Способы эксплуатации глубоких подземных вод

Геолого-экономические показатели эксплуатации определяются гидрогеологическими условиями месторождений подземных про­мышленных вод и техническими условиями их разработки. Эти по­казатели во многом влияют на кондиционные требования к место­рождениям, их размеры и общее количество эксплуатационных запасов промышленных подземных вод. Для иллюстрации такого влияния ниже приводятся некоторые обобщенные сведения, ха­рактеризующие условия эксплуатации водозаборов промышленных вод в районах разработки их месторождений.

Рентабельность добычи из подземных вод различных компонентов определяется комплексом факторов. При этом свойства подземных вод (состав, температура, концентрация полезных компонен­тов и др.) влияют на технологические затраты, связанные с обра­боткой воды в ходе производственного процесса, а гидрогеологи­ческие и технические факторы (глубина залегания подземных вод, параметры водоносных пород, дебиты скважин и понижения уровня в них в процессе эксплуатации, способ эксплуатации и др.) — на стоимость добычи подаваемой на предприятие воды, т. е. исходного гидроминерального сырья.

В настоящее время добыча подземных промышленных вод и рассолов осуществляется несколькими способами: 1) фонтанным; 2) эрлифтным; 3) с использованием глубинных штанговых насосов; 4) с использованием погружных электронасосов. Применение погружных электронасосов находится пока в стадии внедрения (подобные насосные установки широко используются в практике добычи нефти и попутных вод нефтяных месторождений в СССР и за рубежом).

Наиболее экономически эффективной является фонтанная экс­плуатация, не требующая затрат энергии и средств на подъем воды из скважины. Этот способ может применяться на участках месторождений, характеризующихся большими начальными избы­точными давлениями, обеспечивающими самоизлив воды из скважи­ны в течение длительного периода. Однако разработка месторож­дений фонтанным способом приводит лишь к частичной сработке эксплуатационных запасов. Практический опыт показывает, что для большинства месторождений СССР промышленное производст­во редких элементов на базе фонтанной эксплуатации оказывается маловероятным, а с точки зрения полноты использования эксплуа­тационных запасов — нецелесообразным. Фонтанная эксплуатация возможна обычно в первый период разработки месторождений; во многих районах такая эксплуатация исключается совсем, так как начальные статические уровни промышленных вод располагаются ниже поверхности земли.

Принимая во внимание понятие «эксплуатационные запасы», при оценке их величины в подавляющем большинстве случаев возможно рассчитывать лишь на принудительную эксплуатацию со значительными понижениями динамических уровней промышленных вод от поверхности, т. е. на использование водоподъемных устройств.

Рис. 2. Схема оборудования фонтанирующей эксплуатационной скважины:

Насосно-компрессорные трубы, 2 — Фонтанная арматура; 3 — манометры; 4 — Уорикатор; 5 — трап-газоотделитель; 6 — измеритель дебита газа; 7 — мерная емкоть для воды; 8 — водоносный горизонт

Рис. 3. Схемы оборудования скважин для компрессорной эксплуатации:

А — двухрядный эрлифт; б — однорядный эр­лифт; 1 — смеситель пластовой воды и воздуха; 2 — газоводяная эмульсия; З — сжатый воздух; 4 - мерная емкость для воды; 5 — газоотделитель; 6 — подача сжатого воздуха от компрессора; 7 — ресивер; 8 — компрессор; 9 — приспособление для измерения уровня воды в работающей скважине

При этом в связи с особенностями режима глубоких подземный вод при эксплуатации, обусловленными упругими свойствами пласто­вых водонапорных систем, в процессе разработки месторождений при постоянстве суммарного дебита водозаборов происходит неук­лонное, замедляющееся во времени снижение динамических уровней Это обстоятельство заставляет при выборе насосного оборудования ориентироваться на предельное понижение уровня в скважинах к концу срока эксплуатации или предусматривать поэтапную смену типа насосов в процессе разработки месторождений.

При фонтанной эксплуатации скважины оборудуются фонтанной арматурой и насосно-компрессорными трубами. Фонтанная арма­тура предназначена для обвязки отсадных колонн труб, подвески насосно-компрессорных труб, регулирования работы скважин размещения контрольно-измерительных приборов. В верхней части трубной головки монтируют лубрикатор, представляющий собой устройство для спуска и подъема глубинных приборов (маномет­ров, пробоотборников, термометров) без остановки работающих скважин. Трап-газоотделитель предназначен для разделения жид­кой и газообразной фаз и измерения дебита воды и газа. Насосно­компрессорные трубы спускают в скважину с таким расчетом, чтобы их нижняя часть находилась ниже уровня начала выде­ления из воды газа в свободное состояние. Так как движение воды в насосно-компрессорных трубах не происходит, замеряемое на их оголовке давление отвечает истинному избыточному давлению. В ряде случаев для скважин, фонтанирующих за счет действиях газлифта и термолифта, насосно-компрессорные трубы используют для измерения в них глубины динамического уровня (рис. 2).

При насосно-компрессорной эксплуатации в качестве водо­подъемников используются эрлифты, позволяющие получить в про­цессе откачек большие дебиты скважин при значительных понижени­ях динамических уровней. В практике применяют одно- и двухрядные эрлифты. Однорядный эрлифт предполагает подачу сжатого воздуха в насосно-компрессорные трубы и подъем газоводяной эмульсии по кольцевому зазору между этими трубами и обсадной колонной. Подобный способ эксплуатации не позволяет производить непо­средственные измерения динамического уровня и допускает лишь приближенный расчет его положения по давлению сжатого воздуха на оголовке скважины. Кроме того, при эксплуатации водоносных горизонтов, представленных песками или слабосцементирован­ными песчаниками, вследствие выноса песка возможны истирание (и разгерметизация) колонны обсадных труб и выход из строя эксплуатационных скважин. Поэтому двухрядный эрлифт предпочти­тельней (рис. 3).

Плунжерные штанговые насосы широко применяют для экс­плуатации промышленных йодобромных вод при малых (до 500 м³/сут) дебитах скважин и их сильном песковании. Привод глубинных плунжерных насосов осуществляется редукторными станками-качалками обычно отечественного производства. Использование штанговых насосов экономически нецелесообразно при высокой водообильности продуктивных отложений и возможности эксплуата­ции водозаборов с большими (700 — 2000 м³/сут) дебитами скважин.

Наиболее прогрессивным и экономичным является использова­ние погружных центробежных износоустойчивых электронасосов типа ЭЦНВ и ЭЦНИ. В настоящее время отечественной промыш­ленностью уже освоено производство таких насосов с подачей 350, 500 и 700 м³/сут и рабочим напором соответственно до 500 и 450 м. Однако для разработки наиболее перспективных и крупных месторождений промышленных подземных вод предельные подачи таких насосных установок должны быть увеличены до 1000 — 2000 м³/сут при понижениях уровня в скважинах от 750 до 1000 м от поверхности.

На разрабатываемых месторождениях промышленных вод в той или иной мере используются все перечисленные способы эксплуата­ции скважин. Выбор преимущественного, наиболее эффективного применительно к условиям конкретного участка месторождения способа производится с учетом глубины и производительности сква­жин, их технической конструкции, глубин динамического уровня от поверхности.