с помощью какого метода можно измерить динамический уровень в скважине звукометрический
САН САМЫЧ
Динамический уровень скважины
Приветствую, уважаемые читатели «Сан Самыча».
Продолжим начатый накануне разговор о параметрах скважины. Сегодня поговорим о динамическом уровне, и о том, как его измерить. Заодно, найдем оптимальную глубину расположения насоса для прокачивания скважины и для будущей системы водоснабжения. Итак, поехали…
Динамический уровень скважины
Динамический уровень скважины — это установившийся уровень зеркала воды в скважине при отборе из неё постоянного объема воды.
Опять же, без разницы, с какой стороны вертикали скважины его отсчитывать. Более правильным — будет измерение от поверхности земли. Просто, чтобы не путаться…
На динамический уровень, т. к. он динамический, влияет гораздо больше факторов, чем на статический. Потому что, кроме баланса давлений, здесь добавляется еще и баланс сопротивлений приходящему и уходящему объему воды в скважине.
Теперь попробуем разобраться с сопротивлениями.
Сразу скажу, зачем это нужно. А нужно это для того, чтобы понимать, почему при использовании одного и того же насоса в одной и той же скважине, динамический уровень может быть разным и отличаться на несколько метров. К слову, очень часто непониманием этого пользуются «профессионалы». Кроме того, для старых скважин и для скважин, при эксплуатации которых вольно или невольно были нарушены некие, в основном, «неписанные» правила поддержания оптимальных параметров, может возникнуть ситуация, когда при неизменном статическом уровне, т. е. сохранении баланса давлений по воде, изменяются сопротивления, что приводит к изменению динамического уровня и, как правило, уменьшению дебита.
Понятно, что любое движение объема воды задается разностью давлений и, сопутствующего этому движению, сопротивления среды. По пути воды из водоносного слоя на поверхность, она встречает сопротивления:
Дальше рассматривать не будем, это тема для другого разговора.
С сопротивлением водоносного слоя мы сделать ничего не можем, а вот остальные сопротивления зависят как от действий бурильщиков, так и от действий владельца скважины. В частности, сопротивление на входе воды в скважину зависит от конструкции фильтра, профессионализма бурильщиков с установкой его в наилучшем месте водоноса, а также от правильности прокачивания скважины и правильности её эксплуатации. Под правильностью здесь понимается формирование и поддержание «грунтового фильтра», так называемой «линзы», перед входом воды в фильтр и дальше в скважину, в оптимальном состоянии. То есть, имеющим минимальное сопротивление, но пропускающим при этом минимум взвеси. Естественно, что со временем сопротивление «грунтового фильтра» может вырасти настолько, что даже не изменившегося перепада давления между водоносным слоем и стволом скважины будет недостаточно для быстрого наполнения скважины водой, и поддержания хоть какого-то динамического уровня.
С гравитационным сопротивлением обсадной трубы мы опять же ничего сделать не можем, оно зависит от глубины установки насоса, а нам важны будут при этом другие факторы. Гидравлическое же сопротивление зависит от внутреннего диаметра обсадной трубы и материала, из которого она изготовлена. И здесь получается, что чем меньше внутренний диаметр и чем хуже труба, тем меньше мы в итоге сможем получать воды из скважины. Эта зависимость становится актуальной при выборе малого диаметра скважины, а также при телескопической конструкции скважины, когда её нижняя часть сделана из трубы намного меньшего диаметра, чем верхняя. Вроде бы ничего страшного, а с другой стороны — вы уверены?!
Кстати, стальные трубы имеют минимум в пять раз большую шероховатость, чем пластиковые, и, соответственно, большее сопротивление. А старые стальные трубы — в пятьдесят раз. Хотя, да, прочность стальных труб при правильном монтаже не сопоставима с пластиком, а реальное увеличение сопротивления — не значительно. Есть о чем подумать…
Если для изменений вышеназванных сопротивлений нужны приличные затраты времени и средств, то изменение сопротивления напорного шланга или трубы, в принципе, затруднений не вызывает. Достаточно поставить (присоединить) на насос шланг меньшего диаметра, и мы получим совершенно другой баланс приходящей и уходящей из скважины воды. А следовательно, и совершенно другой динамический уровень.
Да, на самом деле, не все так просто. Потому что реальное количество воды, выдаваемое насосом «на гора», зависит, кроме сопротивления напорного трубопровода, еще и от глубины установки насоса, установившегося динамического уровня, и, самое главное, от напорно-расходной характеристики насоса, а именно её «крутизны». При этом все эти параметры взаимосвязаны и взаимозависимы. Но так как, для «профессиональных» бурильщиков динамический уровень является важнейшим параметром для расчета дебита только что сделанной скважины, то его несложное изменение в «нужную» сторону бывает для них очень кстати.
Для нас же — важно, чтобы динамический уровень просто был при использовании насоса с нужными нам параметрами, и его можно было измерить. Это будет говорить о том, что воды в скважине нам хватит.
Как измерить динамический уровень
Если честно, я знаю только два принципиально разных способа измерения динамического уровня. Вполне может быть, что я отстал от жизни, и их существует больше. Но я видел, что и профессионалы используют эти же способы.
Первый способ — это непосредственное измерение уровня воды в скважине при работающем насосе. Т.е. тот же «грузик на веревке» или «длинная палка», что и при измерении статического уровня или глубины скважины. Однако, в отличие от измерения в «пустой» скважине, в этот раз нам будут мешать трубы-шланги, провод и трос, удерживающий насос, которые при всем нашем желании, ну никак не хотят быть прямыми и прижиматься только к одной стороне обсадной трубы. Плюс к этому, шумящий и вибрирующий насос может не позволить нам услышать характерный «плюх» при встрече груза с водой.
Полагаться же на мокрую отметку на грузе, веревке и «палке», тоже не вариант. Возможный конденсат на поверхности шланга-трубы может понаставить этих отметок великое множество. И какая из них будет та самая — это бо-ольшой вопрос.
Так же, не очень хорошая идея, пытаться поймать динамический уровень, выключая насос и быстро-быстро доставая его из скважины, чтобы ничего не мешало измерению. С выключением насоса, в скважинах с хорошим дебитом, статический уровень может восстанавливаться за секунды. Можно не успеть не только поднять насос из скважины, а даже просто, ничего не вытаскивая, опустить какой-либо измеритель к уровню воды.
Как-то надо опустить сюда еще и грузик на веревке
Остается решение применить низковольтный электро-сигнализатор, который нужно еще умудрится как-то просунуть к зеркалу воды в свободном пространстве обсадной трубы. Вопрос, где взять или как собрать этот «низковольтный электро-сигнализатор», оставим за скобками…
В общем, все не так легко, как кажется на первый взгляд… Однако, так как способ очень прост, и дает небольшую погрешность при измерении, после нескольких часов или дней тренировки, он, в итоге, дает вполне приемлемый, а главное, стабильный результат.
Второй способ — это способ косвенного измерения динамического уровня с помощью штатного (применяемого в дальнейшем в системе водоснабжения) погружного насоса.
Необходимые меры безопасности и подготовка рабочего места
Да. Сразу предупреждаю, что в результате невнимательного и безответственного отношения и (или) неправильного порядка измерения, вы рискуете сжечь свой насос.
К сожалению, необходимость применения именно штатного насоса обусловлена тем, что при измерении динамического уровня с помощью другого насоса, даже с такими же или близкими характеристиками, а иногда даже абсолютно идентичными, может быть получен совершенно другой результат. О чем я уже упоминал немного раньше по ходу разговора.
И еще… В процессе измерения, во избежании увеличения погрешности результата, ни в коем случае нельзя менять длину напорного (стоящего на напоре насоса) шланга-трубы, и уж тем более изменять его диаметр в ту или иную сторону. Ну и, само собой, нужно внимательно следить, чтобы не было перегибов и заломов на шланге-трубе, препятствующих свободному выходу воды. Если есть необходимость свернуть «лишний» шланг-трубу в бухту, то её диаметр должен быть не меньше одного метра, а лучше больше. И чем больше, тем лучше. При этом выходной конец трубы-шланга, из которого будет литься вода, должен быть всегда на виду и в поле вашего постоянного внимания.
Также, на время измерений, желательно, не ставить обратный клапан сразу за насосом. Вообще, не ставьте его! Иначе, процесс измерения может превратиться в тренировку по поднятию тяжестей. А это не всегда полезно для здоровья, даже для молодых и сильных духом.
Кроме того, в обязательном порядке необходимо предусмотреть способ быстрого, практически, мгновенного отключения электропитания насоса. И будет лучше, если это будет надежный кнопочный выключатель, а не «вилка с розеткой» на удлинителе. Само собой, перед началом измерений нужно будет все тщательно проверить и несколько раз «отрепетировать» на работающем насосе. Во время «репетиций» желательно следить, чтобы между включением и выключением насоса проходило не меньше двух минут.
Обязательно продумайте и предусмотрите способ быстрого и надежного фиксирования насоса на разных глубинах, а также возможности быстрого его освобождения для изменения глубины. Я для этих целей специально не включал трос в общую связку с некоторой расчетной глубины: статический уровень плюс один-два метра. А для фиксации использовал кусок 12 мм-вой арматуры поперек обсадной трубы, и быстрые узлы-удавки из троса. Возможно вы придумаете что-то другое.
И последнее «ценное указание» из очень обширного, в основном, неозвученного списка обязательных дел. Желательно разметить шланг-трубу для того, чтобы четко понимать на какой глубине в данный конкретный момент находится насос, и на какое расстояние вверх или вниз вы его перемещаете. Обычно, я размечал связку из трубы, провода и троса изолентой синего, красного или желтого цвета, чтобы хорошо было видно, через метр — на всю длину, и каждые полметра — на предполагаемом отрезке перемещений.
Отмерять следует не от самого насоса, а от всасывающего отверстия на насосе, которое может быть расположено как внизу корпуса, так и в середине, и даже в верхней его части.
Разное расположение всасов у скважинных насосов
Ладно, в общем и целом целевой инструктаж по подготовке рабочего места и мерам техники безопасности можно считать законченным. Ваши подписи мне не нужны, потому что, если что, то виноватить нужно будет только самих себя. В лучшем случае, погрешность измерения будет просто огромная, в худшем — придется покупать новый насос, и начинать все с начала. Если еще останется желание…
Порядок измерения динамического уровня
В целом, этот способ основан на контролируемом преднамеренном кратковременном срыве насоса в момент, когда уровень воды в скважине опускается до всасывающего отверстия насоса. Момент срыва насоса фиксируется визуально, по резкому уменьшению напора воды из шланга-трубы, и по изменившемуся звуку работы насоса. В этот же момент, но не позже 15-20 секунд, насос должен быть выключен, а его точная глубина размещения зафиксирована.
Начать измерения можно как сверху, так и снизу. Кому как удобней. Если начинать снизу, то это вроде бы безопасней: меньше вероятности срыва насоса на первых шагах. С другой стороны, опускать насос удобней: элементарно легче, да и шланг-трубу легче разматывать, чем сматывать. В любом случае, начинают и заканчивают измерения не ближе одного-двух метров от дна или от статического уровня. И лишь в крайних случаях, когда найти динамический уровень так и не удалось, рискуют опустить насос ближе ко дну.
Конечно, точность измерения так себе. Но она достаточная, чтобы убедиться, что с насосом при его максимальной производительности ничего не случится. При известном усердии, можно довести точность до 10-20 сантиметров, но появляется большая вероятность сжечь насос. Потому что при таком «пограничном» режиме работы, с охлаждением двигателя и насоса «на грани фола», он долго не выдержит. Максимум, две-три минуты, а дальше могут начаться необратимые деформации пластиковых деталей и перегрев обмоток.
Итак, при начале измерений сверху…
Размещаем насос на один-два метра ниже статического уровня. Включаем насос. Внимательно следим за напором воды на выходе. Если насос срывает, его тут же выключаем. Опускаем насос еще на один метр, и повторяем процедуру. Если вы приноровились, и делаете все быстро, то не мешает, ради будущего «здоровья» насоса, делать хотя бы пятиминутные перерывы между включениями.
Повторяем этот цикл до тех пор, пока насос не перестанет срывать, или пока не достигните отметки глубины в один-два метра от дна. Если насос больше не срывает, выжидаем контрольное время откачивания полного столба воды в скважине (я об этом писал) и фиксируем результат.
При начале измерений снизу…
Размещаем насос на глубине один-два метра от дна. Включаем насос. Выжидаем контрольное время откачивания полного столба воды плюс одна минута (на всякий случай). Если насос НЕ срывает, то поднимаем его на один метр вверх, и повторяем цикл. Когда будет найдена «глубина срыва» насоса, опускаем его на один метр и делаем контрольное откачивание.
Оптимальной глубиной размещения насоса будет найденное расстояние плюс один метр, при условии проведения измерений в период низкого уровня грунтовых вод (и об этом тоже).
Если найденная оптимальная глубина находится ближе ко дну, чем один-два метра, то либо к найденному расстоянию этот метр не прибавляем, либо…
Если вы уже опустили насос ближе, чем один-два метра ото дна, а насос все равно срывает, тогда придется искусственно уменьшать объем откачиваемой воды. Это можно делать разными способами. Самый действенный и эффективный, это поставить на выходе из трубы-шланга запорный вентиль (более тонкая регулировка) или кран (грубо, но сойдет). Однако в будущем, нужно иметь в виду, что систему придется настраивать, ограничивая максимальный объем откачиваемой воды при использовании этого насоса.
Другие способы уменьшения объема откачиваемой воды — это уменьшение диаметра напорного шланга-трубы или использование менее производительного насоса. И в том, и в другом случае, измерения желательно сделать по-новой.
Я надеюсь, вы поняли, что искусственное уменьшение объема откачиваемой воды нужно для приведения баланса «дебит-расход» хоть к какому-то «общему знаменателю». Который гарантировал бы продолжительную безаварийную работу насоса в создаваемой системе водоснабжения.
Таким образом мы вплотную подошли к следующему очень важному параметру скважины: дебиту. Но о нем поговорим в следующий раз.
А потому, до новых встреч на страницах блога «Сан Самыч».
Возможно, Вам будут интересны похожие материалы::
5. Измерение уровня жидкости в скважине. Звукометрический метод.
Различают уровень жидкости в скважине статически соответствующий пластовому давлению т.е. когда уровень жидкости в скважине уравновешивается пластовым давлением, и динамически соответствующий забойному давлению, т.е. уровень, устанавливающийся в затрубном пространстве скважины в процессе отбора из нее жидкости при работе глубинного насоса.
Приборы для измерения уровня в скважине применяют для решения след задач: 1. Определения изменения пластового давления с целью контроля его изменения. 2.Определение забойных давлений в глубинных насосных скважинах с целью определения режима эксплуатации. 3.Исследование скважин методами прослеживания уровня.
По принципу действия приборы для измерения уровня в скважине можно разделить на: 1. Поплавковые. 2.Звукометрические(акустические).
Звукометрический прибор для измерения уровня жидкости в скважине.
Сущность звукометрического метода заключается в определении расстояния по времени прохождения упругости волны от устья скважины до уровня жидкости. В скважину посылают звуковой импульс, мощность которого достаточна, чтобы получить надежное отражение от уровня жидкости. Затем определяют скорость распространения звука в скважине и время, необходимое для прохождения его от устья до уровня жидкости.
Скорость распространения звуковой волны в скважине зависит от физических свойств температуры, давления, состава газа, заполняющего скважину. Скорость распространения обычно составляет 250-460м/с.
Расстояние от устья до уровня жидкости в скважину определяется по формуле: Н=VT где Т-время пробега звуковой волны.
Диаграмма записи звуковой волны.
На диаграмме выделяется 3 пика. Пик В соответствует звуковому импульсу (выстрелу хлопушки). Пик Р-отражение звуковой волны от репера. Пик У-отражение звуковой волны от уровня жидкости. По расстоянию между пиками можно определить время прохождения звука от устья до репера и до уровня. 
На эхограмме записаны многочисленные колебания, получающиеся в следствии отражения звуковой волны от труб, многократных повторных отражений от репера и тд.
Что такое статический и динамический уровень воды в скважине и как их проверить
Для автономного водоснабжения в частном доме обычно выбирают скважину. Качество получаемой жидкости из нее намного лучше, чем когда забор происходит из открытого водоема либо колодца. При создании и эксплуатации гидротехнического сооружения важно контролировать статический и динамический уровень воды в скважине.
Понятия статического и динамического уровня
Статический показатель равен дистанции от земной поверхности до уровня, на котором располагается зеркало воды в глубинной скважине в состоянии покоя, то есть, когда не работает напорное оборудование. Знание этого показателя позволяет оценить запас подземных источников. На характеристику влияет значение давления внутри пласта, а не сечение шахты артезианского гидросооружения или ее глубина.
Величина это непостоянная, она зависит о таких факторов:
Замер проводят не позднее, чем через час после того, как волнения в скважине успокоились, например, был выключен насос. Также не стоит делать измерения после выпадения обильных осадков, чтобы не получить некорректную информацию. В поверхностных и песчаных водозаборах показатель обычно совпадает с уровнем подпочвенных вод.
От статической характеристики зависит динамический уровень, с помощью которого определяется глубина погружения скважинного насоса. Его измеряют при включенном напорном оборудовании от земной поверхности до водного зеркала. Чтобы у насосной установки не было сухого хода, ее нужно устанавливать ниже определенной отметки с небольшим запасом.
Для каждой помпы динамический показатель различный, он зависит от того, насколько насос производителен. Также на величину влияет сечение обсадных труб. Чем оно больше, тем медленнее будет понижаться уровень.
Насосное устройство по отношению к дну шахты должно располагаться на дистанции не меньше метра. Минимальный динамический уровень для водозабора и помпы от второй прокачки составит сумму этой величины и высоты аппарата. При дистанции от насосного устройства до дна менее полуметра прибор станет захватывать осадочный ил и песок, что скажется на его сроке эксплуатации и чистоте воды. Столб жидкости над напорным оборудованием также должен быть не меньше полуметра, чтобы снизить риск сухого хода.
При измерении нужно учитывать, что в период интенсивного водопотребления водяной столб в скважинном стволе опускается. В это же время из водоносного слоя в гидротехническую установку поступает жидкость. Чтобы значения были корректными, до измерения необходимо подождать примерно час при работающем насосном оборудовании.
Столб воды и дебит скважины
Чем меньше отличие между отметками уровней в процессе откачивания, тем больше дебит при применении напорного оборудования.
Зная данные уровней и производительность напорного устройства, дебитное значение рассчитать несложно. Если рассматривать на примере, то насос, способный поднимать в час куб жидкости, дает межуровневую разницу в пять метров. Если водяной столб чуть больше 15 метров, то фактический дебит окажется равен трем кубическим метрам в час либо 200 литрам на метр. Поскольку не рекомендовано снижение динамического уровня меньше чем на две трети от общей высоты столба воды, эксплуатационный дебит будет около двух кубов в час.
Если не производится откачка жидкости, дебетовое значение будет постоянно равно нулю. Это связано с тем, что забойный напор в стволе делается равным пластовому давлению. Когда достигаются такие условия, прекращается поступление жидкости в шахту.
Чтобы контролировать высоту водяного столба в источнике водозабора и отключать электродвигатель напорного оборудования, если показатель упал до критической отметки, рекомендовано установить датчик уровня воды, который позволит избежать работы всухую.
Как определить уровень воды в скважине
Первые измерения проводятся после обустройства гидросооружения и установки напорного оборудования. Но впоследствии производятся дополнительные замеры, чтобы контролировать скважинный дебит. Рекомендовано проверять уровневые показатели во время повышенного водозабора и при отсутствии осадков на протяжении хотя бы нескольких дней, когда жидкость в скважинной установке находится на минимуме. Обычно это отмечается в дачный сезон, когда много воды уходит на полив посадок.
Узнают уровневые показатели разными способами, в зависимости от измерительного прибора, именуемого уровнемером или УСК.
Чаще применяются простые тросовые модели и электроуровнемеры для замера уровня воды в скважинах. Если гидротехническое сооружение неглубокое, можно воспользоваться аппаратом, собранным самостоятельно.
Наиболее простыми являются тросовые уровнемеры. Конструктивно представляют собой катушку с намотанным измерительным тросом. Принцип работы уровнемера такой – опускают его в шахту до водного зеркала, затем по меткам на тросе определяют необходимый уровень. Но существуют устройства и с более сложной конструкцией.
Лотовые измерители
Конструктивно они похожи на лебедку, но на конце троса установлен лот-хлопушка. Как только этот элемент соприкоснется с поверхностью воды, раздастся хлопок, который является сигналом для проведения замера.
По конструкции лотовые измерители простые, при этом они не требуют источника электропитания. Но при выполнении точных замеров мешают посторонние звуки, в особенности если вода в шахте на большой глубине. Оптимальное расположение водного зеркала для замеров лотовым аппаратом – до ста метров от уровня земли.
Электроконтактные приборы
Такие устройства требуют подключения к сети электропитания. Чтобы обеспечить подачу электричества, контакт подсоединяют к трубе, являющейся проводником, посредством шнура и зажима.
Пользуются электроуровнемерами так:
На катушке прибора установлены специальные зацепы, чтобы ее можно было зафиксировать вверху обсадной трубы. Это позволяет защитить трос от вероятных повреждений.
Если на электроконтактном аппарате установлен термометр, он сможет выявить не только уровневые значения, но и водную температуру. Катушка оборудована дисплеем, где высвечиваются температурные показатели.
Волномеры
При установлении уровня воды в скважине используется звуковая волна. Волномер создает ее пневмовыстрелом из пневматической хлопушки. Дальше ведется регистрация времени прохождения звука от устья скважины до поверхности воды. Для этого используется устройство, которое пересчитывает время в расстояние.
Пневмовыстрел позволяет в затрубном пространстве держать повышенное давление, что уменьшает погрешность в определении уровневых показателей.
Ультразвуковые устройства
Самые дорогостоящие приборы среди измерителей. Чтобы получить данные, эхолот подключают к компьютерному устройству. Приборы подобного типа не погружают в шахту, они работают следующим образом:
Пользоваться ультразвуковым уровнемером разрешается лишь после обучения. Помимо выявления водного уровня, устройство можно использовать, чтобы найти повреждения трубы и установить степень их сложности.
При отсутствии паспорта замеры придется провести самостоятельно. В этом случае необходимо приобретать напорное устройство с производительностью в четыре раза ниже дебита.