автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Оптимизация работы погружных насосов на скважинную сеть при стационарном режиме фильтрации для совершенных скважин

Введение.4.

Глава 1. Обзор состояния вопроса и задачи исследований.6.

1.1. Общая характеристика работы.6.

1.2. Режим движения подземных вод.8.

1.3. Оптимизация условий разработки месторождений подземных вод.13.

1.4. Методы расчета взаимодействующих скважин.16.

1.5. Уравнения движения жидкости для продуктивного горизонта.20.

1.6. Уравнение движения жидкости на забойном участке.22.

1.7. Характеристики центробежного погружного насоса.23.

1.8. Характеристика внешней сети насосов.26.

Из большего разнообразия существующих способов освоения гидрогеологических скважин в практике нашли применение только некоторые.

Одним из самых распространенных способов освоения скважин в настоящее время является создание депрессии на продуктивный пласт с помощью откачки. Положительным фактором при этом способе является вынос продуктов кольматации из продуктивного пласта в процессе освоения скважин.

Определенного внимания из существующих водоподъёмных средств для освоения скважин заслуживает использование погружных электронасосов, эрлифтов и водоструйных насосов.

В последние годы трестом Промбурвод обосновано эффективное применение водоструйных насосов для освоения скважин на воду.

Тем не менее область применения серийно изготовляемых промышленностью водоструйных насосов существенно ограничено для целей разведки подземных вод следующими обстоятельствами:

- отсутствием водоструйных насосов малых диаметров;

- невозможностью замеров динамического уровня в процессе откачки воды из скважины;

- сложностью и низкой надежностью конструкций пакерующих элементов;

- необходимостью наличия силовых подземных насосов развивающих большие напоры (до 40 + 50 МПа).

Для подъёма и транспортирования жидкостей из скважин используются также воздушные водоподъемники (эрлифты)

Воздушный водоподъёмник очень прост по конструкции, он не имеет подвижных частей и поэтому не боится попадания взвешенных частиц, он достаточно удобен для подъёма воды из скважин, особенно малого диаметра, в которые не входит ни один насос.

Что касается К.П. Д. эрлифта, то даже в благоприятных условиях он не превышает 0,3 ч-0,4, а с учетом потерь энергии в компрессоре общий К.П.Д. установки обычно составляет 0,1 -г 0,2.

Таким образом, по энергетическим показателям этот не очень эффективный способ подъема воды.

Глубокое водоснабжение с помощью скважинных погружных насосных установок, поднимающих воду с большой глубины на поверхность, можно применять при наличии 5 пород, хорошо отдающих воду (крупнозернистые пески, галечники, трещиноватые известняки и.т.д.).

Существующие водозаборы глубоких подземных вод подразделяются на три основные группы:

- линейная батарея скважин;

- круговая батарея скважин;

- произвольное расположение скважин на площади.

Одним из первостепенных факторов, определяющих экономическую целесообразность системы водозабора, является его производительность. Поэтому:

- во - первых необходимо выяснить, как влияет система водозабора на количество воды, которое водозабор может дать в единицу времени при прочих равных условиях;

- во - вторых, определились его оптимальные параметры, главным образом тип насоса, число скважин и расстояния между ними.

На режим работы каждого насоса оказывают влияние внешние и внутренние характеристики системы скважина - насос, что подтверждает множеством значений подачи насосных установок определенного типа - размера, эксплуатируемых в различных горно - геологических условиях.

Изменение режима работы одной из составляющей звена системы гидрогеологическая скважина - погружной насос приводит к изменению параметров другой.

5.0. Основные выводы и заключение по диссертационной работе.

Выполненные исследования оптимизации работы погружных насосов на скважинную сеть при стационарном режиме фильтрации для совершенных скважин позволили сделать следующие основные научные выводы и практические рекомендации:

1. На основе анализа и обработки графических характеристик погружных электронасосов получены аналитические зависимости напорной характеристики, характеристики мощности и коэффициента полезного действия от подачи насоса, которые используются для совместного решения системы: скважина - насос - внешняя сеть.

2. Разработана математическая модель внешней сети с учетом характеристики гидрогеологической скважины, которая позволяет оценить влияние диаметра водоподъемной трубы, коэффициента фильтрации, мощности водоносного пласта, дебита скважины и глубину спуска насоса на потери насоса.

3. Предложена математическая модель (2.23) для решения совместной работы системы скважина - насос - внешняя сеть, в результате чего - определяются основные параметры системы: подача Q, мощность на валу насоса Ne и К.П.Д. установки tj в зависимости от типа насоса, скважины водоподъемного трубопровода.

4. При расчетах взаимодействующих скважин учитывается влияние каждой скважины в отдельности, причем для определения понижения динамического уровня используются формулы для одиночных скважин в различных условиях откачки и для различных типов водоносных горизонтов.

5. Произведен расчет взаимодействующих скважин при осушении котлована под станцию метрополитена в результате чего получена зависимость понижения воды от количества скважин в характерных точках и зависимость понижения воды в центральной линии вдоль оси симметрии котлована.

6. Экспериментально в лабораторных и производственных условиях подтверждено влияние глубины спуска насоса на основные его параметры работы, его потребляемая мощность и удельный расход электроэнергии на подъем 1 м воды из скважины на определенную высоту.

7. В результате теоретических исследований была создана математическая модель системы: гидрогеологическая скважина - погружной электронасос - внешняя сеть для которой составлена программа на персональном компьютере на аналоговом языке / Математика 3-0. Данная программа позволяет выбрать тип насоса и определить

Ill основные параметры погружной насосной установки в зависимости от характеристики гидрогеологической скважины и параметров внешней сети.

8. При помощи разработанной программы на ЭВМ исследовалось влияние безразмерного гидравлического сопротивления скважины, проводимости водоносного горизонта, диаметра внешней сети и статического уровня на подачу насоса, его К.П.Д. и удельный расход электроэнергии на подъем 1 м воды из скважины.

9. Разработана методика расчета по определению оптимальных параметров погружных насосов и выбора типа насоса для их работы в гидрогеологических скважинах с точки зрения минимальных энергозатрат на подъем 1 м3 воды из скважины.

1. Алексеев В.В., Брюховецкий О.С. Горная механика. М., Недра, 1995г.

2. Алексеев В.В., Шевырев Ю.В., Акимов В.Д. Основы автоматики и автоматизация горных и геологоразведочных работ. М. Недра, 1998.

3. Алексеев В.В., Паршикова А.В. Выбор оптимальных параметров работы и типа погружных насосов. АОЗТ, "Геоинформатик". М., 1997, Вып.-2.

4. Алексеев В.В., Паршикова А.В. Методы расчета взаимодействующих скважин и выбор погружного насоса. ЗАО "Геоинформатик". М., 1997, вып. 4.

5. Алексеев В.В., Паршикова А.В. Оптимизация работы погружных насосов. Новые достижения в науках о Земле. Тезисы докладов. М., МГГА, 1995.

6. Абдурашитов С.А., Тупиченков А.А., Вершинин И.М., Тененгольц С.М. Насосы и компрессоры. Недра. М., 1974. 293с.

7. Альтшуль А.Д. Гидравлические потери в трубопроводах. М., JI., "Госэнергоиздат", 1963.

8. Абрамов С.К., Биндеман Н.Н., Бочевер Ф.М., Веригин Н.Н. Влияние водохранилищ на гидрогеологические условия прилегающих территорий. М., Госстройиздат. 1960.

9. Аравин В.И., Нумеров С.Н. Теория движения жидкостей и газов в недеформируемой пористой среде. М., Гостехиздат, 1953.

10. Ю.Аверьянов С.Ф. Об изучении режима грунтовых вод методом построения сеток движения. Докл. ВАСХНИЛ, вып. 4, М., 1949.

11. Анатольевский П.А., Оречкин П.М., Шнееров О.М. Специальные работы при бурении скважин на воду. Л., Госэнергоиздат, 1960.

12. Антонович С.А. О расчете струйных насосов (Эжекторов). М., Энергомашиностроение. 1985, №9, с. 8-13.

13. Борисов Ю.П., Егоров Н.Г. и др. О выборе технологических вариантов разработки нефтяных месторождений района. НТС по добычи нефти, вып. 40, М., Недра, 1970.

14. Борисов Ю.П. О наивыгоднейшем размещении эксплуатационных скважин на нефтяных залежах круговой формы. Труды ВНИИ, вып. 19. Гостоптехиздат, 1959, вып. 21.

15. Борисов Ю.П., Крылов А.П. К вопросу о размещении нефтяных скважин. Нефт. Хоз. № 1, 1958.

16. Башкатов Д.Н. Вскрытие и освоение водоносных пластов при бурении гидрогеологических скважин. М., ВИЭМС, 1976, 63с.

17. Башкатов Д.Н., Роговой В.А. Бурение скважин на воду. М., Колос, 1976, 908с.

18. Башкатов Д.Н. Основные вопросы теории и практики бурения и опробования гидрогеологических скважин. Докторская диссертация. М., 1970. 413 с.

19. Беляков В.М. Повышение эффективности действия водозаборных и дренажных скважин. Кандидатская диссертация. М., 1965, 183с.

20. Бондаренко С.С., Вартанян Г.С. Методы изучения и оценки ресурсов глубоких подземных вод. М., Недра, 1986г.

21. Бондаренко С.С., Лубенский Л.А., Куликов Г.В. Геолого-экономическая оценка месторождений подземных промышленных вод. М., Недра, 1988.

22. Бондаренко С.С., Нуднер В.А. Расчет рациональной системы водозабора глубоких подземных вод. Разведка и охрана недр, М., 1964, № 5.

23. Бондаренко С.С., Плотников Н.А., Темко С.В., Тумаркин Г.Ц. Об оптимальном размещении скважин на эксплуатационном участке месторождения подземных вод. В журнале "Экономика и математические методы" № 1, том. 4, 1968.

24. Бочевер Ф.М., Гармонов И.В., Лебедев А.В., Шестаков В.М. Основы гидрогеологических расчетов. М., Недра, 1969, 386с.

25. Бочевер Ф.М., Веригин Н.Н. Методическое пособие по расчетам эксплуатационных запасов подземных вод для водоснабжения. М., Госстройиздат, 1961.

26. Бабалян Г.А., Шахназаров А.А. О зависимости проницаемости песка для различных типов вод. Нефтяное хозяйство. №11, 1951.

27. Борохович А.И., Гусев В.В. Стационарные машины и установки на открытых горных разработках. М., недра, 1969.

28. Болотских Н.С. Справочник по водоснабжению. Киев. Будивельник, 1985.

29. Валиханов А.В., ИбрагимовГ.З., Хисамутдинов Н.М. Вопросы подъема обводненной и безводной нефти фонтанным и насосным способами. Казань, Татарское книжное издательство, 1971, 147 с.

30. Волков С.А., Базанов Л.Д., Хромин Е.Д. Измерение утечки промывочной жидкости через соединение бурового снаряда. М., Разведка и охрана недр. 1975, №4, с. 21-24.

31. Веригин Н.Н., Шестаков В.М. Методы расчета движения грунтовых вод в двухслойной среде. Изд. ВНИИ ВОДГЕО, 1954.

32. Веригин Н.Н., Михайлова А.Б. К методике технико-экономического расчета прямолинейных рядов водозаборных скважин. Изв. Вузов "Геология и разведка", №8, 1970.

33. Валяшко М.Г., Поливанова А.И., Жеребцова И.К. Струйное гравитационное движение и его роль в форсировании и распределении природных вод. Вестн, унта, серия "Геология" ,№5,1965.

34. Гутенмахер Л.И., Тредин Ф.А., Умрихин Н,.Б. Решение некоторых задач оптимизации разработки нефтяных месторождений. Нефтяное хозяйство, 1970, №9.

35. Гусейн-Заде М.А. Особенности движения жидкости в неоднородном пласте. М. Недра, 1965.

36. Гиринский Н.К. Некоторые расчеты динамики движения подземных вод. Сб. "Вопросы гидрогеологии и инженерной геологии". №9, Госгеоиздат, 1947.

37. Гаврилко В.М., Алексеев B.C., Гуркин А.Я. Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин.1. М„ Колос, 1975,175 с.

38. Гаттенбетг Ю.П. Гидрогеология и гидродинамика подземных вод. М., Недра, 1971, 184 с.

39. Гейер В.Г., Дулин А.Г. и др. Гидравлика и гидропривод. М., Недра, 1981.

40. Деревянных А.И., Макаров Л.В., Сотников А.Б. Освоение гидрогеологических скважин в сложных геологических условиях. М., ВИЭМС, 1971, 40 с.

41. Драхлис С.Л., Верстов В.В. Гидродинамические процессы при пробной откачке скважин на воду струйными аппаратами. М., ЦБНТИ, Минмонтажспецстрой, СССР, 1975, серия 5, вып. 3 (105).

42. Драхлис С.Л. Исследование и разработка новых технических средств и технологии освоения скважин на воду. М., 1975, Кандидатская диссертация.

43. Жумахов И.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М, Углетехиздат, 1958.

44. Затенацкая Н.П. О связи химического состава подземных вод с составом поровых вод глинистых "водоупорных" пород. Докл. АНСССР, т. 138, №4, 1961.

45. Идельчик И.Е. Справочник по гидрогеологическим сопротивлениям. М., Л., Госэнергоиздат, 1960.

46. Коломиец A.M., Панков А.В., Щенников Е.В. Инструкция по бурению гидрогеологических скважин с промывкой водогипановыми растворами. М., ПГО "Центргеология", 1978, 20 с.

47. Караев М.А. Гидравлика буровых насосов. М, Недра, 1983, 208 с.

48. Козловский Е.А., Питерский в.М. и др. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. М., недра, 1984.

49. Козьмин Ф.К. Рудничные воздухопроводы. Госгортехиздат. 1959.

50. Каменский Г.Н., Климентов П.П., Овчинников A.M. Гидрогеология месторождений полезных ископаемых. Госгеоиздат, 1953.

51. Каталоги по насосам. ВИГМ, Машгид, 1960.

52. Крылов А.П., Белаш П.М., Борисов Ю.П. Пролектирование разработки нефтяных месторождений. Гостоптехиздат, 1962.

53. Кривченко Г.И. Гидравлические машины. М., Энергия, 1980.

54. Каменский Г.Н. Основы динамики подземных вод. М., Госгеолиздат, 1943.

55. Каменский Г.Н., Гавич И.К., Мясникова Н.А., Семенова С.М. Гидродинамические основы изучения режима грунтовых вод. Тр.ЛГГП, Т.ХХУ1, изд. АН СССР, 1960.

56. Ленченко Н.Н. Гидродинамические основы выбора оптимального варианта эксплуатации месторождения подземных вод для водоснабжения с применением АВМ и ЭВМ. М., МГГА, 1974, кандидатская диссертация.

57. Мурин Г.А. Гидравлические сопротивления стальных труб. Известия: ВТИ, №10, 1948.

58. Минкин Е.Л. Гидрогеологические расчеты для обоснования зон санитарной охраны водозаборов. Изд. Недра, М., 1967.

59. Михайлова А.В. Некоторые задачи оптимизации, связанные с разработкой и эксплуатацией подземных вод. Автореферат канд. Диссертации, 1969.

60. Михайлова А.В., Темко С.В., Тумаркин Г.Ц. О применении метода Монте-Карло к выбору оптимального размещения скважин промысла подземных промышленных вод. Изд. Вузов, Геология и разведка, 1968, № 12.

61. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию рациональных схем скважинных водозаборов при разведке подземных вод. Составитель И.С.Глазунов. Недра, М., 1973.

62. Мухаметдянов Ф.М., Салехов Г.С., Чугунов В.Д. Применение линейного программирования к решению некоторых задач рациональной разработки нефтяных месторождений. Нефть и газ, 1960, № 9.

63. Овчинников Л.Н., Шур А.С. Исследования инфильтрации растворов под давлением. Тр ИГЕМ АН СССР. Вып.6, 1956.

64. Плотников Н.И. Эксплуатационная разведка подземных вод для крупного водоснабжения, Изд. Недра, 1969.

65. Применение новых математических методов и вычислительных машин в теории и практике добыче нефти. Труды ВНИИ, вып. X УП. (мат. 1 всесоюзн. семинара. М., 1965/1966 Чугунов В.Д.).

66. Полканов М.П. О соотношении дебитов проектируемых и действующих водозхаборов. Труды ВСЕГИНГЕО, вып.34, 1970, выпп.45, 1971.

67. Попов В.М. Шахтные водоотливные установки. М., Недра, 1993.

68. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М., Госгортехиздат, 1952.

69. Пилатовский В.П. Основы гидромеханики тонкого пласта. М., Недра, 1966.

70. Правила измерения расходов газов и жидкостей стационарными сужающими устройствами. РД50-2В, 8СМ. Изд. Стандартов, 1982.

71. Пфлейдерер K.J1. паточные машины для жидкостей и газов, М., Машгиз, 1960.

72. ПетуховА.И., Правицкий Н.К., Рипп М.Г. Горная механика. М., Недра, 1965.

73. Поляков Б.В. Гидрогеологический анализ и расчеты. Гидрометеоиздат, 1946.

74. Попов О.В. Подземное питание рек. Гидрометеоиздат., J1., 1964.

75. Подгиз Л.Г. Кириловский Ю.А. К вопросу о расчете струйных аппаратов для подьема воды из артезианских скважин. М., сб.статей МВТУ им. Н.Э.Баумана, Машгиз, 1957, с28-46.

76. Рац М.В. Неоднородность горных пород и их физических свойств, М., Наука, 1968.

77. Рошаль А.А., Шестаков В.М. О миграции подземных вод в слоистых пластах. Изд.ВСЕГИНГЕО, 1969.

78. Справочник инженера по бурению геологоразведочных скважин. Под общей редакцией Е.А.Козловского. М., Недра, 1984.

79. Справочник энергетика геологоразведочных организаций ( В.В.Алексеев, А.А. Гланц, А.П. Жернаков, С.И. Наугольнов). М., Недра, 1991.

80. Стационарные установки шахт. Под общей редакцией Б.Ф.Братченко, М., Недра, 1981.

81. Спиваковский А.О. и др. Гидравлический и пневматический транспорт на горных предприятиях. Госгортехиздат, 1962.

82. Смолдырев А.Е. Гидро- и пневмотранспорт. М., Металлургиздат, 1967.

83. Справочник по бурению и оборудованию скважин на воду. Под редакцией В.В.Дубровского., Недра, 1972, 510 с.

84. Справочник по бурению скважин на воду. Под редакцией Д.Н.Башкатова. М., Недра, 1979, 560 с.

85. Соколов Э.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. М., Энергия , 1970, 284 с.

86. Технические средства и прогрессивные методы сооружения гидрогеологических скважин в ПГО «Центргеология» (А.В.Панков, И.П.Фаустов и др.). М., Труды МГ РСФСР, 1982, с 8-14.

87. Сыроватко М.В., Потапов Г.И. Опыт промсловых гидрогелогических исследований на месторождениях подземных промышленных вод. Бюлл. Техн.инф. по иодно-бромной промышленности. №16, JL, 1962, ГИПХ.

88. Тихонов Н.В., Лимитовский A.M. Горная механика, М., Недра, 1978, 312 с.

89. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. М., Экономика, 1969.

90. Ушаков В.И. Теория процессов в воздухопроводных сетях рудников и шахт и нормализация параметров воздуха для пневмоприводов горных машин. Докторская диссертация, 1983, Москва.

91. Федоров М.М. Избранные труды. т.П, изд. АН УССР, 1960.

92. Фокс А., Пратт М. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве. М., Мир, 1982.

93. Хаджиков Р.Н. Горная механика, М., Недра, 1982, 422 с.

94. Хомицевич К.И. Рудничные пневматические установки. Из-во Харьковского университета. 1960, 324 с.

95. Хикс И. Основные принципы планирования эксперимента. М., Мир, 1967.

96. Хайрулин С.А. Исследование и определение местных сопротивлений в элементах гидросистемы горных машин на этапе проектирования. М., Кандидатская диссертация, 1993.

97. Хохловкин Д.М. Глубинные насосы с погружным электродвигателем. Углетехиздат. 1959.

98. Хаустов И.П. Опыт применения водоструйных насосов при сооружении гидрогеологических скважин. М., ВИЭМС, 1984, вып. 17, с. 15-18.

99. Хаустов И.П. Обоснование техники и технологии освоения гидрогеологических скважин водоструйными насосами. М., Кандидатская диссертация, ВСЕГИНГЕО, 1986.

100. Хаустов И.П., Панков А.В.Э Петров И.П. Технические средства и прогрессивные методы бурения и опробования гидрогеологических скважин в обьединении Центргеология. Сб.науч.трудов.отв. редактор М.И.Фазлуллин. М., ВСЕГИНГЕО, 1984, с.112-116.

101. Хантуш М.С. Вопросы гидрогеологических расчетов. Под ред. Ф.М.Бочевера и1. В.М. Шестакова. М., 1965.

102. Цейтлин Ю.А. Некоторые вопросы проектирования централизованного пневмоснабжения группы шахт. Г.Днепропетровск, из-тия ДГИ, том ХХУП, 1.

103. Цетнарский И.А., Кораблев А.А., Борисенко А.Д. Горная механика. М., Недра, 1975,279 с.

104. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубопроводах. М., Гостехтеориздат, 1951, 218 с.

105. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., Энергия, 1977, 423 с.

106. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. Гостоптехиздат, 1963.

107. Шелкачов В.Н., Лапук Б.Б. Подземная гидравлика. Гостоптехиздат, 1949.

108. Шелкачов В.Н. Разработка нефтеводоносных пластов при упругом режимен. Гостоптехиздат, 1959.

109. Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., Высшая школа, 1972, 380 с.

110. Шюле В. техническая термодинамика. Т. 1, ОНТИ, 1935.

111. Шифрисон Б.л. основной расчет тепловых сетей. Стройиздат. 1940.

112. Шевелев Ф.А. Исследование основных гидравлических закономерностей турбулентного движения в трубах. Стройиздат, 1953.

113. Швидлер М.И. Фильтрационные течения в неоднородных средах. Гостоптехиздат, 1963.

114. Шестаков В.М. Основы гидрогеологических расчетов при фильтрации из хранилищ промышленных стоков. Изв, ВНИИ ВОДГЕО, 1961.

115. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. М., Изд-во МГУ, 1995.

116. Ярмоленко Г.з. Пневматические турбины и струйные аппараты горных машин. М„ Недра, 1977.

117. Яремейчук Р.С. Создание депрессий на пласт с помощью струйных аппаратов. М., Нефтяное хозяйство, 1981, №11, с. 12-14.

118. Рациональный выбор погружного насоса для гидрогеологических скважин. Конференция аспирантов и студентов, М., МГГА, 2000г.

119. Метод расчета взаимодействующих скважин, с точки зрения выбора оптимального погружного насоса по энергозатратам 5м Международная конференция, "Новые идей в науках о земле", (тезисы докладов) №3, М., МГГА, 2001г.

120. Васин Д.В., Алексеев В.В. Рациональный выбор водоподъемного оборудования для гидрогеологических скважин. Изв. ВУЗов. Геология и разведка, №3, М.,