Тема 5. Технология и техника для подъёма растворов из геотехнологических скважин

Опробование планируемого раствора подъемного оборудования проводится после завершения всех работ по сооружению скважины (включая освоение) и оборудования ее средствами раствора подъема и контрольно-измерительными приборами. Непосредственно перед вводом в эксплуатацию каждая технологическая скважина опробуется пробно- эксплуатационной откачкой, которая выполняется с целью установления соответствия дебита (приемистости) скважины и производительности раствора подъемного оборудования проектным параметрам. Пробно-эксплуатационная откачка проводится в течение 2–3 смен в напорных условиях и 5–7 суток в безнапорных с производительностью не ниже проектной. В процессе откачки каждые 3 часа проводятся замеры дебита (расхода) и динамического уровня.

Требования, предъявляемые к раствору подъемным средствам: производительность откачки должна соответствовать проектным технологическим параметрам добычи; должна обеспечиваться устойчивая работа с высокой производительностью в течение длительного времени при наличии в растворе механических взвесей, а также в условиях высоких и низких температур; раствора подъемные средства должны быть изготовлены из материалов, стойких к длительному воздействию продуктивных растворов; должна обеспечиваться высокая унификация и взаимозаменяемость раствора подъемных средств.

Средства для откачек продуктивного раствора из скважин Для откачки раствора из скважин применяются следующие водоподъемники : погружные электронасосы, устанавливаемые внутри скважины; эрлифты; РЕЖЕ: горизонтальные поверхностные насосы; оборудование устья самоизливающейся скважины.

Длительное время основным оборудованием, обеспечивающим подъем продуктивных растворов из откачных скважин, были эрлифты. Широкое их применение в первый период внедрения метода ПВ объясняется простотой конструкции, надежностью в работе. Оборудование эрлифта состоит из компрессора, воздухопроводных раствора подъемных труб и смесителя.

Суть действия эрлифта Подаваемый под давлением в нижнюю часть трубы воздух, образовывает в растворе подъемной трубе воздушную эмульсию (смесь раствора и пузырьков воздуха), которая будет подниматься благодаря разности удельных весов эмульсии в трубе и раствора в скважине. Рас- твор воздух

h Минимальная глубина установки смесителя эрлифта определяется высотой подъема жидкости (т. е. расстоянием от уровня излива водно-воздушной смеси до динамического уровня) из выражения H = kh, где Н – глубина установки смесителя. (от уровня излива), м; h – динамический уровень жидкости,м k – коэффициент погружения; Наиболее эффективной считают работу эрлифта при значениях k = 2,0 – 2,5.

В практике эрлифтной откачки растворов из скважин подземного выщелачивания нашли применение несколько конструкций эрлифтов с коаксиальным и параллельным размещением воздухоподающих и раствора подъемных труб. При эрлифтном способе раствора подъема в скважинах небольшого диаметра (100–140 мм), обсаженных полиэтиленовыми трубами, преимущественно применяется эрлифт с коаксиальным (концентрическим расположением труб).

При этом нагнетание воздуха осуществляется по центральной колонне полиэтиленовых труб, а обсадная колонна используется в качестве подъемной. Основным недостатком такой конструкции эрлифтного подъема является увеличенный удельный расход воздуха (до 60 м 3 на 1 м 3 раствора) в связи с трудностью правильно подобрать площадь сечения воздухоподающих шлангов и межтрубного зазора с учетом производительности скважины.

Схема эрлифта с центральной воздухоподающей трубкой Наиболее рациональна схема эрлифта с центральной воздухоподающей трубой и дополнительной растворе подъемной колонной, расположенными в эксплуатационной колонне труб. При этом нижний конец растворе подъемной колонны целесообразно опускать в зону фильтра, так как это способствует лучшей очистке скважины от песка. 1 – эксплуатационная колонна; 2 – фильтр; 3 – раствора подъемная труба; 4 – воздухоподающая труба; 5 – смеситель; 6 – пьезометрическая трубка; 7 – сепаратор

Воздухоподающую колонну располагают в зависимости от пьезометрического уровня раствора в скважине, производительности откачки и глубины погружения смесителя. Система оборудуется пьезометрической трубкой диаметром 10–20 мм, опускаемой ниже расчетного динамического уровня на 5–10 м. Правильный выбор диаметров труб воздухоподающей и растворе подъемной колонн на различных глубинах определяет не только КПД системы, но и ее работоспособность и технико- экономические показатели. Рекомендуется при подаче эрлифта 5, 10 и 15 м 3 /час раствора принимать диаметры воздухоподающих шлангов (труб) 15, 20 и 25 мм и диаметры раствора подъемных труб, соответственно, 40, 50 и 70 мм.

Основными достоинствами эрлифтов являются: простота конструкции и высокая надежность работы в условиях агрессивных сред и высоких температур; отсутствие трущихся и вращающихся частей позволяет использовать эрлифты без ремонта в течение продолжительного времени, иногда в течение всего периода отработки месторождения; высокая эффективность работы при наличии в растворах различных взвесей, а также песка и кусочков глинистых пород;

возможность проведения комплексных исследований в скважинах (замеры уровня раствора, отбор проб и др.) без применения дополнительных устройств (уровнемеров, пробоотборников и др.) и без демонтажа скважинного оборудования; возможность очистки при фильтровой зоны скважины и фильтров от песка и продуктов кольматации в процессе эксплуатации скважин; освоение откачных скважин и их дальнейшая эксплуатация осуществляются одним эрлифтом, что способствует сокращению дополнительных затрат на монтаж раствора подъемного оборудования;

возможность использования реверсивного движения рабочих и продуктивных растворов, что позволяет использовать в течение определенного времени откачные скважины при ПВ либо в качестве нагнетательных, либо откачных. При этом демонтаж эрлифта не производится, а выщелачивающий раствор подается через эксплуатационную колонну или через систему труб эрлифта; можно регулировать производительность откачки растворов в широких пределах, используя при этом дистанционное управление величиной расхода и давления сжатого воздуха в воздухоподающем коллекторе. Главный недостаток: Высокий расход энергии вследствие низкого КПД эрлифтного подъема (не более 10 %). Расход электроэнергии в среднем в 4 раза выше, чем при применении погружных электрических насосов.

Глубинный насос с погружным электродвигателем

Схема насоса с погружным электродвигателем 1–электродвигатель 2–насос 3–сетка 4–раствора подъемные трубы 5–электроподвод 6–манометр 7–вентиль

К настоящему времени проведены большие работы по созданию и изготовлению электрических погружных скважинных насосов в коррозионно-стойком исполнении. Основные преимущества погружных электрических насосов в скважинах подземного выщелачивания металлов: а) обеспечивается стабильность подачи растворов на перерабатывающий комплекс в условиях больших глубин; б) обеспечивается подача продуктивных растворов из технологических скважин на перерабатывающий комплекс без дополнительных насосных станций; в) уменьшаются пескование и кольматация при фильтровой зоны скважины и фильтров, а также износ раствора подъемного оборудования; г) КПД в расходовании электроэнергии выше, чем при применении эрлифтов и гидроэлеваторов.

Применение того или иного типа насосов определяется: I) заданным дебитом откачки Q; 2) положением динамического уровня h дин воды в скважине.

Насосы с погружным электродвигателем предназначены для эксплуатационных откачек с больших глубин (h ст более 5 м) и большой производительностью. Важным условием их успешной эксплуатации является чистота откачиваемой воды.

В настоящее время Лермонтовский электромеханический завод для подъема агрессивных растворов выпускает погружные центробежные скважинные электронасосы ЭЦНК4 (4 дюйма) и ПЭН6 (6 дюймов), которые изготавливаются из хромоникелевой нержавеющей стали. Электродвигатель закрытого типа с блоком двойных торцевых уплотнений для песка защиты, полость статора залита водой, подшипники скольжения – резинометаллические и из силицированного графита. Подшипники из силицированного графита позволяют агрегатам работать в пескующих скважинах.

Характеристики перекачиваемой жидкости должны соответствовать следующим показателям: температура не более 95 °С; водородный показатель (Ph) – от 2 до 9; общая минерализация (сухой остаток) – не менее 1500 мг/л; содержание твердых механических примесей: а) постоянный режим работы – 0,1 г/л; б) кратковременный режим работы – 1–2 г/л; максимальный размер твердых частиц – 0,2 мм.

Технические характеристики насосов Наименование параметров Обознач. агрегата Напор намин., м Подача при намин. напоре, м 3 Мощ-ность на валу эл. дв., к Вт Внеш-ний диаметр, мм Диаметр обсадной колонны, дюйм/мм Материал ы ПОГРУЖНЫЕ НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ ТИПА ЭЦНК-4 ЭЦНК ,02,5964/100Н/С; Т ЭЦНК ,04,0964/100Н/С; Т ЭЦНК ,05,5964/100Н/С; Т ЭЦНК ,0 964/100Н/С; Т ЭЦНК ,0 964/100Н/С; Т ПОГРУЖНЫЕ НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ ТИПА ПЭН-6 ПЭН ,51456/152Н/С ПЭН ,51456/152Н/С ПЭН ,01456/152Н/С ПЭН ,01456/152Н/С ПЭН ,01456/152Н/С ПЭН ,01456/152Н/С Н/С – нержавеющая сталь, Т – титан

Погружные насосы практически не нуждаются в ремонте, они вырабатывают порядка 30 тысяч часов. Однако необходимо постоянно проводить ревизию и в случае необходимости менять рабочие колеса

Установка бес трубного раствора подъема Предназначена для подъема продуктивных растворов с помощью электрических погружных насосов типа ЭЦНК и ПЭН по обсадной (эксплуатационной) колонне из полиэтиленовых труб типа ПВП-225 Т Рис. и ПВП-210 СТ. При применении насосных установок для бес трубного подъема продуктивных растворов эксплуатационная (обсадная) колонна откачной скважины на поверхности оборудуется металлическим патрубком с меньшим внутренним диаметром в месте установки центробежного насоса. 1 – оголовок скважины; 2 – токопроводящий кабель; 3 – эксплуатационная колонна; 4 – пакер; 5 – опорный патрубок

После спуска в скважину обсадной колонны и тампонажа затрубного пространства участок выше металлического патрубка должен быть опрессован на давление до 2 МПа с целью оценки герметичности колонны. Затем в скважину опускают погружной насос с пакером и токопроводящим кабелем. После установки насоса устье скважины оборудуют герметичным оголовком. К основным недостаткам бес трубного раствора подъема можно отнести следующие: жесткая установка насосов по глубине скважины требует знания положения уровня раствора и его колебаний за весь период эксплуатации. происходит усложнение конструкции скважины и технологии ее сооружения вследствие затруднений при цементировании затрубного пространства

Горизонтальные поверхностные центробежные насосы Горизонтальные центробежные насосы применяют для откачек раствора из скважин, если динамический уровень раствора не снижается более на 6-7 м от поверхности земли. Центробежные насосы забирают и подают воду за счет центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса. Раствор по всасывающему патрубку 3 поступает в насос за счет разряжения, создаваемого рабочим колесом 1. При быстром вращении колеса раствор под действием центробежной силы отбрасывает к периферии в спиральный диффузор 2, из которого он отводится по нагнетательному патрубку 4.

Насосы типа ЦНСК предназначены для перекачивания нейтральных и кислотных вод с водородным показателем рН 3,5-8,5, с массовой долей механических примесей не более 0,2% и размером твердых частиц не более 0,2 мм и температурой перекачиваемой воды от 1 до 45ºС.

Общая схема горизонтального центробежного насоса 1-насос; 2-электродвигатель; 3 -скважина; 4 –обсадная труба; 5 -раствора подъемная колонна; 6 -приемный клапан; 7-задвижка; 8-нагнетательная линия h д -динамический уровень

Самоизливающиеся скважины Раствороподъемные средства не применяются при подземном выщелачивании металлов в том случае, когда уровень напорных вод продуктивных горизонтов превышает отметку поверхности земли. В этом случае отбор технологических растворов из откачных скважин будет происходить за счет самоизлива.

Оборудование устья самоизливающейся скважины 1-обсадная колонна, 2-герметизатор устья, 3- раствора подъемная колонна, 4-нагнетательная линия, 5-задвижка. h дин - выше уровня устья скважины

Самоизливающася скважина (Артезианская)