Параметры работы эрлифтных снарядов при подъеме гидросмесей высокой плотности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

------------------------------------- © A.C. Хрулев, A.C. Тимонин,

Ю.Г. Шайкина, C.C. Роднов, 2007

УДК 622.241:532.542.7

А.С. Хрулев, А.С. Тимонин, Ю.Г. Шайкина,

С.С. Роднов

ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ ЭРЛИФТНЫХ СНАРЯДОВ ПРИ ПОДЪЕМЕ ГИДРОСМЕСЕЙ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ

Семинар № 18

Л ля решения задач добычи строительных песков и создания подземных хранилищ при освоении нефтяных и газоконденсатных месторождений Ямала целесообразно применение метода скважинной гидравлической добычи (СГД) песка из погребенных песчаных отложений. В качестве устройства для подъема песка с глубины 40-50 м наиболее эффективно применение эрлифта.

Особенностью технологического процесса скважинной гидравлической добычи песков в условиях вечной мерзлоты является накопление талого песка на дне камеры и большой коэффициент затопления эрлифта, что позволяет обеспечить высокую производительность эрлифтного подъема.

Целью данной работы является выбор технологических параметров и технических решений, обеспечивающих максимальную производительность эрлифта по твердому материалу при скважинной гидродобыче песка из мерзлых осадочных отложений.

В ходе выполнения работ решались следующие задачи:

• Исследование эрлифтного подъема гидросмеси различной плотности.

• Исследование грунтозабора при эрлифтном подъеме гидросмеси высокой плотности.

В качестве метода исследования был принят анализ результатов стендовых и натурных испытаний эрлифта и физическое моделирование процессов размыва и эрлифтного подъема песка в затопленных условиях.

Анализ параметров работы эрлифта показывает, что при увеличении плотности поднимаемой гидросмеси снижается величина максимальной производительности с одновременным увеличением расхода воздуха [1].

На рис. 1 и 2 показаны характеристики эрлифта диаметром 150 мм -зависимости производительности эрлифта по гидросмеси от расхода воздуха при разной плотности гидросмеси от 1 до 1,25 т/м3 и зависимость расхода воздуха при эрлифтировании от плотности гидросмеси.

При увеличении плотности эрлиф-тируемой гидросмеси возрастает производительность по твердому материалу и уменьшается количество воды, поднимаемой эрлифтом (рис.3).

Для исследования процесса подъема гидросмеси высокой плотности была проведена серия опытов на модельном эрлифте. Опыты проводились в большом диапазоне плотности гидросмеси от 1 т/м3 до 1,7 т/м3 . Во время опытов вода подавалась в зону всасывания эрлифта.

Рис. 1. Зависимость производительности эрлифта по гидросмеси от расхода воздуха: 1 - р = 1,0 т/м3; 2 - р = 1,15 т/м3; 3 - р = 1,25 т/м3

Рис. 2. Зависимость расхода воздуха QвO¡от плотности поднимаемой гидросмеси р (при максимальной производительности эрлифта)

На рис. 4 представлен график за- изводительность эрлифта по гидро-

висимости производительности эр- смеси с увеличением ее плотности

лифта по гидросмеси и по твердому уменьшается, а производительность

материалу от плотности смеси. Про- по песку растет, однако, когда плот-

г, т/мЗ

Рис. 3. Зависимость производительности эрлифта по твердому материалу П (1) и расхода подаваемой воды QBOЛЬI (2) от плотности гидросмеси р

Оэ, мЗ/ч П, т/ч

г, т/мЗ

Рис. 4. Зависимость производительности эрлифта по гидросмеси Qэ (1) и по твердому материалу П (2) от плотности смеси р

Рис. 5. Движение восходящего потока в толще песка при вертикальном и наклонном положении насадки

ность поднимаемом гидросмеси достигает 1,5 т/м3, режим работы эрлифта становится неустойчивым.

Это в большей степени сказывается на производительности эрлифта по твердому материалу, чем на производительности эрлифта по гидросмеси и связано с нестабильной консистенцией гидросмеси в зоне всасывания эрлифта.

Для улучшения процесса грунтозабора в гидромеханизации известно применение способа взвешивания полезных ископаемых в зоне грунтозабора с помошью подачи воды через гидромониторные насадки. Этот способ применяется при землесосном и гидроэлеваторном подъеме полезных ископаемых. В работах Сизова Г. Н. рассматривалось взвешивание песка с помощью горизонтальной гидромониторной струи [2].

Для стабилизации работы эрлифта при подъеме гидросмеси с высокой плотностью были проведены исследования параметров диффузионного потока при размыве песка затопленными гидромониторными струями из насадки, установленной в вертикальном и наклонном положении.

Опыты по взвешиванию песка в зоне всасывания эрлифта показали, что как для вертикального, так и для наклонного положения гидромониторной насадки имеет место горизонтальное перемещение восходящего потока, особенно при малых

расходах подаваемой через насадку воды (рис. 5).

Поэтому для эффективного грун-тозабора гидромониторную насадку необходимо располагать вблизи зоны всасывания эрлифтной трубы.

В ходе опытов определялась форма и размеры зоны взвешивания песка различной гидравлической крупности. График зависимости диаметра зоны взвешивания от расхода воды через насадку в пересчете на натурные параметры приведен на рис. 6.

Критериальная зависимость диаметра зоны взвешивания имеет следующий вид:

— = к х (¥т х — )0,23 =

Л а

= к х (

—— --7 х _}

g х Л а

Рис. 6. Зависимость приведенного диаметра зоны взвешивания D/d от параметров струи (Fr) песка (u/w)

Рис. 7. Рекомендации по расположению гидромониторной насадки

где Э - диаметр зоны взвешивания, м; d - диаметр гидромониторной насадки, d = (0,01..0,05) м; К

- коэффициент, К = 1,55; и - скорость истечения воды через гидромониторную насадку; и = (5..25) м/с; g

- ускорение свободного падения, м/с2; ю - гидравлическая крупность песка, ю = =(0,015..0,050) м/с.

Диаметр зоны взвешивания превышает диаметр зоны всасывания, поэтому, на основании результатов проведенных испытаний, рекомендуется устанавливать гидромониторную насадку под зоной всасывания, что позволит взвешен-

ный поток направить в пульпоподъемную трубу (рис. 7).

Проведенные опыты показали, что взвешивание песка ниже зоны всасывания эрлифтной трубы с расходом Т:Ж = 1:1 обеспечивает устойчивый режим работы и наибольшую производительность эрлифта по твердому материалу при плотности гидросмеси около 1,5 т/м3. Например, для про-

цесса подъема гидросмеси плотностью 1,4-1,5 т/м3 эрлифтом диаметром 150 мм при коэффициенте затопления 0,8 необходимо подавать воду с расходом около 70 м3/ч и воздух с расходом около 850 м3/ч. При этом производительность эрлифта по твердому материалу составит 65 - 70 т/ч, а производительность по гидросмеси -85-90 м3/ч. шш

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аренс В.Ж., Исмагилов Б.В.,

Шпак Д.Н. Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых, М., Недра, 1980.

2. Сизов Г.Н. Работа затопленной

гидромониторной струи, М., 1953.

— Коротко об авторах--------------------------------------------------------------

Хрулев Александр Сергеевич - доктор технических наук, член-корр. РАЕН, начальник Отдела разработки мерзлых осадочных пород и сооружения подземных хранилищ ООО «Подземгазпром»,

Тимонин А. С. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Автоматизированное конструирование машин и аппаратов» Московского государственного университета инженерной экологии,

Шайкина Юлия Григорьевна - мл. научный сотрудник, ООО «Подземгазпром»,

Роднов Сергей Сергеевич - мл. научный сотрудник, ООО «Подземгазпром».

---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТ УГЛЯ И УГЛЕХИМИИ СО РАН

УПОРОВА Наталия Анатольевна Моделирование структурных элементов производственных и территориальных объединений (с приложением к Кемеровской области) 05.13.18 к.т.н