытие теплоизоляционного кожуха 9 при подъеме воды можно исключить, например, за счет превышения его веса над выталкивающей Архимедовой силой.
Термометрическая скважина, оборудованная внутри здания (фиг.3), отличается от термометрической скважины, оборудованной вне здания (фиг.1), наличием в кондукторе 4 полости 12 и теплоизоляционного кожуха 9, входящего в эту полость. В этом случае верхний конец кондуктора 4 выводится на уровень поверхности пола производственного помещения. При этом в крышке 13 теплоизоляционного кожуха 9 выполнена полость 14, в которую поворачивающаяся вокруг своей оси ручка 15 утапливается с целью, например, прохода над ней наземного транспорта.
Изготавливают термометрическую скважину следующим образом.
2
3
С поверхности забуривают направляющую скважину для кондуктора 4 на глубину L от 0,5 до 4,0 м в зависимости от зон контроля температуры грунта. Затем бурят на глубину L от 10,0 до 20,0 м основную скважину меньшего диаметра и частично заполняют ее, например, глинистым раствором. Поднимают всю цельную, монолитную конструкцию (труба 1+кондуктор 4) и опускают ее в скважину. При этом, погружаясь в основную скважину, труба 1 заглушенным нижним концом 2 выдавливает раствор, заполняющий зазоры между трубой 1 и грунтом, исключая воздушные зазоры. При этом опускается, заходя в направляющую скважину, и кондуктор 4 с верхней перегородкой 5, герметичной заглушкой 6, нижней перегородкой 8 и полостью, заполненной теплоизоляционным материалом 3.
Универсальность по назначению (вне и внутри здания) термометрической скважины достигается за счет разной длины кондуктора 4 и трубы 1 над грунтом и в грунте. В зависимости от назначения скважины расстояние от поверхности грунта до верхней перегородки 5 может колебаться от 0,3 до 1,5 м. Для замеров температуры ниже границы вечной мерзлоты нижний конец кондуктора 4 в конструкции жестко соединен с трубой 1 на уровне не менее чем на 1 м ниже границы вечной мерзлоты, что исключает влияние зоны протаивающего слоя грунта на стабилизацию температуры в трубе 1 замера и осыпание скважины в зоне протаивающегося слоя грунта. Пространство между кондуктором 4 и поверхностью направляющей скважины засыпается любым слабофильтрующим местным материалом.
Таким образом, заявленная полезная модель за счет создания цельной, монолитной конструкции повышает точность определения температуры как в сезонно-протаивающем слое, так и ниже границы вечной мерзлоты; упрощает изготовление термометрической скважины и увеличивает срок ее службы.