Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Устье технологических скважин, предназначенных для добычи твердых полезных ископаемых, в процессе подготовки и эксплуата­ции должно быть оснащено специальным оборудованием. Оборудова­ние устья включает обустройство и герметизацию затрубного и меж — трубного пространств обсадных и эксплуатационных колонн и уста­новку специальных оголовков, позволяющих осуществить обвязку эксплуатационных и рабочих колонн.

Основное назначение устьевой арматуры:

■/ регулирование направления подачи в скважину рабочих агентов (воды, выщелачивающего кислотого раствора, водяного пара, нераст- ворителя, воздуха и др.);

✓" регулирование отвода от устья скважины и распределение про­дуктивных растворов;

✓ предохранение ствола скважины от загрязнения и попадания посторонних предметов;

обеспечение надежной герметизации устья с целью предотвра­щения загрязнения окружающей среды и ствола скважины рабочими

агентами и продуктивными растворами и обеспечение их раздельного движения;

осуществление контроля за работой скважины.

К оборудованию устья технологических скважин предъявляют следующие основные требования:

✓ основные узлы устьевого оборудования должны быть выполне­ны из материала, стойкого к длительному контакту с рабочими аген­тами и продуктивными растворами;

■/ основные узлы должны выдерживать максимальное давление подачи рабочих агентов с учетом двукратного запаса прочности;

•/ при добыче самородной серы методом подземной выплавки должна обеспечиваться надежная работа скважины при возможных смещениях колонн и трубопроводов в результате теплового расши­рения;

устьевое оборудование должно быть оснащено необходимыми устройствами и приборами для измерения соответствующих парамет­ров работы скважины, а также вентилями и задвижками. При исполь­зовании эрлифтов для подъема продуктивных растворов оголовки долж­ны дополнительно содержать сепараторы для отделения песка и воз­духа от растворов;

✓ в конструктивном отношении устьевое оборудование должно быть простым, иметь небольшие габариты, легко и быстро монтиро­ваться и демонтироваться.

Оборудование устья эксплуатационных скважин для подземной вы­плавки серы показано на рис. 12.5. Обвязка арматуры на устье сква­жины должна предусматривать возможность поступления горячей воды как в водоподающую, так и в раствороподъемную колонны в зависи­мости от их функционального назначения. Конструкция оголовка и всей обвязки скважины должна обеспечивать компенсацию верти­кальных перемещений эксплуатационных колонн, а также горизон­тальных смещений наземных трубопроводов без нарушения герметич­ности соединений от действия деформации в результате теплового расширения. Для снижения воздействия температурных деформаций на герметичность трубопроводов иногда рекомендуют применение шар­нирных соединений трубопроводов, которые обеспечивают герметич­ность при вертикальном перемещении устьевого оборудования сква­жины. Плотности соединений достигают за счет применения тер­моустойчивых сальниковых набивок. Для компенсации вертикальных тепловых смещений эксплуатационных и рабочих колонн используют специальные сальниковые устройства.

Устьевую арматуру скважин по добыче серы в холодное время года необходимо обогревать паром или горячей водой (которые использу­ют для технологического процесса).

Схема оборудования устья скважины для подземного растворения солей показана на рис. 12.1. Оголовок содержит концентрично рас­положенные трубы для регулирования подачи воды, нерастворителя и подъема рассолов. Для определения уровня нерастворителя в зазор между обсадной и эксплуатационной колоннами опущена контрольная трубка. Давление подачи воды в скважину определяют манометром. В зависимости от принятой схемы подачи воды к продуктивному пласту эксплуатационные колонны могут менять свое функциональ­ное назначение.

Большие требования высокой надежности работы предъявляют к устьевому оборудованию технологических скважин ПВ. При нали­чии в продуктивном горизонте карбонатных пород возможно выделе­ние большого количества газов, что может привести к внезапным выбросам газожидкостных смесей, повреждению устьевого оборудова­ния и загрязнению поверхности рабочей площадки.

Для предохранения попадания рабочих и продуктивных растворов в почвенный слой предусмотрены заливка затрубного пространства на устье скважины гидроизоляционными материалами, засыпка спе­циальных материалов, поглощающих и нейтрализующих технологиче­ские растворы, а также бетонирование площадок для установки устье­вого оборудования и откачных средств.

В качестве гидроизоляционных материалов можно использовать кислотостойкие цементы и глину с последующей засыпкой доломи­товой или мраморной крошки, а иногда и извести. В случае утечек продуктивные или выщелачивающие растворы будут реагировать с ма­териалом засыпки и нейтрализоваться с образованием гипса или другой твердой фазы. Полезное ископаемое, содержащееся в растворе, в даль­нейшем также может быть удалено вместе с материалом обсыпки.

В процессе сооружения технологических скважин ПВ применяют оголовки, предназначенные для оборудования устья нагнетательных и откачных скважин. В свою очередь, нагнетательные скважины могут работать в режиме свободного налива и подачи выщелачивающего раствора под давлением.

Оголовки устанавливают на эксплуатационной колонне при помо­щи фланцевого или резьбового соединений. Все контрольно-изме — рительные приборы (расходомеры, манометры и др.) устанавливают в нагнетательной линии.

Конструкция оголовков для нагнетательных скважин, работающих в режиме свободного налива, предусматривает наличие в них поплав­ка с запорным клапаном. При снижении приемистости скважины и повышении уровня раствора в колонне поплавок всплывает и с по­мощью клапана перекрывает отверстие в раствороподающем патруб­ке, это предупреждает излив раствора на поверхность. При скоплении газов в оголовке поплавок перемещается вниз и открывает отверстие для выхода газов.

Для нагнетательных скважин, работающих в напорном режиме, применяют оголовок, показанный на рис. 12.17. Оголовок состоит из корпуса патрубка для подачи выщелачивающих растворов и поплавка с запорным органом. В рабочем состоянии поплавок находится в верх­ней части корпуса и с помощью запорного органа перекрывает отвер­стие в крышке корпуса. Выщелачивающий раствор под давлением
непрерывно нагнетается в скважину, а образовавшиеся газы скапливаются в верхней части оголовка. При давлении газов выше давления растворов попла­вок перемещается вниз и временно от­крывает отверстие для выхода газов.

Рис. 12.17. Оголовок нагнетатель­ных скважин, работающих в напор­ном режиме: / — поплавок; 2— корпус; 3 — запорный орган; 4 —фиксаторы; 5—патрубок; б—эксплуатационная колонна

Оголовки для откачных скважин раз­личают в зависимости от конструкции раствороподъемного оборудования. Об­вязка устья скважин при применении в качестве откачных средств эрлифтов показана на рис. 12.18. Для отделения продуктивных растворов от воздуха и механических взвесей (песка) предус­мотрена установка специальных сепара­торов, которые присоединяют к раство­роподъемной трубе. Сепаратор состоит из корпуса (трубы), двух камер — соот­ветственно для ввода пульпы и слива раствора в коллектор; устанавливают его выше раствороприемного коллектора.

При попадании пульпы в сепара­тор воздух, отделяясь, выходит в ат­мосферу через отверстия, находящиеся в крышках камер. Механические взвеси осаждаются на дне корпуса сепаратора.

Рис. 12.18. Устройство для оборудования устья откачных скважин ПВ: / — корпус; 2 — перегородки; 3 — отверстия для выхода воздуха; -/—камера для раствора, по — ступившего из скважины; 5—камера слива: 6 — патрубок слива; 7—поплавковый расходомер; 8— пробка

Для лучшего осаждения взвесей при движении пульпы в корпусе сепаратора предусмотрена установка перегородок. Очищенный раствор поступает на слив в коллектор. Механические взвеси периодически удаляют из сепаратора через отверстия, выполненные в нижней части корпуса. Отверстия перекрывают пробкой.

Для определения количества раствора, поступившего из скважи­ны, применяют поплавковые расходомеры, смонтированные в камере слива. Все части сепаратора и расходомер выполнены из полиэти­лена.

При откачке растворов погружными электронасосами на устье скважины устанавливают раствороотводной патрубок с задвижкой, манометр и опорную плиту, находящуюся на кондукторе и восприни­мающую нагрузки от насоса и раствороподъемных труб.

Фильтры для оборудования призабойной зоны технологических сква­жин в интервале продуктивного горизонта применяют только при подземном выщелачивании металлов. Фильтры — один из важнейших элементов конструкции скважин ПВ. Они обеспечивают долговремен­ную надежную работу водоподъемного оборудования, обеспечивают со­хранность активных зон притока растворов от обвалов породы и чис­тоту извлекаемых растворов.

Продуктивные горизонты пластовых месторождений, отрабатывае­мых способом ПВ, в подавляющем большинстве случаев слагаются не­однородными песчаными толщами тонко-, мелко — и среднезернистых песков с включением глинистых частиц.

Продуктивные горизонты скальных месторождений, отрабатывае­мых методом ПВ, слагаются из крупных блоков пород с естественной трещиноватостью или из кусков крупностью 25—400 мм, полученных путем взрывания непроницаемых пород при подготовке их к выще­лачиванию.

Фильтры технологических скважин предназначены для свободного пропуска в продуктивный пласт выщелачивающих растворов и сво­бодного, без механических примесей извлечения из пласта продук­тивных растворов. К фильтрам технологических скважин ПВ предъяв­ляют следующие требования’.

У высокую стойкость материалов, из которых изготовлен фильтр, к химически агрессивным средам;

повышенную механическую прочность в условиях горного дав­ления и гидродинамических нагрузок;

✓" высокую удерживающую способность — фильтр должен обеспе­чивать прохождение в скважину раствора, не содержащего песка (это условие имеет большое значение на последующих стадиях переработ­ки промышленных растворов);

•/ сохранение работоспособности в течение всего срока эксплуа­тации скважины;

•/ обеспечение необходимой площади фильтрующей поверхности для пропуска требуемого количества раствора при допустимых вход­ных скоростях и сопротивлениях;

•/ возможность обеспечения быстрой заме­ны или ремонта;

Рис 12.19. Трубчатые фильтры с круглой (а) и щелевой перфорациями (б)

•/ небольшую стоимость фильтров и невы­сокую трудоемкость их изготовления.

При сооружении технологических скважин ПВ применяют трубчатые с круглой и щелевой перфорацией (рис. 12.19), сетчатые, проволоч­ные, дисковые и гравийно-обсыпные фильт­ры. Наиболее широко используют фильтры трубчатые со щелевой перфорацией, дисковые и гравийно-обсыпные, иногда с уширенным контуром гравийной обсыпки.

В качестве каркасов при изготовлении фильтров используют, как правило, полиэти­леновые трубы или трубы из нержавеющей ста­ли, фильтры с круглой и щелевой перфорацией. Трубчатые фильтры с круглой перфорацией ме­нее востребованы из-за трудностей изготовле­ния отверстий с размерами в соответствии с гра­нулометрическим составом рудовмещающих по­род. Чаще всего их применяют при сооруже­нии технологических скважин в скальных месторождениях и при отработке пластовых ме­сторождений — при оборудовании прифильтро — вой зоны гравийной обсыпкой.

Скважность таких фильтров зависит от материала труб и колеб­лется в широких пределах (5—25 %). Размеры отверстий и расстояния между ними выбирают в зависимости от диаметра и материала кар­каса, назначения скважин и гранулометрического состава пород про­дуктивного горизонта или фильтрующей обсыпки. Основные пара­метры трубчатых фильтров с круглой перфорацией, применяемых на месторождениях ПВ, приведены в табл. 12.5.

Из всех типов применяемых фильтров щелевые являются самыми простыми по конструкции и распространенными при сооружении

Таблица 12.5. Характеристика трубчатых фильтров с круглой перфорацией Тип каркаса Тип фильтра Наружный диаметр, мм Размеры круглых отверстий, мм Трубы из нержавеющей стали ФП70 76 2; 3; 5 ФП100 114, 127 2; 3; 5 ФП150 159 2; 3; 5 Эмалированные трубы ФПЭ100 127 2; 3; 5 Полиэтиленовые трубы ФПП75 75 2; 3; 5 ФПП100 110 2; 3; 5 ФПП140 140 2; 3; 5 ФПП160 160 2; 3; 5

технологических скважин ПВ. Щелевые фильтры в практике подзем­ного выщелачивания изготовляют в основном из полиэтиленовых труб, реже из нержавеющей стали с различной величиной щели. Парамет­ры наиболее широко применяемых щелевых фильтров приведены в табл. 12.6.

Таблица 12.6. Характеристики щелевых фильтров Тип каркаса Тип фильтра Наружный диаметр, мм Ширина щелей, мм Трубы из нержавеющей стали ФЩС80 89 1; 2; 3 ФЩС100 114 1; 2; 3 ФЩС150 159 1; 2; 3 Полиэтиленовые трубы ФЩП75 75 1; 2; 3 ФЩП110 ПО 1; 2 ФЩП140 140 1; 2 ФЩП150 160 1; 2 ФЩП200 225 1; 2

В практике сооружения технологических скважин ПВ в основном применяют фильтры с вертикальными прямоугольными щелями, ко­торые расположены отдельными поясами по длине каркаса. Это обес­печивает по сравнению с другими возможными вариантами располо­жения щелей небольшие затраты времени на изготовление фильтров и более высокую надежность в работе в период эксплуатации вслед­ствие более равномерного распределения нагрузки на отдельные поя­са в период возникновения критических давлений (периоды интен­сивной закачки или откачки растворов).

При изготовлении щелевых фильтров важным является определение конструктивных размеров — ширины и высоты щелей, а также расстоя­ния между поясами по высоте. При изготовлении щелевых фильтров из полиэтиленовых труб высота щели колеблется в пределах 50—100 мм с учетом свойств продуктивного горизонта, глубины скважины и затрат времени на изготовление фильтров. Расстояние между поясами равно 70—100 мм. При нарезке щелей стальными фрезами достигнуты ско­рости резания в 25 раз выше, чем при нарезке фильтров из стальных труб.

Фильтры проволочные каркасные и каркасно-стержневые. Прово­лочные фильтры являются разновидностью щелевых фильтров, гори­зонтальные щели которых получают в результате навивки проволоки на опорный каркас в виде перфорированной трубы с круглой или щелевой перфорацией или стержней, закрепленных по образующей опорных поясов. В качестве каркаса проволочных фильтров можно применять стержни и трубы из нержавеющей стали, полиэтиленовые, полипропиленовые, а также трубы стальные, покрытые эмалью или другими коррозионно-стойкими материалами. В качестве навивочно — го материала используют проволоку из нержавеющей стали, поли — хлорвиниловым жгут и стальную проволоку, покрытую коррозионно — стойкими пастами и пластмассовыми оболочками.

Применяют проволочные фильтры преимущественно при соору­жении высокодёбитных откачных скважин и технологических сква­жин глубиной свыше 300 м.

Сетчатые фильтры выполняют путем намотки фильтрующей сетки на продольные стержни, уложенные по образующей поверхности труб­чатого перфорированного каркаса. Они разработаны с каркасами из нержавеющей стали и полиэтиленовых труб и фильтрующими сетка­ми из пластмасс и нержавеющей стали. Сетчатые фильтры для обо­рудования технологических скважин ПВ не нашли широкого приме­нения, так как не предотвращают пескования и быстро кольматиру — ются. Очистка их представляет значительную трудность из-за малой прочности фильтрующей поверхности и возможности разрыва сетки как при спуске фильтра в скважину, так и в период эксплуатации.

Дисковые фильтры при сооружении технологических скважин ПВ находят широкое применение. Они состоят из набора конусных дис­ков из ударопрочного полистирола, собранных в отдельные звенья (рис. 12.20). Диски имеют переменную конусность 5—10°. Собранные в отдельные звенья, они закрепляются с помощью шпилек, имеющих на конце болты, посредством которых диски плотно прижимаются друг к другу. Соединение отдельных звеньев при сборке фильтров осущест-

А-А Рис. 12.20. Дисковый фильтр: / — полиэтиленовый патрубок; 2 —стягивающие шпильки; 3-

Параметры		Дисковые	фильтры
ФД110	ФДІ40	ФД160	ФД180	А1.210	ФД225
Наружный диаметр, мм	110	140	160	180	210	225
Толщина стенки, мм	18	18	18	18	18	18
Ширина щели, мм	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Высота диска, мм	8	10	10	10	10	10
Скважность, %	11,1	9,1	9,1	9,1	9,1	9,1
Число шпилек	5	6	6	6	8	8
Предельная допустимая осевая нагрузка, кН	12	15	15	15	20	20
Коэффициент сопротивления, %	<10	<10	<10	<10	<10	<10
Масса 1 м секции, кг	7	7,5	10	11,5	13,3	14,3
Площадь водоприемной поверхности секции, см2	330	344	393	442	516	553
Соотношение водозахватной способности фильтров по сравнению с ФД140	0,96	1,0	1,14	1,28	1,5	1,6

вляют посредством полиэтиленовых патрубков с помощью резьбы или сварки. Параметры дисковых фильтров приведены в табл. 12.7.

Общее время освоения скважин, оборудованных дисковыми филь­трами, обычно меньше, чем скважин, оборудованных щелевыми фильтрами, а производительность откачки на момент освоения — выше.

Гравийно-обсыпные фильтры для технологических скважин подзем­ного выщелачивания при наличии в продуктивном горизонте мелко­зернистых песков являются наиболее эффективными. Они позволяют увеличить проницаемость прифильтровой зоны скважины путем заме­ны песков продуктивных горизонтов более крупным материалом, подаваемым извне, что способствует также увеличению эффективного диаметра скважин.

Применение гравийно-обсыпных фильтров способствует увеличе­нию дебита в момент освоения скважин на 30—40 % по сравнению со щелевыми и сетчатыми фильтрами. При этом увеличивается продол­жительность работы скважин между циклами освоения в среднем в 2 раза и повышается работоспособность насосно-подъемного обору­дования.

Гравийные фильтры могут быть изготовлены на поверхности, а за­тем опущены в скважины, однако чаще применяют гравийные фильтры, сооруженные непосредственно на забое скважины. Типы фильтров с гравийной обсыпкой показаны на рис. 12.21.

Существует два способа сооружения фильтров непосредственно на забое скважины:

У сооружение гравийной обсыпки после спуска фильтра в скважину;

✓" сооружение гравийной обсыпки с предварительной подачей гра­вия на забой.

Сооружение гравийной обсыпки после спуска фильтра в скважину. Подачу гравия в прифильтровую зону осуществляют по зазору между

а Рис. 12.21. Типы гравийных фильтров: 7 —каркас; 2— гравийная засыпка; 3— корзинка; 4 — сетчатый кожух; 5—проволочный пояс; б—про­дольные проволоки; 7—проволочная обмотка; центрирующий фонарь; 9— сальниковое уплот­нение; 70— обсадная труба; 11 — трубы (извлекаемые) с переходником на левой резьбе; 12— фильт­ровая колонна

эксплуатационной колонной и стенками скважины либо под действи­ем собственного веса, либо закачивают вместе с потоком жидкости по трубам, опущенным в этот зазор. Засыпку гравия в затрубное про­странство можно осуществлять в восходящем или нисходящем потоке жидкости.

Сооружение гравийных обсыпок в восходящем потоке жидкости. Из способов укладки гравия под действием сил гравитации наиболее широко применяемым является доставка гравия в восходящем потоке жидкости. Отсортированный гравий засыпают непосредственно в за­зор между стенками скважины и эксплуатационной колонной или в прифильтровую зону по бурильным трубам малого диаметра, опущен­ным в этот зазор. При формировании фильтра в восходящем потоке по повышению давления на манометре бурового насоса фиксируются гравийные пробки. В этом случае предотвращается загрязнение при — фильтровой зоны и фильтров мелкими глинистыми частицами со стенок скважины, а также частицами, отделившимися от песчано-гравийной смеси.

При доставке гравия в восходящем потоке важным является оп­ределение интенсивности засыпки и средней скорости восходящего потока, величины которых устанавливаются с учетом площади за — трубного пространства. Интенсивность загрузки необходимо регули­ровать в зависимости от крупности частиц гравия. Скорость восхо­дящего потока должна быть не менее 0,6 м/с и не более 3—4 м/с. При большей скорости восходящего потока наблюдается вынос час­тиц гравия.

Однако способ доставки гравия в восходящем потоке во многих случаях не обеспечивает высокого качества гравийной обсыпки. До­ставка гравия затруднена из-за налипания последнего на стенки сква­жины, образования пробок в местах сужения ствола скважины, скап­ливания гравия в кавернах. Кроме того, отсутствует гарантия плотной и равномерной укладки гравия по высоте и периметру водоприемной части фильтра. Это может привести к длительному пескованию и обрушению пород в фильтровой области.

Глубины скважин, где можно применять подачу гравия в зону продуктивного пласта в восходящем потоке жидкости, обычно не пре­вышают 250—300 м. Кроме того, при доставке гравия в прифильтро — вую зону имеют место значительные затраты времени на оборудование скважин.

Сооружение гравийных обсыпок в нисходящем потоке жидкости. Более прогрессивным способом создания обсыпок является доставка гравия в зафидьтровую полость в движущемся нисходящем потоке жидкости, которая может осуществляться при открытом или загерме­тизированном устье скважины. В этом случае обеспечивается прину­дительное осаждение гравия вокруг фильтра с последующим перерас­пределением частиц гравия по крупности: более крупный гравий будет находиться в контакте с фильтром, что обусловливается более высо­кими скоростями входа воды в фильтр.

Принципиальная схема создания гравийной обсыпки в нисходя­щем потоке жидкости при открытом устье скважины состоит в сле­дующем. После опускания фильтровой колонны на забой внутри нее из труб меньшего диаметра монтируют водоподъемную колонну, ниж­няя часть которой располагается на 2—3 м выше верхней границы отстойника. Около скважины устанавливают емкость для гравия и воды с наклонным подводным желобом к устью или эжектор. Воду из сква­жины откачивают центробежным насосом или эрлифтом. Одновремен­но с началом откачки к устью скважины подают смесь гравия и воды. Водогравийная смесь потоком обратной циркуляции поступает в за — фильтровое пространство, где происходит отделение твердой фазы и формирование гравия вокруг фильтрового каркаса, вода через водо­подъемные трубы поднимается на поверхность. В процессе формиро­вания гравийного слоя из скважины удаляются мелкие частицы пород, слагающие продуктивный горизонт.

Основным недостатком схемы доставки гравия в призабойную зону скважины является то, что в случае отсутствия в стволе скважины выше рудного пласта обсадных труб и наличия неустойчивых вышеза — легающих пород возможны обвалы стенок скважины вследствие рез­кого изменения динамического уровня при пуске эрлифта в работу, а также засорения гравийной смеси и прифильтровой зоны породами стенок скважины.

При подаче гравия в восходящем или нисходящем потоках жидко­сти для улучшения условий доставки гравия по межтрубному зазору при применении полиэтиленовых эксплуатационных колонн необхо­димо предусмотреть их центрирование путем установки направляю­щих фонарей по длине колонны на расстоянии 10—15 м. Фонари рекомендуется изготовлять из стальной полосы шириной 50—60 мм и толщиной 5—7 мм или из прутковой стали диаметром 12, 14, 16 мм с последующей наваркой стальной полосы. Сборку эксплуатационной (фильтровой) колонны и установку фонарей производят по мере их спуска в скважину.

Для предотвращения обрушения зоны продуктивного пласта в пе­риод подготовки эксплуатационной колонны к спуску и в период ее спуска необходимо поддерживать необходимое гидростатическое дав­ление на продуктивный пласт путем налива воды в скважину.

Сооружение гравийных обсыпок путем подачи гравия по бурильным трубам. Для улучшения условий доставки гравия в прифильтровую зону скважин на месторождениях подземного выщелачивания широко при­меняют способ доставки гравия по бурильным трубам, опущенным в зазор между эксплуатационной колонной труб и стенками скважи­ны. Нижний конец колонны бурильных труб располагается выше при­емной части фильтра на 0,5—1,5 м и служит во многих случаях для определения величины заполнения прифильтровой зоны скважины гра­вием.

Внутрь эксплуатационной колонны опускают раствороподъемные трубы эрлифта. Одновременно с подачей по трубам гравия на забой скважины производят откачку жидкости эрлифтом, что способствует более плотной укладке песчано-гравийного материала вокруг фильтра. Для устойчивости стенок скважины и предохранения их от обруше­ния за счет снижения уровня жидкости в скважине при откачке ее эрлифтом подачу песчано-гравийной смеси осуществляют в потоке жидкости с помощью эжекторного насоса, установленного на поверх­ности.

Эта схема доставки гравия в прифильтровую зону скважины по­зволяет исключить контакт гравийного материала с незакрепленными стенками скважины, а следовательно, позволяет исключить потери гравия в кавернах, налипание его на стенки скважины и пробко — образование.

Работа буровой бригады при оборудовании фильтров гравийными обсыпками с подачей гравия в нисходящем потоке по бурильным тру­бам заключается в сортировке на виброситах гравийно-песчаной сме­си и загрузке этой смеси в приемный бункер эжекторного насоса.

Интенсивность загрузки определяется режимом работы эжектора. Загружают гравий мерными емкостями с целью определения его коли­чества, подаваемого в скважину. После подачи расчетного количества гравия положение гравийного слоя проверяют с помощью бурильных труб. При необходимости производят дополнительную подачу гравия или удаление его потоком воды из призабойной зоны скважины.

Важным узлом при формировании гравийных фильтров является водоструйный эжекторный насос. При работе эжекторного насоса струей воды, истекающей из насадки, в пространстве между насадкой и камерой смешения создается пониженное давление, вследствие чего песчано-гравийная смесь поступает в камеру смешения и далее в диф­фузор и бурильные трубы.

Эжектор с помощью специального переводника подсоединяют к ве­дущей трубе или буровому насосу, а с другой стороны с помощью переводника и гибких шлангов его подсоединяют к бурильным тру­бам, опущенным в скважину. Разработаны и применяются в практике оборудования технологических скважин ПВ две конструкции эжек­торных устройств для подачи гравия — с вертикальным и горизон­тальным расположением эжекторных насосов.

Наиболее используемая схема с вертикального расположения эжек­торного насоса, за счет упрощения схемы его монтажа (рис. 12.22). Эжекторный насос вместе с приемным бункером устанавливают на столе ротора бурового агрегата, что также улучшает условия транс­портирования гравийного материала, так как в горизонтальных и на­клонных участках трубопроводов возможно образование песчано-гра­вийных пробок.

Сооружение гравийных обсыпок с предварительной подачей гравия на забой скважины. Другим способом создания фильтров с гравийной об­сыпкой и установкой манжет для гидроизоляции является способ, при котором в прифильтровую зону вначале подают гравий, а затем осуществляют установку фильтра с пакером для гидроизоляции.

Сооружение технологических скважин согласно этому способу осу­ществляют следующим образом (рис. 12.23). Вначале производят бу­рение скважины до продуктивного горизонта. В случае неустойчивых пород пробуренный интервал скважины закрепляют обсадными тру­бами. Вскрытие продуктивного горизонта осуществляют долотами мень­шего диаметра с последующим расширением (при необходимости) ствола скважины в зоне продуктивного пласта. В скважину на буриль­ных или насосно-компрессорных трубах, соединенных с противоаварий — ным переходником, установленным в нижней части, опускают фильтр с отстойником. На надфильтровом патрубке в месте перехода на умень­шенный диаметр скважины закрепляют резиновую манжету. Спуск фильтра прекращают не доходя забоя скважины. Затем по бурильным или насосно-компрессорным трубам на забой скважины подается рас­четное количество гравия (см. рис. 12.23, а).

Фильтр устанавливают на гравий, а по бурильным или насосно­компрессорным трубам начинают подавать воду (рис. 12.23, б). При по­даче воды происходит гидравлический размыв гравия, что позволяет осуществить посадку фильтра на забой скважины. Расход воды должен быть таким, чтобы предотвратить вынос частиц гравия из скважины.

Рис. 12.22. Схема эжектор­ного насоса с вертикальным расположением эжектора:

Рис. 12.23. Способ создания гравийных обсыпок с предварительной подачей гравия на забой скважины: а — подача гравия на забой скважины; 6 — посадка фильтра гидровмывом в гравий. 1 — обсадная ко­лонна; 2 — фильтр; 3 — отстойник; 4—бурильные трубы; 5— пакер; б—манжета; 7— надфильтровый патрубок

/ — присоединительный пере­водник; 2— воронка; 3 — насад­ка; 4— окна; 5~ камера смеше­ния; б —диффузор

После прекращения подачи жидкости произойдет осаждение гравия вокруг фильтра с образованием контура. При этом манжету устанав­ливают на уступ в месте перехода на уменьшенный диаметр бурения, осуществляя тем самым гидроизоляцию зон движения растворов.

После посадки фильтра на забой скважины бурильные трубы от­соединяют и поднимают на поверхность, а поверх манжеты заливают гидроизоляционный материал, оборудуют устье скважины и произво­дят другие работы, связанные с завершением сооружения скважины.

При наличии обсадной колонны, опущенной в скважину до продук­тивного пласта, необходимо предусмотреть предварительную установку пакера внутри обсадной колонны, на расстоянии 1—2 м выше башмака, а манжету устанавливают на пакер. При этом во избежание повышен­ного расхода обсадных труб фильтр можно устанавливать впотай.

Описанный способ сооружения гравийных фильтров имеет ряд преимуществ:

✓" при посадке фильтра на забой скважины происходит очистка гравийного слоя от глинистых частиц и механических взвесей, выно­симых из скважины потоком жидкости;

позволяет применять пакерные устройства для гидроизоляции зон движения рабочих и продуктивных растворов;

•/ сокращает время оборудования скважин фильтрами с гравий­ной обсыпкой;

•/ повышает качество сооружения скважин.

Сооружение гравийных обсыпок в прифильтровой зоне скважин с од­новременной установкой фильтров. При этом способе звенья фильтров оборудуются на поверхности кожухами, заполненными песчано-гра­вийной смесью. Кожухом могут служить легкорастворимые или раз­рушающиеся под действием растворов серной или соляной кислоты материалы, например хлопчатобумажные или синтетические ткани, сетки из латуни или сталей, нестойкие при действии различных кис­лот. Звенья фильтра с кожухами, заполненными гравием, собирают в колонну и опускают в скважину. После спуска фильтра в него опускают промывочный став и производят интенсивную промывку водой прифильтровой зоны до полного удаления глинистой корки со стенок скважины. Эффект разглинизации при этом увеличивается за счет большей скорости движения воды в зазоре между стенкой сква­жины и кожухами. Затем в скважину подают растворитель, который разрушает кожух фильтра. При этом песчано-гравийная обсыпка рав­номерно распределяется в прифильтровой зоне скважины и плотно заполняет кольцевое пространство за фильтром с образованием кон­тура. Последним этапом работ при сооружении технологических сква­жин по этой схеме является гидроизоляция зон движения растворов путем заливки гидроизоляционных материалов выше слоя гравийной обсыпки.

Применение описанного способа создания гравийно-обсыпных филь­тров способствует улучшению качества их сооружения, сокращению затрат времени на оборудование прифильтровой зоны скважин и ее освоение, но требует увеличения диаметра скважины.

Выбор материала для обсыпки фильтров, его подготовка и устрой­ство в скважинах. Подбор материала обсыпок является одним из наи­более ответственных этапов в комплексе работ, связанных с сооруже­нием и эксплуатацией технологических скважин подземного выщела­чивания. К материалу обсыпки фильтров технологических скважин предъявляют следующие требования:

•/ материал обсыпки не должен растворяться под действием про­дуктивного и выщелачивающего растворов, кроме случаев, когда об­сыпка предназначена для целей повышения эффективности техноло­гического процесса ПВ;

V минералогический состав материала обсыпки должен быть таков, чтобы при взаимодействии с выщелачивающим раствором не образо­вывались соли, кольматирующие обсыпку и прифильтровую зону продуктивного пласта;

•/ размер обсыпки выбирают с таким расчетом, чтобы задержи­вался практически весь материал формации, а проницаемость обсып­ки должна быть больше проницаемости породы продуктивного гори­зонта;

V гравий должен быть окатанным для уменьшения сопротивления движению жидкости и снижения механической кольматации филь­тровой обсыпки.

При оборудовании обсыпных фильтров технологических скважин ПВ в качестве материала обсыпки можно применять кварцевый песок, гранулы полиэтилена и стекла.

Кварцевый песок — наиболее распространенный материал, он ней­трален практически ко всем видам и концентрациям выщелачивающе­го раствора. Полиэтиленовый материал для создания обсыпок получа­ют из гранулированного полиэтилена высокой плотности. Характерная особенность данной обсыпки — положительная плавучесть полиэтиле­на. Поэтому закачку полиэтиленовых гранул производят через отвер­стия в нижней части фильтра, при этом верхняя часть зафильтрового пространства должна быть разобщена при помощи пакера или манже­ты (при одноколонной конструкции скважины). Положительным фак­тором применения гранулированного полиэтилена является устойчи­вость его к различным выщелачивающим растворам. Стеклянные гра­нулы можно применять для обсыпки фильтров в скважинах любого назначения. Стекло устойчиво к любым растворителям, применяемым при подземном выщелачивании, а стеклянные гранулы имеют незна­чительное сопротивление, обладают достаточной механической прочно­стью и низкой кольматирующей способностью. При применении в ка­честве обсыпки полиэтиленовых гранул и других инертных материалов для предотвращения пескования фильтров толщина слоя обсыпки долж­на быть не менее 150—200 мм.

Размер частиц для песчано-гравийных обсыпок выбирают из со­отношения:

АоМо = 8-12, (12.2)

где — размер частиц, содержащихся в обсыпке в количестве менее 50 %; ^50 — размер частиц, содержащихся в породе продуктивного пласта в количестве менее 50 %.

В качестве жидкости-носителя материала фильтровой обсыпки, как правило, применяют техническую воду. В скважинах с аномально вы­сокими пластовыми давлениями можно использовать рабочую жид­кость с более высокой плотностью. В качестве утяжелителей рекомен­дуется применять окиси железа. В жидкость-носитель можно добав­лять загустители и добавки, снижающие его фильтруемость.

Укладку гравия вокруг фильтра следует производить с противодав­лением на пласт, что снижает кольматацию гравийного слоя песками продуктивного горизонта. Толщина гравийной обсыпки зависит от диаметра частиц породы продуктивных горизонтов и от способа со­здания гравийных обсыпок. Так, для фильтров, собираемых на поверх­ности и опускаемых в скважину в готовом виде, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 30 мм. Для фильтров, создавае­мых на забое скважин путем засыпки гравия с поверхности, толщина каждого слоя обсыпки должна быть не менее 50 мм. Практика экс­плуатации гидрогеологических и технологических скважин ПВ в раз­личных горно-геологических условиях показала, что наиболее надеж­ны в работе фильтры с гравийной обсыпкой толщиной 150—200 мм.

Раствороподъемные средства необходимы для извлечения из экс­плуатационных скважин растворов металлов, рассолы, растворы жид­кой серы, а также пульпы, содержащей полезные ископаемые с рудо в — мещающими породами, разрушенные высоконапорной струей жид­кости.

Раствороподъемные средства не применяются при подземном вы­щелачивании металлов в том случае, когда уровень вод напорных продуктивных горизонтов превышает отметку поверхности земли или когда отбор продуктивных растворов происходит в горную выработку, пройденную под продуктивным горизонтом. В этих случаях отбор технологических растворов из откачных скважин будет за счет само- излива.

При подземном растворении солей подъем рассолов осуществляют противотоком при закачке воды в скважину под давлением. В осталь­ных случаях для подъема продуктивных растворов и пульп из техно­логических скважин требуется применение откачных средств.

Требования, предъявляемые к раствороподъемным средствам:

V 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;

У раствороподъемные средства должны быть изготовлены из ма­териалов, стойких к длительному воздействию продуктивных раст­воров;

•/ должна обеспечиваться высокая унификация и взаимозаменяе­мость раствороподъемных средств;

✓" простота обслуживания, высокие КПД и срок службы;

✓ обеспечение высоких технико-экономических показателей подъема.

В практике эксплуатации геотехнологических скважин для подъема

продуктивных растворов и пульп наиболее широко применяют насо­сы, эрлифты и гидроэлеваторы, используют также совместную работу гидроэлеваторов и эрлифтов.

Насосы погружные электрические (табл. 12.8). Для подъема продук­тивных растворов из откачных скважин при подземном выщелачива­нии металлов разработаны и применяются насосные агрегаты типа ЭЦВ6-25-140ХГ, ЭЦВ6-10-235ХГ/У5, ПЭН6-240-150, ЭЦНК4-100-80.

Параметры	Марка насоса
ЭЦВ6-25-140ХГ	ЭБВ6-10-235ХГ	ПЭН6-240-150	ЭЦНК4-100-80
Подача, м3/ч	25	10	10	4
Напор, м	140	235	150	80
Подпор, м	1	1	1	1
КПД насоса, %	63	57	45	32
Тип электродвигателя	ПЭДВ16-140ХГ	ПЭДВ16-140ХГ	ПЭДВ	ПЭДВ
Мощность номиналь­
ная, кВт	16	16	11	2
Напряжение, В	380	380	380	380
Номинальный ток, А	37	35	22	6,2
Частота вращения,
мин-1	2850	2850	2750	2750
КПД электродвигате­
лей, %	75	75	78	68
Коэффициент мощ­
ности	0,82	—	0,80	0,72
Масса электронасос-
ното агрегата, кг	195	170	120	40
Средний ресурс до 1-го
капремонта, ч	4000	6300	—	—
Вероятность безотказ­
ной работы	0,75	0,75	0,75	0,75
Длина, мм	3342	3023	2103	1860
Диаметр, мм	145	145	145	93

По конструктивному исполнению данные агрегаты мало отличаются от других насосных агрегатов с погружным электродвигателем и со­стоят из центробежного скважинного насоса, погружного электродви­гателя, токоподводящего кабеля, системы автоматического управления, а также включают раствороподьемный трубопровод и устьевое обору­дование. Рабочее положение агрегатов вертикальное, погружной элект­родвигатель расположен внизу, центробежный скважинный насос — над ним. Во время работы агрегаты находятся в растворе, при этом динамический уровень раствора в скважине должен быть выше первой ступени насоса не менее чем на 1 м.

Однако все детали электронасосных агрегатов для ПВ выполнены из коррозионно-стойких материалов: для изготовления корпусных де­талей и лопаточных отводов использованы высоколегированные стали, узлы трения, диафрагма; детали неподвижных уплотнений выполнены из резины марок 3825С, 8470, 3826С и В-14; рабочие колеса — из по — ликарбонатной смолы; все наружные поверхности агрегатов покрыты эмалями.

Основные преимущества погружных электрических насосов в сква­жинах подземного выщелачивания металлов:

✓" обеспечивается стабильность подачи растворов на перерабаты­вающий комплекс в условиях больших глубин;

■/ обеспечивается подача продуктивных растворов из технологи­ческих скважин на перерабатывающий комплекс без дополнительных насосных станций;

✓ уменьшаются пескование и кольматация прифильтровой зоны скважины и фильтров, а также износ раствороподъемного оборудо­вания;

обеспечиваются высокие технико-экономические показатели до­бычи при откачке продуктивных растворов из скважин, удаленных от перерабатывающего узла на значительные расстояния;

■/ КПД в расходовании электроэнергии выше, чем при примене­нии эрлифтов и гидроэлеваторов.

Основные недостатки погружных насосов при работе в скважинах ПВ — быстрый выход из строя некоторых узлов насоса вследствие аб­разивного износа механическими примесями и электродвигателей при работе в условиях повышенных температур. Кроме того, для монтажа и технического обслуживания насосов в процессе эксплуатации и их ремонта требуется квалифицированный обслуживающий персонал.

Эрлифты широко применяют для подъема продуктивных раство­ров из технологических скважин подземного выщелачивания метал­лов, подземной выплавки серы, скважинной гидродобычи. Для под­земной выплавки серы эрлифты являются единственно возможным типом раствороподъемника.

Основными достоинствами эрлифтов при подъеме продуктивных растворов из технологических скважин являются следующие:

■/ 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, что имеет особое значение в скважинах ПВ и СГД;

■/ 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;

У возможность очистки прифильтровой зоны скважины и фильтров от песка и продуктов кольматации в процессе эксплуатации скважин;

У 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 в качестве нагнета­тельных и наоборот. При этом демонтаж эрлифта не производят, а вы­щелачивающий раствор подают через эксплуатационную колонну или через систему труб эрлифта;

✓ не требуется создания специальных бригад по обслуживанию и ремонту раствороподъемников;

✓ можно регулировать производительность откачки растворов в ши­роких пределах, используя при этом дистанционное управление вели­чиной расхода и давления сжатого воздуха в воздухоподающем кол­лекторе;

✓ изменяя структуру газожидкостной смеси и конструктивные па­раметры эрлифтов, можно добиться повышения КПД до 0,8—0,9.

Недостатки при применении эрлифтов:

✓ для обеспечения устойчивой работы эксплуатационных участ­ков требуется строительство компрессорных станций и воздухопрово­дов, что значительно увеличивает капитальные затраты;

требуется строительство дополнительной насосной станции для перекачки продуктивных растворов на перерабатывающий комплекс. Это объясняется невозможностью создать при эрлифтном подъеме растворов необходимого напора в технологической магистрали, так как после воздухоотделителей (сепараторов) резко уменьшается давление при дальнейшем движении продуктивных растворов;

•/ при небольшом заполнении скважины рабочими растворами и расположения на больших глубинах динамического уровня подзем­ных вод применение эрлифтов возможно только в тех случаях, когда обеспечивается требуемое погружение смесителя под динамический уро­вень (можно обеспечить путем углубления скважины). Однако это свя­зано с опасностью загрязнения нижележащих водоносных горизонтов и с необходимостью дополнительных затрат;

пульсационный режим работы эрлифтов оказывает значитель­ное влияние на работу фильтров откачных скважин. Установлено, что в скважинах с эрлифтным подъемом растворов увеличиваются запес — кование и кольматация прифильтровой зоны и фильтров, а также возрастает коррозионный износ скважинного оборудования;

У отделение воздуха от продуктивных растворов через сепарато­ры, установленные на устье скважины, приводит к загрязнению ок­ружающей среды;

низкий КПД эрлифтного подъема (20—25 %), особенно при значительном удалении эксплуатационных участков от компрессорных станций. Расход электроэнергии в среднем в 4 раза выше, чем при применении погружных электрических насосов.

Для небольших по площади месторождений целесообразно при­нимать один способ откачки растворов. Для месторождений, зани­мающих большие площади, возможно применение и двух способов подъема растворов из скважин, например насосного и эрлифтного. Выбор насосного или эрлифтного способа откачки определяется в об­щем случае гидрогеологическими условиями залегания, технологией отработки месторождения и технико-экономическими показателями раствороподъема.

Гидроэлеваторы находят широкое применение для подъема пуль­пы при скважинной гидродобыче руд. Гидроэлеваторы представляют

собой струйные насосы, у которых подъем продуктивных растворов осуществляется за счет передачи энергии потоком жидкости.

Эффективность их применения обусловлена следующими досто­инствами :

У простотой конструкции и высокой надежностью в работе;

✓ возможностью подъема пульпы высокой консистенции, вплоть до кусков породы;

✓" простотой управления процессом подъема, отсутствием прово­дов, кабелей, пусковой аппаратуры;

У саморегулированием процесса грунтозабора для подъема пуль­пы, исключающего опасность заиливания напорного трубопровода;

■/ отсутствием динамических нагрузок на силовые насосы.

Недостатки гидроэлеваторов:

✓ низкий КПД, равный 20—25 %;

✓" высокий абразивный износ некоторых узлов конфузора и на­чального участка камеры смешения;

У снижение КПД гидроэлеватора при увеличении высоты всасы­вания.

Для подъема пульпы при скважинной гидродобыче применяют гидроэлеваторы двух типов: кольцевого и центрального, которые раз­личаются по месторасположению активной струи в плоскости началь­ного сечения камеры смешения. Схема гидроэлеватора центрального типа приведена на рис. 12.24, а.

Скорость струи в центральной их части камеры смешения выше, чем в периферийной. Они обладают более высоким напором, поэто­му они более предпочтительны при подъеме пульпы с больших глу­бин и считаются высоконапорными при т < 3,5, средненапорными при 3,5 < т < 6,5, низконапорными при т > 6,5 (где т = Рн/Р0 — основной геометрический параметр гидроэлеватора, равный отношению площа­дей поперечных сечений камеры смешения Рн и насадки Ра). Кроме того, гидроэлеваторы с центральной насадкой в силу меньших разме­ров подводящих узлов рабочей жидкости имеют меньшие габариты, что является очень важным при работе в стесненных условиях бу­ровой скважины.

Гидроэлеваторы кольцевого типа при равных расходах активного потока эжектируют частицы большей гидравлической крупности, лучше работают на всасывание по сравнению с гидроэлеваторами с цент­ральной рабочей струей. Кольцевые гидроэлеваторы могут быть с одно­поверхностной (см. рис. 12.24, б) и двухповерхностной (см. рис. 12.24, в) рабочими струями. Последняя конструкция гидроэлеватора обеспечи­вает более высокую производительность по твердому телу, но разме­ры всасывающих щелей меньше, чем у кольцевых гидроэлеваторов с одноповерхностной струей.

Совместная работа гидроэлеваторов центрального и кольцевого ти­пов приводит к повышению КПД до 27—30 %.

Глубины разработки месторождений с использованием гидроэле­ваторов зависят от конструкции добычных снарядов, применяемого

Рис. 12.24. Скважинные гидроэлеваторы для подъема пульпы при СГД: а — гидроэлеватор центрального типа с перфорированной насадкой; б, в — гидроэлеваторы кольце­вого типа соответственно с одноповерхностной и двухповерхностной струей. 7 —насадка; 2— камера смещения; 3~ диффузор; 4— наружная (обсадная) труба; 5 — пульпоподъемная труба

насосного оборудования и системы добычи. На месторождениях, отрабатываемых методом СГД, экономически выгодны глубины добы­чи с подъемом пульпы гидроэлеваторами кольцевого типа до 50 м, а центрального — до 120 м. С целью повышения эффективности при­менения гидроэлеваторов возможен вариант подъема пульпы с помо­щью эрлифта с подпором от гидроэлеватора (вариант совместной работы эрлифта и гидроэлеватора).

Комментарии запрещены.