CC BY
18
https://doi.org/10.21122/2227-1031 -2022-21 -4-281 -289 УДК 628.112
Расчет параметров технологического оборудования
гидроэлеваторной установки для удаления песчаных пробок из скважин
Инж. Ю. А. Медведева^, докт. техн. наук, проф. В. В. Ивашечкин1), студ. Е. С. Сацута1)
^Белорусский национальный технический университет (Минск, Республика Беларусь)
© Белорусский национальный технический университет, 2022 Belarusian National Technical University, 2022
Реферат. В статье рассмотрена технологическая схема гидроэлеваторной установки, согласно которой вода из напорного бака подается рабочим насосом в скважину по двум параллельным трубопроводам: гидромониторному с размывающим насадком для разрушения песчаной пробки и подводящему, который подключен к рабочему соплу гидроэлеватора. Гидроэлеватор содержит всасывающий и подающий трубопроводы для забора гидросмеси и очистки одно- и двухколонных водозаборных скважин от песчаных пробок. Приведена методика расчета и подбора параметров технологического оборудования установки. На основании составленных уравнений движения жидкости по подводящему трубопроводу с активным соплом и гидромониторному трубопроводу с размывающим насадком получены выражения для построения напорных характеристик этих трубопроводов. Предложен графоаналитический метод определения расходов воды в них путем построения характеристик рабочего насоса и трубопроводов и нахождения координат рабочей точки. Варьируя параметры трубопроводов и характеристики рабочего насоса, не изменяя параметры струйного насоса-гидроэлеватора, вычисляли значения полезной высоты подъема гидроэлеватора. Это позволило подобрать два варианта технологического оборудования гидроэлеваторной установки (для полипропиленовых и стальных труб) для удаления песчаных пробок из водозаборных скважин максимальной глубиной 50 и 75 м.
Ключевые слова: водозаборная скважина, пескование, песчаная пробка, капитальный ремонт, гидроэлеватор, насос, водоснабжение
Для цитирования: Медведева, Ю. А. Расчет параметров технологического оборудования гидроэлеваторной установки для удаления песчаных пробок из скважин / Ю. А. Медведева, В. В. Ивашечкин, Е. С. Сацута // Наука и техника. 2022. Т. 21, № 4. С. 281-289. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-4-281-289
Calculation of Parameters of Technological Equipment
of Hydraulic Elevator Installation for Removing Sand Plugs from Wells
J. A. Medvedeva1), V. V. Ivashechkin1), E. S. Satsuta1)
^Belarusian National Technical University (Minsk, Republic of Belarus)
Abstract. The paper considers the technological scheme of the hydraulic elevator installation, according to which water from a pressure tank is supplied by a working pump to the well through two parallel pipelines: a hydraulic monitor with a washing nozzle for destroying a sand plug and a supply pipeline that is connected to the working nozzle of a hydraulic elevator containing suction and supply pipelines for taking slurry and cleaning single- and double-column water wells from sand plugs The methodology for calculation and selection of parameters of technological equipment of the installation is given. Based on the compiled equations of fluid motion along the supply pipeline with an active nozzle and the hydraulic monitoring pipeline with a scouring nozzle, expressions have been obtained for constructing the pressure characteristics of these pipelines. A graphic-analytical method is proposed for determining water flow rates in them by constructing the characteristics of a working pump and
Адрес для переписки
Ивашечкин Владимир Васильевич
Белорусский национальный технический университет
просп. Независимости, 65,
220013, г. Минск, Республика Беларусь
Тел.: +375 17 292-30-13
ivashechkin_vlad@mail.ru
Address for correspondence
Ivashechkin Vladimir V.
Belаrusian National Technical University
65, Nezavisimosty Ave.,
220013, Minsk, Republic of Belarus
Tel.: +375 17 292-30-13
ivashechkin_vlad@mail.ru
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
pipelines and finding the coordinates of the operating point. By varying the parameters of the pipelines and the characteristics of the working pump, without changing the parameters of the jet pump-hydraulic elevator, the values of the useful lifting height of the hydraulic elevator were calculated, which has made it possible to select two options for the technological equipment of the hydraulic elevator installation (for polypropylene and steel pipes) for removing sand plugs from water wells with a maximum depth of 50 and 75 m.
Keywords: water well, sanding, sand plug, overhaul, hydraulic elevator, pump, water supply
For citation: Medvedeva J. A., Ivashechkin V. V., Satsuta E. S. (2022) Calculation of Parameters of Technological Equipment of Hydraulic Elevator Installation for Removing Sand Plugs from Wells. Science and Technique. 21 (4), 281-289. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-4-281-289 (in Russian)
Введение
В процессе длительной эксплуатации удельный дебит большинства скважин вначале снижается, а затем они могут полностью выйти из строя. Уменьшение и прекращение подачи воды из скважин происходит, как правило, из-за кольматации и пескования. Песок при неправильной эксплуатации скважины либо при наличии дефектов обсадной трубы, сальника или фильтра осаждается в стволе скважины и образует песчаную пробку, которая частично или полностью перекрывает фильтр. Для ее извлечения применяют желонирование и эрлифт-ную прокачку [1]. Желонирование скважины требует значительных трудозатрат, кроме этого, при сбрасывании желонки на песчаную пробку в фильтре возникают растягивающие напряжения, которые при ослаблении коррозией водоприемной поверхности могут привести к ее разрушению. При использовании эрлифтов применяется специальное оборудование, включающее мощные передвижные компрессоры с дизельными двигателями и автокраны для монтажа-демонтажа эрлифта, что не всегда экономично.
Для удаления песчаных пробок из фильтров пескующих скважин можно использовать насосы-гидроэлеваторы, которые способны перекачивать пульпу и загрязненные жидкости [2, 3]. Теоретические основы работы струйных насосов разработаны П. Н. Каменевым, Е. А. Соколовым, Г. Н. Сизовым, Б. Ф. Лямаевым и др. [4-12].
С целью эффективного удаления песчаных пробок гидроэлеваторная установка, кроме рабочего насоса со струйным насосом-гидроэлеватором, должна быть дополнена гидромониторным трубопроводом с насадком, который обеспечивает размыв слежавшейся песчаной пробки. С учетом этого необходимо внести коррективы в методику подбора технологического оборудования для установки. В [13] приведен расчет геометрических размеров гидро-
элеватора (рис. 1) и параметров оборудования гидроэлеваторной установки с гидромониторным трубопроводом для удаления песчаных пробок из одноколонных скважин глубиной до 40 м. Следует отметить, что такие глубины скважин в Республике Беларусь характерны для слабо-защищенных с поверхности надморенных отложений сожской мо-
Диффузор
Камера -смешения
Рабочее сопло
Уд
Уз
V
Рис. 1. Схема насоса-гидроэлеватора
Fig. 1. Scheme of hydraulic elevator pump
рены, в то время как основным водоносным горизонтом для хозяйственно-питьевого водоснабжения является днеп-ровско-сожский горизонт, который сложен рыхлыми водовмещающими породами (песками различного гранулометрического состава) и каптируется скважинами (глубиной установки 50-75 м),
оборудованными фильтрами. Помимо одноколонных скважин, представляется перспективным применение на этот водоносный горизонт двухколонных скважин как обладающих наибольшей долговечностью [14, 15]. Поэтому для расширения области использования гидроэлеваторных установок с более глубокими водозаборными скважинами, в том числе двухколонных конструкций, потребовалось уточнение методики расчета параметров гидроэлеваторной установки для работы в таких условиях.
В БНТУ для удаления песчаных пробок при текущем ремонте водозаборных скважин предложено применять гидроэлеваторную установку, имеющую несложное технологическое обо-
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
рудование [16]. Схема установки для удаления песка из двухколонной двухфильтровой скважины представлена рис. 2.
(Г
17 5
•ЬЧИ 14
Рис. 2. Гидроэлеваторная установка для ремонта двухколонной скважины: 1 - рабочий насос; 2 - бак; 3 - холостой слив; 4 - сетчатая перегородка; 5 - напорный трубопровод; 6 - тройник; 7 - гидромониторный трубопровод; 8 - размывающий конический насадок; 9 - вентиль на гидромониторном трубопроводе; 10 - подводящий трубопровод; 11 - рабочее сопло;
12 - диффузор; 13 - камера смешения; 14 - всасывающий
патрубок насоса-гидроэлеватора; 15 - пульповод; 16 - погружной насос; 17 - вентиль на напорном трубопроводе
Fig. 2. Hydraulic elevator installation for repair of two-column well: 1 - working pump; 2 - tank; 3 - idle drain; 4 - mesh partition; 5 - pressure pipeline; 6 - tee; 7 - hydraulic monitoring pipeline; 8 - eroding conical nozzle; 9 - valve on hydraulic monitoring pipeline; 10 - supply pipeline; 11 - working nozzle; 12 - diffuser;
13 - mixing chamber; 14 - suction pipe of hydraulic elevator
pump; 15 - pulp duct; 16 - submersible pump; 17 - valve on pressure pipeline
Вначале у устья скважины монтируют бак c холостым сливом и сетчатой перегородкой. Бак заполняется водой по напорному трубопро-
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
воду с помощью погружного насоса, который смонтирован в первой колонне двухколонной скважины. В бак опускают рабочий насос. Во второй колонне монтируют насос-гидроэлеватор с подводящим трубопроводом и пульповодом, а также гидромониторный трубопровод с размывающим коническим насадком и вентилем.
В процессе работы насоса-гидроэлеватора вода с песком поступает из скважины глубиной Нскв в бак высотой Нб, излишки осветленной воды сбрасывают обратно в скважину через холостой слив. Чтобы уровни воды в баке и скважине поддерживать на постоянной отметке, соответствующей статическому уровню Нст воды в скважине, с помощью вентилей на гидромониторном и напорном трубопроводах устанавливают нужный циркуляционный расход в системе бак - скважина - бак. Тогда геометрическая высота подъема насоса-гидроэлеватора
И = H, + Н.
(1)
При проектировании геометрических размеров насоса-гидроэлеватора исходили из положений [4]. Весовой коэффициент инжекции -отношение веса инжектируемой жидкости к весу жидкости, подаваемой из сопла, определяется, как в [4]:
u =
G2 _ Рг.сgV2
G1 Рж §V1
(2)
где G1, G2 - вес подаваемой и инжектируемой жидкостей; рг.с - плотность инжектируемой жидкости; рж - то же жидкости; У1, У2 - объем подаваемой и инжектируемой жидкостей; и' -объемный коэффициент инжекции.
Скорость в смесительной камере (рис. 1)
(3)
1 + u
где уь у2 - осредненная скорость (по количеству движения) соответственно на срезе сопла и инжектируемого потока.
Понижение давления в камере смешения определим по формуле
\д = (1 + Z2 ),
(4)
где - коэффициент местного сопротивления при входе подсасываемого потока в смесительную камеру.
V + uv2
V3 =
Из (4) скорость инжектируемого потока
Йп.д 2 Я V = л - -.
2 Ь + С2
(5)
Суммарный расход гидроэлеватора запишем в виде
Qз = а+Q2 = 01+ ,
где - расход рабочей жидкости.
Диаметр смесительной камеры d3 =
(6)
4га
з _
4&
ПУ
. Скорость в подающем трубопрово-
03
де у4 = —, где га4 - площадь поперечного се-
га4
чения подающего трубопровода.
Полезную высоту подъема воды определяем по формуле [4]
Нпод = Р -1 \ = (1 - С 3) " кп. д -1 К^ (7)
где р - напор, создаваемый гидроэлеватором; I к- потери напора в подающем трубопроводе; - коэффициент, учитывающий потери энергии в смесительной камере и диффузоре, Сз = 0,3 [4].
По статическому уровню воды в скважине проведем плоскость сравнения 0-0 (рис. 2), а через тройник - сечение 1 -1 . Тогда давление в этом сечении будет одинаковым на входе в гидромониторный и подводящий трубопроводы. Сечение 1-1 возьмем на выходе из активного сопла (рис. 2). Соединив уравнением Бернулли сечения 1 -1 и 1 -1, составим уравнение движения жидкости по подводящему трубопроводу
Рг
ау2
= г,
Рг
ау
2Я
■IК, (8)
где 27, рг-, V, - геометрическая высота, пьезометрическое давление и скорость движения жидкости в 7-м сечении соответственно; / к^ -потери напора в подводящем трубопроводе.
Относительно плоскости сравнения 0-0 получим:
2г = Н; = кзагл; Р1 ' = Р1 ' п.треб ;
О. ;„ _0п га' " га
(9)
где кзагл - заглубление сопла под уровень воды в скважине; рг п.треб - потребное давление в подводящем трубопроводе; ус - скорость в выходном сечении сопла диаметром и площадью гас; уп, 0п, - скорость, расход и площадь живого сечения в подводящем трубопроводе соответственно.
Пьезометрическое давление в сечении 1-1
Рг =Рж Я (кзагл -кп.д ),
(10)
где кпд - понижение давления относительно гидростатического во всасывающем патрубке камеры смешения насоса-гидроэлеватора при его работе.
Введем обозначение Р".треб = Н еб и под-
Рж Я
ставим (9) и (10) в (8). Тогда выражение для характеристики подводящего трубопровода примет вид
Н
ау2 ау2
п.треб
2Я 2я
- Н - кп.д +1К. (И)
Потери напора в подводящем трубопроводе определим по формуле
I к
+ к.
ип,м %,дл
У2^
:( 2к
2 я
пов п.суж 2
соп 2
2Спов +Сп
гап га.
суж 2 Ьсоп 2
га„,„ га„
(12)
-К К1Л =!Сп +кп АО
2Я
где кК м, кК дл - потеря напора на местных сопротивлениях и по длине соответственно; кпов, кп.суж, ксоп и Спов, Сп.суж, Ссоп - местные потери напора и коэффициенты сопротивлений при повороте трубопровода на 90°, при постепенном сужении трубопровода на подходе к соплу, при выходе потока из сопла соответственно;
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
71
юсж - площадь входного сечения сопла; Ап -удельное сопротивление подводящего трубопровода [17]; кп - поправочный коэффициент, на который при V Ф 1 м/с следует умножать значения Ап; /п - длина подводящего трубопровода, м; Сп - коэффициент сопротивления подводящего трубопровода.
Соединив уравнением Бернулли вида (8) сечения 1'-1' и 1"-1", составим уравнение движения жидкости по гидромониторному трубопроводу. Относительно плоскости сравнения 0-0 (рис. 2) имеем
Zy= H; = —^загл; Pv= Ph
Q_ . Q (13)
1г.треб'
Q,
где Р1г.треб - потребное давление в гидромониторном трубопроводе; vнас - скорость в выходном сечении размывающего насадка площадью юнас; vг, Qг, юг - скорость, расход и площадь сечения в гидромониторном трубопроводе.
Принимаем пьезометрическое давление в сечении 1"-1" рг,=ржgkзагл. Получим потребный напор в сечении 1 -1 и выражение для характеристики гидромониторного трубопровода, подставив параметры в уравнение Бернулли:
И,
av„
av„
г.треб
2 g 2 g
-И + ^hWr. (14)
Потери напора в гидромониторном трубопроводе определим по формуле
Ек = к + к =( к + к ) + к =
№г №г,м »г,дл V к нас/ »г,дл
2 g
.2 Л
к ^ нас 2 V Юнас J
+К Ah QQ = (15)
= lz г V- + К A h QQ 2g
где кк м, кК дл - потери напора в местных сопротивлениях и по длине; кк, кнас, ^к, Снас - потери напора и коэффициенты сопротивления в пробковом кране и при выходе из насадка; 1г - длина гидромониторного трубопровода; Аг, кг - удельное сопротивление и поправочный коэффициент гидромониторного трубопровода;
- коэффициент сопротивления гидромониторного трубопровода.
Определим расходы в гидромониторном и подводящем трубопроводах графически, так как они подключены параллельно. Пренебрегаем потерями напора в напорном патрубке рабочего насоса из-за их малости. По формулам (11), (14) строим характеристики указанных трубопроводов, задавая произвольно расходы, и, суммируя их по правилам сложения характеристик параллельных трубопроводов, строим суммарную характеристику. В месте ее пересечения с характеристикой погружного насоса Нн = /(О находим рабочую точку А (рис. 3).
Рис. 3. Характеристики совместной работы рабочего насоса
и трубопроводов: 1 - гидромониторного, Яг.треб = fQ); 2 - подводящего, Нп.треб = fQ); 3 - суммарная характеристика трубопроводов; 4 - характеристика насоса Нн = fQ)
Fig. 3. Characteristics of joint operation of working pump and pipelines: 1 - hydraulic monitoring pump, Нг.треб = fQ); 2 - supply pipeline, Нп.треб = f(Q); 3 - total characteristics of pipelines; 4 - characteristics of pump Нн = f Q)
Пример расчета параметров гидроэлеваторной установки
1. Исходные данные: dc = 6,8 мм; Нст = 23,0 м; Нб = 2,0 м. Рассмотрим возможность применения полипропиленовых труб, поставляемых в бухтах по 100 м, в качестве материала для трубопроводов.
Построение характеристики подводящего трубопровода. Параметры подводящего трубопровода: труба ПП-100 SDR 11 32x3,4, внутренний диаметр dH = 0,0262 м, длина 1п = 60 м. Коэффициент сопротивления плавного сужения подводящего трубопровода при подходе к соплу [18]
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
Z п.суж = Ц-- 1| =
= 0,25
1
0,615
(16)
-1 | = 0,098,
где к - коэффициент смягчения при постепенном сужении, к = 0,25 при угле конусности 20о; в - коэффициент сжатия струи при постепенном сужении подводящего трубопровода при подходе к соплу, в « 0,615 при = 0,026 м и dсуж = 0,010 м.
Для сопла, выполненного в виде конически сходящегося насадка при углах конусности в = 12о-15о, принимали ^соп = 0,09. Принимаем ^пов = 0,28 - для плавного поворота на 90о при отношении радиуса закругления к диаметру = 2 шероховатого трубопровода [18]. Тогда суммарный коэффициент сопротивления подводящего трубопровода
ХСп =2Спов +Z
2 2 Юп +Z Од
п.суж 2 ^>соп 2
4
= 2 • 0,28 + 0,098-
, 0,026 ' 0,0104
+
(17)
0,09
0,0264 0,00684
■ = 24,3.
Для определения потерь напора в трубопроводах использовали таблицы Ф. А. Шевелева [17]. Требуемый напор для построения характеристики трубопровода вычисляли по формуле (11).
Построение характеристики гидромониторного трубопровода. Параметры гидромониторного трубопровода: труба ПП-100 SDR 11 20x2,4, внутренний диаметр dr = 0,0162 м, длина 1г = 60 м. Трубопровод снабжен размывающим насадком диаметром dнас = 7 мм на выходе и пробковым краном на входе. В этом случае Zk = 0,05 - для полностью открытого пробкового крана [18], Снас = 0,09 - для конически сходящегося насадка при углах конусности ß = 12о-15о. Тогда суммарный коэффициент сопротивления гидромониторного трубопровода
нас 2
ю:„
= 0,05 + 0,09
0,01624 0,0074
= 2,51.
(18)
Требуемый напор вычисляем по (14). Строим характеристики (рис. 4) гидромониторного (кривая 1) и подводящего (кривая 2) трубопроводов. По характеристике совместной работы трубопроводов (кривая 3) подбираем погружной насос ЭЦВ 6-10-160 с напорной характеристикой (кривая 4), находим рабочую точку А - при работе насоса на два трубопровода: На = 163 м; 0А = 2,84 л/с; О, = 0,95 л/с; Оп = 1,89 л/с.
Q, л/с
100
Рис. 4. Характеристики совместной работы рабочего насоса и трубопроводов (полипропиленовые трубы): 1 - Яг.Треб = fQ); 2 - Нп треб = AQ% 3 -характеристика совместной работы трубопроводов; 4 - Нн = fQ) насоса ЭЦВ 6-10-160
Fig. 4. Characteristics of joint operation of working pump and
pipelines (polypropylene pipes): 1 - Нгтреб = fQ); 2 - Нптреб = fQ); 3 - characteristics of joint work of pipelines;
4 - Нн = fQ) of ЭЦВ 6-10-160-pump
Анализ эффективности работы установки и расчет геометрических размеров гидроэлеватора. Рассмотрим самый неблагоприятный расчетный случай: пробковый кран полностью открыт. Согласно рис. 4, расход в подводящем трубопроводе Qi = Qn = 1,89 л/с. Ориентировочно принимаем Нид « 1,0 м, Z2 = 0,1, u' = 0,27 [16]. Параметры подающего трубопровода: труба ПП-100 SDR 11 50x4,6, диаметр d4 = 0,0408 м, длина /под = 60 м, H = 25 м. Результаты расчетов сведены в табл. 1.
Так как Нпод = 54,7 м > Нскв = 50,0 м, то гидроэлеватор, работая в самом неблагоприятном режиме, способен поднять песок на поверхность.
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
A
Гидравлические характеристики гидроэлеватора при полипропиленовых трубах Hydraulic characteristics of hydraulic elevator with polypropylene pipes
Таблица 1
v2, м/с u v3, м/с vb м/с Q3, м3/с d3, м v4, м/с Япод, м
4,2 0,28 41,6 52,1 0,0024 0,0086 1,87 54,7
Определим геометрические размеры насоса-гидроэлеватора исходя из рекомендуемых соотношений [4]:
- длина смесительной камеры 1к = 8а?3 = = 8 • 0,086 » 0,1 м;
- расстояние до плоскости среза насадки от начала смесительной камеры I' = 1,5^1 = 1,5^с = = 1,5 • 0,0068 = 0,01 м, где d1 = dс, dс - диаметр сопла;
- длина диффузора 1д = - d3) = 7 х х (0,0408 - 0,0086) = 0,23 м, d4 - диаметр подающего трубопровода.
Анализ результатов расчета показал, что при глубине скважин до 50 м давление рабочего насоса не превышает предельное давление, на которое рассчитаны полипропиленовые трубы (1,6 МПа). Следовательно, при глубинах скважин более 50 м требуется замена этих труб на стальные.
2. Аналогично рассчитаем параметры гидроэлеваторной установки с применением стальных труб с соединительными муфтами.
Построение характеристики подводящего трубопровода. Исходные данные: dc = 6,8 мм; Нст = 23,0 м; Нб = 2,0 м; ^п.суж = 0,098. Параметры подводящего трубопровода: длина 1п = 80 м; внутренний диаметр dп = 0,032 м.
Суммарный коэффициент сопротивления подводящего трубопровода
ХСп =2Спов +Z
2 2 Шп +Z Щи п.суж 2 ^соп 2
сж
= 2 • 0,28 + 0,098-
,0,0324 ' 0,0104
-0,09-
0,0324 0,00684
(19)
■ = 55.
Требуемый напор для построения Нптреб = =Л0 вычисляли по формуле (11).
Построение характеристики гидромониторного трубопровода. Параметры гидромониторного трубопровода: длина 1г = 80 м; внутренний диаметр dг = 0,02 м, диаметр насадка dнас = 7 мм.
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
Суммарный коэффициент сопротивления гидромониторного трубопровода
^Сг =Спов +Z
нас 2
ю2
нас
= 0,05 + 0,09-
0,024 0,0074
(20)
= 6,05.
Требуемый напор Нг.треб = вычисляем по (14). Строим характеристики трубопроводов (рис. 5). По характеристике совместной работы трубопроводов (кривая 3) подбираем погружной насос ЭЦВ 6-10-235 с напорной характеристикой (кривая 4), находим рабочую точку А: НА = 199 м; бА = 3,62 л/с; бг = 1,43 л/с; б = 2,19 л/с.
Qr = 1,43 л/с
а«= 3,6 2 4,0 Q, л/с
Рис. 5. Характеристики совместной работы рабочего насоса
и трубопроводов (стальные трубы): 1 - Нгтреб = fQ); 2 - Нптреб = f(Q); 3 -характеристика совместной работы трубопроводов; 4 - Нн = f(Q) насоса ЭЦВ 6-10-235
Fig. 5. Characteristics of joint operation of working pump and
pipelines (steel pipes): 1 - Н^б = fQ); 2 - Нптреб = fQ); 3 - characteristics of joint work of pipelines; 4 - Нн = f(Q) of ЭЦВ 6-10-235-pump
Анализ эффективности работы установки и расчет геометрических размеров гидроэлеватора. При полностью открытом пробковом кране расход в подводящем трубопроводе (рж. 5) Q1 = Qn = 2,19 л/с. Параметры подающего трубопровода: труба стальная внутренним диаметром d4 = 0,05 м, длина /под = 80 м, H = 25 м. Результаты расчетов сведены в табл. 2.
Таблица 2
Гидравлические характеристики гидроэлеватора при стальных трубах Hydraulic characteristics of hydraulic elevator with steel pipes
v2, м/с u v3, м/с V1, м/с Q3, м3/с d3, м v4, м/с Япод, м
4,2 0,28 48,05 60,3 0,00278 0,0086 1,42 76,5
Так как Нпод = 76,5 м > Нскв = 75,0 м, то гидроэлеватор, работая в самом неблагоприятном режиме, способен поднять песок на поверхность. Геометрические размеры насоса-гидроэлеватора: 1к = 8ё3 = 8 • 0,086 « 0,1 м; I' = 1,5^ = = 1,5^ = 1,5 • 0,0068 = 0,01 м; 1д = 7(йА - й-) = = 7 • (0,05 - 0,0086) = 0,29 м.
ВЫВОДЫ
1. Предложена методика расчета и подбора параметров технологического оборудования гидроэлеваторной установки, которая позволяет графоаналитическим методом подобрать рабочий насос, диаметры подводящего и гидромониторного трубопроводов при заданной глубине скважины, а затем, выполнив анализ эффективности работы установки, произвести корректировку размеров струйного насоса-гидроэлеватора и подающего трубопровода.
2. Приведены примеры расчета параметров установки, содержащей струйный насос-гидроэлеватор, подающий, подводящий и гидромониторный трубопроводы. Подобраны два варианта технологического оборудования (полипропиленовые и стальные трубы) для скважин глубиной 50 и 75 м. Полипропиленовые трубы в бухтах могут применяться при глубинах ремонтируемых скважин до 50 м, так как рассчитаны на предельное давление 1,6 МПа, создаваемое в рабочей точке А (НА = 163 м) погружным насосом ЭЦВ 6-10-160. Для скважин глубиной 75 м необходимо использовать более высоконапорный погружной насос ЭЦВ 6-10-235 и стальные составные трубы, которые обеспечат надежность конструкции при большем давлении.
ЛИТЕРАТУРА
1. Специальные работы при бурении и оборудовании
скважин на воду / Д. Н. Башкатов [и др.]. М.: Недра,
1988. 268 с.
2. Гидроэлеватор: а. с. СССР № 1173076 / В. А. Романов, Н. А. Богомолов. Опубл. 15.08.1985.
3. Лабораторные испытания гидроэлеватора для извлечения песчаных пробок из скважин / В. В. Ивашечкин [и др.] // Наука - образованию, производству, экономике: матер. 11-й Междунар. науч.-практ. конф.: в 4 т. / редкол.: Б. М. Хрусталев [и др.]. Минск: БНТУ, 2013. Т. 2. C. 109.
4. Каменев, П. Н. Гидроэлеваторы в строительстве / П. Н. Каменев. М.: Стройиздат, 1964. 403 с.
5. Соколов, Е. А. Струйные аппараты / Е. А. Соколов, Н. М. Зингер. 2-е изд. М.: Энергия, 1970. 288 с.
6. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т. М. Баш-та [и др.]. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1982. 423 с.
7. Сизов, Г. Н. Гидравлические расчеты специальных систем речных танкеров / Г. Н. Сизов. Л.: Судостроение, 1976. 288 с.
8. Лямаев, Б. Ф. Гидроструйные насосы и установки / Б. Ф. Лямаев. Л.: Машиностроение, 1988. 268 с.
9. Myrzakhmetov, B. Методика расчетного моделирования режимов работы струйного насоса для транспортировки продуктивных растворов урана / B. Myrzakh-metov, S. Toktamissova, A. Sladkowski // Transport Problems 2020: Proceedings XII International Scientific Conference IX International Symposium of Young Researchers / ed. of Chief A. Sladkowski. Gliwice: Silesian University of Technology, 2020. С. 528-538.
10. Калачев, В. В. Струйные насосы. Теория, расчет и проектирование / В. В. Калачев. М.: Филинъ, Омега-Л, 2017. 418 с.
11. Паневник, Д. А. Повышение энергоэффективности использования скважинных струйных насосов / Д. А. Па-невник, А. В. Паневник // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 5. С. 462-471. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-462-471.
12. Carpenter, C. Surface Jet Pumps Enhance Production and Processing / C. Carpenter // Journal of Petroleum Technology. 2014. Vol. 66, No 11. P. 134-136. https://doi.org/ 10.2118/1114-0134-jpt.
13. Ивашечкин, В. В. Расчет гидроэлеваторной установки для очистки водозаборных скважин от песчаных пробок / В. В. Ивашечкин // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 1. С. 79-90. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-1-79-90.
14. Медведева, Ю. А. Двухуровневая скважина для забора подземных вод / Ю. А. Медведева, В. В. Ивашечкин, Е. С. Сацута // Вода. Газ. Тепло 2020: материалы Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 100-летию Бе-лор. нац. техн. ун-та, 100-летию каф. «Гидротехнич. и энергетическое стр-во, водный транспорт и гидравлика», 90-летию каф. «Теплогазоснаб. и вентиляция» /
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
редкол.: С. В. Харитончик [и др.]. Минск: БНТУ, 2020. С. 188-192.
15. Водозаборная скважина: пат. BY 23608 / В. В. Ива-шечкин, Ю. А. Медведева. Опубл. 30.12.2021.
16. Медведева, Ю. А. Определение КПД насоса-гидроэлеватора / Ю. А. Медведева, В. В. Ивашечкин, А. М. Шейко // Инновационные технологии в водном, коммунальном хозяйстве и водном транспорте: материалы Респуб. науч.-техн. конф. / редкол.: С. В. Харитончик [и др.]. Минск: БНТУ, 2021. С. 91-95.
17. Шевелев, Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб / Ф. А. Шевелев, А. Ф. Шевелев. 11-е изд., доп. М.: Бастет, 2016. 428 с.
18. Справочник по гидравлическим расчетам / П. Г. Киселев [и др.]; под. ред. П. Г. Киселева. М.: Энергия, 1972. 238 с.
Поступила 22.03.2022 Подписана в печать 24.05.2022 Опубликована онлайн 29.07.2022
REFERENCES
1. Bashkatov D. N., Drakhlis S. L., Safonov V. V., Kvash-nin G. P. (1988) Special Works in Drilling and Equipment of Water Wells. Moscow, Nedra Publ. 268 (in Russian).
2. Romanov V. A., Bogomolov N. A. (1985) Hydraulic Elevator. USSR Inventor's Certificate No 1173076 (in Russian).
3. Ivashechkin V. V., Avtushko P. A., Kurch A. N., Antipo-va A. A., Rud'man N. A., Bobkova Yu. A. (2013) Laboratory Tests of a Hydraulic Elevator for Extracting Sand Plugs From Wells. Nauka - Obrazovaniyu, Proizvodstvu, Ekonomike: Mater. 11-i Mezhdunar. Nauch.-Prakt. Konf. T. 2 [Science for Education, Production, Economics: Proceedings of the 11th International Scientific and Practical Conference. Vol. 2]. Minsk, Belarusian National Technical University, 109 (in Russian).
4. Kamenev P. N. (1964) Hydraulic Elevators in Construction. Moscow, Stroyizdat Publ. 403 (in Russian).
5. Sokolov E. A., Zinger N. M. (1970) Inkjet Devices. 2nd ed. Moscow, Energiya Publ. 288 (in Russian).
6. Bashta T. M., Rudnev S. S., Nekrasov B. B., Baibakov O. V., Kirillovskii Yu. L. (1982) Hydraulics, Hydraulic Machines and Hydraulic Drives. 2nd ed. Moscow, Mashinostroenie Publ. 423 (in Russian).
7. Sizov G. N. (1976) Hydraulic Calculations of Special Systems of River Tankers. Leningrad, Sudostroenie Publ. 288 (in Russian).
8. Lyamaev B. F. (1988) Hydrojet Pumps and Installations. Leningrad, Mashinostroenie Publ. 268 (in Russian).
9. Myrzakhmetov B., Toktamissova S., Sladkowski A. (2020) Method for Computational Modeling of Jet Pump Operation Modes for Transport of Productive Uranium Solutions. Transport Problems 2020: Proceedings XII International Scientific Conference IX International Symposium of Young Researchers. Gliwice, Silesian University of Technology, 528-538 (in Russian).
10. Kalachev V. V. (2017) Jet Pumps. Theory, Calculation and Design. Moscow, Filin, Omega-L Publ. 418 (in Russian).
11. Panevnyk D. A., Panevnyk A. V. (2020) Improving the Energy Efficiency of the Use of Borehole Jet Pumps. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob 'edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 63 (5), 462-471. https://doi.org/ 10. 21122/1029-7448-2020-63-5-462-471 (in Russian).
12. Carpenter C. (2014) Surface Jet Pumps Enhance Production and Processing. Journal of Petroleum Technology, 66 (11), 134-136. https://doi.org/10.2118/1114-0134-jpt.
13. Ivashechkin V. V. (2016) Hydraulic Elevator Installation Estimation for the Water Source Well Sand-Pack Clea-ning-Up. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob 'edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 59 (1), 79-90. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-1-79-90 (in Russian).
14. Medvedeva Yu. A., Ivashechkin V. V., Satsuta E. S. (2020) Two-Level Well for Groundwater Intake. Voda. Gaz. Tep-lo 2020: Materialy Mezhdunar. Nauch.-Tekhn. Konf., Pos-vyashch. 100-Letiyu Belor. Nats. Tekhn. Un-ta, 100-Letiyu Kaf. «Gidrotekhnich. i Energeticheskoe Str-vo, Vodnyi Transport i Gidravlika», 90-Letiyu Kaf. «Teplogazosnab. i Ventilyatsiya» [Water. Gas. Heat 2020: Proceedings of Scientific and Technical Conference Dedicated to the 100th Anniversary of the Belarusian National Technical University, 100th Anniversary of the Department of Hy-drotechnical and Energy Construction, Water Transport and Hydraulics", 90th Anniversary of the Department -"Heat and Gas Supply and Ventilation"]. Minsk, Belarusian National Technical University, 188-192 (in Russian).
15. Ivashechkin V. V., Medvedeva Yu. A. (2021) Water Well. Patent BY No 23608 (in Russian).
16. Medvedeva Yu. A., Ivashechkin V. V., Sheyko A. M. (2021) Determination of the Efficiency of the Pump-Hyd-roelevator. Innovatsionnye Tekhnologii v Vodnom, Kom-munal'nom Khozyaistve i Vodnom Transporte: Materialy Respub. Nauch.-Tekhn. Konf. [Innovative Technologies in Water, Utilities and Water Transport: Proceedings of the Republican Scientific and Technical Conference]. Minsk, Belarusian National Technical University, 91-95 (in Russian).
17. Shevelev F. A., Shevelev A. F. (2016) Tables for Hydraulic Calculation of Water Pipes. 11th ed. Moscow, Bastet Publ. 428 (in Russian).
18. Kiselev P. G., Al'tshul' A. D., Danil'chenko N. V., Kaspar-son A. A., Krivchenko G. I., Pashkov N. N., Slisskii S. M. Handbook of Hydraulic Calculations. Moscow, Energiya Publ. 238 (in Russian).
Received: 22.03.2022 Accepted: 24.05.2022 Published online: 29.07.2022
Наука
итехника. Т. 21, № 4 (2022)
