CC BY
24
------------------------------------------ © А.С. Хрулев, В.И. Салохин,
Д.В. Каналин, Д.В. Ларичев, 2005
УДК 69.035.4
А. С. Хрулев, В.И. Салохин, Д.В. Каналин, Д.В. Ларичев
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОДЪЕМА ОСАДКА НЕРАСТВОРИМЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В КАМЕННОЙ СОЛИ
Семинар № 15
Яерастворимые включения в каменной соли оказывают влияние на техникоэкономические показатели создания в ней подземных резервуаров геотехнологическим методом. Особенно это проявляется при ограниченной мощности соляных пластов. Традиционно образующийся при растворении соли рассол отбирается у дна подземной выработки, где скапливаются нерастворимые включения. По мере их накопления башмак рассолоподъемной колонны труб перекрывается осадком, что заставляет приподнимать колонну. Осаждение нерастворимых включений и подъем рассольной колонны приводят к потере рабочего интервала в соляной залежи, сокращению полезного объема выработки и, в итоге, к увеличению затрат и продолжительности строительства. Поэтому повышение степени извлечения осадка из подземных выработок при их сооружении представляется актуальной задачей.
Утилизация поднимаемых с рассолом на земную поверхность нерастворимых включений обычно сводится к их захоронению. При этом затраты по захоронению могут быть значительными. Технико-экономичес-кий анализ условий площадки Волгоградского ПХГ показал, что при создании подземных резервуаров наиболее целесообразно 90 - процентное извлечение осадка при захоронении его на площадке строительства и около 50 % - при захоронении на областном полигоне.
Степень извлечения осадка при создании подземных резервуаров определяется схемой подачи воды и подъема рассола на поверхность, присутствием в подземной выработке жидких и газообразных веществ с различной плотностью и при разных давлениях, глубиной скважины, неравномерным содержанием нераство-
римых включений и большими сроками строительства.
Повышение степени извлечения осадка потребовало разработки специального скважинного устройства. В качестве прототипа был выбран применяемый при скважинной гидродобыче полезных ископаемых эрлифтный снаряд с кольцевой подачей воды в зону всасывания [1], который обеспечивает устойчивый подъем песков при завале нижней части на высоту до десяти метров.
Устройство для подъема осадка из подземных выработок разрабатывалось с учетом особенностей строительства подземных резервуаров в каменной соли. Отличие его от прототипа состоит в том, что кольцевой наконечник в верхней части связан с рассолом, находящимся в выработке выше уровня осадка, и в качестве подъемного трубопровода используется рассольная колонна (рис. 1).
На моделях разработанного устройства проводились лабораторные и натурные исследования по подъему осадка, позволившие оценить возможности и параметры устройства.
Программа лабораторных исследований предусматривала использование трех моделей подземного резервуара, оснащенного устройством для извлечения осадка (кольцевого наконечника). На первом этапе использовалась модель (рис. 2) для определения параметров работы устройства при различном положении нижнего торца кольцевого наконечника относительно башмака рассолоподъемной колонны. Наконечник устанавливался на колонне таким образом, чтобы его нижний торец был на 10, 20 и 40 мм ниже, на одном уровне и на 20 и 40 мм выше башмака пульпоподъемной колонны. Отбор проб пульпы проводился непрерывно в те-
Смесь рассола с нерастворимым
чение всех опытов по мере заполнения мерных сосудов.
На моделях разработанного устройства проводились лабораторные и натурные исследования по подъему осадка, позволившие оценить возможности и параметры устройства.
Программа лабораторных исследований
Рис. 1. Принципиальная схема устройства для подъема осадка из сооружаемого подземного резервуара
предусматривала использование трех моделей подземного резервуара, оснащенного устройством для извлечения осадка (кольцевого наконечника). На первом этапе использовалась модель (рис. 2) для определения параметров работы устройства при различном положении нижнего торца кольцевого наконечника относительно башмака рассолоподъемной колонны. Наконечник устанавливался на колонне таким образом, чтобы его нижний торец был на 10, 20 и 40 мм ниже, на одном уровне и на 20 и 40 мм выше башмака пульпоподъемной колонны. Отбор проб пульпы проводился непрерывно в течение всех опытов по мере заполнения мерных сосудов.
Результаты лабораторных опытов представлены на рисунках 3 - 5. Как видно из графиков, в процессе подъема происходит рост производительности по извлекаемому осадку (рис. 3). Масса извлекаемой пульпы при всех положениях кольцевого наконечника различается незначительно (рис. 4). Максимальная производительность по массе извлекаемого осадка обеспечивается при установке наконечника выше башмака пульпоподъемной колонны. На рис. 5 показано изменение отношения жидкого к твердому в зависимости от положения наконечника на пульпоподъемной колонне. При расположении наконечника на 40 мм выше башмака пульпоподъемной колонны наблюдалось ее зашламование.
Таким образом, изменяя положение кольцевого наконечника на рассолоподъемной колонне, можно менять содержание взвеси в поднимаемом на поверхность рассоле. Однако существуют отметки, выше которых размещение устройства для подъема осадка на рассольной колонне нецелесообразно из-за возможности ее зашламования.
Рис. 2. Схема лабораторной установки для исследования подъема осадка из подземного резервуара
Для исследования процесса забора грунта была создана модель (рис. 6), в которой рассолоподъемная колонна соединялась с всасывающей линией насоса через накопительную емкость. Кольцевой наконечник перфорировался для возможности забора рассола непосредственно над уровнем осадка.
При положении нижнего конца перфорированного наконечника на уровне или ниже башмака рассолоподъемной колонны обеспечивается стабильный забор грунта с отношением т:ж = 1:4 и менее. В процессе удаления осадка в районе башмака рассолоподъемной колонны образуется воронка всасывания с углом естест-
Рис. 3. Динамика изменения производительности подъема осадка по объему гидросмеси
Рис. 4. Изменение производитель-
ности установки по гидросмеси и твердому от положения кольцевого наконечника относительно башмака рассолоподъемной колонны
Рис. 5. Изменение плотности гидросмеси от положения кольцевого наконечника
венного откоса. При этом расстояние между нижним концом перфорированного наконечника и осадком составляет около диаметра рассольной колонны. Испытания также показали, что в процессе откачки ни отверстия перфорации, ни кольцевой зазор не забиваются песчаным материалом. При значительной высоте осадка вокруг перфорированного наконечника процесс удаления осадка происходит без осложнений. Расчет воронки всасывания при заборе осадка рассолоподъемной колонной диаметром 114 мм и такой же колонной с наконечником из трубы 168 мм показывает, что при использовании кольцевого наконечника диаметр воронки всасывания увеличивается с 0,86 до 1,59 м, а глубина воронки с 0,14 до 0,27 м.
Таким образом, применение кольцевого наконечника при большой высоте осадка над башмаком рассолоподъемной колонны кроме устойчивого всасывания увеличивает в 2 раза размеры воронки всасывания.
Во время натурных испытаний проверялись технические решения по конструкции скважинного устройства для подъема нерастворимых включений из затопленной выработки при большой мощности осадка в условиях приближенных к реальным.
Испытания проводились на базе плавучей гидроэлеваторной установки на обводненном карьере по добыче песчано-гравий-ных смесей.
Программа исследований предусматривала определение параметров подъема осадка не-
растворимых включений при использовании рассолоподъемной колонны и разработанного всасывающего устройства как в процессе создания подземного резервуара в каменной соли, так и по окончании его строительства.
При проведении испытаний по схеме без кольцевого наконечника на нижнюю часть гидроэлеватора устанавливался всасывающий наконечник в виде трубы диаметром 127 мм и длиной 5 м. Затем на нижнюю часть гидроэлеватора устанавливалось всасывающее устройство с кольцевым наконечником (рис. 7).
Всасывающее устройство состояло из соосно расположенных труб диаметром 127 и 152 мм. Нижние торцы труб находились на одном уровне. Наружная труба перфорировалась уз-
Рис. 6 Модель для исследования процесса забора грунта с помощью кольцевого наконечника
кими вертикальными щелями. Перфорация начиналась у верхнего торца трубы и заканчивалась на расстоянии 1 м от нижнего торца трубы. В межтрубном пространстве неперфорированной части устанавливались спирали из проволоки.
При погружении всасывающего устройства в осадок вода, находящаяся выше осадка, поступает через перфорированные щели в межтруб-ное пространство и на выходе образует закрученный поток, размывающий осадок по периметру нижнего торца. Взвешенные нерастворимые частицы всасываются в центральную трубу диаметром 127 мм и поднимаются гидроэлеватором на поверхность. Анализ результатов испытаний при стационарном положении рассолоподъемной колонны позволяет сделать некоторые выводы.
При положении торцов рассолоподъемной колонны и перфорированного кольцевого наконечника на одной отметке обеспечивается подъем гидросмеси из нерастворимых включений и рассола. Максимальная плотность всасываемой гидросмеси достигала 1,5 т/м3 (т:ж=1:1). Это свидетельствует о правильном выборе соотношения диаметров внутренней рассолоподъемной колонны (0 127 мм) и внешнего кольцевого наконечника (0 168 мм), обеспечивающем поступление в зону всасывания достаточного количества жидкости.
Включение пульпоподъемного устройства в работу после остановки и образовании вокруг всасывающего наконечника осадка на высоту несколько метров не приводит к образованию пробки в зоне всасывания и в рассолоподъемной колонне.
Скорость воды на выходе из кольцевого наконечника при рас-
Рис. 7. Схема установки для натурных исследований подъема осадка
Т
^сРїІ''
— ЧУ
ч
ходе около 100 м3/ч составляет около 5 м/с, что, с учетом создания закрученного потока, обеспечивает размыв осевших нерастворимых включений и равномерное поступление осадка в зону всасывания. Об этом свидетельствует стабильная концентрация твердого в поднимаемой гидросмеси и объем поднятого осадка с образованием воронки всасывания в виде конуса с углом естественного откоса около 400.
При начальном уровне осадка в 3-4 м над нижним торцом кольцевого наконечника в
процессе работы устройства не происходит забивки щелевой перфорации частицами нерастворимых включений при ширине перфорационных щелей 3-5 мм и длине 200 мм.
Разработанное устройство может быть рекомендовано к применению при строительстве геотехнологическим способом подземных резервуаров в каменной соли, содержащей нерастворимые включения.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------
Хрулев А.С. - доктор технических наук, вед. научный сотрудник,
Салохин В.И. - кандидат технических наук, зав. лаб. строительства ПХГ, Каналин Д.В. - научный сотрудник,
Ларичев Д.В. - научный сотрудник,
ООО «Подземгазпром».
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ ТРАНСПОРТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ» (ГУП «ИПТЭР»)
КАЛАЧИНСКОВ Михаил Викторович Оценка степени износа и остаточного ресурса дымовых и вентиляционных труб газоперерабатывающих предприятий 05.26.03 к. т. н.
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГАЗАРОВ Аленик Григорьевич Разработка методов снижения износа штангового насосного оборудования в наклоннонаправленных скважинах 05.02.13 к. т. н.
ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН
ЮРЧЕНКО Василий Алексеевич Разработка анкерной крепи на основе минеральных закрепителей 25.00.22 к. т. н.
