Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Откачки из скважин производят с помощью различных насосов. При высоких уровнях воды откачки можно осуществлять с помощью горизонтальных центробежных насосов, устанавливаемых на поверх­ности.

Кратковременные откачки, ведущиеся в течение короткого време­ни (до месяца), производят с использованием эрлифтов. Условием их применения является соотношение

Н=кИ, (9.18)

где Я—глубина спуска воздушных труб, м; А — динамический уро­вень, м; к — коэффициент погружения, А: = 3,0—1,5.

Преимущества эрлифта:

✓ простота конструкции и надежность работы;

•/ возможность получения дебитов (до 250 м3/ч) из скважин срав­нительно малого диаметра;

✓ возможность откачки воды с содержанием песка до 10—15 %.

Недостатки эрлифта:

✓ необходимость высокого столба воды в скважине;

✓ низкий коэффициент полезного действия (КПД = 30 %).

Используют три схемы расположения воздушных и водоподъем­ных труб (рис. 9.17). В производстве в основном применяют схему с центральным расположением воздушных труб как более простую при монтажно-демонтажных работах.

В водоподъемных трубах помимо воздушных устанавливают пьезо­метрические трубы для измерения динамического уровня во время от­качки. Чтобы исключить влияние динамической составляющей давле­ния воздушного потока на результат измерения, пьезометрические труб­ки опускают ниже форсунки воздушных труб на 3—4 м. Внутренний диаметр пьезометрических труб должен позволять делать измерения

Рис. 9.17. Схема эрлифтов: а — параллельная (эксцентрическая) система с расположением труб «рядом»; б — центральная (концен­трическая) система — воздухопроводные трубы внутри водоподъемных; в — центральная система — водоподъемные трубы внутри воздухопроводных труб

уровня воды в водоподъемных трубах с помощью датчика электриче­ского уровнемера (12—16 мм).

Удельный расход сжатого воздуха У0 (м3) при атмосферном давле­нии для подъема 1 м3 воды равен

У0=——————————- , (9-19)

0 ,,, , й(*-1) + 10’

23г|э 1в—^————-

где к — высота подъема воды, м.

Гидравлический КПД эрлифта т|э определяют по формуле

(9.20) 1,05л:

Гидравлический КПД эрлифта Т1э зависит от коэффициента его погружения: для коэффициента погружения к= 3,0—2,5 КПД состав­ляет 0,57—0,59, для к= 1,75—1,65 КПД = 0,40—0,41.

Максимальной производительности эрлифта достигают при неко­тором оптимальном удельном расходе воздуха. Объемный расход воз­духа IV (м3/мин) для подъема воды эрлифтом в количестве О равен

= (9.21)

Подача компрессора 1УК (м3/мин) равна

П’^к^Ж, (9.22)

где кх — коэффициент, учитывающий изменение подачи компрессора в зависимости от температуры воздуха и расположения компрессора над уровнем моря, /с, = 1,2; ^ — коэффициент, учитывающий умень­
шение кольцевого пространства за счет расположения воздушных труб внутри водоподъемных, к2 = 1,05— 1,2.

В качестве генераторов сжатого воздуха используют главным обра­зом передвижные компрессоры поршневого типа, развивающие давле­ние 0,8 МПа и производительность до 11 м3/мин.

Для производства откачек с большей производительностью приме­няют отечественные двухступенчатые поршневые или стационарные компрессоры, а также ротационные компрессоры ряда зарубежных фирм («Атлас-Копко» и др.), развивающие давление до 2,5—4,5 МПа и подачу сжатого воздуха до 20—40 м3/мин.

Рабочее давление компрессора РК составляет

Выбор компрессора производят по двум параметрам: подаче и рабочему давлению Рк.

Объемный расход водо-воздушной смеси зависит от давления, при котором эта смесь находится. По мере подъема смеси давление падает, воздушные пузырьки увеличиваются, вследствие чего скорость подъема смеси постепенно возрастает.

При глубоких динамических уровнях для выравнивания скорости движения смеси применяют ступенчатую конструкцию водоподъемной колонны: в нижней части (0,3—0,5 от ее длины) устанавливают трубы меньшего диаметра, в верхней — трубы большего диаметра. В нижней части колонны (непосредственно над смесителем) скорость движения смеси принимают не менее 3,0 м/с, а на изливе — около 10 м/с.

Форсунка воздушных труб представляет собой отрезок перфори­рованной трубы до 2—2,5 м. Диаметр отверстий и их число выбирают из условия, достаточного для полного смешения газа с водой.

Внутренний диаметр водоподъемных труб Д, (м) определяют по приближенной формуле

(9.24)

где (?см — производительность эрлифта (смеси: вода — воздух), м3/с; ик — скорость смеси на изливе, м/с; (1 — наружный диаметр воздуш­ных труб, м.

Диаметр воздушных труб подбирают таким образом, чтобы ско­рость сжатого воздуха в них была не более 10 м/с — это обеспечивает наименьшие потери давления. Приближенно диаметр воздушных труб меньше внутреннего диаметра водоприемных труб в 4,5—8 раз.

Внутренний диаметр воздушных труб (м) определяют по формуле

(9.25)

где ¥к — подача компрессора, м3/мин; и — установленная скорость дви­жения воздуха в трубе, м/с (и =10 м/с).

На практике часто вместо металли­ческих воздушных труб применяют раз­личные шланги, что значительно упро­щает монтажно-демонтажные операции.

Рис. 9.18. Схема установки водо­струйного насоса в скважине: 1 — буровой насос; 2 — нагнетатель­ная труба; 3 — пьезометрическая труба; 4 — фильтровая (водоподъ­емная) колонна; 5—промежуточ­ная емкость; 6— мерная емкость; 7— водоструйный насос; 8— фильтр

Водоструйные насосы в качестве при­вода используют энергию закачиваемой в них воды.

Преимущества водоструйных насосов:

✓ простота, отсутствие необходимо­сти использования компрессора;

•/ возможность откачки воды с при­месями песка.

Недостатки:

■/ невысокий КПД (< 40 %).

ОАО «Центргеология» разработало водоструйные насосы для гидрогеологиче­ских (пробных) откачек НВ-89, НВ-108 и УНВ-127/168, рассчитанных на подъем воды соответственно из скважин 89, 108, 127 и 168 мм. Эти насосы развивают давление до 4,0 МПа и подачу воды от 2,0 до 4,0 м3/ч. Схема установки водо­струйного насоса в скважину представ­лена на рис. 9.18, конструкция насоса НВ — на рис. 9.19.

Закачиваемая в водоструйный насос вода частью поступает в насадку и диффузор, частью в резиновый пакер, который увеличивает свой размер и перекрывает внутреннюю полость водоподъемной ко­лонны от ее фильтровой части.

Напорная характеристика водоструйных насосов приведена на рис. 9.20, из которой видно, что по мере увеличения динамического уровня Ни подача насоса уменьшается. Для замеров динамического уров­ня воды в процессе откачки используют пьезометрическую трубку.

Определение подачи насоса производят с помощью промежуточ­ной и мерной емкостей. Суммарный поток жидкости из водоподъем­ной колонны попадает сначала в промежуточную емкость, а из нее в буровой насос и мерную емкость. По уровню воды в мерной ем­кости определяют производительность водоструйного насоса.

Коэффициент полезного действия водоструйной установки Г| (%) рассчитывают по формуле

^ТПГ100’ <9-26>

где 0П — количество отводимой воды в водосборник, М3; С? о — общее количество воды, перекачиваемой насосом, м3; Н— полная высота подъе­ма воды, м; #„ — напор, развиваемый насосом, м.

При динамических уровнях 10—15 м г| = 40—309 он понижается до 20—15%.

Водоструйные насосы (гидроэлеваторы) при­меняют для пробных гидрогеологических откачек, когда в воде содержатся примеси песка, а также при эксплуатационных откачках, когда из-за низко­го уровня использование эрлифта неэкономично.

Рис. 9.19. Водо­струйный насос: 1 — муфта соединитель­ная; 2 — переходник; 3 — пьезометрическая труба; 4—нагнетатель­ная труба; 5—обсадная (фильтровая) колонна; б—кольца крепления пакера; 7— гидравличе­ский пакер; <?—отвер­стия в нагнетательной трубе; 9 — диффузор; 10— смеситель; // — на­садка; 12— контргайка; 13 — корпус

Водоструйные насосы используют для освоения во­доносных пластов. С этой целью периодически бу­ровой насос отключается, и столб поднимаемой на поверхность воды в динамическом режиме воздей­ствует на пласт, разрушая закольматированный ма­териал.

Водоструйный насос НЭ-8-12 устанавливают в обсадной колонне диаметром 219 мм. Он обеспе­чивает подачу до 34,2 м3/ч и напор до 100 м при использовании поршневого насоса производитель­ностью 4,5 л/с и давлением 3,0 МПа. Применяют водоструйные насосы ВН-2Ц, ВНШ и др., устанав­ливаемые в колоннах диаметром 168 мм, обеспечи­вающие подачу до 15 м3/ч и напор до 70 м.

Погружные электрические насосы типа ЭЦВ ши­роко используют при гидрогеологических и экс­плуатационных откачках. Схема установки насоса в скважину приведена на рис. 9.21. Насосы этого типа более экономичны, чем эрлифтные и водо­струйные водоподъемники. Они имеют более вы­сокий КПД и предназначены для подъема воды с температурой не более 25 °С и содержанием ме­ханических примесей до 0,01 % от массы перекачи­ваемой воды.

Характеристики электрических погружных на­сосов типа ЭЦВ приведены на рис. 9.22.

Насосы этого типа в зависимости от конструк­ции и диаметра позволяют производить откачку с подачей от 4 до 700 м3/ч и напором до 400 м и более. Диаметр насосов составляет от 90 до 425 мм.

Например, насос ЭЦВ6-10-140 развивает соот­ветственно подачу 10 м3/ч и напор 140 м, насос ЭЦВ10-120-60 — 120 м3/ч и 60 м и т. д.

На практике применяют также погружные эк­лектические насосы фирм «Одиссе», «Грундфос» и др. Электрические насосы типа ЭЦВ крайне чувствительны к при­месям, содержащимся в воде, поэтому их установку производят толь­ко в тех случаях, когда предварительно скважина была прокачана эрлифтом с большим дебитом, чем подача насоса, на 30—40 %.

Погружные центробежные насосы типа ЭЦВ спускают под воду глубже динамического уровня. Электрический двигатель приводят в дей­ствие от сети через кабель. Электрический двигатель выпускают в «мок-

Рис. 9.21. Установка погружного центробежного насоса: 1 — станция управления и защиты; 2 — манометр; 3 — задвижка; 4 — накопительная емкость; 5 — фильтр; 6 — ЭЦВ

<2, л/с Рис. 9.20. Напорная характеристика водо­струйных насосов НВ-108 (/), НВ-89 (2), УНВ-127/168 (.?)

ром» исполнении, т. е. двигатель стационарно работает в водной среде. При снижении динамического уровня воды ниже его установки про­исходит перегрев обмоток двигателя и он выходит из строя. Поэтому насосы снабжают специальными электрическими датчиками, которые автоматически отключают насос при критическом снижении динамиче­ского уровня. Удовлетворительные условия охлаждения электрическо­го двигателя соблюдаются, если между кожухом двигателя и обсадной трубой, в которой он установлен, вода движется с достаточной скоро­стью. Поэтому каждый типоразмер ЭЦВ устанавливают в соответст­вующий диаметр обсадной колонны. Например, насос ЭЦВ-4 устанав­ливают в обсадную колонну 146 (140) мм, насосы ЭЦВ-6, ЭЦВ-8, ЭЦВ-10, ЭЦВ-12, ЭЦВ-14 — соответственно в обсадные колонны диа­метром 168, 219, 273, 325, 426 мм.

Для временных (пробных) откачек штанговые поршневые насосы применяют с приводом от специальных лебедок или от ударно-ка — натных станков. Диаметры цилиндров колеблются от 60 до 150 мм.

Дм

О 20 40 60 80 Н, м ж 80

40 80 120 140 3

50 100 150 0, м3/ч и

О 40 80 120 & м3/ч К

	120
ЛГ. кВт	100
— 16	80
— 12	60
-8

SHAPE \* MERGEFORMAT

а — е —

Рис.

ЭЦВ5-6.3-80; 6-ЭЦВ5-4-1 1ЭЦВ8-40-90; Ж-2ЭЦВ10-63- 9.22. Характеристики насосов:

25; в-ЗЭЦВ6-10-80; г — 1ЭЦВ6-Ю-140; д — ЭЦВ2-25-100; 65; з- 1ЭЦВ10-120-60; и — ЭЦВ12-160-65; к — 1ЭЦВ14-120-540Х

Производительность достигает 10 м3/ч, а напор —до 90 м. Применя­ют поршневые насосы одинарного и двойного действия. Недостатками поршневых насосов являются их низкие КПД и трудоемкость мон­тажно-демонтажных работ.

В ЗАО «Гидроэнергомаш» и «Русбурмаш» разработаны погружные эклектические насосы нового поколения — роторно-вихревые. В от­личие от насосов типа ЭЦВ — это насосы объемного действия, имею­щие больший КПД (до 50 %), меньшую металлоемкость, более высо­кие напоры и т. д.

При сооружении разведочных и эксплуатационных скважин на приусадебных участках используют портативные насосы типа «Ма­лыш», развивающие невысокий напор и имеющие малую производи­тельность. Насосы спускают в скважину на гибком шланге-кабеле. Электрический кабель питает энергией двигатель, по шлангу подается вода на поверхность.

Комментарии запрещены.