Обоснование конструкции и способа функционирования самоочищающихся фильтров скважинных насосных установок горных предприятий
Д.С. Грибов1, К.А. Просовский1, Д.И. Шишлянников2, В.К. Картавцев2, Д.А. Ситников2
1 АО «ВНИИ Галургии», г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
2 Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация
Горная Промышленность №2 / 2025 стр.74-80
Резюме: Широкое применение открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых обусловливает необходимость повышения эффективности технологий и совершенствования оборудования для снижения уровня грунтовых вод. Неблагоприятные гидрогеологические условия определяют уменьшение производительности выемочно-погрузочных и транспортирующих машин карьеров и разрезов. Одним из способов управления уровнем грунтовых вод является устройство водопонижающих скважин, оборудованных погружными установками электроцентробежных насосов. Существенное содержание механических примесей в откачиваемой скважинной жидкости – гидроабразивной смеси – обусловливает необходимость использования погружных насосов в износостойком исполнении, оснащенных входными фильтрами. Кольматация фильтров вследствие образования механических отложений на фильтрующих поверхностях приводит к отказу погружных насосных установок и необходимости выполнения спускоподъемных операций для регенерации и восстановления проницаемости фильтроэлементов. В статье приведены основные сведения об устройстве водопонижающих скважин. Описаны особенности процесса гидроабразивного износа рабочих ступеней погружных электроцентробежных насосов. Обоснованы технические решения конструкции самоочищающегося фильтра и удлинителя колонны насосно-компрессорных труб скважинной насосной установки. Показано, что за счет возвратно-поступательного перемещения погружного насосного оборудования в водопонижающей скважине возможно реализовать упругую деформацию фильтроэлемента входного фильтра установки. При деформации фильтроэлемента и изменении размеров щелей, пропускающих жидкость, осуществляется разрушение механических отложений на поверхности фильтроэлемента, что позволяет восстановить его проницаемость и работоспособность. Предлагаемые в статье технические решения также могут быть использованы для горных предприятий, осуществляющих добычу полезных ископаемых подземным способом (калийные руды, апатит-нефелиновые руды, руды черных и цветных металлов и т.д.), при строительстве и реконструкции объектов их поверхностного комплекса, расположенных на участках, для которых характерен повышенный уровень грунтовых вод. Кроме того, данные технические решения могут быть актуальны для насосного оборудования, применяемого при скважинном методе добычи полезных ископаемых.
Ключевые слова: скважинная насосная установка, самоочищающийся фильтр, механические примеси, кольматация, гидроабразивный износ, насосно-компрессорный трубопровод, водопонижение, удлинитель колонны труб
Благодарности: Исследования выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2023-0005).
Для цитирования: Грибов Д.С., Просовский К.А., Шишлянников Д.И., Картавцев В.К., Ситников Д.А. Обоснование конструкции и способа функционирования самоочищающихся фильтров скважинных насосных установок горных предприятий. Горная промышленность. 2025;(2):74–80. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2025-2-74-80
Информация о статье
Поступила в редакцию: 13.01.2025
Поступила после рецензирования: 03.03.2025
Принята к публикации: 05.03.2025
Информация об авторах
Грибов Дмитрий Сергеевич – начальник горного отдела, АО «ВНИИ Галургии», филиал в г. Санкт-Петербурге, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация; e-mail: dmitriy.gribov@mail.ru
Просовский Константин Александрович – ведущий инженер, АО «ВНИИ Галургии», филиал в г. Санкт-Петербурге, г. Санкт-Петербург, Российская Федерация
Шишлянников Дмитрий Игоревич – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация
Картавцев Вадим Кириллович – инженер кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация
Ситников Дмитрий Александрович – лаборант кафедры горной электромеханики, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь, Российская Федерация
Список литературы
1. Morrison G., Chen Y., Steck D., Chen Y., Bai C., Patil A. Effect of gas presence on erosive wear of split-vane electrical submersible pump. In: Proceedings of the 33rd International Pump Users Symposium. Houston, Texas; 2017, pp. 80–86.
2. Wang Y., Li W., He T., Liu H., Han C., Zhu Z. Experimental study on the influence of particle diameter, mass concentration, and impeller material on the wear performance of solid – liquid two-phase centrifugal pump blade. Frontiers in Energy Research. 2022;10:893385. https://doi.org/10.3389/fenrg.2022.893385
3. Perissinotto R.M., Verde W.M., Biazussi J.L., Bulgarelli N.A.V., Fonseca W.D.P., de Castro M.S. Flow visualization in centrifugal pumps: A review of methods and experimental studies. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021;203:108582. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2021.108582
4. Халифа А.А., Бажин В.Ю., Устинова Я.В., Шалаби М.Э. Изучение особенностей кинетики процесса получения окатышей из красного шлама в потоке водорода. Записки Горного института. 2022;254:261–270. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.18 Khalifa A.A., Bazhin V.Y., Ustinova Y.V., Shalabi M.E. Study of the kinetics of the process of producing pellets from red mud in a hydrogen flow. Journal of Mining Institute. 2022;254:261–270. https://doi.org/10.31897/PMI.2022.18
5. N.A.V. Bulgarelli, J.L. Biazussi, W.M. Verde, C.E. Perles, de Castro M.S., Bannwart A.C. Experimental investigation on the performance of Electrical Submersible Pump (ESP) operating with unstable water/oil emulsions. Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021;197:107900. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107900
6. Gorlov I., Ivanov S., Knyazkina V., Iakupov D. Device for integrated diagnostics of mining machines triboelements. E3S Web of Conferences. 2021;326:00001. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202132600001
7. Данченко Ю.В., Сергиенко А.В. Самоочищающийся скважинный фильтр. Патент №RU 2618248 C1, Российская Федерация; заявл. 28.04.2016; опубл. 03.05.2017, Бюл. №13.
8. Хафизов В.М., Суходеев А.В., Чалдаев С.А. Самоочищающийся фильтр для защиты УЭЦН. Патент №RU 2792939 С1, Российская Федерация; заявл. 24.05.2022; опубл. 28.03.2023, Бюл. №10.
9. Яруллин А.Г., Латыпов Н.М., Висковатых Е.Н., Новиков Е.А. Самоочищающийся скважинный фильтр и способ его промывки без извлечения. Патент №RU 2789218 С1, Российская Федерация; заявл. 21.02.2022; опубл. 31.01.2023, Бюл. №4.
10. Картавцев В.К., Шишлянников Д.И., Зверев В.Ю., Коротков Ю.Г., Шишлянников В.И., Свольская О.И. Щелевой фильтр. Патент № RU 2811164 С1, Российская Федерация; заявл. 30.05.2023, опубл. 11.01.2024, Бюл. №2.
11. Шишлянников Д.И., Картавцев В.К., Дрёмина Д.И., Коротков Ю.Г., Шишлянников В.И. Удлинитель колонны насосно-компрессорных труб. Патент №RU 2811050 С1, Российская Федерация; заявл. 27.03.2023, опубл. 10.01.2024, Бюл. №1.
12. Орлов П.И. Основы конструирования. М.: Машиностроение; 1988. Кн. 2. 544 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/YTwOSVSmdare1 (дата обращения: 21.02.2025).
