РАЗДЕЛ 1.

Замеры и контроль уровня жидкости в скважинах и других выработках осуществляются с помощью приборов, называемых уровнемерами. Точность замеров, требуемая при решении многих практических задач равна ± 0.1-0.2 м.

Существует много конструкций уровнемеров. В большинстве из них измерение глубины уровня жидкости выполняется с помощью мерной ленты (шнура), опускаемого в скважину (выработку). На конце ее есть устройство, позволяющее зафиксировать момент касания его уровня воды с помощью акустической, оптической или электрической сигнализации. Разработаны уровнемеры, использующие принцип фиксации предварительно посланного и отраженного от уровня жидкости луча от поверхности жидкости. По времени прохождения луча от поверхности жидкости до устройства, фиксирующего его, судят о положении уровня жидкости в скважине.

Рассмотрим известные конструкции уровнемеров с целью анализа возможности их применения для решения поставленной задачи исследования.

Наиболее простыми и наиболее употребительными измерительными приборами являются хлопушка (рис.1.1а) и термометр-хлопушка (рис.1.1б). Хлопушка в момент касания ее воды издает звук, напоминающий хлопок. Они применяются в вертикальных выработках при глубине уровня не более 10-15 м.

Сочетание хлопушки с термометром (рис.1.1б) дает возможность при одном спуске определить положение уровня в скважине и температуру воды. Вначале замеряют уровень обыкновенной хлопушкой, а затем прибор опускают ниже уровня для определения температуры воды.

Хлопушка со свистком по конструкции близка к хлопушке, но при ударе о воду издает свист. Этот прибор достаточно тяжел и способен натягивать шнур или стальную ленту значительной длины. В вертикальных выработках хлопушка со свистком дает вполне удовлетворительные результаты при глубине до зеркала воды 30-40 м.

Гидрогеологическая рулетка конструкции Б.П. Остроумова состоит из трех основных частей: рамки , барабана и стального канатика. Канатик 11 диаметром 0.08 м имеет длину 100 м. Минимальный вес хлопушки, необходимый для натяжения канатика, должен быть не менее 0.4 кг. Гидрогеологическая рулетка нашла широкое применение при замерах уровня жидкости в скважинах в практике разведочного бурения.

Штанговый измеритель со стальным фюзеляжным тросиком применяется как в вертикальных, так и наклонных выработках при незначительных их глубинах. Существенный недостаток этого измерителя заключается в том, что он громоздок, тросик часто деформируется и скручивается. В момент погружения измерительной части уровень воды повышается, что несколько искажает истинное положение зеркала подземных вод. Для уточнения замеров уровня воды иногда применяется комбинированный штанговый измеритель с хлопушкой, в котором используется звуковой эффект.

С целью исключения искажения положения уровня в мелких вертикальных скважинах применяют тяжелый лот. Последний (рис.1.2) представляет собой цилиндр 2 со стальной иглой 3 диаметром 0.0015- 0.0020 м на конце, удобен тем, что он практически не изменяет уровень воды в скважинах малого диаметра. Подвешивается тяжелый лот 2 на стальной мерной ленте 1. О глубине залегания уровня подземных вод судят по намокшей части стальной иглы 1, которую предварительно натирают мелом.

Анализ принципа действия устройств, приведенный в настоящем подразделе отчета, вскрывает следующие их недостатки:

1 - возможность применения в скважинах незначительной глубины (до 100 м);

2 - неточность измерения, вызванная растяжением нити (ленты, шнура) под действием веса элемента, опускаемого в скважину для определения момента его касания уровня жидкости;

3 - необходимость обязательного прерывания технологического процесса бурения для проведения измерения положения уровня жидкости в скважине.

Таким образом, выше названные устройства не имеют перспективы для совершенствования с целью достижения цели исследования.

Электроуровнемер с электрической лампочкой 2 (рис.1.7) дает хорошие результаты в вертикальных выработках, закрепленных любым материалом. Наконечник прибора опускают в выработку на двухжильном проводе, соединенном на поверхности земли с батарейкой, электрическим звонком или лампочкой. Уже при небольшом погружении наконечника в воду поплавок замыкает электрическую цепь, что определяется по звонку или свечению лампы.

Электроуровнемер Б.П. Остроумова (рис. 1.3) действует следующим образом. При замерах уровня воды в скважинах наконечник 8 осторожно опускают в кольцевой зазор между насосными 10 и обсадными 11 трубами или в пьезометрическую трубку до момента отклонения стрелки гальванометра 4. После отклонения стрелки наконечник 8 немного приподнимают и затем снова медленно опускают, тщательно улавливая при этом момент отклонения стрелки. Зафиксировав этот момент, наблюдатель рукой прижимает провод 7 к рейке 3 и производит при этом отсчет. Целое число метров определяется по бирке 2, а сантиметры - по шкале 5 против середины бирки.

Анализ данной группы устройств позволяет сделать вывод, что им присущ перечень недостатков группы устройств, описанных в предыдущем разделе.

В уровнемерах с косвенным измерением уровня воды в скважинах отсутствует непосредственное измерение уровня воды.

Пневматический уровнемер, состоит из металлической или резиновой трубки небольшого диаметра (0.003 м и более), ручного воздушного насоса, манометра и баллона. Баллон служит для более равномерной работы уровнемера. Действие прибора заключается в следующем. При нагнетании воздуха в баллон и трубку уровнемера давление будет возрастать до тех пор, пока воздух не выдавит столб воды, находящийся в нижней части трубки. Очевидно, что высота этого столба равна глубине погружения трубки ниже уровня воды в скважине. При дальнейшем нагнетании воздуха давление возрастать не будет, так как избыток воздуха выходит через конец трубки, погруженной в воду. Постоянное давление воздуха определяется по манометру. Это давление показывает высоту вытесненного воздухом из трубки столба воды. Разность между длиной трубки от ее нижнего конца до устья скважины и величиной дает искомую глубину залегания уровня воды.

Для точных измерений уровня воды в скважине применяют пневматический уровнемер конструкции Е.В. Симонова (рис.1.4). В этом приборе манометром служит тонкая стеклянная трубка, опущенная в плотно закрытый сосуд (чашку или банку), содержащую подкрашенную воду или ртуть. При водяном манометре точность отсчета 0.002 м, при ртутном - 0.01-0.02 м (при пересчете на высоту водяного столба). Длина шкалы около 1 м. Максимальная величина изменения уровня, которая может быть измерена с помощью данного уровнемера при водяном манометре, составляет около 1 м, а при ртутном до 10 м водяного столба. Резиновая трубка, опускаемая в скважину, и 1.11 не показана. Общий вид установки пневматического измерителя уровня воды U-образной стеклянной трубкой, заполненной водой или ртутью, и трубкой с воронкой приведен на рис.1.4б.

На стационарных гидрогеологических станциях применяют самопишущие уровнемеры (лимниграфы) и цифрографы.

Поплавковый лимниграф-прибор, позволяющий вести непрерывную запись изменения уровня в скважине состоит из поплавка, противовеса и барабана, приводимого во вращение часовым механизмом. Колебания уровня воды в скважине или шурфе отмечаются в виде непрерывной кривой на ленте вращающегося барабана.

Цифрограф состоит из диска с цифрами и электрического устройства, при помощи которого автоматически передвигается бумажная лента

Прибор приводится в действие электрическими элементами. Барабан, приводимый в действие часовым механизмом с недельным и двухнедельным заводом, делает за сутки один оборот; на бумажной ленте, сматывающейся во время работы со специальной катушки, за сутки отпечатывается до 12 замеров. При проведении откачки следует предусмотреть возможность беспрепятственного измерения динамического уровня в скважинах охарактеризованными выше приборами. Для создания необходимых условий в некоторых скважинах с небольшой шириной кольцевого зазора

принцип и техническую реализацию способа фиксации внезапного падения столба жидкости в скважине без прерывания технологического процесса бурения. между водоподъемными и обсадными трубами или в искривленных скважинах в ствол скважины опускают пьезометрическую трубку.