CC BY
2УДК 626.811
Б.А. Опрышко1, В.А. Швецов2, А.С. Чернышев1, И.Н. Чебыкин3
1 Камчатский водоканал,
Петропавловск-Камчатский, 683009;
2 Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003;
3 ООО «Недра»,
Елизово, 684000 e-mail: BAOpryshko@pkvoda.ru
К ВОПРОСУ ЭКСПЛУАТАЦИИ БЕЗНАПОРНЫХ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ СКВАЖИН
Охрана подземных водных объектов осуществляется путем проведения мероприятий по предупреждению истощения их запасов и включает в себя наблюдение за уровенным режимом подземных вод. Поисковые эксперименты, выполненные на скважине № Г-1 Паратунского месторождения геотермальных вод, показали, что для измерений уровня воды в эксплуатационных геотермальных скважинах целесообразно использовать автоматизированные системы контроля, оснащенные акустическими приборами Well Watch 670. Акустические измерительные приборы могут предотвратить повреждения дорогостоящих погружных электронасосов и обеспечить защиту геотермальных месторождений от преждевременного истощения.
Ключевые слова: безнапорные геотермальные скважины, Паратунское месторождение теплоэнергетических вод, акустический уровнемер, погружные электронасосы.
B.A. Opryshko1, V.A. Shvetsov2, A.S. Chernyshev1, I.N. Chebykin3
1 Kamchatka Vodokanal,
Petropavlovsk-Kamchatsky, 683009;
2 Kamchatka State Technical University,
Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003;
3Nedra, LLC Yelizovo, 684000 e-mail: BAOpryshko@pkvoda.ru
ON THE ISSUE OF OPERATION OF NON-PRESSURE GEOTHERMAL WELLS
Protection of underground water bodies is carried out through measures to prevent depletion of their reserves and includes monitoring of the level regime of groundwater. Exploratory experiments performed at well No. G-1 of the Paratunka geothermal water field have shown that it is advisable to use automated monitoring systems equipped with Well Watch 670 acoustic instruments to measure the water level in operational geothermal wells. Acoustic measuring instruments can prevent damage to expensive submersible electric pumps and protect geothermal deposits from premature depletion.
Key words: unpressurized geothermal wells, Paratunka thermal power water deposit, acoustic level gauge, submersible electric pumps.
Природные лечебные ресурсы являются национальным достоянием народов Российской Федерации, предназначены для лечения и отдыха населения и относятся к особо охраняемым объектам и территориям, имеющим свои особенности в использовании и защите [1].
Основными требованиями по рациональному использованию геотермальных подземных вод является охрана месторождений от факторов, снижающих качество и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку [2].
Технология добычи геотермальных вод должна гарантировать защиту месторождений от преждевременного истощения и загрязнения и защиту полезных ископаемых от утраты лечебных свойств [1].
Охрана подземных водных объектов осуществляется путем проведения мероприятий по предупреждению загрязнения, истощения их запасов и включает в себя наблюдение за химическим состоянием и уровенным режимом подземных вод [3].
На территории Камчатского края образованы Паратунская и Малкинская курортные зоны общей площадью 43 тыс. га. В Паратунской рекреационной зоне находятся около пятидесяти баз отдыха с бассейнами. Поручением Президента Российской Федерации сведения о находящихся на территории Камчатского края курортах в пределах Паратунского месторождения геотермальных вод введены в программно-информационный комплекс «Государственный реестр курортного фонда Российской Федерации» [4].
Паратунское месторождение теплоэнергетических вод в Елизовском районе Камчатского края эксплуатируется с 1964 г. Запасы подземных теплоэнергетических вод Паратунского месторождения на 06.11.2020 г. составляют 21620 м 3/сут (250 л/с) с температурой по участкам от плюс 62 до 82°С при преимущественно крановом режиме эксплуатации (самоизлив). Добываемые термальные воды используются в бальнеологических целях баз отдыха и для теплоснабжения поселков Паратунка и Термального.
На отдельных участках месторождения добыча термальных вод из скважин осуществляется с использованием специальных погружных насосов. При добыче понижения уровня геотермальных вод (динамический уровень) в скважинах достигают 185-200 м.
Эксплуатация скважинных электронасосов возможна при температуре рабочей жидкости свыше 60°С. Однако при воздействии негативных факторов, таких как коррозионная активность воды и условия охлаждения электродвигателя, срок службы электронасоса снижается [5]. Чтобы предотвратить сильный перегрев электродвигателя вплоть до закипания в нем воды, его необходимо эксплуатировать при высоте водяного столба не менее десяти метров над электродвигателем [5].
Контроль динамического уровня воды в геотермальных скважинах осложнен повышенной температурой, агрессивным химическим составом воды и высокими величинами понижений. Электроуровнемеры и погружные датчики-регистраторы в таких условиях работают непродолжительное время, высок риск застревания измерительного устройства и его потери.
Поэтому, основываясь на результатах ранее выполненных исследований [6-9], творческий коллектив в составе сотрудников КамчатГТУ, КГУП «Камчатский водоканал» и ООО «Недра» разработал и внедрил на эксплуатационной геотермальной скважине № Г-1 автоматизированную систему контроля уровня воды. Эта система включает следующее оборудование:
1. Акустический уровнемер Well Watch 670 [10].
2. Удаленный дисплей Модель 310 для уровнемера Well Watch [10].
Технические характеристики этого оборудования приведены в таблице.
Технические характеристики оборудования автоматизированной системы контроля
№ п/п Характеристика Показатель
1 Диапазон измерения от 3 до 1 200 метров
2 Память 25 000 000 измерений
3 Интервал записи измерений от 1 до 60 минут
4 Разрешение 1 см
5 Погрешность ±3 см
6 Рабочая температура/влажность от -20 до 45 C (без конденсации)
7 Дисплей 2 * 16 символов
8 Г абариты 21 * 9 * 9 см
9 Сигнализация минимальных и максимальных уровней Да
10 Выходные каналы RS485 (Modbus), 4-20 мА, RS232, 0-5В, USB
Беспроводная связь (для подключения удаленного дисплея 310) до 100 метров прямой видимости
Внешний вид оборудования представлен фотоснимками на рис. 1 и 2, схема размещения оборудования приведена на рис. 3.
Рис. 1. Акустический уровнемер Well Watch 670
Рис. 2. Удаленный дисплей Модель 310
Акустический уровнемер устанавливается в технологическое отверстие оголовка скважины. Для получения наиболее точных результатов измерений в настройках прибора фиксируются необходимые пределы минимальной и максимальной глубины, температура добываемой воды и диаметр скважины. После перевода прибора из настроек в режим измерений результаты отображаются в течение нескольких секунд. Акустический прибор можно настроить и управлять им дистанционно, с использованием удаленного дисплея оператора.
Результаты измерений динамического уровня воды в эксплуатационной геотермальной скважине № Г-1 представлены графиком на рис. 4.
Рис. 4. Результаты измерений динамического уровня воды в эксплуатационной геотермальной скважине № Г-1,
выполненных акустическим прибором Well watch
На графике показано регулирование производительности насоса для достижения безопасной высоты водяного столба над электродвигателем.
Поисковые эксперименты, выполненные на скважине № Г-1 Паратунского месторождения геотермальных вод в октябре - ноябре 2022 г., показали что для измерений уровня воды в эксплуатационных геотермальных скважинах целесообразно использовать автоматизированные системы контроля, оснащенные акустическими приборами Well Watch 670. Акустические измерительные приборы могут предотвратить повреждения дорогостоящих погружных электронасосов и обеспечить защиту геотермальных месторождений от преждевременного истощения.
Выполненные поисковые эксперименты на безнапорной геотермальной скважине Паратунского месторождения показали целесообразность внедрения автоматизированной системы контроля с использованием акустических измерительных устройств.
Необходимо увеличить объем научных исследований в области контроля и эксплуатации безнапорных геотермальных скважин для обеспечения широкого внедрения автоматизированных систем контроля на всех скважинах месторождений геотермальных вод Камчатского края.
Литература
1. О природных лечебных ресурсах, лечебно-оздоровительных местностях и курортах: Федеральный закон № 26 в ред. Федерального закона от 28.12.2013 № 406-ФЗ. - 1995. - 11 с.
2. О недрах (в редакции Федерального закона от 3 марта 1995 года № 27-ФЗ) (с изменениями на 27 декабря 2019 года) (редакция, действующая с 3 февраля 2020 года): Закон Российской Федерации.
3. Об утверждении правил охраны подземных водных объектов: Постановление Правительства Российской Федерации от 11 февраля 2016 г. № 94. (в ред. Постановления Правительства РФ от 25.12.2019 № 1829).
4. URL: https://kamgov.ru/health: (дата обращения: 17.02.2023).
5. Техническое пособие. Скважинные насосы [Электронный ресурс]. - URL: http://www.pump-seled:ion.ru/ffles/FilesGrundfos/books/6SP_1205.pdL (дата обращения: 20.02.2023)
6. Опрышко Б.А., Швецов В.А., Белова Е.П. Совершенствование метода контроля уровня подземных вод в эксплуатационных скважинах Камчатского края // Водоснабжение и санитарная техника. - М., 2019. - № 11.
7. Белавина О.А., Швецов В.А., Опрышко Б.А. Исследование метрологических характеристик результатов измерений динамического и статического уровней подземных вод в эксплуатационной скважине // Развитие теории и практики управления социальными и экономическими системами: Материалы Десятой междунар. науч.-практ. конф. (18-19 мая 2021 г.) / Отв. за вып. А.О. Шуликов. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2021. - С. 121-124.
8. Оголовок наблюдательной скважины: Патент 209735 Рос. Федерация, МПК E21B 33/04 / (2006.01) / Б.А. Опрышко, В.А. Швецов, В.П. Помазкин, А.П. Лях, О.А. Белавина; патентообладатель ФГБОУ ВПО «Камчат. гос. техн. ун-т». - Заявка № 2021123852; заявл. 09.08.2021. - Опубл. 22.03.2022, Бюл. № 9.
9. Опрышко Б.А., Швецов В.А., Белавина О.А. Унифицированный оголовок для наблюдательных скважин месторождений питьевых подземных вод // Водоснабжение и санитарная техника. - М., 2022. - № 9.
10. Уровнемеры скважинные, бесконтактные [Электронный ресурс] / ООО «ЛНК». - Пермь, 2023. - URL: https://loggers.ru/products/urovnemery-skvazhinnye-beskontaktnye/ (дата обращения: 20.02.2023).
