Процесс подъема полезного ископаемого (часть 1)

Разработка месторождений полезных ископаемых геотехнологическими методами связана с подъемом извлекаемых флюидов на поверхность через скважины. Процесс подъема может происходить за счет энергии нагнетаемого рабочего агента (например, подземное растворение солей) или за счет вводимой в скважину энергии сжатого воздуха или газа (например, подземная выплавка серы и др.), или погружными насосами и гидроэлеваторами.
Баланс энергии добычной скважины выражается в виде равенства

где энергия: Эпл — пластовая; Эв — вводимая в скважину; Э1 — затрачиваемая на подъем; Э2 — расходуемая на трение; Э3 — уносимая из скважины.
За счет пластовой энергии уровень откачиваемой жидкости в скважине будет равен гидростатическому напору

где hп — высота подъема жидкости от забоя до динамического уровня; Р3, Ру — соответственно давление на забой и устье скважины.
Если давление на устье скважины больше атмосферного, скважина может фонтанировать только за счет гидростатического напора. При этом давление на забой будет уравновешиваться давлением столба жидкости в скважине, гидравлическими потерями на трение при движении Ртр и противодавлением на устье, т. е.

Величина Ртр определяется по формуле

где λ — коэффициент гидравлических сопротивлений; hс — глубина скважины; dк — диаметр трубопровода, м.
В практике геотехнологических методов нет скважин, которые бы фонтанировали только за счет гидростатического давления пласта, зато часто подъем полезного ископаемого осуществляется за счет нагнетания в разрабатываемую залежь рабочих агентов в данную и соседние скважины. В этом случае энергия на забое скважины складывается из пластовой энергии до разработки плюс энергия, вводимая в скважину нагнетаемым рабочим агентом.
В пластовых водах, а также в откачиваемых рабочих агентах содержится некоторое количество свободного газа, образующегося в результате взаимодействия с горными породами. Этот газ при движении к поверхности изотермически расширяется с выделением энергии Эс. г

де G — объем газа, выделяющийся с 1 т поступившего к забою продукта, м3.
Кроме того, в продукте всегда содержится некоторое количество растворенного газа, который будет выделяться по мере падения давления от забоя к устью.

---