Введение к работе
Актуальность работы
Одним из важных мероприятий в процессе сооружения разведочных и раз-ведочно-зксплуаіационньїх скважин на воду является проведение предварительных и опытных откачек с целью освоения и опробования встреченных продуктивных горизонтов
Организация и проведение скважинных откачек воды позволяет раскольма-тировать вскрытый горизонт, осветлить воду оі песка и взвеси в процессе формирования естественного породного фильтра, а, главное, получить важную необходимую информацию о технологических и гидрогеологических характеристиках водовмещающих толщ дебите скважины, понижении динамического уровня воды, стабильности расхода, качестве воды во времени, зависимости дебита и удельного дебита от понижения уровня, величине коэффициент фильтрации водоносных пород, размерах, форме и темпах роста депрессионной воронки, наличии связи между отдельными водоносными горизонтами и і д
При этом наиболее эффективным методом освоения и достоверным способом геологического опробования являются опытные скважинные откачки воды, проводимые при дебитах, превышающих расчетные (эксплуатационные) на 20 - 40% Повышенные цебиты при откачках позволяют не прибегать к методу экстраполяции данных, обладающему низкой достоверностью информации
Кроме того, проведение откачек при повышенных дебитах позволяеі уменьшить время, затрачиваемое на освоение и опробование гидрогеолоіиче-ских скважин, и, соответственно, ускорить ввод разведочно-эксплуатационных скважин в стадию постоянных (добычных) откачек воды
Однако, проведение откачек при повышенных дебитах из слабонапорных и безнапорных водных горизонтов по существующим традиционным технологическим схемам либо невозможно (эрлифт), либо обладает низкой эффективностью (водоструйный насос), так как имеет низкий коэффициент полезного действия (КПД), вызывает необходимость увеличения диаметров погружного насосного оборудования и скважин и приводит к существенному увеличению временных и денежных затрат на сооружение скважин в целом
Обеспечение наиболее эффективных и качественных методов освоения и опробования безнапорных и слабо напорных скважин на воду, не требующих увеличения диаметров насосного оборудования и скважин при повышенных дебитах откачек, является одной из важнейших производственных адач сооружения гидрогеологических и водозаборных скважин и, одновременно, актуальным направлением проведения научных исследований Цель работы
Повышение эффективности освоения и опробования откачками безнапорных и слабонапорных гидрогеологических скважин за счет увеличенного (на 20 - 40% по отношению к расчетному или эксплуатационному) дебита при использовании последовательно соединенных погружных центробежної о и водоструйного насосов (погружных тандемных насосных установок) Предмет исследований
Показатели работы и взаимосвязи характеристик погружной гандемной насосной установки и скважины Основные задачи исследований
Для достижения поставленной цели в процессе научных исследований необходимо было решить следующие задачи
проанализировать существующие технологические схемы, методы и обору доваяие для проведения временных откачек воды,
проанализировать базовые характеристики работы насосных усіановок по существующим технологическим схемам,
установить наиболее совершенную технологическую схему производства временных откачек воды,
разработать методику расчета оптимальной конструкции и основных характеристик работы погружной тандемной насосной установки,
разработать методику проведения исследований и подготовить экспериментальную базу для изучения работы насосной установки «поіружной центробежный насос - погружной водоструйный насос»,
провести исследование изменения подачи насосной установки при ее переменной глубине погружения под динамический уровень воды в скважине,
разрабоїаіь оптимальную консірукцию погружной тандемной насосной установки
Методика исследований
Для решения поставленных задач применялись общие принципы методологии научных исследований, включающие в себя анализ и обобщение литературных источников, проведение экспериментальных и теоретических исследований Использовались методики научных исследований и фундаментальные результаты технической гидромеханики Расчеты проводились на ПЭВМ в системе MATHCAD Научная новизна диссертации
Выявлена зависимость величины полного КПД погружной тандемной насосной установки от полных КПД водоструйного и центробежного насосов в ее составе, значения относительного перепада давления, создаваемого водоструйным насосом, позволяющая оперативно оценивать энергоемкость работы установки
Установлена зависимость подачи погружной тандемной насосной установки от величины мощности двигателя центробежного насоса в сосіаве тандемной установки, величины полного КПД установки и оі перепада давления смешанного потока в водоподъемной магистрали, позволяющая прої нозировагь дебит временной откачки
Установлена закономерность снижения величины коэффициент ипжек-
ции погружной тандемной насосной установки при увеличении глубины
ее погружения под динамический уровень воды в скважине, предназна
ченная для управления дебитом и предотвращения кавитационного ре
жима работы
Практическое значение
Предложена энергетически наиболее совершенная технологическая схема
производства опытных откачек воды
Разработана методика расчета оптимальной конструкции и основных характеристик работы погружной тандемной насосной ус гановки
Обоснованы рациональные значения величин коэффициента инжекции (0,2 - О,4) и относительного перепада давления, создаваемого водоструйным насосом (0,4 - 0,5), для эффективного производства опытных откачек воды
Установлена взаимосвязь дебита скважины с глубиной погружения шн-демной установки под динамический уровень
Предложено использование тандемных пар «серийный погружной центробежный насос - водоструйный насос» для производства опытных откачек воды
Приведенные в диссертационной работе аналитические и экспериментальные зависимости рекомендуются к практическому применению в произволеі -венных условиях
Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе в рамках курсов «Бурение разведочных скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые», «Горная механика», «Гидравлика и гидропривод» Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
Практические рекомендации и защищаемые научные положения обоснованы достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследовании, а также проверкой положений, выводов и рекомендаций в экспериментальных условиях, максимально приближенных к производственным, и достаточной сходимостью опытных данных с результатами ранее проведенных теоретических исследований Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались на научных заседаниях IV 1\4еждународной научно - практической конференции «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых» (МГГРУ, 2004 г), VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (РГГРУ, 2007 г), на семинаре кафедры разведочного бурения им ироф
Б И Воздвиженского (РГГРУ, 2007 г) и на производственных совещаниях
ЗАО «Гидроинжстрой» (2006, 2007 п )
Публикации
По теме диссертационной работы опубликованы 5 статей Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из оглавления, введения, 4 глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной в работе лшерагуры, включающего 82 наименования и 3-х приложений Диссертация содержит 114 сіра-ниц машинописного текста, 23 рисунка и 5 таблиц
Во введении обосновываются актуальность работы, цели и задачи исследований
В первой главе проведен анализ современного состояния технологических разработок в области проведения предварительных и опытных откачек воды из гидрогеологических разведочных и разведочно - эксплуатационных скважин Рассмотрены виды, области применения и основные характеристики откачек и виды водоподъемного оборудования для их реализации
Во второй главе приводятся основные характеристики и конструктивные парамеїрьі водоструйных насосов и насосных установок с поверхностным центробежным (поршневым) и погружным водоструйным насосами Рассмотрена существующая методика расчета основных параметров и характеристик водоструйных насосов Проанализированы схемы работы и характеристики двух базовых насосных установок «поверхностный центробежный (поршневой) насос - погружной водоструйный насос» с отбором полезною (поступившего из водоносного пласта в скважину и поданного на поверхность потребителю) расхода до водоструйного насоса и после него Рассмотрены недостатки работ ы отих установок Сделан вывод о необходимости разработки методики расчета водоструйных установок для скважинных откачек воды
Третья глава диссертационной работы посвящена скважинным откачкам погружными тандемными насосными установками Рассмотрены тандемные установки нефтяных скважин и основные характеристики установок для временных откачек воды Разработана методика расчета оптимальной конструкции и ос-
новных характеристик работы погружной тандемной насосной усіановки для откачек воды Проведено исследование влияния глубины погружения тандемной установки на величину коэффициента инжекции Установлена зависимое! ь величины полного КПД тандемной установки от полных КПД водоструйною и центробежного насосов в ее составе Получено уравнение для расчета дебита скважины при работе тандемной установки
Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям работы погружной іандемной насосной установки Разработана оптимальная конструкция установки Приведены методика проведения исследований и их результаты Получено экспериментальное подтверждение основных теоретических зависимостей
В заключении диссертационной работы приведены основные выводы и рекомендации
