Схемы и принцип действия эрлифта
Эрлифты или воздушные водоподъемники находят широкое применение для кратковременных откачек воды из скважин, а также при скважинной гидродобыче песка. Сравнительно низкий к.п.д. (~20%) эрлифта не позволяет использовать его для постоянной эксплуатации водозаборных скважин за исключением случаев откачки воды из пескующих скважин, где другие насосы быстро выходят из строя. Эрлифты применяются и для других целей, например, для формирования обратного потока промывочной жидкости при бурении скважин большого диаметра.
Несмотря на низкий к.п.д., эрлифты имеют существенные преимущества перед другими видами насосов. Эти преимущества сводятся к следующему:
– простота устройства и монтажа, отсутствие в скважине движущихся частей и механизмов;
– возможность использования водоподъемника в пескующих и искривленных скважинах;
– высокая производительность водоподъемника при сравнительно малом диаметре водоподъемных труб;
– сравнительно большой диапазон высоты подъема воды;
– возможность использования колонны обсадных труб в качестве водоподъемных (при определенных условиях);
– при необходимости возможность подачи воздуха одновременно от одной компрессорной станции к нескольким скважинам.
Эрлифт (рис. 9.1) состоит из компрессора 1, воздухоподающих 2 и водоподъемных 3 труб, смесителя (форсунки) 4. Воздушно-водяная смесь (эмульсия), поднимаемая по водоподъемным трубам 3, направляется в отстойник (дегазатор) 5. Смеситель, воздухоподающие и водоподъемные трубы размещаются в обсадной трубе 6 или непосредственно в скважине при устойчивых её стенках.
Принцип действия эрлифта основан на законе сообщающихся сосудов, согласно которому положение уровней жидкости при разном их удельном весе неодинаково, причем жидкость меньшего удельного веса имеет более высокий уровень. В данном случае одним сосудом является скважина (обсадная труба 6), заполненная водой, уровень жидкости в которой соответствует динамическому уровню, а другим сосудом – водоподъемные трубы 3, заполненные более легкой водовоздушной смесью, уровень которой соответствует уровню излива. Благодаря непрерывному поступлению сжатого воздуха от компрессора, в районе смесителя 4 образуются новые и новые порции воздушноводяной смеси и непрерывное её поступление до уровня излива. Вода для образования воздушноводяной смеси поступает через нижний край водоподъемных труб. Нижний край водоподъемных труб должен располагаться от смесителя на расстоянии "в" с целью предупреждения выхода воздуха в затрубное пространство и на расстоянии "с" от забоя скважины для обеспечения свободного поступления воды из скважины в водоподъемную трубу.
Для нормальной работы эрлифта смеситель должен быть опущен в скважину ниже уровня воды на такую глубину, чтобы столб воздушноводяной смеси был уравновешен значительно выше уровня излива. Только в этом случае ему будет сообщено движение вверх.
В зависимости от расположения воздухопроводных и водоподъемных труб в скважине, различают две основных схемы эрлифта. По первой схеме "рядом" трубы располагают параллельно (эксцентрично) (рис. 9.1). Достоинством этой схемы является большое проходное отверстие для подъема водовоздушной смеси, благодаря чему снижаются гидравлические сопротивления, требуются меньшее давление и расход воздуха. Эрлифт, смонтированный по первой схеме, обладает большей производительностью при одних и тех же параметрах компрессора. К недостаткам схемы эрлифта "рядом" следует отнести меньшую технологичность монтажа и потребность в большем диаметре эксплуатационной колонны.
По второй схеме "внутри" трубы располагают концентрично (рис. 9.2). При этом монтаж эрлифта может быть выполнен в различных вариантах. Первый вариант (рис. 9.2, а) наиболее прост. В обсаженную скважину опускают воздухопроводные трубы со смесителем в нижней части. По этому варианту эрлифт может быть смонтирован при определенном соотношении диаметров обсадных и воздухопроводных труб.
По второму варианту (рис. 9.2, б) в обсаженную или необсаженную скважину опускают водоподъемные трубы, внутрь которых опускают воздухоподающие трубы со смесителем.
Третий вариант (рис. 9.2, в) предусматривает спуск в скважину концентрично двух колонн труб, причем воздух подается в межтрубное пространство, а воздуховодная смесь поднимается по центральной трубе.
В практике в большинстве случаев используют центральную схему расположения труб по варианту "а" или "б" (рис. 9.2), как наиболее технологичную. В качестве воздухопроводных труб вместо металлических труб часто используют резиновые шланги. Это сокращает время на спуск и подъем труб для подачи воздуха.
На устье скважины при монтаже эрлифта устанавливается оголовок со штуцером, через который вводится пьезометрическая трубка для контроля за уровнем воды в скважине (на рис. 9.1, 9.2 не показано).
Смеситель (форсунка) представляет собою перфорированный отрезок трубы длиной 2,0…2,5 м. Диаметр отверстий 4…6 мм. Количество отверстий выбирается с таким расчетом, чтобы их суммарная площадь была не менее чем в 2 раза больше площади сечения воздухопровода в свету. Лучшее распыление воздуха в воде достигается при меньших отверстиях в форсунке.
