Wytyczne dotyczące pobierania próbek z systemów rur wodnych typu „water flute” – model 405

Poziom wody w wkładce powinien znajdować się około 10 stóp powyżej najwyższego poziomu wody formacyjnej, aby zapewnić dobre uszczelnienie wkładki w otworze (minimalny nadmiar ciśnienia wynoszący 5 stóp). Poziom wody formacyjnej można zmierzyć za pomocą „rurki pompowej” dla każdego portu. Poziom wody wewnątrz wkładki należy oznaczyć w rurce o wymiarach 1/2 x 5/8 cala, opatrzonej napisem „TAG”, znajdującej się obok rurek do pobierania próbek. Jeśli poziom wody wewnątrz wkładki jest mierzony w samej wkładce, poza rurką TAG, należy bardzo powoli opuszczać obciążoną linkę z oznaczeniem, aby uniknąć uszkodzenia wkładki. Wodę do rury osłonowej można dodać, po prostu wlewając ją do rury osłonowej lub przez rurkę TAG, w zależności od tego, która metoda jest łatwiejsza. Nie należy napełniać rury osłonowej powyżej 10 ft nad najwyższym poziomem wody formacyjnej. Poziom wody w rurze osłonowej należy sprawdzić przed każdą serią pobrań próbek.

Przepływ wody do układu pompującego przedstawiono na rysunku 2-1. Woda przepływa z formacji przez przestrzeń porową elementu dystansowego, przez rurę przyłączeniową, przez pierwszy zawór zwrotny i wypełnia „rurę pompową”. W tym samym czasie napełniana jest również „rura próbkowa”. Poziom wody w rurze pompowej podnosi się do poziomu zwierciadła wody dla danego portu.

Elementy układu przepływu wody w systemie pompowania

1. Szybkozłącze pompy
2. Rurka TAG
3. Wsparcie wiązki przewodów
4. Wykładzina uszczelniająca
5. Element dystansowy definiujący interwał monitorowania
6. Probówka
7. Drugi zawór zwrotny
8. Dno litery „U”
9. Port do rurki pompy
10. Pierwszy zawór zwrotny
11. Rurka pompy
12. Port Behind Spacer Thru Liner
13. Wysokość podnoszenia w pompie

Woda jest pompowana za pomocą ciśnienia gazu. Konstrukcja pompy typu Flute jest taka, że ryzyko napowietrzenia próbki jest bardzo niskie. Źródłem gazu jest zazwyczaj butla z azotem wyposażona w regulator służący do ustawiania zalecanego ciśnienia napędowego. Schemat układu napędu gazowego pompy typu Flute przedstawiono na rysunku 3-1. Regulator ustawia się na odpowiednie ciśnienie gazu, określone w dalszej części.

Układ napędu gazowego fletu

1. Butla gazowa
2. Regulator
3. Wskaźnik
4. Zawór trójdrożny
5. Szybkie połączenie
6. Pojemnik na próbki
7. Rurka pompy
8. Probówka
9. Granica faz gaz-woda na końcu skoku próbki
10. Dół litery „U”
11. Pierwszy zawór zwrotny (zamknięty)
12. Zabezpieczenie przed napowietrzaniem

Regulator należy najpierw podłączyć do górnego złącza butli gazowej (do butli z azotem podłącza się specjalne złącze regulatora azotu). Dokręć mocno nakrętkę. Obróć uchwyt regulatora ciśnienia w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, aż zacznie się swobodnie poruszać (pozycja braku ciśnienia). Obróć zawór główny na regulatorze (znajdujący się bliżej butli) w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, aby całkowicie go zamknąć. Otwórz zawór na butli (obracając w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara). Wskaźnik ciśnienia butli na regulatorze wzrośnie do wartości ciśnienia w butli. Zamknąć zawór regulatora (w prawo), aż ciśnienie na manometrze napędu pompy Flute zacznie rosnąć (zawór trójdrożny zamknięty, brak przepływu przez szybkozłącze). Ustaw regulator na ciśnienie wymagane do przedmuchiwania, podane przez firmę Flute. Podłącz szybkozłącze do górnego przyłącza rurki pompy (patrz rysunek 3-1). Otwórz zawór trójdrożny, aby wypuścić wodę z pompy.

Woda jest wypompowywana z rurki poprzez podanie ciśnienia gazu do rurki pompy (rysunki 2-1 i 3-1). Woda jest przepychana w dół rurki pompującej, a następnie w górę przez drugi zawór zwrotny na powierzchnię poprzez rurkę próbkującą. Cykl przedmuchiwania (ok. 1 galon wody) jest zakończony, gdy po przepływie wody z rurki próbkującej wydostaje się gaz. Następnie należy zredukować ciśnienie w układzie, aby umożliwić ponowne napełnienie rurki pompującej. Przepływ uzupełniający z rurki portowej składa się z wody z rurki portowej, wody znajdującej się w przestrzeni porowej elementu dystansowego oraz wody z ośrodka. Ze względu na stosunkowo dużą objętość rurki pompującej większość uzupełniania pochodzi z ośrodka.

Drugie przepłukanie rurki pompy pozwoli usunąć wodę, która zgromadziła się w przestrzeni między rurką a elementem dystansowym oraz w rurce przyłączeniowej. Jest to zdecydowanie zalecane, ponieważ woda znajdująca się w rurkach i elemencie dystansowym prawdopodobnie nie jest reprezentatywna dla wody formacyjnej. Jeśli ponowne napełnienie nastąpiło szybko, objętość wody podczas drugiego przepłukania będzie zbliżona do objętości z pierwszego cyklu. Zaleca się wykonanie dwóch dodatkowych cykli przepłukiwania, co daje łącznie cztery cykle, w celu usunięcia wody, która mogła pozostawać w długotrwałym kontakcie z wkładką lub elementem dystansowym.

Przepływ próbkowania najlepiej jest wytwarzać przy użyciu „zalecanego ciśnienia próbkowania”, które jest niższe od ciśnienia potrzebnego do przepuszczenia gazu przez dno rurki pompy. Zalecane ciśnienie to takie, które spowoduje wypchnięcie wody niemal do samego dna dużej rurki, ale nie poza nie. To zalecane ciśnienie oblicza się w arkuszu kalkulacyjnym dostarczanym wraz z każdym systemem.

Pierwszy strumień w cyklu pobierania próbek wypłukuje kropelki wody pozostałe w rurkach po cyklu przedmuchiwania. Woda ta jest pozbawiona składników lotnych. Badania wykazały, że pierwszą objętość strumienia próbki w rurce należy odrzucić jako pozbawioną składników lotnych (tzw. „objętość odrzucana” jest również obliczana w arkuszu kalkulacyjnym). Następnie próbki można pobierać z wylotu rurki próbkującej. Objętość przeznaczona do odrzucenia jest wskazana w arkuszu kalkulacyjnym jako „objętość odrzucana”. Przepływ wody w rurce próbkującej najpierw będzie szybki, potem zwolni, a na końcu ustanie. Dzieje się to, gdy przepychana kolumna wody zbliża się do ustawionego ciśnienia/wysokości podnoszenia. Typowe ciśnienie pobierania próbki sięga do odległości 25 stóp od dna rurki pompującej (U). Duża strefa buforowa pozostająca w rurce pompującej zapobiega napowietrzeniu próbki.

Poziom wody w każdym porcie można zmierzyć ręcznie, wyjmując korek z górnej części rurki pompy i opuszczając smukły (~1/4″) elektryczny miernik poziomu wody, aż dotknie on poziomu wody w rurce pompy.

Poziom wody w dużych rurach może nie odpowiadać aktualnemu poziomowi wody. Po pobraniu próbki, jeśli wystąpi wyciek z drugiego zaworu zwrotnego (np. piasek w rurze itp.), woda z rurki próbkowej może cofnąć się do większej rury, zwiększając ilość wody wypełniającej tę rurę podczas ponownego napełniania. Ponadto, jeśli poziom wody w formacji opada między pomiarami ciśnienia, poziom wody w rurze pompowej nie będzie podążał za tym spadkiem, o ile pierwszy zawór zwrotny jest szczelny. Z tych dwóch powodów, a także ze względu na opisane poniżej ryzyko zamarzania, najlepiej jest zakończyć suw pobierania próbki poprzez podniesienie ciśnienia do wartości „ciśnienia przedmuchiwania”, aby usunąć całą wodę z układu pompującego. Wówczas podczas ponownego napełniania poziom odpowiada aktualnemu ciśnieniu statycznemu dla każdego portu. Jeśli pomiary ciśnienia statycznego są wykonywane pomiędzy pobraniami próbek, układ pompujący każdego portu należy najpierw przepłukać jednym cyklem, aby umożliwić ponowne napełnienie rurki do aktualnej wartości ciśnienia statycznego. Po zakończeniu pobierania próbek należy zawsze założyć zatyczki na górnych końcach rur pompujących.

Jeśli istnieje ryzyko zamarznięcia wody w rurkach próbkujących w pobliżu powierzchni, po pobraniu próbek i przed opuszczeniem miejsca pomiaru należy usunąć całą wodę z każdej linii próbkującej. W celu usunięcia całej wody należy stosować zalecane ciśnienie przedmuchiwania, a nie ciśnienie próbkowania. Po zakończeniu przedmuchiwania z każdej linii powinien wydobywać się gaz.

System pompowy Flute dla każdego portu jest zasadniczo identyczny pod względem długości, wydajności pompy oraz wysokości umieszczenia w odwiercie. Pozwala to na jednoczesne przedmuchiwanie i pobieranie próbek ze wszystkich portów, co zapewnia znaczne skrócenie czasu pobierania próbek. Jedyną różnicą w przypadku pobierania próbek jednocześnie jest to, że źródło ciśnienia musi być połączone rurką z każdym złączem portu na głowicy odwiertu. Firma Flute oferuje system napędu pompy z kolektorem za dodatkową opłatą (napęd do pojedynczego portu jest dostarczany wraz z urządzeniem Water Flute). Zalecane ciśnienia przedmuchiwania i pobierania próbek są takie same, jak w przypadku pobierania próbek z pojedynczego portu.

W niektórych przypadkach wyporność systemu poboru próbek jest tak duża po opróżnieniu z wody podczas jednoczesnego przedmuchiwania, że wiązka rurek może spowodować odwrócenie wkładki. W arkuszu kalkulacyjnym dotyczącym objętości próbkowania, dołączonym do rękawa, zaznaczono, czy system można przepłukiwać jednocześnie. Stanowi to problem jedynie w przypadku mniejszych średnic otworów, dużej liczby portów oraz niewielkiego nadciśnienia w rękawie. Nowa konstrukcja pompy umożliwia jednoczesne pobieranie próbek w większości sytuacji.

Poniżej przedstawiono krótkie podsumowanie w formie listy kontrolnej:

1. Sprawdź/przywróć poziom wody w wykładzinie.
2. Podłącz źródło zasilania gazowego do przewodu zasilającego gazem (pompy) dla danego portu.
3. Ustaw regulator na zalecane ciśnienie przedmuchiwania.
4. Przekręć zawór trójdrożny i spuść wodę z rur przy zalecanym ciśnieniu przedmuchiwania. Zbierz wypuszczoną wodę, aby sprawdzić, czy przedmuchanie przebiegło prawidłowo. Zanotuj czas przepływu wody podczas przedmuchiwania (~4 min.).
5. Poczekaj, aż rurka ponownie się napełni. Powtórz proces przedmuchiwania. Zbierz objętość przedmuchaną, aby upewnić się, że usunięta ilość jest co najmniej równa „objętości rurki przyłączeniowej”.
6. Powtórz tę czynność łącznie cztery razy, a w razie potrzeby więcej.
7. Należy poczekać, aż rurka ponownie się napełni na czas pobrania próbki.
8. Zmniejsz ciśnienie zasilające do „ciśnienia pobierania próbek”. Ustaw ciśnienie i zbierz pierwszy strumień, aby zmierzyć objętość odrzucaną. Wylej tę wodę. Pobierz próbki.
9. Należy przeprowadzić końcowe przedmuchiwanie wód z przewodów próbkujących poprzez zwiększenie ciśnienia zasilającego do wartości ciśnienia przedmuchowego.
10. Gdy system poboru próbek napełni się ponownie, w razie potrzeby należy odnotować aktualny poziom wody gruntowej. Jeśli system portowy napełnia się bardzo powoli, należy odnotować ten poziom w późniejszym terminie.

Zalecane ciśnienia przedmuchiwania i pobierania próbek podano w arkuszu kalkulacyjnym dołączonym do każdego urządzenia Water Flute. Ciśnienia te można również stosować do jednoczesnego przedmuchiwania kilku portów. W arkuszu zaznaczono sytuacje, w których nie należy przedmuchiwać wszystkich portów jednocześnie. W większości przypadków można przedmuchiwać kilka portów jednocześnie.