Расчет эрлифта

Главная / Расчеты в бурении / Водоподъемники / Эрлифты

Эрлифты

Расчет эрлифта

Эрлифты используются для откачки воды с песком, а также в случае необходимости получения большого количества воды при сравнительно небольших размерах скважины. Кроме эрлифта для опытных откачек воды могут применяться и струйные аппараты. Расчет эрлифта заключается в определении глубины погружения смесителя расхода и давления воздуха, а также размеров воздухопроводящих и водоподъемных труб. Исходные данные для расчета (рис. 19.5):

глубина скважины z в м;
высота уровня излива воды над поверхностью земли а в м;
глубина статического уровня от уровня излива h_ст в м;
глубина динамического уровня воды от уровня излива h_дин в м;
расчетный дебит скважины.

Рис. 19.5. Схема оборудования скважин эрлифтом 1 - воздухопроводные трубы; 2 - смеситель; 3 - водоподъемные трубы.

Глубина погружения смесителя Н (расстояние от центра смесителя до уровня излива смеси на поверхности) зависит от положения динамического уровня:

H=kh_дин (19.37)

где k - коэффициент погружения смесителя эрлифта под динамический уровень ориентировочно принимается по данным, приведенным ниже:

3-2,5

2,5-2,2

2,2-2

2-1,8

1,8-1,6

Следует учитывать, что при К<1,6 КПД эрлифта очень низок, а при К>3 работа эрлифтовой установки (эрлифт+компрессор) требует очень значительных затрат энергии приводящего двигателя.

Гидравлический коэффициент полезного действия эрлифта

(19.37a)

где К - коэффициент погружения смесителя

Удельный расход воздуха V₀ (в м3), необходимый дня подъема из скважины 1 м3 воды

(19.38)

где с - опытный коэффициент, зависящий от коэффициента погружения k:

14,3

13,9

13,6

13,1

12,4

11,5

Полный расход воздуха (в м3/мин)

W=QV₀/60. (19.39)

Давление воздуха при пуске компрессора (в Мпа)

p=10^-6gρ_в(kh_дин-h_ст+2) (19.40)

во время работы компрессора

р=10^-6gρ_в[h_дин(k-1)+5] (19.41)

(ρ_в= 1000 кг/м3 - плотность воды).

Расход воздушно-водяной эмульсии при изливе (в м3/с)

q=Q₁+W/60. (19.42)

(Q₁ - расчетный расход воды, м3/с).

Площадь сечения водоподъемной трубы (в м3) при изливе

F=q/υ₂, (19.43)

где υ₂ - скорость движения эмульсии (в м/с) в зависимости от динамического уровня воды:

Скорость движения эмульсии у форсунки υ₁, м/с	1,8	2,7	3,6
Скорость движения эмульсии при изливе υ₂, м/с		7-8	9-10

Внутренний диаметр водоподъемной трубы (в мм)

d=√(4F+πd²₁)/π (19.44).

где d₁ - наружный диаметр воздухопроводных труб в скважине, мм (33; 42; 50; 63,5 мм).

Рекомендуемые диаметры воздухопроводных труб d₁ в зависимости от количества воздуха, засасываемого компрессором W:

d,мм	15-20	20-25	25-32	32-40
W, м3/ч	201-400	401-700	701-1000	1001-1600
d₁, мм	40-50	50-70	70-80	80-100

Подача компрессора (в м3/мин)

W_к=1,2W. (19.45)

Рабочее давление компрессора (в МПа) при расположении труб по схеме «рядом»

Р_к=Р+Σр. (19.46)

где Σp - сумма потерь давления в воздушной линии от компрессора до скважины, в среднем Σр=0,05 Мпа.

Пример 19.6. Из скважины глубиной 40 м должна быть проведена откачка эрлифтом при следующих исходных данных: высота уровня излива воды над поверхностью земли а=1 м; глубина статического уровня от уровня излива h_ст=3 м; глубина динамического уровня воды от уровня излива h_дин=10 м; расчетный дебит скважины Q=25 м3/ч; диаметр эксплуатационной колонны 245 мм; диаметр фильтра 195 м; трубы расположены по схеме «рядом».

Решение. Принимая коэффициент погружения смесителя k=2,5, определяем глубину погружения смесителя из уравнения (19.37)

Н=2,5·10=25 м.

Находим с= 13,1. Тогда удельный расход воздуха, необходимый для подъема 1 м3 воды, вычислим по формуле (19.38)

Полный расход воздуха из выражения (19.39)

W=25·2,7/60=l,l м3/мин.

Давление воздуха при пуске компрессора по формуле (19.40)

р₀= 10^-6·9,81·1000(2,5·10 - 3+2)=0,235 Мпа.

Рабочее давление воздуха из уравнения (19.41)

р= 10^-6·9,81· 1000[ 10(2,5-1 +5]=0,19 Мпа.

Расход эмульсии на изливе из выражения (19.42)

q=69·10^-4+l,l/60=0,025 м3/с,

где Q=25 м3/4=69·10^-4м3/с.

Находим υ₂=6 м/с. Тогда необходимое сечение водоподъемной трубы у излива по формуле (19.43)

F=0,025/6=4·10^-3м2.

Внутренний диаметр водоподъемной трубы на изливе по формуле (19.44)

Выбираем обсадные трубы с ниппельными соединениями диаметром 89 мм.

Подача компрессора по уравнению (19.45)

W_к=l,2·1,1=1,32 м3/мин.

Рабочее давление компрессора по формуле (19.46)

Р_к/=0,19+0,05=0,24 Мпа.

По максимальному значению давления и полному расходу воздуха выбирается компрессор.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒