Повышение эффективности опробования гидрогеологических скважин при использовании погружных насосных установок
Обеспечение наиболее эффективных и качественных методов освоения и опробования скважин на воду, не требующих увеличения диаметров насосного оборудования и скважин при повышенных дебитах откачек, является одной из важнейших производственных задач сооружения гидрогеологических и водозаборных скважин и, одновременно, актуальным направлением проведения научных исследований. Схема расположения… Читать ещё >
Содержание
- Глава 1. Современные технологические разработки в области проведения временных откачек воды из гидрогеологичесих и водозаборных скважин
- 1. 1. Временные откачки воды, их виды, области применения и основные характеристики
- 1. 2. Погружные центробежные насосы для временных окачек воды из скважин
- 1. 3. Водоструйные насосы и установки для временных откачек воды из скважин
Повышение эффективности опробования гидрогеологических скважин при использовании погружных насосных установок (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Одним из важных мероприятий в процессе сооружения разведочных и разведочно-эксплуатационных скважин на воду является проведение временных (предварительных, пробно-эксплуатационных и опытных) откачек с целью освоения и опробования встреченных продуктивных горизонтов.
Организация и проведение временных скважинных откачек воды позволяет раскольматировать вскрытый горизонт, осветлить воду от 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 коэффициента фильтрации водоносных пород, размерах, форме и темпах роста депрессионной воронки, наличии связи между отдельными водоносными горизонтами и т. д.
При этом наиболее эффективным методом освоения и достоверным способом геологического опробования являются временные скважинные откачки воды, проводимые при дебитах, превышающих расчетные (эксплуатационные) на 20 — 40%.
Кроме того, проведение временных откачек при повышенных дебитах позволяет уменьшить время, затрачиваемое на освоение и опробование гидрогеологических 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 обладает низкой эффективностью и затруднено, так как имеет низкий коэффициент полезного действия (КПД), вызывает необходимость увеличения диаметров погружного насосного оборудования и скважин, что приводит к существенному увеличению временных и денежных затрат на сооружение скважин в целом.
Обеспечение наиболее эффективных и качественных методов освоения и опробования скважин на воду, не требующих увеличения диаметров насосного оборудования и скважин при повышенных дебитах откачек, является одной из важнейших производственных задач сооружения гидрогеологических и водозаборных скважин и, одновременно, актуальным направлением проведения научных исследований.
В процессе научных исследований были решены следующие основные задачи:
• проанализированы существующие технологические схемы, методы и оборудование для проведения временных откачек воды;
• проанализированы базовые характеристики работы насосных установок по существующим технологическим схемам;
• предложена наиболее совершенная технологическая схема производства временных откачек воды, включающая в себя погружные центробежный и водоструйный насосы, соединенные в последовательную цепь (погружная тандемная насосная установка);
• разработана методика проведения исследований и подготовлена экспериментальная база для изучения работы насосной установки «погружной центробежный насос — погружной водоструйный насос»;
• проведены экспериментальные исследования и проанализированы их результаты;
• уточнена методика расчета основных конструктивных параметров и характеристик работы скважинных насосных установок;
• проведено исследование изменения подачи при переменной глубине погружения насосной установки под динамический уровень воды в скважине;
• разработана оптимальная конструкция водоструйного насоса в составе погружной тандемной насосной установки.
Экспериментальные исследования осуществлялись на стендах кафедры разведочного бурения имени проф. Б. И. Воздвиженского в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Российском государственном геологоразведочном университете имени Серго Орджоникидзе (РГГРУ).
Диссертационная работа состоит из введения. 4 глав, выводов и рекомендаций, списка использованной в работе литературы, включающего 82 наименования и 3-х приложений. Диссертация содержит 114 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 5 таблиц.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ по диссертационной работе и рекомендации.
1. Качественное освоение и достоверное опробование гидрогеологических скважин требует применения повышенных (на 20 — 40%) по отношению к расчетным (эксплуатационным) значений дебитов откачки. Проведение таких откачек при высоком КПД работы возможно при использовании погружных тандемных насосных установок.
2. В конструкции установки отсутствует пакер — слабое звено водоструйного насоса, обеспечивающее производство откачки. Откачку можно производить как в открытом стволе необсаженной скважины (без применения дополнительной водоподъемной колонны), так и в основной водоподъемной колонне.
3. Установка позволяет получать значительный расход воды, превышающий подачу центробежного насоса в 1 — 5 раз. Тем самым обеспечивается качественное освоение и наиболее достоверное опробование гидрогеологических скважин.
4. Максимальный полный КПД установки превосходит максимальный полный КПД водоструйного насоса (0,3) и может достигать величины 0,6 -/ц„
5. Погружную тандемную установку можно применять как в напорных, так в слабонапорных и безнапорных скважинах.
6. Водоструйный насос в составе тандемной установки требует для работы меньших расходов воды в сравнении водоструйными насосами, имеющими привод от поверхностного (центробежного или поршневого) насоса.
7. Водоструйный насос в составе тандемной насосной установки создает дополнительный восходящий поток воды, способствующий лучшему охлаждению двигателя центробежного насоса. Необходимость в кожухе, обеспечивающем достаточную скорость восходящего потока снаружи центробежного насоса (не менее 0,15 м/с), во многих случаях отпадает.
8. Использование тандемных насосных установок позволит существенно расширить диапазон напоров и подач, создаваемых центробежным насосом. При этом необходимость в использовании задвижек для регулирования подачи (они существенно снижают КПД работы, а также могут привести к перегреву и выходу электродвигателя насоса из строя в частично открытом и полностью закрытом положении из-за недостаточной для охлаждения скорости восходящего потока) значительно снизится.
9. Характеристики тандемных насосных установок могут регулироваться в широком диапазоне за счет переменного заглубления установок под уровень жидкости и за счет применения водоструйных насосов с разной площадью выходного сечения сменных сопел.
10. Схема расположения водоструйного насоса в тандемной установке позволяет выполнить съемной диффузорно-сопловую внутреннюю часть конструкции водоструйного насоса (по аналогии с конструкцией аналогичных установок для нефтяных скважин). При этом оперативность изменения рабочих характеристик тандемных насосных установок существенно возрастет.
11. Конструкция водоструйного насоса для скважинных откачек должна в обязательном порядке предусматривать диффузорное расширение смешанного потока при выходе из насоса и иметь оптимальное значение отношения площади сечения смесительной камеры к площади выходного Л сечения рабочего сопла -^-опт. fp.
12. Разработанная методика расчета оптимальной конструкции и основных характеристик работы погружной тандемной насосной установки позволяет проектировать скважинные откачки воды при высоких значениях полного КПД центробежного насоса (цт = //ц""ом = 0,46 — 0,77), сравнительно высоких значениях полного КПД водоструйного насоса (tjcli = 0,26 или Центах ~ 0,3) и высоких значениях полного КПД тандемной насосной уст установки (-= 0,55).
Лт.
13. При увеличении глубины погружения тандемной насосной установки под динамический уровень воды в скважине коэффициент инжекции установки снижается по степенному закону.
14. Величина полезного расхода прямопропорциональна величине мощности центробежного насоса в составе погружной тандемной насосной установки.
15. Для широкого применения погружных тандемных насосных установок в практике откачек из разведочных и разведочно — эксплуатационных скважин на воду необходима разработка конструкции и производство тандемных пар «серийный погружной центробежный насос — водоструйный насос соответствующего диаметра».
16. Применение погружных тандемных насосных установок позволит уменьшить время освоения и опробования гидрогеологических скважин временными откачками и ускорить ввод разведочно-эксплуатационных скважин в стадию постоянных откачек.
Предложенная схема освоения и опробования гидрогеологических скважин погружными тандемными насосными установками позволит существенно повысить эффективность и качество временным откачек.
Список литературы
- Абрамов С.К., Алексеев B.C. Забор воды из подземного источника. М.: Колос, 1980.
- Алексеев В.В. Оптимальный выбор погружных насосов для подъема жидкости из скважин. М.: Цветная металлургия, № 6, 2002.
- Алексеев В.В. Рациональный выбор водоподъемных средств для подъема воды по гидрогеологическим скважинам. М.: АОЗТ «Геоинформмарк», Вып.4, 2002.
- Алексеев В.В., Брюховецкий О. С. Горная механика: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1995,413 с.
- Алексеев В.В., Сердюк Н. И. Рациональный выбор средств для подъема воды (раствора) по гидрогеологическим скважинам. М.: МГГРУ, 2005, 231 с.
- Арене В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология). -М.: Недра, 1986,279 с.
- Арене В.Ж., Исмагилов Б. В., Шпак Д. Н. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. М.: Недра, 1980,229 с.
- Башкатов А.Д. Предупреждение пескования скважин. М.: Недра, 1991.
- Башкатов А.Д. Прогрессивные технологии сооружения скважин. М.: ООО Недра — Бизнесцентр, 2003 г, 554 с.
- Башкатов Д.Н. Планирование эксперимента в разведочном бурении. М., Недра, 1985,181 с.
- Башкатов Д.Н., Панков А. В., Коломиец A.M. Прогрессивная технология бурения гидрогеологических скважин. М.: Недра, 1998, 286 с.
- Башкатов Д.Н., Тесля А. Г. Гидрогеологические наблюдения при бурении и опробовании скважина на воду. М.: Недра, 1970.
- Белицкий А.С., Дубровский В. В. Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения. М.: Недра, 1968,224 с.
- Бурение разведочных скважин. Учеб. для вузов / Н. В. Соловеьв, В. В. Кривошеее Д.Н. Башкатов Д. Н. и др. Под общ. ред. Н. В. Соловьева. -М.: Высш. шк., 2007, 904 с.
- Бурение скважин различного назначения. Учеб. пособие / Н. И. Сердюк, В. В. Куликов, А. А. Тунгусов и др. Под ред. Н. И. Сердюка. М.: МГГРУ, 2006, 624 с.
- Бухвалов А.Б. Планирование эксперимента при конструировании фильтров буровых скважин. Техн. и технол. ГРР, орг. пр-ва. Экспресс-информация/ ВИЭМС, 1987, вып. 1, с. 10−16.
- Бухвалов А.Б. Прогноз пескования гидрогеологических водозаборных скважин. Техн. и технол. ГРР, орг. пр-ва. Экспресс-информация/ ВИЭМС, 1987, вып. 4, с. 15−20.
- Васильев Б.А., Грецов Н. А. Гидравлические машины. М.: Агропромиздат, 1988,272 с.
- Вскрытие, опробование и освоение водоносных горизонтов гидрогеологических скважин / Е. Н. Дрягалин, В. Г. Романов, В. И. Селиховкин и др. М.: Недра, 1976.
- Гаврилко В.М., Алексеев B.C. Фильтры буровых скважин. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1985,334 с.
- Гаврилко В.М., Алексеев B.C., Гуркин А. Я. Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин. М.: Колос, 1974.
- Ганджумян Р.А. Математическая статистика в разведочном бурении: Справочное пособие. -М.: Недра, 1990,218 с.
- Ганджумян Р.А. Практические расчеты в разведочном бурении. М.: Недра, 1978,288 с.
- Гидроподъем полезных ископаемых / Я. К. Антонов, J1.H. Козыряцкий, В. А. Малашкина и др. М.: Недра, 1995.
- Грикевич Э.А. Гидравлика водозаборных скважин. -М.: Недра, 1986.
- Гринбаум И.И. Расходометрия гидрогеологических и инженерно-геологических скважин. М.: Недра, 1975.
- Гуляк С.В. Опробование гидрогеологических скважин временными откачками / Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6, 2007, 12 с. Деп. в МГГУ 10.04.2007, № 577/06 — 07.
- Гуляк С.В., Куликов В. В. Освоение и опробование гидрогеологических скважин погружными тандемными насосными установками / «Изв. вузов. Геология и разведка», № 1,2008.
- Гуляк С.В., Куликов В. В., Сердюк Н. И. Проведение откачек воды из гидрогеологических скважин тандемными погружными насосными установками / VIII Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле». Доклады, том 7. М.: РГТРУ, 2007, с. 148.
- Дерусов В.П. Обратная промывка при бурении геологоразведочных скважин. -М.: Недра, .1984,184 с.
- Ибрагимов JI.X., Мищенко И. Т., Челоянц Д. К. Интенсификация добычи нефти. М.: Наука, 2000, 414 с.
- Инструкция по применению водоструйных насосов для откачек из гидрогеологических скважин. / B.C. Вязников, Е. П. Гринюк, А. В. Панков, И. П. Хаустов. -М.: ПГО «Центргеология», 1982, 14 с.
- Исследование гидрогеологических скважин (Е.Н. Дрягалин, В. Г. Романов и др.). М.: Недра, 1977.
- Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве. М.: Стройиздат, 1964.
- Карнаухов M. JL, Рязанцев Н. Ф. Справочник по испытанию скважин. М.: Недра, 1984, 268 с.
- Квашнин Г. П., Деревянных А. И. Водозаборные скважины с гравийными фильтрами. М.: Недра, 1981.
- Киселев O.K. Повышение срока эксплуатации водозаборных скважин. -М.: Колос, 1975.
- Климентов П.П. Методика гидрогеологических исследований. М.: Высш.шк., 1967,422 с.
- Кравченко А.Е. Исследование особенностей применения струйных насосов в водозаборных скважинах в современных условиях. / Дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. М.: МГТРУ, 2003.
- Кравченко А.Е. Определение рациональной области применения поверхностных центробежных насосов с внешними погруженными эжекторами. М.: МГГРУ, 2003.
- Кравченко А.Е., Сердюк Н. И., Минаков С. И., Шибанов Б. В. Особенности применения гидроэлеваторов для подъема жидкости с большой глубины. -Материалы VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Том 4. М.: МГГРУ, 2003, с.25
- Куликов В.В., Габдрахманова М. С., Пенкевич С. В. Использование эрлифтно струйных водоподъемников — перспективное направление при гидрогеологических откачках. / «Изв. вузов. Геология и разведка», 2003, № 5.
- Курганов A.M., Федоров Н. Ф. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения: Справочник /Под общей ред. А. М. Курганова. 3-е изд., перераб. и доп. — JL: Стройиздат, 1986, 440 с.
- Лерман С.Н., Заика С. К. Справочник по бурению, оборудованию, эксплуатации и ремонту артезианских скважин. Киев: «Будивельник», 1974, 150 с.
- Лобанов Д.П., Смолдырев А. Е. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ. М.: Недра, 1974,296 с.
- Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, 1988, 256 с.
- Маковей Н. Гидравлика бурения. Пер. с рум. -М.: Недра, 1986, 536 с.
- Минаков С.И., Сердюк Н. И., Шибанов Б. В. Применение импульсно-депрессионных воздействий с целью восстановления дебита водозаборных скважин. Материалы VI Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Том 4. — М.: МГГРУ, 2003, с. 19.
- Минц Д.М., Шуберт С. Гидравлика зернистых материалов. М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1955.
- Осипов П.Е. Гидравлика и гидравлические машины. М.: Лесная промышленность, 1965,363 е.
- Пенкевич С.В. Методические указания по расчету струйных насосов при откачке воды из гидрогеологических скважин. М.: МГГРУ, 2003,20 с.
- Пенкевич С.В., Тунгусов А. А. Методические указания по проектированию и сооружению скважин на воду: Учеб. пособие. М.: Изд-во, А и Б, 1998,48 с.
- Поиски и разведка подземных вод для крупного водоснабжения /Коллектив авторов. ВСЕГИНГЕО. -М.: Недра, 1969,328 с.
- Попков В.А., Беляков В. М., Дмитриев К. Б. Бурение и освоение высокодебитных скважин. -М.: Колос, 1973.
- Пятикоп Ю.В., Бандырский И. Н., Дьяченко Д. В. Справочник по оборудованию буровых скважин обсыпными фильтрами. М.: Колос, 1983.
- Романенко В.А. Подготовка водозаборных скважин к эксплуатации. Л.: Недра, 1990, 119 с.
- Руководство по проектированию сооружений для забора подземных вод. -М.: Стройиздат, 1978.
- Савин И.Ф., Сафронов П. В. Основы гидравлики и гидропривод. М.: Выс. шк., 1978,222 с.
- Сердюк Н.И. Исследование причин снижения' производительности водозаборных скважин. -М.: ВНИИОЭНГ, 2004, 70 с.
- Сердюк Н.И. Исследование разрушающего действия кавитации с целью ее использования при освоении и эксплуатации водозаборных скважин. М.: ВНИИОЭНГ, 2004, 76 с.
- Сердюк Н.И., Кравченко А. Е., Куликов В. В., Шибанов Б. В. и др. Технология проектирования разведочно-эксплуатационных скважин на воду: Учебное пособие. М.: МГГРУ, 2003, 60 с.
- Соколов Е.Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты 3-е изд., перераб. — М.: Энергоатомиздат, 1989,352 с.
- Солонин Б.Н. Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1983,107 с.
- Специальные работы при бурении и оборудовании скважин на воду / Д. Н. Башкатов, C. J1. Дархлис, В. В Сафронов, Г. П. Квашнин. М.: Недра, 1988, 268 с.
- Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин: в 2-х томах /Под общ. ред. проф. Е. А. Козловского. М.: Недра, 1984.
- Справочник по бурению геологоразведочных скважин /И.С.Афанасьев, Г. А. Блинов, П. П. Пономарев и др. Гл. редактор проф. Е. А. Козловский. С.-Пб.: ООО Недра, 2000, 712 с.
- Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду /В.В.Дубровский, М. М. Керченский, В. И. Плохов и" др. Под общ. ред.
- B.В.Дубровского. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Недра, 1972, 512 с.
- Справочник по бурению скважин на воду /Д.Н.Башкатов, С. С. Сулакшин,
- C.Л.Драхлис, Г. П. Квашнин. Под ред. проф. Д. Н. Башкатова. М.: Недра, 1979, 560 с.
- Спутник инженера-буровика: Справочное издание /И.С.Афанасьев, П. П. Пономарев, В. А. Каулин, А. И. Кукес, А. И. Осецкий. С.-Пб.: ВИТР, 2003, 640 с.
- Сухоносов Г. Д., Шапиров А. Ф., Усачева Е. П. Справочник по испытанию необсаженных скважин. -М.: Недра, 1985, 248 с.
- Технология и техника разведочного бурения: Учеб. для вузов /Ф.А.Шамшев, С. Н. Тараканов, Б. Б. Кудряшов и др. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1983,565 с.
- Федоров Ю.С., Петров А. А. Предупреждение кольматации фильтров. -Разведка и охрана недр, 1974, № 7, с. 56−58.
- Черкасский В.М., Романова Т. М., Кауль Р. А. Насосы, компрессоры, вентиляторы. М. — Л.: Госэнергоиздат, 1962,264 с.
- Чугаев P.P. Гидравлика: Учеб. для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоиздат, 1982, 672 с.
- Шаманов Н.П., Дядин А. Н., Лабинский А. Ю. Двухфазные струйные аппараты. Л.: Судостроение, 1989.
- Шестаков В.М., Башкатов Д. Н. Опытно-фильтрационные работы. М.: Недра, 1974.
- Ясашин A.M., Яковлев А. И. Испытание скважин. М.: Недра, 1973.