RU2163964C2 - Method of recovery of water well of underground structure - Google Patents

Abstract

FIELD: recovery of water wells. SUBSTANCE: method is designed for recovery of water well located in underground structures of subway type which have lost their sealing due to corrosion of their casing string. The method includes drilling of new well directly from underground structure alongside the casing string of emergency well. Drilling is carried out with stopping short of water-bearing horizon. Supplied to well is cryogenic fluid in the form, mainly, of liquid nitrogen. Under action of subzero temperature of nitrogen, water is frozen at level of upper part of strainer of emergency well. Ice plug is formed in process of freezing. New casing string is installed inside old casing string. Interpipe space and well head are sealed with cement mortar. Ice plug is removed from well strainer by natural thawing out or by supply of hot water instead of cryogenic fluid. EFFECT: higher safety in major repairs of water wells of underground structures, excluded water drawdown work. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к восстановлению водозаборных скважин, расположенных в подземных сооружениях типа метро и потерявших герметичность в связи с коррозией обсадных труб. The invention relates to the field of construction, namely, the restoration of water wells located in underground structures such as the subway and have lost their tightness due to corrosion of the casing.

Известны способы восстановления водозаборных скважин, включающие смену обсадных колонн и цементационные работы [1, 2]. Known methods for the restoration of water wells, including the change of casing strings and cementation work [1, 2].

Основным недостатком известных способов является их низкая эффективность в условиях применения этих способов в подземных сооружениях из-за необходимости проведения объемных водопонизительных работ, с целью недопущения затопления подземного сооружения дренажными (подземными) водами. При этом для осуществления водопонижения подземных вод на поверхности Земли потребуется строительство специальных водопонизительных скважин, что связано не только дополнительными капитальными затратами, но иногда с невозможностью создания таких скважин, например, если подземный объект находится под плотной городской застройкой. The main disadvantage of the known methods is their low efficiency in the conditions of application of these methods in underground structures because of the need for volumetric water-reducing works, in order to prevent flooding of the underground structure with drainage (underground) waters. At the same time, to implement groundwater reduction on the Earth's surface, construction of special water-reducing wells will be required, which is associated not only with additional capital costs, but sometimes with the impossibility of creating such wells, for example, if the underground facility is under dense urban development.

Кроме того, удаление коррозионной колонны труб является довольно сложной ремонтной работой, причем не всегда дающей положительные результаты [1]. In addition, the removal of the corrosion pipe string is a rather complicated repair work, and it does not always give positive results [1].

Наиболее близким решением к данному изобретению является способ восстановления водозаборных скважин, включающий установку новой обсадной колонны труб внутрь старой колонны, герметизацию межтрубного пространства цементным раствором. При этом изолируют эксплуатируемый водоносный горизонт от попадания туда цементного раствора с помощью временной песчаной пробки [1, рис. 40, стр. 126]. The closest solution to this invention is a method of restoring water wells, including installing a new casing string inside the old string, sealing the annulus with cement mortar. At the same time, the exploited aquifer is isolated from the ingress of cement with the help of a temporary sand plug [1, Fig. 40, p. 126].

Данное техническое решение значительно сокращает сроки и упрощает работы по капитальному ремонту скважины, однако это решение не снимает сопутствующую ремонтным работам проблему водопонижения подземных вод до отметки, по крайней мере, не выше, чем отметка посадки подземного сооружения. This technical solution significantly reduces the time and simplifies the work on the well overhaul, however, this solution does not remove the problem of lowering the groundwater associated with the repair work to a mark at least not higher than the landing mark of the underground structure.

В противном случае имеется реальная опасность гибели подземного сооружения в результате затопления его подземными водами через разгерметизированную в процессе капитального ремонте водозаборную скважину. Otherwise, there is a real danger of the destruction of the underground structure as a result of flooding by groundwater through a water well that was sealed off during capital repairs.

Таким образом, к существенными недостатками выбранного прототипа следует отнести прежде всего опасность его применения для подземного сооружения, например в случае внезапного отказа системы водоотлива, необходимость бурения специальных водопонизительных скважин, необходимость значительных энергетических затрат на откачку воды из водопонизительных скважин. Thus, the significant disadvantages of the selected prototype should be attributed primarily to the danger of its use for an underground structure, for example, in the event of a sudden failure of the drainage system, the need to drill special water-reducing wells, the need for significant energy costs for pumping water from water-reducing wells.

Задача, решаемая изобретением, - обеспечение безопасности при капитальном ремонте водозаборных скважин подземных сооружений, исключение необходимости водопонизительных работ и соответственно исключение затрат на строительство и эксплуатацию водопонизительных скважин. The problem solved by the invention is to ensure safety during the overhaul of water wells of underground structures, eliminating the need for water-reducing works and, accordingly, eliminating the costs of building and operating water-reducing wells.

Для решения поставленной задачи предлагается способ восстановления водозаборной скважины подземного сооружения, осуществляемый следующим образом. To solve this problem, a method for restoring an intake well of an underground structure is proposed, as follows.

Перед разгерметизацией аварийной скважины и опусканием в нее новой колонны обсадных труб ее герметизируют путем замораживания верхней части фильтра этой скважины. Для этого непосредственно из подземного сооружения рядом с обсадной колонной аварийной скважины бурят, не доходя до водоносного горизонта, новую скважину небольшого диаметра (50-100 мм), после чего подают в эту скважину криогенную жидкость, преимущественно жидкий азот, температура кипения которого составляет около минус 196^oC, под действием низкой отрицательной температуры вода на уровне верхней части фильтра аварийной скважины замерзает и превращается в ледяную пробку, преграждая путь движению подземных вод по обсадной колонне этой скважины. После этого аварийную скважину разгерметизируют, внутрь изношенной колонны опускают новую колонну обсадных труб меньшего диаметра, а межтрубное пространство между старой и новой колоннами обсадных труб герметизируют путем нагнетания в это пространство цементного раствора. Далее оголовок новой колонны обсадных труб герметизируют, после этого удаляют ледяную пробку из фильтра скважины путем естественного размораживания или путем подачи в новую скважину вместо криогенной жидкости горячей воды.Before depressurization of the emergency well and lowering a new casing string into it, it is sealed by freezing the upper part of the filter of this well. For this purpose, a new small diameter well (50-100 mm) is drilled directly from the underground structure near the casing of the emergency well, not reaching the aquifer, after which cryogenic liquid, mainly liquid nitrogen, is boiled at about minus 196 ^o C, under the influence of a low negative temperature, water at the top of the filter of an emergency well freezes and turns into an ice plug, blocking the movement of groundwater along the casing of this well other. After that, the emergency well is depressurized, a new casing string of a smaller diameter is lowered into the worn-out string, and the annulus between the old and new casing strings is sealed by pumping cement into this space. Next, the head of the new casing string is sealed, after which the ice plug is removed from the well filter by natural defrosting or by supplying hot water to the new well instead of a cryogenic liquid.

Новым в заявляемом способе является применение операции замораживания грунта и воды на уровне верхней части фильтра аварийной скважины, что позволяет разгерметизировать оголовок этой скважины без снижения динамического уровня воды в подземном водоносном горизонте, питающем данную скважину, и обеспечивает ее безопасный ремонт известными способами без угрозы затопления подземного сооружения. New in the claimed method is the use of the operation of freezing soil and water at the level of the upper part of the filter of an emergency well, which allows to depressurize the head of this well without reducing the dynamic level of water in the underground aquifer feeding this well, and ensures its safe repair by known methods without the risk of flooding the underground facilities.

Указанный новый признак не выявлен из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень". The specified new feature is not identified from the existing level of technology, which allows us to conclude that the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Реализация предложенного способа поясняется чертежом, где изображено подземное сооружение 1 и расположенные в этом сооружении водозаборная (подлежащая восстановлению) скважина, которая состоит из герметичного оголовка 2, колонны обсадных труб 3 и фильтра 4, опущенного в подземный водоносный горизонт 5, а также новая скважина 6, забой которой расположен в зоне промерзания грунта 7. Внутри старой обсадной колонны 3 расположена новая колонна обсадных труб 8, имеющая в верхней части герметичный оголовок 9. Пространство между старой и новой колоннами обсадных труб заполнено цементным раствором 10. The implementation of the proposed method is illustrated by the drawing, which shows the underground structure 1 and the water intake (to be restored) well located in this structure, which consists of a tight head 2, casing string 3 and filter 4 lowered into the underground aquifer 5, as well as a new well 6 , the bottom of which is located in the freezing zone of the soil 7. Inside the old casing string 3 there is a new casing string 8 having a sealed head at the top 9. The space between the old and the new casing s casing 10 is filled with grout.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Перед началом ремонтных работ по восстановлению аварийной скважины непосредственно из подземного сооружения 1 рядом с обсадной колонной 3 аварийной скважины бурят, не доходя до водоносного горизонта 5, новую скважину 6 небольшого диаметра (50-100 мм). Before starting repair work to restore the emergency well directly from the underground structure 1, next to the casing 3 of the emergency well, a new well 6 of small diameter (50-100 mm) is drilled short of the aquifer 5.

После этого подают в скважину 6 жидкий азот, температура кипения которого составляет около минус 196^oC, под действием низкой отрицательной температуры грунт и вода на уровне верхней части фильтра (зона 7) аварийной скважины замерзает, образуя в верхней части фильтра 4 ледяную пробку, преграждая тем самым путь движения подземных вод по обсадной колонне 3 из водоносного горизонта 5 к оголовку скважины 2. После этого оголовок аварийной скважины 2 разгерметизируют, во внутрь изношенной колонны опускают новую колонну обсадных труб меньшего диаметра 8, а межтрубное пространство между старой и новой колоннами обсадных труб герметизируют путем нагнетания в это пространство цементного раствора 10. Далее оголовок 9 новой колонны обсадных труб 8 герметизируют, после этого удаляют ледяную пробку из фильтра скважины 4 путем естественного размораживания за счет теплоты Земли или путем подачи в новую скважину 6 вместо криогенной жидкости горячей воды.After that, liquid nitrogen is fed into the well 6, the boiling point of which is about minus 196 ^o C, under the influence of a low negative temperature, the soil and water at the level of the upper part of the filter (zone 7) of the emergency well freezes, forming an ice plug in the upper part of the filter 4, blocking thereby the path of groundwater movement along the casing 3 from the aquifer 5 to the head of the well 2. After that, the head of the emergency well 2 is depressurized, a new smaller diameter casing string is lowered into the worn-out string 2 a 8, and the annulus between the old and new casing strings is sealed by pumping cement into this space 10. Next, the head 9 of the new casing strings 8 is sealed, and then the ice plug is removed from the well filter 4 by natural defrosting due to the heat of the Earth or by supplying a new well 6 instead of a cryogenic liquid of hot water.

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критерию "промышленная применимость". The above allows us to conclude that this technical solution meets the criterion of "industrial applicability".

Предлагаемое техническое решение обеспечивает безопасность (исключение затопление) уникальных подземных сооружений типа метро при капитальном ремонте водозаборных скважин этих сооружений, кроме того оно существенно сокращает затраты на эту операцию. The proposed technical solution ensures the safety (exclusion of flooding) of unique underground structures such as the metro during overhaul of the water wells of these structures, in addition, it significantly reduces the cost of this operation.

Список источников:
1. Алексеев В.С., Волохонский Г.А., Гребенников В.Т. Учебная книга мастера по ремонту скважин на воду. М., Колос, 1983.List of sources:
1. Alekseev V.S., Volokhonsky G.A., Grebennikov V.T. The training book of the master on repair of wells for water. M., Kolos, 1983.

2. Беляков В.М., Краснощеков Г.М., Попков В.А. Учебная книга мастера по бурению скважин на воду. М., Колос, 1983. 2. Belyakov V. M., Krasnoshchekov G. M., Popkov V. A. The training book of the master in water well drilling. M., Kolos, 1983.

Claims (1)

Способ восстановления водозаборной скважины подземного сооружения, включающий установку новой обсадной колонны труб внутрь старой колонны, герметизацию межтрубного пространства цементным раствором и герметизацию оголовка скважины, отличающийся тем, что перед выполнением указанных операций непосредственно из подземного сооружения рядом с обсадной колонной аварийной скважины бурят, не доходя до водоносного горизонта, новую скважину, после чего подают в эту скважину криогенную жидкость, преимущественно жидкий азот, под действием отрицательной температуры которого воду на уровне верхней части фильтра аварийной скважины замораживают и создают ледяную пробку, после установки новой колонны обсадных труб, герметизации межтрубного пространства и оголовка скважины удаляют ледяную пробку из фильтра скважины путем естественного размораживания или путем подачи в новую скважину вместо криогенной жидкости горячей воды. A method of restoring an intake well of an underground structure, including installing a new casing string of pipes inside the old string, sealing the annulus with cement mortar and sealing the head of the well, characterized in that before performing the above operations directly from the underground structure near the casing of the emergency well, they drill before aquifer, a new well, after which a cryogenic liquid, mainly liquid nitrogen, is fed into this well under the influence of at a temperature of which the water at the top of the filter of the emergency well is frozen and an ice plug is created, after installing a new casing string, sealing the annulus and the head of the well, the ice plug is removed from the well filter by natural defrosting or by supplying hot water to a new well instead of a cryogenic liquid .