Глава 4 Водоподъемное оборудование
4.1. Погружные центробежные насосы
В настоящее время для подъема воды из скважины применяются в основном погружные центробежные насосы с вертикальным валом и погружным электродвигателем.
Наибольшее распространение получили насосы типа ЭЦВ, а также иномарки типа GRUNDFOS.
Перекачиваемая жидкость - вода с общей минерализацией (сухой остаток) не более 1500 мг/л, с водородным показателем рН=6,5-9,5, с температурой до 25 °С, с массовой долей твердых механических примесей не более 0,01%.
Насос ЭЦВ опускается в скважину на колонне водоподъемных труб и подвешивается на устье скважины. Следует отметить, что насос следует устанавливать в соответствующую по диаметру эксплуатационную колонну, это связано с охлаждением электродвигателя, а именно со скоростью потока воды между насосом и стенками эксплуатационной колонны.
Например, насос ЭЦВ 12-160-140,
где: 12 – внутренний диаметр в дюймах эксплуатационной колонны, в которую следует устанавливать данный насос;
160 – дебит м3/ч;
140 - напор, в метрах водяного столба.
Параметры погружных центробежных насосов указаны в таблице 11 приложения.
Конструктивно насосы ЭЦВ являются многоступенчатыми центробежными насосами. Насос монтируется непосредственно на погружаемом электродвигателе. В нижней части находится затапливаемый электродвигатель, а в верхней - насос. Непосредственно на двигателе монтируются засасывающий корпус, предохраняемый впускным фильтром. На валу насоса монтируются рабочие колёса ступеней насоса. На выходе насоса расположен обратный клапан. Клапан задерживает воду в выходном трубопроводе и облегчает пуск насоса после остановок в работе. Выходная часть насоса с помощью резьбы или фланца крепится к напорному трубопроводу. Для защиты от сухого хода в скважине, необходима установка датчика уровня.
Агрегат ЭЦВ располагается в скважине так, чтобы динамический уровень воды был не менее чем на 1-6 м выше первой ступени насоса. Монтаж и демонтаж агрегатов ЭЦВ ведут с помощью буровой установки или автокрана.
Рис. 30. Погружной центробежный насос ЭЦВ в разрезе.
1 - нагнетательный корпус; 2 - крышка обратного клапана; 3 - корпус обратного клапана; 4 - подшипниковый корпус; 5 - вал насоса; 6 - ротор;
7 - направляющая; 8 - муфта; 9 - засасывающий корпус; 10 - питающий провод; 11 - стягивающая втулка; 12 - средний корпус; 13 - защита питающего провода; 14 - защитная решетка; 15 – двигатель.
4.2. Гидроэлеваторы
Действие гидроэлеваторов, или струйных насосов, основано на непосредственной передаче энергии одного потока, называемого рабочим, другому - всасываемому потоку, обладающему меньшим запасом энергии.
Принцип действия водоструйного насоса заключается в следующем (рис.31). Рабочий поток, проходя через сопло, приобретает высокую кинетическую энергию. В результате уменьшается потенциальная энергия давления в струе жидкости, вытекающей из сопла. Из-за падения давления и перемешивания рабочей струи с окружающей жидкостью, последняя подсасывается (инжектируется) в рабочую камеру и движется с рабочей струей, образуя смешанный поток.
Серийные водоструйные насосы предназначены для проведения откачек из скважин, оборудованных фильтровыми колоннами диаметрами 89, 108, 146 и 168 мм. Эти насосы позволяют реализовать дебит откачки до 10 л/с при глубине динамического уровня до 70 м. Водоструйные насосы обеспечивают производство откачек при содержании твердых частиц в воде до 30%. [1]
Рис. 31. Схема водоструйного насоса.
1 – рабочее сопло; 2 – конфузор (сопло) смесительной камеры;
3 – смесительная камера (горловина);
4 – диффузор смесительной камеры;
Qн, Qр, Qс – инжектируемый, рабочий и сжатый (смешанный) потоки соответственно; Рн, Рр, Рс – абсолютные давления инжектируемого, рабочего и смешанного потоков соответственно.
Водоструйные насосы (рис. 32) обязательно включают в себя гидравлический пакер.
Рис. 32. Схема оборудования для проведения временных откачек воды.
1 – водоподъемная колонна; 2 – нагнетательные трубы; 3 – насос водоструйный; 4 – фильтр; 5 – пьезометрические трубы; 6 – промежуточная емкость; 7 – всасывающий шланг;
8 – нагнетательный шланг; 9 – мерная емкость; 10 – буровой насос
Гидравлический пакер служит для изоляции ствола фильтровой колонны и удерживает столб воды, расположенный выше пакера, от проникновения в водоносный горизонт и вторичного подсасывания насосом.
В пакере имеются два отверстия, благодаря которым при работе водоструйного насоса внутри пакера создается давление 2 – 3 МПа, равное перепаду давления на насадке насоса, что позволяет последнему удерживать столб воды не менее 150 м.
Спуск аппаратов с пакером в скважину и подъем их на поверхность осуществляют на бурильных трубах, по которым вода насосом подается к струйному аппарату.
Откачиваемая из скважины и нагнетаемая рабочая жидкость поднимаются на поверхность по кольцевому пространству между бурильной и обсадной колоннами. [1]
Использование высоконапорных струйных аппаратов дает возможность одновременно с пробной откачкой воздействовать на призабойную зону скважин импульсами гидродинамического давления, при этом быстро восстанавливается проницаемость закольматированных фильтров и прилегающих к фильтрам водоносных пород.
Импульсы гидродинамического давления возникают в силу неравномерной подачи поршневыми буровыми насосами рабочей жидкости к струйным аппаратам.
При резких остановках поршневых насосов и соответственно струйных аппаратов давление нагнетания падает, пакер сжимается, раскрывая перекрытое кольцевое пространство между бурильной и обсадной колоннами, и весь столб жидкости, заполняющей скважину, передает давление на забой, создавая в фильтровой зоне резкий скачок давления, содействующий более полной и быстрой декольматации скважин.
Это явление используется при пробных откачках и освоении скважин путем периодических резких остановок поршневых насосов.
Для проведения откачек и освоения скважин струйными аппаратами не требуется предварительная замена в скважине глинистого раствора на воду. Струйные аппараты можно спускать в скважины, заполненные глинистым раствором практически любой концентрации.
К недостатком струйных насосов можно отнести низкий к.п.д. до 30%.