CC BY
19
© М.А. Перфильева, O.A. Хрулсва, 2012
УДК 622.271.6
М.А. Перфильева, О.А. Хрулева
СКВАЖИННЫЙ ГИДРОДОБЫЧНОЙ КОМПДЕКС ДДЯ ДОБЫЧИ ПЕСКА И СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДЗЕМНЫХ РЕЗЕРВУАРОВ В МНОГОДЕТНЕМЕРЗДЫХ ОСАДОЧНЫХ ПОРОДАХ
Рассмотрено оборудование для строительства подземных резервуаров, которое позволяет в сложных климатических условиях сделать процесс более экономичным и производительным, скважинный снаряд, используемый для размыва подземной полости.
Ключевые слова: скважина, гидродобыча, воздушно-паровая труба, зумпф.
Традиционная технологическая схема скважинной гидродобычи песка предусматривает оборотное водоснабжение с обезвоживанием поднимаемого скважинным снарядом песка на карте намыва и сбором воды в зумпфе, из которого насосом вода вновь подается на скважинный снаряд. В условиях короткого добычного сезона полуострова Ямал предложена технологическая схема с механичес-ким обезвоживанием песка на обогреваемой установке, позволяющая вести добычу при отрицательных температурах и существенно продлить добычной сезон.
В состав технологической схемы (рис. 1) входит: скважинный снаряд с платформой управления 1, передвижная парогенераторная установка 2, компрессор 3, обезвоживатель гидросмеси с насосом оборотной воды и винтовым конвейером 4, временный склад обезвоженного песка 5, бульдозер 6, автоцистерна 7, емкость для воды 8 с подпиточным насосом 9, дизельная электростанция 10 и емкость для дизтоплива 11.
Процесс создания подземного резервуара происходит следующим образом: теплоноситель (пар) от паро-генераторной установки 2 подается в
скважинный снаряд 1. Парогенера-торная установка вырабатывает пар с температурой 150 °С, который подается в скважину. В результате теплообмена с мерзлыми породами, происходит оттаивание песчаных отложений. Оттаявший песок опускается на дно образующейся подземной камеры. Вода, подаваемая в нижнюю часть скважинного снаряда 1 от насоса оборотной воды обезвоживате-ля 4, взвешивает оседающий на дне камеры песок, который поднимается в виде гидросмеси на поверхность. Подъем гидросмеси песка осуществляется эрлифтным способом, для чего в скважинный гидродобычной снаряд 1 подается сжатый воздух от компрессора 3. Поднятая снарядом 1 гидросмесь песка направляется в обезвоживатель 4, в котором производится отделение песка от жидкой фазы гидросмеси. Жидкая фаза насосном оборотной воды направляется в скважинный снаряд 1 , а песок винтовым конвейером обезвоживате-ля выгружается на поверхность полигона и, с помощью бульдозера 6, размещается на складе песка 5. Для поддержания заданного уровня воды в подземном резервуаре при выемке песка производится ее подкачка в
Рис. 1. Технологическая схема строительства подземного резервуара с механическим обезвоживанием песка
бункер обезвоживателя 4 насосом оборотной воды с расходом, равным производительности снаряда по извлекаемому песку.
В ходе проведения работ были разработаны и испытаны в промышленных условиях различные конструкции эрлифтного гидродобычного оборудования.
На рис. 2 дана схема экспериментального образца скважинного секционного снаряда.
Агрегат состоял из нижней секции и 4 промежуточных секций, в виде-параллельно расположенных возду-хопо дающей, водоподающей, паро-подающей и пульпоподьемной труб и верхнего оголовка.
Нижняя секция имела подвижный гидромониторный ствол, держатель ствола, тягу, воздушно-паровую трубу и пульпоподьемную трубу. Гидромониторный ствол длиной 3 м с насадкой диаметром 45 мм соединен с во-
доподающей трубой поворотным коленом. Стык герметизирован резиновым кольцом и зафиксирован винтом, обеспечивающим механическое соединение ствола и его держателя. Вывод ствола в горизонтальное положение осуществлялся перемещением водяной трубы по трубе держателя ствола через тягу. В верхней части держателя выполнены уплотнитель-ные элементы для герметизации водяной трубы. Перемещение водопо-дающей колонны вверх позволяет менять угол вывода ствола от 0°до 100°. Воздушно-паровая труба состоит из паровой трубы, вставленной в воздушную трубу. Пароподающая труба заканчивается отводом для горизонтальной подачи пара непосредственно в подземный резервуар. Торец воздухоподающей трубы заглушен и приварен к паровой трубе. В нижней секции воздушная труба имел щелевую форсунку, связанную с пульпо-
подъемной трубой. Пульпоподъем-ная труба, выступала относительно гидромониторной насадки на 200 мм, предохраняя ствол от обрушений внутри резервуара и обеспечивая ему свободный выход в горизонтальное положение в подземной камере.
Верхняя секция пульповой трубы заканчивалась фланцем, соединенным с ответным фланцем отвода, на котором хомутами закреплен гофрированный рукав, обеспечивающий горизонтальный слив пульпы на карту намыва песка. Для удобства монтажа и демонтажа верхняя водоподающая труба соединена с отводом накидной гайкой. На отводе водяной трубы имелись проушины для захвата и вертикального перемещения водяной колонны с гидромониторной насадкой. К ниппелю отвода водоподающей трубы хомутами крепится рукав, соединенный с насосом для нагнетания воды через водоподающую колонну непосредственно в подземную полость. В верхней части воздушно-паровой трубы с боку установлен ниппель для подвода воздуха по межтрубью. Пароподающая труба заканчивается фланцем, к которому стыкуется фланцевый отвод. К нему хомутами крепится рукав, по которому от парогенератора подается пар до 200 °С.
Промежуточные секции, состоящие из воздушной, паровой, водяной и пульповой труб, стыкуются между собой, а также с нижней секцией и оголовком с помощью муфт. Трубы, входящие в состав промежуточных секций паро-водя-ного эрлифтного снаряда, фиксируются общим хомутом при монтаже агрегата в скважину.
Испытание оборудования выявило ряд недостатков данной конструкции. Основной из них — низкая производительность по гидросмеси из-за малого проходного сечения пульпоподъемной трубы (диаметр 168 мм).
Для промышленной скважинной гидродобычи песка на основании данных, полученных при испытании экспериментального образца сква-жинного оборудования, была разработана конструкция с увеличенным проходным сечением пульпоподъем-ной трубы.
Снаряд скважинный секционный 3 состоит из хвостовика Ш245 мм и длиной 4 м, соединенного с двумя колоннами труб Ш114х7 мм, одна из которых является водопо-дающей, а вторая служит для подачи воздуха. Для подачи в скважину пара внутри воздухоподающей колонны размещена колонна труб Ш60х4 мм, нижний конец которой соединен с хвостовиком. Водопо-дающая, воздухоподающая и паро-подводящая колонны труб снабжены стандартными муфтовыми соединениями. Подвижный хвостовик, закрепленный на нижнем конце водоподающей колонны, посредством которой его поднимают и опускают в процессе создания резервуара, служит для предотвращения образования песчаных завалов (пробок) при работе эрлифта.
В верхней части снаряд имеет пуль-поподъемную трубу Ш273х8,9 мм с воздухоотделителем, выполненным из трубы Ш426 мм, через который перемещаются колонны труб Ш114 мм и пароподающая труба. В нижней части воздухоотделителя выполнен патрубок с гофрированным шлангом диаметром 150 мм для отвода поднятой гидросмеси.
№ п/п Фракция, мм Содержание,%
1 4—3 0,03
2 3—1 0,13
3 1—0,5 0,05
4 0,5—0,25 0,32
5 0,25—0,1 74,78
6 0,1—0,063 18,11
7 < 0,063 6,58
Итого 100
Таблица 2
№п/п Наименование продукта Выход % Произв. по сухому весу, т/ч Произв. по влажному весу, т/ч Произв. по сухому весу, тыс. т/год Произв. по влажному весу, тыс. т/год
1 Песок 95,7 28,7 35,87 126,567 158,186
Воздух^
Воздух | ||—Д
У
Вода
Пупыта
0273
А
Рис. 2. Экспериментальный эрлифтный рис. 3. Промышленный скважинный снаряд снаряд
Рис. 4. Технологическая схема обезвоживания
В табл. 1 представлен фракционный состав песка в гидромиеси при опытной добыче песка из подземного резервуара 65-ШР Бованенковского НКГМ.
Содержание крупных включений растительного происхождения — до 1 %.
Песок относится к группе «очень мелкий», т.к. модуль его крупности Мк составляет 1,0—1,5, содержание глинистых фракций в пробе составляет 6,58 %.
Таким образом, данный песок без классификации не может использоваться в качестве мелкого наполнителя при производстве цементных растворов и различного рода бетонных работ и используется для отсыпки дорог.
Схема технологического процесса обезвоживания водно-песчаной пульпы — гидросмеси предусматривает следующие операции (рис. 4):
• классификация и обезвоживание песчаной гидросмеси на дуговом, вибрационном ситах (1 стадия);
• классификация и сгущение под-решетных продуктов в гидроциклонных установках ГЦЧ-360 и ГЦЧ-150 и обезвоживание на вибрационном сите (2 стадия).
Водно-песчаная пульпа, поднятая эрлифтом из камеры, трубопроводом подается на дуговое сито обезвожи-вателя. На дуговом сите 2 происходит сброс воды и классификация песка по крупности 0,3 мм. Надрешетный продукт поступает на вибрационное сито 3 и после обезвоживания продукт крупностью + 0,16 мм сбрасывается на винтовой конвейер 6 и далее направляется на складирование и отгрузку. Подрешетные продукты обеих сит поступают в зумпф емкостью 6 м3 и далее насосом 5 на классификационный гидроциклон 7. Сгущенный
продукт гидроциклона самотеком подается на сито вибрационное 8, а слив 7 в зумпф 9. Зумпф разделен на 2 камеры — 9/1,2. В первую половину зумпфа 9/1 кроме слива поступает подрешетный продукт сита 8. Из зумпфа насосом поз. 10 слив подается на банку из 6 гидроциклонов ГЦЧ 150, где происходит доочистка загрязненной воды от глинистых примесей и тонкодисперсного песка до зерна 0,08 мм. Сгущенный продукт поступает на винтовой конвейер поз. 6, а слив в зумпф поз.9/2 и далее насосом поз. 12 направляется для подпитки в технологию гидродобычи песка.
Баланс продуктов переработки представлен в табл. 2.
Для более тщательной очистки воды от глинистых примесей и тонкодисперсного песка до зерна 0,05 мм возможно применение центрифуг для обезвоживания песка, где под действием центробежных сил происходит обезвоживание.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Особенностью таких центрифуг являются небольшие габариты.
Существуют также центрифугаль-ные установки для обезвоживания. Использование таких установок в комплексе с виброситом позволяет удалять частицы крупностью до 0,01 мм.
Подводя итог можно сказать, что используемое оборудование для строительства подземных резервуаров позволяет в сложных климатических условиях сделать процесс более экономичным и производительным. Скважинный снаряд, используемый для размыва подземной полости, представляет собой систему труб, вложенных друг в друга. Паропровод (Ш60 мм), оказывающий наибольшее тепловое воздействие, размещен в воздуховоде (Ш114 мм), который, в свою очередь, находится в пульпопроводе (Ш273 мм). Такое конструктивное решение снижает тепловую нагрузку на мерзлые грунты на стенках скважины. ШИЗ
Перфильева Маргарита Александровна — технолог, Хрулева Ольга Алексеевна — ведущий конструктор, «Подземгазпром».
А
Жучка - за внука, внука - в науку. 306
