Геолого-экономическая оценка месторождений подземных промышленных вод (стр. 13 )

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВОД

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:

1 — 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.

НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИИ СКВАЖИН НА ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВОДЫ

Бурение и опытное гидрогеологическое опробование скважин при поисках и разведке являются основными способами изучения подземных промышленных вод и продуктивных водовмещающих пород. Все остальные методы исследований опираются на резуль­таты бурения, и возможности их использования могут быть прове­рены и подтверждены только бурением. В связи с исключительным значением бурения, а также с учетом его высокой стоимости каж­дая скважина должна отвечать требованиям, которые определяют задачами геологоразведочных работ на различных стадиях гидро­геологических исследований. В общем случае бурение и опытное опробование скважин позволяют осуществлять:

стратиграфическое расчленение вскрываемых отложений;

выделение в разрезе литолого-стратиграфических комплексов пород и определение их мощности;

выявление водоносных комплексов (горизонтов и пластов) и определение их мощности;

определение положения в разрезе и мощности водоупорных или слабопроницаемых отложений;

установление наличия или отсутствия гидравлической связи под­земных вод промышленной водоносной зоны с выше - и нижезале­гающими водоносными горизонтами;

Таблица 15

Категории глубоких гидрогеологических скважин на подземные промышленные воды

Категория скважин	Основное назначение бурения	Решаемые задачи	Методы исследований
Поисковая	Изучение гидрогеологических условий месторождения и получение предвари­тельных данных для перспективных участков. Выделение в разрезе комп­лексов (горизонтов), перспективных для практического использования промышленных вод, по химическому составу вод и водообильности водо-вмещающих пород. Предварительное определение гидрогеологических па­раметров промышленной водоносной зоны	Оценка условий распростра­нения и залегания подзем­ных промышленных вод ме­сторождения и его общая гидрогеологическая харак­теристика. Выбор участков месторождения и водонос­ных комплексов для поста­новки разведочных работ	В процессе бурения — механический каротаж, исследование промывочной жидкости, шлама, керна, наблюдения за водо-, газо - и нефтепроявлениями; электрический, радиоактивный и тер­мометрический каротаж; измерение фактического диаметра и кривизны скважин. Проведение пробных и опытных откачек, сопровождаемых анализами воды и газа, измерениями дебитов, статических и динамических уровней (пластовых и забойных давле­ний), газового фактора.
Разведочная	Определение расчетных гидрогеологи­ческих параметров промышленной во­доносной зоны на эксплуатационном участке. Изучение состава и качества промышленных подземных вод. Уточ­нение граничных условий месторож­дения	Геологическая и гидрогео­логическая характеристика эксплуатационного участка месторождения. Оценка эксплуатационных запасов гидроминерального сырья по промышленным категориям	Характер наблюдений и исследований такой же, как при поисковом бурении; основное внимание уделяется изуче­нию промышленной водоносной зоны; применяются наиболее рациональные и эффективные методы промысловой геофизики. Проводятся, как правило, длительные опытные и опытно-экс­плуатационные откачки, сопровождаю­щиеся комплексом гидродинамических исследований.
Разведочно-эксплуатацион-ная	Определение (или уточнение) расчет­ных гидрогеологических параметров промышленной водоносной зоны на эксплуатационном участке месторож­дения и других гидрогеологических по­казателей, полученных ранее	Уточнение геологической и гидрогеологической харак­теристики эксплуатационно­го участка месторождения, приращение или подтвер­ждение эксплуатационных запасов гидроминерального сырья по высоким катего­риям изученности	Проведение длительных опытно-экс­плуатационных откачек, сопровож­дающихся комплексом гидрогеологи­ческих, гидрогеохимических и гидроди­намических исследований
Эксплуатационная	Эксплуатация подземных промышлен­ных вод на разрабатываемом участке месторождения	Добыча гидроминерального сырья	Проведение длительных опытно-экс­плуатационных и непрерывных эксплуатаций

определение положения статических уровней, величин пьезомет­рических напоров подземных вод и пластовых давлений различных водоносных горизонтов;