CC BY
36
УДК 624.154.8
Б.А. Опрышко, В.А. Швецов, А.П. Лях, О.А. Белавина, А.А. Бессонов
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ОГОЛОВКА ДЛЯ САМОИЗЛИВАЮЩЕЙСЯ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СКВАЖИНЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
В статье предложена конструкция оголовка для самоизливающейся скважины месторождений подземных вод. Показано, что внедрение этого оголовка на месторождениях подземных вод позволяет решить проблему организации и производства наблюдений за режимом уровня, напора и дебита подземных вод. Применение данного оголовка также позволяет ликвидировать аварийные изливы подземных вод.
Ключевые слова: наблюдательная скважина, мониторинг, месторождение, полезная модель, подземные воды, антропогенное воздействие.
B.A. Opryshko, V.A. Shvetsov, A.P. Lyakh, O.A. Belavina, A.Y. Bessonov
DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF THE CAP FOR OBSERVATION FLOWING HOLE OF UNDERGROUND WATER FIELD
The article introduces the construction of the cap for observation flowing hole of underground water field. It is shown that adopting of this cap is effective to tackle the problem of the underground water level, pressure and debit monitoring. The application of this cap also allows to avoid accidental water overflows.
Key words: observation hole, monitoring, field, model, underground water, human impact.
DOI: 10.17217/2079-0333-2017-40-25-29
Введение
Стратегия развития ресурсной базы питьевых подземных вод на территории Российской Федерации в XXI в. должна обеспечить создание стратегического резерва подземных вод, контроль их состояния, охрану от загрязнения и истощения [1-4].
При этом необходимо решить следующие задачи:
- оценить современное состояние изученности использования питьевых подземных вод,
- завершить создание системы мониторинга подземных вод;
- разработать и реализовать мероприятия по охране подземных вод от загрязнения и истощения [2-3].
Решение этих задач невозможно без разработки новых конструкций оголовков для скважин, используемых в наблюдательных сетях [5].
Оголовки наблюдательных скважин месторождений питьевых подземных вод, вскрывающие напорные воды, должны иметь надежную и простую в эксплуатации конструкцию, способную выдержать низкие (до минус 40°С) температуры и динамические воздействия различного характера. Используемые ранее оголовки самоизливающихся скважин имели сложную конструкцию и высокую стоимость за счет использования дорогостоящей запорной аппаратуры - чугунных задвижек (рис. 1 и 2.). Эти недостатки значительно снижали надежность эксплуатации наблюдательных пунктов на месторождениях питьевых подземных вод.
Разработка новой конструкции оголовка для наблюдательных скважин
Цель настоящей работы - разработка и внедрение оголовка для самоизливающейся наблюдательной скважины месторождений подземных вод.
Для достижения этой цели была разработана следующая конструкция оголовка.
Известен герметизированный оголовок для эксплуатационных самоизливающихся скважин месторождений питьевых подземных вод [6], включающий три стандартных фланца (1), колено,
выполненное из стандартных труб (2), одну стандартную задвижку (3), вантуз (4), водоотвод (5), заглушку (6). Конструкция оголовка приведена на рис. 1.
Данный оголовок имеет следующие недостатки:
- высокая стоимость запорной аппаратуры-задвижки;
- неудобство эксплуатации при отборе проб воды;
- невозможность обеспечения безаварийного режима работы оголовка на неохраняемых территориях;
- невозможность измерения пьезометрических уровней.
Известен также оголовок для самоизливающихся непескующих скважин, работающий под давлением до 0,5 МПа [7], содержащий три стандартных фланца (1), колено, выполненное из стандартных труб (2), две стандартные задвижки (3), поворотный кран для отбора проб (7), трехходовой кран с манометром (8), водоотвод (5). Внешний вид оголовка представлен на рис. 2.
Данный оголовок имеет следующие недостатки:
- при эксплуатации данного оголовка на неохраняемых территориях необходима дорогостоящая защита, обеспечивающая безаварийный режим работы оголовка;
- высокая стоимость стандартных задвижек.
С учетом вышеуказанной информации авторами разработан новый оголовок наблюдательной самоизливающейся скважины. Конструкция оголовка приведена на рис. 3. Техническим результатом инновации является снижение его стоимости, упрощение конструкции, повышение надежности эксплуатации.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый авторами оголовок наблюдательной самоизливающейся скважины для месторождений питьевых подземных вод, содержит один стандартный фланец (1), снабжен коническим суживающим устройством (9), вертикальной стандартной трубой (10), стальным цельнотянутым отводом (11), шаровым краном (12), прикрепленным к отводу, при этом переходник для подключения манометра и отбора проб воды (13) подключается к шаровому крану, а привод задвижки (14), установленной на устье скважины, снабжается стопором для предотвращения несанкционированного перекрытия (15).
Рис. 1. Герметизированный оголовок Рис. 2. Оголовок для самоизливающихся Рис. 3. Оголовок наблюдательной для эксплуатационных самоизли- непескующих скважин самоизливающейся скважины
вающихся скважин
Эксплуатация оголовка происходит следующим образом: открывают полностью шаровой кран (12) и в течение заданного времени производят сброс воды на местность до полного осветления воды, закрывают кран (12), затем ввинчивают переходник (9), открывают кран (12), отбирают необходимое количество проб воды и закрывают кран (12), после чего ввинчивают цифровой манометр, кран (12) снова полностью открывают и измеряют пьезометрический
напор. После отбора проб и измерения пьезометрического напора кран (12) закрывают, переходник демонтируют, поворотный механизм с крана (12) снимают. Задвижка, установленная на устье скважины, постоянно открыта и зафиксирована стопором для предотвращения несанкционированного перекрытия (15).
Использование предлагаемого оголовка обеспечивает, по сравнению с применяемыми в настоящее время оголовкам, следующие преимущества:
- снижение стоимости оголовка;
- упрощение конструкции оголовка;
- возможность очистки фильтров и ствола скважины перед отбором проб воды через водоотвод, диаметр которого равен диаметру фильтровой колонны скважины;
- повышение надежности эксплуатации оголовка.
Внедрение новой конструкции оголовка на наблюдательных скважинах Быстринского месторождения питьевых подземных вод
Оголовок наблюдательной самоизливающейся скважины для месторождений пресных подземных вод авторы внедрили на четырнадцати наблюдательных самоизливающихся скважинах № 15; 18; 19; 21; 29; 42; 45; 46; 47; 53; 54; 55; 57; 73 и на одной эксплуатационной скважине № Б-1 Быстринского месторождения питьевых подземных вод.
Это позволило устранить на месторождении питьевых подземных вод неконтролируемые из-ливы воды в объеме 108 л/с (9 354,5 м3/сут), предотвратить истощение эксплуатационных запасов питьевых подземных вод, а также защитить ландшафт месторождения от его деградации. Эффективность внедрения новых оголовков иллюстрируется результатами фотосъемки на рис. 4-8.
Рис. 4. Наблюдательная скважина №73 в 2012 г.
Рис. 5. Наблюдательная скважина №73 в августе 2016 г. при проведении гидрогеологического мониторинга
Представленная на рис. 4 и 5 наблюдательная скважина № 73 расположена на северозападном фланге Быстринского месторождения питьевых подземных вод, на границе постройки Авачинского вулкана. Скважина неконтролируемо изливалась в течение девятнадцати лет через поврежденный оголовок с расходом 15 л/с, размыв грунта в глубину составил 60 см, диаметр поврежденного участка почвы - 9 м. После проведения работ по ликвидации аварии на скважине в августе 2012 г. началось проведение мониторинга уровней подземных вод.
Результаты наблюдений в период разведки Быстринского месторождения ППВ (1990-1991 гг.) и по истечении девятнадцати лет с 2012 по 2015 гг. показали, что применение стандартных оголовков привело к тяжелой экологической ситуации чрезвычайного характера (истощение подземных водных ресурсов - сработка упругих запасов подземных вод). После внедрения оголовка для наблюдательной самоизливающейся скважины уровни подземных вод не только восстановились, но и превысили показатели периода разведки месторождения. Режим подземных вод месторождения вернулся в свое естественное состояние. Факт восстановления упругих запасов подземных питьевых вод представлен графиком на рис. 6.
Рис. 6. Результаты измерений пьезометрического уровня воды в наблюдательной скважине №73 в периодах с 1990-1991 (график слева) и с 2012 по 2015 гг. (график справа), в метрах от поверхности земли
В западной части Быстринского месторождения питьевых подземных вод, благодаря внедрению нового типа оголовка на кусте из трех поисково-разведочных скважин № 53; 54; 55, предотвращено заболачивание обширной территории.
Рис. 7. Поисково-разведочные скважины № 53; 54; 55 в октябре 2012 г.
Рис. 8. Поисково-разведочные скважины после ремонта в августе 2016 г.
Выводы
1. Разработанный авторами оголовок необходимо использовать на всех наблюдательных самоизливающихся скважинах.
2. Внедрение данного оголовка обеспечивает минимальное антропогенное воздействие на живую природу.
Литература
1. Боревский Б.В., Язвин Л.С. Стратегия развития ресурсной базы питьевых подземных вод на территории России в XXI веке // Гидрогеологическая и геоэкологическая компания «ГИДЭК». Разведка и охрана недр. - М., 2003. - № 10.
2. Водный Кодекс (Федеральный Закон от 03.06.2006 №74-ФЗ)
3. Водная стратегия Российской Федерации на период до 2020 года: распоряжение Правительства Российской Федерации от 27 августа 2009 г. № 1235.
4. Лебедев А.В., Семёнов С.М., Чалидзе Ю.Б. Организация и производство наблюдений за режимом уровня, напора и дебита подземных вод: метод. рекомендации. - М.: МинГео СССР. - 1985. - 42 с.
5. Оголовок наблюдательной самоизливающейся скважины: пат. 133189 Рос. Федерация, U1 МПК Е21В 33/068 (2006.01) / Б.А. Опрышко, В.А. Швецов, О.А. Белавина; патентообладатель ФГБОУ ВПО «Камчат. гос. техн. ун-т». - Заявка № 2013109450/03; заявл. 04.03.2013. - Опубл. 10.10.2013, Бюл. № 28.
6. Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду / под общ. ред. В.В. Дубровского. - Второе изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1972. - C. 484. - Рис. XVI - 49.
7. Узлы инженерного оборудования сооружений - 7.901-7 // Герметизированные оголовки скважин. Вып. 3. Оголовки самоизливающихся скважин / Утверждены и введены в действие Минводстроем СССР. - Протокол № 821 от 02.04.90 г. - С. 12.
Информация об авторах Information about the authors
Опрышко Борис Алексеевич - Государственное унитарное предприятда Камчатского края «Камчатский водоканал»; 683009, Россия, Петропавловск-Камчатский; главный технолог по воде; [email protected]
Opryshko Boris Alekseevich - Kamchatka State Unitary Enterprise «Kamchatsky Vodokanal»; 683009, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Water Chief Process Engineer; [email protected]
Швецов Владимир Алексеевич - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; доктор химических наук, доцент, профессор кафедры электрооборудования и радиооборудования судов
Shvetsov Vladimir Alekseevich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Doctor of Chemical Sciences, Docent, Professor of Electrical and Radio Equipment of Ships Chair
Лях Артем Павлович - Государственное унитарное предприятж Камчатского края «Камчатский водоканал»; 683009, Россия, Петропавловск-Камчатский; инженер по охране окружающей среды 1 кат.
Lyakh Artem Pavlovich - Kamchatka State Unitary Enterprise «Kamchatsky Vodokanal»; 683009, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Environmental Engineer 1st category
Белавина Ольга Александровна - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; специалист по научно-технической информации отдела науки и инноваций, [email protected]
Belavina Olga Aleksandrovna - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Specialist in Technical and Scientific Information of Science and Innovation Department; [email protected]
Бессонов Александр Юрьевич - Камчатский государственный технический университет; 683003, Россия, Петропавловск-Камчатский; аспирант
Bessonov Aleksandr Yurevich - Kamchatka State Technical University; 683003, Russia, Petropavlovsk-Kamchatskу; Postgraduate
