| Библиотека | Магистры | Ссылки | Результаты поиска | Автобиография | Инд. задание |
В настоящее время процесс бурения скважин занимает значительный отрезок времени (от нескольких месяцев до нескольких лет), причем около 50% времени занимают операции, связанные с ликвидацией аварий. Наиболее распространенными авариями являются: прихваты бурового снаряда осевшим шламом, прижоги коронок, затягивание бурового инструмента в "желоба" и т.д. Основая причина их возникновения – геологические осложнения (тектонические нарушения), которые приводят к различным степеням поглощения очистного агента, которое в свою очередь приводит к вышеперечисленным авариям. Для предупреждения и борьбы с этим явлением в настоящее время применяют различные способы: цементирование, тампонаж глиной, быстро-схватывающимся составом (БСС), промывка аэрированным раствором – однако эти действия не дают эффективного результата.
Обобщение причин поглощения жидкости и способов борьбы с ними позволило
сделать вывод, что одним из эффективных средств бурения скважин в условиях
поглощения является использование эрлифтных установок, обеспечивающих надежную
промывку и очистку скважины от шлама.
Кроме того, такой способ бурения, кроме
экономии промывочной жидкости обладает еще рядом достоинств :
Помимо вышеприведенных достоинств использование эрлифта дает ещё ряд преимуществ: простота конструкции позволяет изготовить эрлифтный насос в условиях геологоразведочных экспедиций, применение обычного породоразрушающего инструмента не требует специального режима бурения.
Эрлифтные подъемники впервые были предложены в 1846 году Кокфордом в Пенсильвании и почти одновременно Сименсом в Англии. Но практическое применение эрлифт получил только с 1891 года. Эрлифт является одним из наиболее простых способов подъема жидкости. Принцип действия эрлифта основан на том, что в двух сообщающихся сосудах соотношение уровней жидкостей обратно пропорционально их удельным весам. При подаче воздуха по воздушным трубам в смеситель, расположенный ниже динамического уровня жидкости в скважине на 40-70 метров, образуется водовоздушная смесь (пульпа) удельный вес которой значительно ниже удельного веса воды. Водовоздушная смесь, из-за разности удельных весов поднимается по водоподъемным трубам к устью скважины и изливается в водосборник. Эрлифтная установка состоит из компрессора, воздушных труб, водоподъемных труб и смесителя.
В настоящее время существует 3 системы эрлифтов (рис. 1), отличающихся по взаимному расположению воздушных и водоподъемных труб в скважине:
Достаточно широкое применение нашли эрлифтные насосы для создания внутрискважинной циркуляции жидкости. Поскольку при спускоподъёмных операциях с двойной колонной труб эрлифта применяется обычный буровой инструмент, то разработаны конструкции соединений двойной колонны труб замками.Такой способ крепления эрлифтных труб позволяет ускорить спуско-подьемные операции, а также дает возможность при необходимости легко вынимать центральные трубки.
Всесоюзным научно-исследовательским институтом методики и техники разведки (ВИТР) Министерства геологии разработаны две конструкции эрлифтных снарядов, принципиально отличающихся выполнением внутренней воздухоподводящей трубы, которая может быть как металлической, так и гибкой полиэтиленовой. Снаряд эрлифтный СЭ-63,5 представляет собой колонну водоподъемных труб, внутри которой размещены металлические воздухоподающие трубки. Эрлифтные трубы собраны в секции (свечи). Внутренняя трубка предназначается для прохода сжатого воздуха и представляет собой собственно трубку (длина подгоняется при сборке свечи), с одной стороны которой вварена опорная втулка, а с другой - нарезана внутренняя резьба. С помощью втулки, имеющей наружную резьбу, внутренняя трубка закрепляется в переходнике. Снизу (в ниппеле) трубка закрепляется с помощью натяжного винта. Опорная втулка, трубка внутренняя и натяжной винт образуют единый канал для прохода потока воздуха. Герметизация внутренних трубок достигается за счет сжатия медных прокладок при сборке. Для предотвращения отжатия винта и для создания более надежной герметизации нижнего конца трубки , натяжной винт можно зажать круглой гайкой с наружной резьбой. В корпусе и в муфте равномерно по окружности положены цилиндрические каналы, предназначенные для прохода водовоздушной смеси через замковое соединение.
Известна конструкция эрлифтного насоса с резьбовым соединением, разработанная в ДонГТУ Неудачиным Г.И. и Пилипцом В.И. В конструктивном отношении эрлифтный насос состоит из муфты , переходника , удлинителя , внутренних водоподъемных труб , наружных воздухоподающих труб , патрубка для соединения внутренних труб в колонну длиной 9 м, ограничителей для фиксирования внутренних труб , штока с тремя уплотнительными резиновыми кольцами , цилиндра , смесителя .
Для предотвращения изгиба и поломок внутренних труб на соединительном патрубке установлены три центрирующие планки. Наружные воздухоподающие трубы соединяются между собой в свечи муфтами, а свечи свинчиваются муфтами и ниппелями. При свинчивании двух свечей (длиной по 9,6 м) между собой, шток с резиновыми уплотнителями одной из внутренних труб, входит в цилиндр с другой трубы и , таким образом, осуществляется герметическое уплотнение внутренних водоподъемных труб. Смеситель представляет собой трубку диаметром 42 мм, в которой просверлено 200 отверстий диаметром 4 мм. Сборка и разборка двойной колонны труб производится в мастерских после изготовления или на буровой при необходимости замены труб или их соединений. Сборка и разборка осуществляются обычными буровыми ключами.В эрлифтном насосе Г.И.Неудачина и В.И.Пилипца использованы стандартные замковые соединения труб.
Насос состоит из водоподъемных труб и воздушных трубок, ниппеля замка с гильзой и муфты замка с гильзой. Уплотнение воздушного канала достигается резиновой прокладкой , а также замковой резьбой. Воздух подается в смеситель по воздухо-подводящим трубкам через продольные канавки в замках. Сброс пульпы осуществляется через отводной шланг.
Данный эрлифтный насос разработан для труб диаметром 114 мм с высаженными внутрь концами и воздушных труб диаметром 25 мм. Для нормальной работы эрлифта необходимо использовать компрессор с давлением 0.6 - 0.8 МПа и производительностью 7 - 9 м3/мин. При таком давлении сжатого воздуха эрлифт обеспечит перепад давления промывочной жидкости 0.4 - 0.5 МПа при глубине опускания смесителя 70 - 80 м. Эрлифтные насосы с металлическими воздухоподводящими трубами имеют некоторые существенные недостатки, к которым следует отнести:
Эрлифт относится к одному из наиболее простых способов подъема воды из скважин, однако ввиду того, что для работы эрлифта используется дорогой вид энергии - сжатый воздух, в стационарном водоснабжении эрлифт применяют преимущественно для артезианских установок небольших подач. Благодаря преимуществам эрлифта, его широко применяют для прокачки геолого-разведочных, артезианских и водопонижающих скважин с использованием передвижных компрессоров. Имеются примеры эффективного применения эрлифта для водопонижения при проходке вертикальных стволов. К другим недостаткам эрлифтов можно отнести:
Подача и напор эрлифтных установок зависит от типа применяемого компрессора, глубины залегания динамического уровня жидкости и диаметра водоподъемных труб. Подача эрлифтов, при применении передвижных установок типа ДК-9М, составляет до 100 м3/ч, а напор до 120 м. При откачке воды из скважины дебит регулируется путем увеличения или уменьшения количества подаваемого в эрлифтный насос воздуха или глубины погружения смесителя эрлифта. Для мелких скважин и для скважин с низким динамическим уровнем эрлифт мало эффективен.
В соответствии с вышеприведенными проблемами предусматривается разработка эрлифтного снаряда, который бы совмещал в себе все преимущества своих "собратьев" и по возможности исключал их недостатки. Таким образом, для достижения поставленной цели, существует необходимость в улучшении узла крепления внутренних трубок и их герметизацию, увеличить проходные каналы труб.
Кроме того, целесообразно предусмотреть возможность подачи водовоздушной смеси через гладкие внутренние трубы, а в качестве воздухоподающего канала использовать зазор между трубами. Такая конструкция позволит облегчить работу и повысить эффективность эрлифта. Данные задачи, в какой-то степени, уже были решены в эрлифтной установке, разработанной на кафедре ТТГР ДонНТУ, но данный снаряд ещё имеет ряд недостатков.
На основании уже достигнутых успехов предусматривается устранить недостатки эрлифтного снаряда кафедры ТТГР и разработать новый эрлифтный снаряд для бурения скважин технического назначения. За аналог проектируемого снаряда взята эрлифтная установка кафедры.
Перед непосредственной разработкой эрлифтного снаряда были написаны две программы для установления экспресс оценки основных параметров эрлифтных установок. Данные программы написаны на языке программирования DELPHI и включают в себя две методики расчета.
Первая программа выполняет расчет по методике Гейера В.Г. [4], согласно которой давление компрессора, необходимое для
пуска эрлифта в работу должно быть (формула 2.11):
 Данный рисунок аниммирован, для его просмотра необходимо обновить страницу ! |
Данная методика позволяет произвести расчет лишь со следующими ограничениями и допущениями:
Кроме вышеперечисленного разработчиком были учтены возможности использования различных компоновок эрлифтного снаряда (диаметры труб, толщина стенок, длины труб, типов их соединений и т.п.), реальные условия работы установок, в зависимости от типов применяемых растворов и пород.
Вторая же программа выполняет расчет по методике Игнатова А.В. В отличии от первой эта программа позволяет определить не только основные параметры эрлифта, но и установить зависимости массовой производительности эрлифта (фактически подачи эрлифта) от различных входящих факторов, таких как : высота уровня жидкости, высота подъема, геометрическое погружение смесителя, плотностей жидкости и горных пород, длины "хвостовика" и т.п. Данная методика состоит из 20-30 формул, приведение которых в настоящем разделе не представляет необходимости. Кроме этого данная методика, также как и первая, была откорректирована, с учетом гидравлических сопротивлений в бурильных трубах и их соединениях.
Эрлифтный буровой снаряд относится к механизмам, работающим на сжатом воздухе. Принципиальная схема бурения с помощью эрлифтного бурового снаряда показана на рис. 1.1. Эрлифтный насос устанавливается в скважине 9 в районе залегания динамического уровня жидкости. Вращение к колонковой трубе и породоразрушающему инструменту передаётся от бурового станка через ведущую трубу 4, колонну бурильных труб 5, воздузоподающие трубы 7, колонну бурильных труб 10.
Разрабатываемый эрлифтный снаряд (диаметром 114 мм) предназначен для бурения скважин технического назначения в условиях поглощения.
Сущность создания внутрискважинной обратной циркуляции с помощью эрлифтного
насоса заключается в следующем.
Компрессором 1 сжатый воздух подается по
шлангу 3, через сальник-вертлюг 2, ведущую 4 и бурильные трубы 5 в
воздухоподводящие трубы эрлифта 7. Внутри воздухоподводящих труб 7
концентрически размещены водоподъемные трубы 6, оканчивающиеся смесителем 8,
который опускается ниже уровня жидкости в скважине 9.
Воздухоподводящие трубы 7, через колонну бурильных труб связаны с колонковой трубой 12 и породоразрушающим инструментом 13. Для сбора выбуренного шлама, выше колонковой трубы 12 установлена закрытая шламовая труба 11.
При подаче сжатого воздуха в смеситель 8, он смешивается там с жидкостью, находящейся в трубах. При насыщении жидкости воздухом, ее удельный вес снижается, и возникает перепад давления в сообщающихся каналах "труба-скважина". Смесь воздуха и жидкости, впоследствие разности удельных весов в трубах и скважине поднимается от смесителя по водоподъемной колонне вверх и изливается в пространство между бурильными трубами 5 и стенками скважины 9. При этом жидкость из скважины 9 под действием гидростатического давления столба жидкости начинает перетекать внутрь колонковой 12 и бурильных труб 10, омывая забой и породоразрушающий инструмент. Таким образом осуществляется обратная циркуляция жидкости. При изливе водовоздушной смеси из водоподъемных труб 6, воздух отделяется от воды и поднимается к устью скважины, а вода изливается в скважину.
В конструктивном отношении эрлифтный буровой снаряд (Рис. 2) состоит из муфты 1, переходника 2, удлинителя 3, внутренних водоподъемных труб 4, наружных труб 5, патрубка 6 для соединения внутренних труб 4 в колонну длиной 9м, ограничителей 9 для удержания внутренних труб 4, штока 11 с тремя уплотнительными резиновыми кольцами 12, цилиндра 13, смесителя 14.
Для предотвращения изгиба и поломок внутренних труб 4 на соединительном патрубке 6 установлены три центрирующие планки 7. Наружные воздухоподающие трубы 5 соединяются между собой в свечи муфтами 8, а свечи свинчиваются муфтами 1 и ниппелями 10.
При свинчивании двух свечей (длиной по 9,6 м) между собой, шток 11 с резиновыми уплотнениями 12 одной из внутренних труб, входит в цилиндр 13 другой трубы и, таким образом, осуществляется герметическое уплотнение внутренних водоподъемных труб.
Смеситель 14 представляет собой трубку, в которой просверлено 200 отверстий диаметром 4 мм. Сборка и разборка двойной колонны труб производится в мехмастерских после изготовления или на буровой при необходимости замены труб или их соединений. Сборка и разборка осуществляется обычными буровыми ключами.
Первая (верхняя) свеча собирается в следующем порядке:
Все средние (промежуточные) свечи собираются в следующей последовательности:
Таким образом, подведя итоги разработки эрлифта можно сделать вывод, что были достигнуты улучшения в конструктивном отношении эрлифта, которые способствуют повышению надежности в эксплуатации, простоте сборки и разборки, уменьшению гидравлических сопротивлений в снаряде и т.п.
В теоретической базе разработчиком были учтены возможности использования различных компоновок эрлифтного снаряда (диаметры труб, толщина стенок, длины труб, типов их соединений и т.п.), реальные условия работы установок, в зависимости от типов применяемых растворов и пород. Кроме этого методики были откорректированы путем учета гидравлических сопротивлений в бурильных трубах и их соединениях.
В качестве дальнейших исследований планируется провести практические испытания эрлифтной установки, которые позволят определить достоверность результатов расчета разработанных программ. Кроме того существует необходимость рассмотрения вопроса о повышении производительности установки путем установления зависимости подачи эрлифта от плотности рабочей жидкости и геометрического погружения смесителя. Решение этого вопроса частично достигается использованием расчета параметров эрлифта по методике Игнатова А.В., однако для полного и достоверного решения необходимо более детальное изучение этой проблемы.
| Библиотека | Магистры | Ссылки | Результаты поиска | Автобиография | Инд. задание |