Выбор водоподъемника для откачки

Откачка проводится для очистки скважины, определения гидрогеологических параметров водоносного горизонта и подготовки его к постоянной эксплуатации. Различают предварительную, пробно-эксплуатационную и эксплуатационную откачки.

Принудительная откачка (прокачка) проводится с целью полного осветления воды от песка и мути, а также для восстановления водоотдачи водоносных пластов вскрытых глинистым раствором.

Пробно-эксплуатационная откачка осуществляется для установления опытным путем возможности получения запроектированного дебита, изучения стабильности расхода и качества воды во времени.

Опытная откачка необходима для определения основных гидрогеологических параметров водоносного пласта (зависимость дебита от понижения, определения коэффициентов фильтрации, взаимодействия скважин и т.д.).

Эксплуатационная откачка осуществляется при добыче воды с запроектированным дебитом. Предварительную откачку осуществляют водоподъемником, способным откачивать воду с большим содержанием механических примесей: желонками, эрлифтами, водоструйными насосами. Основной недостаток желонок и водоструйных насосов – их низкая производительность.

Наиболее часто применяются эрлифты дающие возможность откачивать до 200 м³/час воды при подъеме на высоту 60-80 м. При работе эрлифта отсутствуют движущиеся механизмы, что дает возможности откачивать загрязненную.

Пробно-эксплуатационная и опытная откачки осуществляется временными водоподъемниками, а эксплуатационная – водоподъемниками, предназначенными для откачки чистой воды, глубинными артезианскими насосами типа АТН с двигателями, установленными на поверхности, насосами с погружными двигателями, штанговыми и винтовыми насосами, насосами с горизонтальной осью и т.д.. Наиболее эффективными по эксплуатационным показателям являются насосы с погружными двигателями, которые выпускаются нескольких типов: ЭЦНВ, ЭПН, АПВ и др. Они обладают высоким коэффициентом полезного действия (КПД) и не большими поперечными размерами, просты в монтаже и управлении. Применение водоподъемников обоих типов осуществляется последовательно во времени. Следовательно, для определения необходимого внутреннего диаметра эксплуатационной колонны из условия размещения в ней указанных водоподъемников необходимо по проектному дебиту и динамическому уровню рассчитывать или выбрать их поперечные размеры.

В связи с тем, что в качестве водоподъемника первого типа наибольшее распространение получил эрлифт, ниже рассмотрен принцип его работы и методика расчета основных параметров. Принцип действия эрлифта основан на законе сообщающихся сосудов, согласно которому уровни жидкостей в них устанавливаются обратно пропорционально их плотностям. Схема устройства эрлифта приведена на рис. 2.4.

В скважину опущены две трубы: воздухопроводная диаметром d₁ и водоподъемная диаметром d. На практике применяются два основных варианта относительного расположения колонн: параллельное (трубы расположены по схеме «рядом») и концетричное (трубы расположены по схеме «внутри»).

При параллельном расположении воздухопроводная труба в нижней части соединяется с водоподъемной с помощью смесителя. Водоподъемная колонна в месте расположения последнего имеет перфорацию для прохода сжатого воздуха. При концетрическом расположения труб роль смесителя выполняет нижняя часть эрлифта в месте перфорации, причем последняя выполняется в воздухопроводной колонне. При работе эрлифта функцию сообщающихся сосудов выполняет водоприемная колонна и скважина, которая при вскрытии водоносного пласта заполняется водой до отметки статического уровня.

Работа эрлифта происходит следующим образом. Сжатый воздух от компрессора подается в воздухопроводную трубу и, проходя через отверстия смесителя, смешивается с водой, имеющейся в водоприемной колонне. До подачи сжатого уровня первоначальный уровень воды в последней равен статическому h_{0 .} При насыщении воды пузырьками воздуха плотность жидкости уменьшается, а ее уровень в водоприемной колонне в соответствии с законом сообщающихся сосудов повышается вплоть до излива из скважины. При откачке воды ее уровень в скважине понижается. Стационарный уровень воды h в скважине при откачке с постоянной производительностью называется динамическим.

 

Рис. 2.4. А) – трубы расположены по системе «рядом».

Б) – трубы расположены по системе «внутри»

Расчет параметров эрлифта

Исходные данные для расчета: глубина статического уровня воды в скважине (эксплуатационной колонне) h₀ м; глубина динамического уровня h м.; расход воды Q, извлекаемой из скважины при откачке (проектный дебит), м³/ч; коэффициент погружения смесителя эрлифта K = Н/h (H-расстояние от смесителя до уровня излива воды (Рис. 2.4.)).

Цель расчета – определение диаметров воздухопроводной d₁ и водоподъемной d колонны труб, полного расхода воздуха, его пускового и рабочего давления при работе эрлифта, необходимой мощности привода компрессора и КПД водоподъемника.

 

Последовательность расчета

1. Глубина погружения Н смесителя эрлифта под динамический уровень

Н = К×h, м. (2.1)

Коэффициент К берется в пределах К = 1,5-3, причем если позволяет глубина скважины, его следует брать ближе к верхнему пределу.

1. Удельный расход воздуха V₀, неоходимый для подъема воды на поверхность 1 м³ воды, в зависимости от принятой системы расположения труб определяется по следующим формулам при расположении труб „рядом“.

V₀ = м³/м³ , (2.2)

 

V₀ = м³/м³ , (2.3)

 

В формулах (2.2) – (2.3) С – опытный коэффициент, зависящий от величины коэффициента погружения К (табл. 2.1); К_попр - поправочный коэффициент, зависящий от диаметров водоподъемных и воздухопроводных труб (табл. 2.2).

Таблица 2.1