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

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)