Тема 5.Технология и техника для подъёма растворов из геотехнологических скважин • Опробование планируемого раствороподъемного оборудования проводится после завершения всех работ по сооружению скважины (включая освоение) и оборудования ее средствами раствороподъема и контрольно-измерительными приборами. • Непосредственно перед вводом в эксплуатацию каждая технологическая скважина опробуется пробноэксплуатационной откачкой, которая выполняется с целью установления соответствия дебита (приемистости) скважины и производительности раствороподъемного 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 раствороподъемным 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; • раствороподъемные средства должны быть изготовлены из материалов, стойких к длительному воздействию продуктивных растворов; • должна обеспечиваться высокая унификация и взаимозаменяемость раствороподъемных 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 раствороподъемных труб и смесителя. • Суть действия эрлифта • Подаваемый под давлением в нижнюю часть трубы воздух, образовывает в раствороподъемной трубе воздушную эмульсию (смесь раствора и пузырьков воздуха), • которая будет подниматься благодаря разности удельных весов эмульсии в трубе и раствора в скважине. воздух Раствор • 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, h 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 раствороподъемных труб. • При эрлифтном способе раствороподъема 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 м3 на 1 м3 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 раствороподъемной колонной, расположенными в эксплуатационной колонне труб. • При этом нижний конец раствороподъемной колонны целесообразно опускать в зону фильтра, так как это способствует лучшей очистке скважины от песка. 1 – эксплуатационная колонна; 2 – фильтр; 3 – раствороподъемная 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 раствороподъемной колонн на различных глубинах определяет не только КПД системы, но и ее работоспособность и техникоэкономические показатели. • Рекомендуется при подаче эрлифта 5, 10 и 15 м3/час раствора принимать диаметры воздухоподающих шлангов (труб) 15, 20 и 25 мм и диаметры раствороподъемных 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 прифильтровой 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 раствороподъемного 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–раствороподъемные 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 прифильтровой зоны скважины и фильтров, а также износ раствороподъемного 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 hдин воды в скважине. • Насосы с погружным электродвигателем предназначены для эксплуатационных откачек с больших глубин (hст 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 пескозащиты, 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 ЭЦНК4-4-100 Напор номин., м Подача при номин. напоре, м3 Мощ-ность на валу эл. дв., кВт Внеш-ний диаметр, мм Диаметр обсадной колонны, дюйм/мм ПОГРУЖНЫЕ НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ ТИПА ЭЦНК-4 100 4,0 2,5 96 4/100 Материал ы Н/С; Т ЭЦНК4-6-80 80 6,0 4,0 96 4/100 Н/С; Т ЭЦНК4-6-100 100 6,0 5,5 96 4/100 Н/С; Т ЭЦНК4-4-150 150 4,0 4,0 96 4/100 Н/С; Т 200 4,0 4,0 96 4/100 ПОГРУЖНЫЕ НАСОСНЫЕ АГРЕГАТЫ ТИПА ПЭН-6 110 10 5,5 145 6/152 Н/С; Т ЭЦНК4-4-200 ПЭН6-10-110 Н/С ПЭН6-10-160 160 10 7,5 145 6/152 Н/С ПЭН6-10-200 220 10 8,0 145 6/152 Н/С ПЭН6-10-250 250 10 11,0 145 6/152 Н/С ПЭН6-10-350 350 10 16,0 145 6/152 Н/С ПЭН6-16-160 150 16 16,0 145 6/152 Н/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 беструбного раствороподъема • 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 беструбного 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 беструбного раствороподъема 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 -раствороподъемная колонна; 6 -приемный клапан; 7-задвижка; 8-нагнетательная линия hд-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- раствороподъемная колонна, 4-нагнетательная линия, 5-задвижка. h дин - выше уровня устья скважины Самоизливающася скважина (Артезианская)