УДК 628.112

откачка

подземных вод погружными насосами

по обсадной колонне скважины

В.А. Тумлерт., Е.В. Тумлерт., Э.А. Боровиков

ТОО «Казахский НИИ водного хозяйства»

Республика Казахстан, г. Тараз

Key words: underground pumping out water casing column of head well

Summary: In the article the description and efficiency of introduction of technology of rise of water from a chinks along exterior column by pumps is stated.

Интенсивное развитие всех отраслей народного хозяйства вызывает все возрастающие объемы водопотребления. Водозаборы из открытых источников в Республике Казахстан практически уже исчерпаны, поэтому в последние годы ведется интенсивный отбор подземных вод. Если раньше подземные воды забирались, в основном, только на водоснабжение, то в настоящее время широкое использование находят в орошаемом земледелии, промышленности, нефтедобывающих отраслях.

Практика эксплуатации водозаборных скважин с насосно-силовыми установками типа ЭЦВ показала, что эти насосы надежны в эксплуатации, обеспечивают паспортные напорно-расходные характеристики и нормативный срок службы при правильной их эксплуатации. Монтируются эти насосы с помощью водоподъемных труб, которые удерживают насос в скважине на заданной отметке и одновременно по ним транспортируется вода на поверхность.

По сути, в колонну обсадных труб опускается колонна водоподъемных труб. И так на каждой скважине расходуется от30 до 150 погонных метров металлических труб диаметром от 50 мм до 219 мм. Поэтому уже не одно десятилетие ведется интенсивный поиск, как использовать обсадную колонну труб для транспортирования воды из водоносного пласта на поверхность, что позволит существенно снизить металлоемкость водозаборных сооружений.

Для решения этой проблемы предложена гидравлическая схема водоподъема по которой погружной насос с помощью специального устройства фиксируется на заданной отметке в скважине, а ствол обсадной колонны скважины разъединяется на зоны всасывания и нагнетания.

Проведенными патентными исследованиями установлено, что в настоящее время известны как отечественные, так и зарубежные конструкции устройств подачи воды из скважин по колонне обсадных труб [1, 2, 3].

Однако эти устройства и конструкции имеют недостатки (большие осевые усилия при установке, наличие в обсадной колонне специальных опор и проточек, применение тросов и буровых штанг, ненадежность и др.). И самым слабым звеном во всех существующих разработках является манжета, которая должна выдерживать давление не менее 150 метров водяного столба и после продолжительного периода эксплуатации (2-4 года) не теряли бы своих технических характеристик. Поэтому в практике эксплуатации и строительства скважин на воду эти разработки не нашли широкого применения.

В Казахском научно-исследовательском институте водного хозяйства (КазНИИВХ) разработано устройство для откачки подземных вод по обсадной колонне скважины, новизна которого защищена авторским свидетельством СССР № 1633864 и патентом Республики Казахстан №22926.

На рисунке 1 дан общий вид устройства для беструбного водоподъема из скважин, а на рисунке 2 приведена компоновка оборудования в скважине.

Комплект технологического оборудования включает: устройство для беструбного водоподъема, герметичный оголовок устья скважины, монтажную оснастку.

С помощью монтажной оснастки погружной насос опускается на заданную глубину, и устройство закрепляется в обсадной колонне скважины. Раскрытием манжеты обсадная колонна разделяется на зоны всасывания и нагнетания. Затем оснастка отсоединяется и извлекается на поверхность. Устье скважины закрывается герметичным оголовком. Включением погружного электронасоса вода перекачивается из зоны всасывания в зону нагнетания, поднимается по обсадной колонне скважины на поверхность и подается потребителю. Демонтаж погружного электронасоса производится в обратном порядке.

Монтажная оснастка состоит из головки захвата, обеспечивающей соединение и разъединение с устройством беструбного водоподъема при монтаже и демонтаже, центратора, монтажных штанг, соединяющихся между собой стопорными пальцами, петли и вилки. На рисунке 3 приведен монтаж насосной установки для подъема воды по обсадной колонне скважины.

Необходимыми условиями при оборудовании скважин устройствами беструбного водоподъема являются:

- размещение насоса с устройством беструбного водоподъема выше фильтра скважины;

- герметичность обсадной колонны в зоне нагнетания.

Других каких-либо особых условий не предъявляется, и монтироваться они могут как на вновь строящихся скважинах, так и на уже эксплуатируемых.

Разработана техническая документация на технологическое оборудование для откачки подземных вод по обсадной колонне скважины ØØ 219, 273, 324, 377, 426 мм; образцы технологического оборудования для разных типоразмеров скважин; Руководство по эксплуатации водозаборных скважин с откачкой воды по обсадной колонне скважин.

Проведены ведомственные испытания и масштабная апробация в большинстве регионов РК на скважинах хозяйственно-питьевого водоснабжения, орошения, вертикального дренажа, водопонижения.

Заключение ведомственной комиссии об успешном испытании опытного образца технологического оборудования для откачки подземных вод.

Разработан Типовой проект ТП РК 1-12ВС СКВ-2009 «Водозаборные сооружения из подземных источников (скважин) производительностью от 1 до 12 м³/ч».

Рисунок 3 - Монтаж насосной установки в скважину

Технологическое оборудование для откачки воды по обсадной колонне скважины было применено на водозаборах предприятий «Водоканал» в городах Алматы, Актобе, Уральск, Кызылорда, Тараз, Нальчик (Россия), Кант (Кыргызстан), Ташкент, Гулистан (Узбекистан), Жетысайского Управления эксплуатации вертикального дренажа, Управления эксплуатации Арысь-Туркестанского канала, Средне-Иртышского Управления оросительных систем (г. Павлодар), Аксуподземвод (г. Талдыкорган) и т.д.

Смонтированные насосы ЭцВ работают в полном соответствии с паспортными характеристиками.

На рисунке 4 приведено сравнение напорно-расходных характеристик насоса ЭЦВ при установке в скважине на водоподъемных трубах и при водоподъеме по обсадной колонне.

Рисунок 4 – Напорно-расходные характеристики насоса ЭЦВ

Эффективность и преимущества применения метода беструбной установки погружного насоса и водоподъема по обсадной колонне скважины заключается в следующем:

- снижается металлоемкость при монтаже насосно-силового оборудования на 75... 85% (на каждой скважине от 0,8 до 2,0 тонн металлических труб);

- трудоемкость монтажно-демонтажных работ сокращается на 35…45%, так как при монтаже с водоподъемными трубами на каждом фланцевом стыке необходима установка 6...8 болтов, тогда как при монтаже с беструбной установкой монтажные штанги наращиваются с помощью одного болта;

- исключается возможность загрязнения и заражения водоносных горизонтов, за счет герметичного оголовка.

Технические и стоимостные показатели «устройства» (см. таблицу), показывают целесообразность его применения при реализации инновационных проектов. В настоящее время подобные «устройства» в Казахстане и странах СНГ не изготавливаются и не применяются, а конкуренты-аналоги по устройствам для подъема воды по обсадной колонне скважины по простоте и надежности, а также готовности к внедрению в производство отсутствуют.

Эффект применения оборудования для откачки воды по обсадной колонне скважин только за счет экономии водоподъемных труб на одной водозаборной скважине (при стоимости 1 тонны стальных труб 140 тыс. тенге) составит согласно нижеприведенной таблице от 443 до 3262 долларов США.

Литература

1. Ариель Р.С. Опытные устройства беструбного водоподъема. Ж. «Гидротехника и мелиорация», №2, М., 1982.

2. Фабриков А.И. и др. Беструбный водоподъем из скважин погружным насосом. «Совершенствование методов эксплуатации гидромелиоративных систем», г. Новочеркасск, 1981.

3. Распутов Б. и др. О водоподъемных установках на отгонных пастбищах. Ж. «Сельский механизатор», М., 1963.