Эрлифтные снаряды

где Uподв – скорость в подводящем трубопроводе, м/с; 
С – коэффициент сопротивления при движении твердого тела в воде.

·  Коэффициент полезного действия определяется по формуле 2.33:

где ηэ – КПД эрлифта, отн.ед.

Данная методика позволяет произвести расчет лишь со следующими ограничениями  и допущениями:

• величина среднего диаметра твердого материала не должна превышать 1/3 диаметра подъемной трубы;
• плотность пульпы должна быть не более 1350 кг/м³;
• начальная скорость движения гидросмеси составляет до 0,5 м/с;
• относительное погружение смесителя должно находиться в интервале 0,1-0,5.

Кроме вышеперечисленного разработчиком  были учтены возможности использования  различных компоновок эрлифтного снаряда (диаметры труб, толщина стенок, длины труб, типов их соединений и т.п.), реальные условия работы установок, в зависимости от типов применяемых растворов и пород.

Вторая же программа выполняет расчет по методике Игнатова А.В. В отличии от первой эта программа позволяет определить не только основные параметры эрлифта, но и установить зависимости массовой производительности эрлифта (фактически подачи эрлифта) от различных входящих факторов, таких как : высота уровня жидкости, высота подъема, геометрическое погружение смесителя, плотностей жидкости и горных пород, длины "хвостовика" и т.п. Данная методика состоит из 20-30 формул, приведение которых в настоящем разделе не представляет необходимости. Кроме этого данная методика, также как и первая, была откорректирована, с учетом гидравлических сопротивлений в бурильных трубах и их соединениях.

 

НЕПОСРЕДСТВЕННАЯ РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА

Эрлифтный буровой снаряд относится к механизмам, работающим на сжатом воздухе. Принципиальная схема бурения с помощью эрлифтного бурового снаряда показана на рис. 1.1. Эрлифтный насос устанавливается в скважине 9 в районе залегания динамического уровня жидкости. Вращение к колонковой трубе и породоразрушающему инструменту передаётся от бурового станка через ведущую трубу 4, колонну бурильных труб 5, воздузоподающие трубы 7, колонну бурильных труб 10.

Разрабатываемый эрлифтный снаряд (диаметром 114 мм) предназначен для бурения скважин технического назначения в условиях поглощения.

Сущность создания внутрискважинной обратной циркуляции с помощью эрлифтного насоса заключается в следующем. 
Компрессором 1 сжатый воздух подается по шлангу 3, через сальник-вертлюг 2, ведущую 4 и бурильные трубы 5 в воздухоподводящие трубы эрлифта 7. Внутри воздухоподводящих труб 7 концентрически размещены водоподъемные трубы 6, оканчивающиеся смесителем 8, который опускается ниже уровня жидкости в скважине 9.

Воздухоподводящие трубы 7, через колонну  бурильных труб связаны с колонковой трубой 12 и породоразрушающим инструментом 13. Для сбора выбуренного шлама, выше колонковой трубы 12 установлена закрытая шламовая труба 11.

При подаче сжатого воздуха в  смеситель 8, он смешивается там с  жидкостью, находящейся в трубах. При насыщении жидкости воздухом, ее удельный вес снижается, и возникает  перепад давления в сообщающихся каналах "труба-скважина". Смесь  воздуха и жидкости, впоследствие разности удельных весов в трубах и скважине поднимается от смесителя по водоподъемной колонне вверх и изливается в пространство между бурильными трубами 5 и стенками скважины 9. При этом жидкость из скважины 9 под действием гидростатического давления столба жидкости начинает перетекать внутрь колонковой 12 и бурильных труб 10, омывая забой и породоразрушающий инструмент. Таким образом осуществляется обратная циркуляция жидкости. При изливе водовоздушной смеси из водоподъемных труб 6, воздух отделяется от воды и поднимается к устью скважины, а вода изливается в скважину.

В конструктивном отношении эрлифтный буровой снаряд (Рис. 2) состоит из муфты 1, переходника 2, удлинителя 3, внутренних водоподъемных труб 4, наружных труб 5, патрубка 6 для соединения внутренних труб 4 в колонну длиной 9м, ограничителей 9 для удержания внутренних труб 4, штока 11 с тремя уплотнительными резиновыми кольцами 12, цилиндра 13, смесителя 14.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для предотвращения изгиба и поломок  внутренних труб 4 на соединительном патрубке 6 установлены три центрирующие планки 7. Наружные воздухоподающие трубы 5 соединяются между собой в свечи муфтами 8, а свечи свинчиваются муфтами 1 и ниппелями 10.

При свинчивании двух свечей (длиной по 9,6 м) между собой, шток 11 с резиновыми уплотнениями 12 одной из внутренних труб, входит в цилиндр 13 другой трубы  и, таким образом, осуществляется герметическое  уплотнение внутренних водоподъемных  труб.

Смеситель 14 представляет собой трубку, в которой просверлено 200 отверстий  диаметром 4 мм. Сборка и разборка двойной  колонны труб производится в мехмастерских после изготовления или на буровой при необходимости замены труб или их соединений. Сборка и разборка осуществляется обычными буровыми ключами.

Первая (верхняя) свеча собирается в следующем порядке:

• две внутренние трубы 4 соединяются между собой патрубком 6, на котором предварительно наварены по три центрирующие планки 7;
• одним концом труба 4 через удлинитель 3 соединяется с переходником 2;
• две наружные трубы 5 соединяются между собой муфтой 8 в свечу;
• на переходник 2 навинчивается муфта 8;
• собранная свеча одевается на внутренние трубы 4 и одним концом свинчивается с муфтой 8 переходника 2;
• на выступающий конец внутренней трубки 4 привариваются три ограничителя 9 и наворачивается шток 11 с установленными на нем резиновыми уплотнеными кольцами;
• на шток 11 одевается ниппель 10 и свинчивается с трубой 5.

На этом сборка первой свечи оканчивается.

Все средние (промежуточные) свечи  собираются в следующей последовательности:

• две внутренние трубы 4соединяются между собой патрубком 6, на котором предварительно наварены три центрирующие планки 7;
• две наружные трубы 5 соединяются между собой муфтой 8 в свечу и одеваются на свинченные внутренние трубы 4;
• ограничители 9 упираются в торец трубы 5 и привариваются к трубе 4;
• на один выступающий конец трубы 4 навинчивается цилиндр 13, а на другой – шток 11 с установленными на нем резиновыми кольцами 12;
• на цилиндр 13 одевается муфта 1 и свинчивается с трубой 5;
• на шток 11 одевается ниппель 10 и свинчивается с трубой 5.

Нижняя свеча (со смесителем) собирается аналогично средней, но без установки  штока 11 и резиновых уплотнений 12. 
Разборка свеч осуществляется в обратном порядке.

 

ОБЗОР ОСНОВНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Таким образом, подведя итоги разработки эрлифта можно сделать вывод, что были достигнуты улучшения в  конструктивном отношении эрлифта, которые способствуют повышению  надежности в эксплуатации, простоте сборки и разборки, уменьшению гидравлических сопротивлений в снаряде и  т.п.

В теоретической базе разработчиком  были учтены возможности использования  различных компоновок эрлифтного снаряда (диаметры труб, толщина стенок, длины труб, типов их соединений и т.п.), реальные условия работы установок, в зависимости от типов применяемых растворов и пород. Кроме этого методики были откорректированы путем учета гидравлических сопротивлений в бурильных трубах и их соединениях.

ПЕРСПЕКТИВА ДАЛЬНЕЙШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве дальнейших исследований планируется провести практические испытания эрлифтной установки, которые позволят определить достоверность результатов расчета разработанных программ. Кроме того существует необходимость рассмотрения вопроса о повышении производительности установки путем установления зависимости подачи эрлифта от плотности рабочей жидкости и геометрического погружения смесителя. Решение этого вопроса частично достигается использованием расчета параметров эрлифта по методике Игнатова А.В., однако для полного и достоверного решения необходимо более детальное изучение этой проблемы.

ЛИТЕРАТУРА

• Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.1. – 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. – М.: Машиностроение, 2001. – 920 с.: ил.
• Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.3. – 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. – 864 с.: ил.
• Пилипец В.И. Насосы для подъема жидкоси: Учебное пособие. – Донецк: 2000. – 244 с.
• Эрлифтные установки: Учебное пособие / Гейер В.Г., Козыряцкий Д.О., Ващенко В.С., Антонов Я.К. – Донецк: ДПИ, 1982, – 64 с.