Повышение эффективности опробования гидрогеологических скважин при использовании погружных насосных установок тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.14, кандидат технических наук Гуляк, Сергей Васильевич

• Гуляк, Сергей Васильевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гуляк, Сергей Васильевич

Введение.

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности опробования гидрогеологических скважин при использовании погружных насосных установок»

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.

Заключение диссертации по теме «Технология и техника геологоразведочных работ», Гуляк, Сергей Васильевич

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 диссертационного исследования кандидат технических наук Гуляк, Сергей Васильевич, 2007 год

1. Абрамов С.К., Алексеев B.C. Забор воды из подземного источника. М.: Колос, 1980.

2. Алексеев В.В. Оптимальный выбор погружных насосов для подъема жидкости из скважин. М.: Цветная металлургия, № 6, 2002.

3. Алексеев В.В. Рациональный выбор водоподъемных средств для подъема воды по гидрогеологическим скважинам. М.: АОЗТ "Геоинформмарк", Вып.4, 2002.

4. Алексеев В.В., Брюховецкий О.С. Горная механика: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1995,413 с.

5. Алексеев В.В., Сердюк Н.И. Рациональный выбор средств для подъема воды (раствора) по гидрогеологическим скважинам. М.: МГГРУ, 2005, 231 с.

6. Арене В.Ж. Скважинная добыча полезных ископаемых (геотехнология). -М.: Недра, 1986,279 с.

7. Арене В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. М.: Недра, 1980,229 с.

8. Башкатов А.Д. Предупреждение пескования скважин. М.: Недра, 1991.

9. Башкатов А.Д. Прогрессивные технологии сооружения скважин. М.: ООО Недра - Бизнесцентр, 2003 г, 554 с.

10. Башкатов Д.Н. Планирование эксперимента в разведочном бурении. М., Недра, 1985,181 с.

11. Башкатов Д.Н., Панков А.В., Коломиец A.M. Прогрессивная технология бурения гидрогеологических скважин. М.: Недра, 1998, 286 с.

12. Башкатов Д.Н., Тесля А.Г. Гидрогеологические наблюдения при бурении и опробовании скважина на воду. М.: Недра, 1970.

13. Белицкий А.С., Дубровский В.В. Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения. М.: Недра, 1968,224 с.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Бухвалов А.Б. Прогноз пескования гидрогеологических водозаборных скважин. Техн. и технол. ГРР, орг. пр-ва. Экспресс-информация/ ВИЭМС, 1987, вып. 4, с. 15-20.

18. Васильев Б.А., Грецов Н.А. Гидравлические машины. М.: Агропромиздат, 1988,272 с.

19. Вскрытие, опробование и освоение водоносных горизонтов гидрогеологических скважин / Е.Н. Дрягалин, В.Г.Романов, В.И. Селиховкин и др. М.: Недра, 1976.

20. Гаврилко В.М., Алексеев B.C. Фильтры буровых скважин. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1985,334 с.

21. Гаврилко В.М., Алексеев B.C., Гуркин А.Я. Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин. М.: Колос, 1974.

22. Ганджумян Р.А. Математическая статистика в разведочном бурении: Справочное пособие. -М.: Недра, 1990,218 с.

23. Ганджумян Р.А. Практические расчеты в разведочном бурении. М.: Недра, 1978,288 с.

24. Гидроподъем полезных ископаемых / Я.К.Антонов, J1.H. Козыряцкий, В.А. Малашкина и др. М.: Недра, 1995.

25. Грикевич Э.А. Гидравлика водозаборных скважин. -М.: Недра, 1986.

26. Гринбаум И.И. Расходометрия гидрогеологических и инженерно-геологических скважин. М.: Недра, 1975.

27. 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.

28. Гуляк С.В., Куликов В.В. Освоение и опробование гидрогеологических скважин погружными тандемными насосными установками / "Изв. вузов. Геология и разведка", № 1,2008.

29. 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.

30. Дерусов В.П. Обратная промывка при бурении геологоразведочных скважин. -М.: Недра, .1984,184 с.

31. Ибрагимов JI.X., Мищенко И.Т., Челоянц Д.К. Интенсификация добычи нефти. М.: Наука, 2000, 414 с.

32. 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.

33. Исследование гидрогеологических скважин (Е.Н. Дрягалин, В.Г. Романов и др.). М.: Недра, 1977.

34. Каменев П.Н. Гидроэлеваторы в строительстве. М.: Стройиздат, 1964.

35. Карнаухов M.JL, Рязанцев Н.Ф. Справочник по испытанию скважин. М.: Недра, 1984, 268 с.

36. Квашнин Г.П., Деревянных А.И. Водозаборные скважины с гравийными фильтрами. М.: Недра, 1981.

37. Киселев O.K. Повышение срока эксплуатации водозаборных скважин. -М.: Колос, 1975.

38. Климентов П.П. Методика гидрогеологических исследований. М.: Высш.шк., 1967,422 с.

39. 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.

40. Кравченко А.Е. Определение рациональной области применения поверхностных центробежных насосов с внешними погруженными эжекторами. М.: МГГРУ, 2003.

41. 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

42. 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.

43. 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.

44. Лерман С.Н., Заика С.К. Справочник по бурению, оборудованию, эксплуатации и ремонту артезианских скважин. Киев: "Будивельник", 1974, 150 с.

45. Лобанов Д.П., Смолдырев А.Е. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ. М.: Недра, 1974,296 с.

46. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение, 1988, 256 с.

47. Маковей Н. Гидравлика бурения. Пер. с рум. -М.: Недра, 1986, 536 с.

48. 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.

49. Минц Д.М., Шуберт С. Гидравлика зернистых материалов. М.: Изд-во МКХ РСФСР, 1955.

50. Осипов П.Е. Гидравлика и гидравлические машины. М.: Лесная промышленность, 1965,363 е.

51. Пенкевич С.В. Методические указания по расчету струйных насосов при откачке воды из гидрогеологических скважин. М.: МГГРУ, 2003,20 с.

52. 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.

53. Поиски и разведка подземных вод для крупного водоснабжения /Коллектив авторов. ВСЕГИНГЕО. -М.: Недра, 1969,328 с.

54. Попков В.А., Беляков В.М., Дмитриев К.Б. Бурение и освоение высокодебитных скважин. -М.: Колос, 1973.

55. Пятикоп Ю.В., Бандырский И.Н., Дьяченко Д.В. Справочник по оборудованию буровых скважин обсыпными фильтрами. М.: Колос, 1983.

56. Романенко В.А. Подготовка водозаборных скважин к эксплуатации. Л.: Недра, 1990, 119 с.

57. Руководство по проектированию сооружений для забора подземных вод. -М.: Стройиздат, 1978.

58. Савин И.Ф., Сафронов П.В. Основы гидравлики и гидропривод. М.: Выс. шк., 1978,222 с.

59. Сердюк Н.И. Исследование причин снижения' производительности водозаборных скважин. -М.: ВНИИОЭНГ, 2004, 70 с.

60. Сердюк Н.И. Исследование разрушающего действия кавитации с целью ее использования при освоении и эксплуатации водозаборных скважин. М.: ВНИИОЭНГ, 2004, 76 с.

61. 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.

62. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1989,352 с.

63. Солонин Б.Н. Краткий справочник по проектированию и бурению скважин на воду. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1983,107 с.

64. 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.

65. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин: в 2-х томах /Под общ. ред. проф. Е.А.Козловского. М.: Недра, 1984.

66. 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.

67. Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду /В.В.Дубровский, М.М.Керченский, В.И.Плохов и" др. Под общ. ред.

68. B.В.Дубровского. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1972, 512 с.

69. Справочник по бурению скважин на воду /Д.Н.Башкатов, С.С.Сулакшин,

70. C.Л.Драхлис, Г.П.Квашнин. Под ред. проф. Д.Н.Башкатова. М.: Недра, 1979, 560 с.

71. 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.

72. Сухоносов Г.Д., Шапиров А.Ф., Усачева Е.П. Справочник по испытанию необсаженных скважин. -М.: Недра, 1985, 248 с.

73. 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.

74. Федоров Ю.С., Петров А.А. Предупреждение кольматации фильтров. -Разведка и охрана недр, 1974, № 7, с. 56-58.

75. Черкасский В.М., Романова Т.М., Кауль Р.А. Насосы, компрессоры, вентиляторы. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1962,264 с.

76. Чугаев P.P. Гидравлика: Учеб. для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоиздат, 1982, 672 с.

77. Шаманов Н.П., Дядин А.Н., Лабинский А.Ю. Двухфазные струйные аппараты. Л.: Судостроение, 1989.

78. Шестаков В.М., Башкатов Д.Н. Опытно-фильтрационные работы. М.: Недра, 1974.

79. Ясашин A.M., Яковлев А.И. Испытание скважин. М.: Недра, 1973.