Материал: Скважинная добыча оболового песка

Скважинная добыча оболового песка

Министерство образования и науки Украины

Донбасский государственный технический университет

Кафедра: РМПИ

Контрольная работа

на тему: «Скважинная добыча оболового песка»

Выполнил: ст. гр. ГИ-10-1

Войченко Г.О.

Проверил: Антюхов С.В.

Алчевск 2014

Исходные данные

1.      Средняя плотность вышележащих пород, кг/м3 - кг/м3

.        Глубина залегания пласта, м - м

.        Коэффициент сцепления полезного ископаемого -

.        Угол внутреннего трения, 0 - 0

.        Давление развиваемое насосом, МПа - МПа

.        Диаметр трубопровода, м - м

.        Длина трубопровода между насосом и скважиной, м - м

.        Диаметр выходного отверстия гидромониторной насадки, мм -

мм

.        Расход воды (подача насоса), м3/час - м3/час

.        Глубина погружения, м - м

.        Плотность гидросмеси, кг/м3 - кг/м3

.        Высота излива над поверхностью, м - м

1. Расчет затопленной гидромониторной струи

.1 Нормальная нагрузка на разрушенный пласт - это воздействие веса вышележащих пород со средней плотностью σ, МПа

, МПа (1.1)

где Н - глубина залегания пласта (по почве), м

(м - исходное данное № 2);

γтв - средняя плотность вышележащих пород, кг/м3

(кг/м3 - исходное данное № 1).

1.2 Поровое давление - это давление в свободной воде содержащейся в порах породы

Принимаем поровое давление равное гидростатическому

, м.в.с. (1.2)

где Н - глубина залегания пласта, м (- исходное данное № 2).

1.3 Эффективное напряжение в пласте полезного ископаемого

, МПа (1.3)

где σ - нормативная нагрузка на пласт (напряжение), Мпа

(МПа - из формулы 1.1);

Ргидр - поровое давление, МПа

(МПа - из формулы 1.2).

МПа

.4 Сопротивление сдвигу - этим параметром характеризуется прочность рыхлых слабосцементированных в основном водонасыщенных песчано-глинистых пород

, МПа (1.4)

где С0 - коэффициент сцепления полезного ископаемого

( - исходное данное № 3);

σэ - эффективное напряжение в пласте полезного ископаемого,

МПа (МПа - из формулы 1.3);

φ - угол внутреннего трения, 0 (0 - исходное данное № 4).

МПа

.5 Минимальная удельная сила удара достаточная для разрушения песка с сопротивлением сдвигу МПа

МПа (1.5)

1.6 Потери напора в сети - потери в приемной сетке, в подводящем трубопроводе, колене, водоводе, тройнике и задвижках

, МПа (1.6)

где D - диаметр трубопровода, м

(м - исходное данное № 6);

L - длина трубопровода между насосом и скважиной, м

(м - исходное данное № 7).

МПа

1.7 Давление воды на входе в насадку

МПа (1.7)

где Р - давление развиваемое насосом, МПа

(МПа - исходное данное № 5);

ΔРс - потери напора в сети, МПа

(МПа - из формулы 1.6);

Ргидр - поровое давление, МПа

(МПа - из формулы 1.2);

ΔРг - потери напора в гидромониторе, МПа

(МПа - из [1]).

.8 Определить начальную скорость воды в струе по формуле

, м/с, (1.8)

где  - коэффициент скорости ( из [1]);

 - ускорение свободного падения, м/с2 ( м/с2 из [1]);

P0 - давление воды на выходе из насадки, м.в.с

(м.в.с - из формулы 1.7).

м/с

.9 Определить опытную величину (n) в зависимости от гидростатического давления воды (Ргидр) используя данные таблицы 1

Таблица 1.1

В заданных условиях МПа (из формулы 1.2), поэтому .

.10 Определить коэффициент структуры потока струи по формуле

, (1.9)

где а0 - коэффициент структуры для незатопленной струи

( из [1]);

n - опытная величина (из таблицы 1);

Ргидр - гидростатическое давление воды, МПа

( МПа из формулы 1.2)

1.11 Минимальная удельная сила удара струи о забой - это функция расстояния между гидромониторной насадкой и забоем

, МПа (1.10)

где U0 - начальная скорость воды в струе, м/с

(м/с - из формулы 1.8);

а - коэффициент структуры потока струи

( - из формулы 1.9);

l - расстояние между гидромониторной насадкой и забоем, м

(искомый параметр);

rн - радиус выходного отверстия гидромониторной насадки, м

(м - исходное условие № 8).

Минимальная удельная сила удара струи равна МПа (из формулы 1.5).

Преобразуем формулу 1.10 для получения искомого параметра

м

Проведем проверку

МПа

2. Расчет производительности гидравлического разрушения

Производительность гидравлического разрушения - это объем породы, разрушенный за единицу чистого добычного времени, м3/ч.

Для рыхлых и слабосцементированных оболовых песков и песчаников производительность разрушения почти линейно зависит от давления воды в насадке монитора.

.1 Определить производительность гидравлического разрушения оболового песка по формуле

, т/ч (2.1)

где k - опытная постоянная, зависящая от диаметра насадки (dн)

( - из таблицы 2.1).

Р0 - давление воды на входе в насадку, МПа

(МПа - из формулы 1.7).

Таблица 2.1

В заданных условиях мм (исходное данное № 8), поэтому

т/ч

2.2 Определить секундный расход воды по формуле

, м3/с (2.2)

где Q - подача насоса, м3/ч (м3/ч - исходное данное № 9).

м3/с

.3 Определить мощность гидромониторной струи по формуле

где Q/ - секундный расход воды, м3/с (м3/с - из формулы 2.2);

Р0 - давление воды на входе в насадку, МПа

(МПа - из формулы 1.7).

кВт

.4 Определить удельную энергоемкость разрушения забоя по формуле

, кВт · ч/т (2.4)

где N - мощность гидромониторной струи, кВт

(кВт - из формулы 2.3);

П - производительность гидравлического разрушения, т/ч

(т/ч - из формулы 2.1).

кВт · ч/т

.5 Определить удельный расход напорной воды по формуле:

, м3/т (2.5)

где Q - расход воды, м3/ч (м3/ч - исходное данное № 9).

м3/т

2.6 Изобразить схему скважинной гидродобычи с указанием полученных расчетных параметров (рисунок 2.1)

Рисунок 2.1 - Схема скважинной гидродобычи оболового песка телескопическим гидромонитором

- водоём; 2 - всас; 3 - подводящий трубопровод; 4 - центробежный насос; 5 - напорный трубопровод; 6 - задвижка; 7 - сбросная задвижка; 9 - верхнее колено; 10 - вертикальный став гидромонитора; 14 - центральная насадка; 15 - боковые насадки; 16 - эрлифт; 17 - добычная камера; 18 - скважина гидромонитора; 19 - скважина эрлифта.

3. Выбор способа гидравлического подъема руды

Различают следующие средства подъема руды: землесосы, гидроэлеваторы, эрлифты, гидроэрлифты (комбинированный способ).

Рассмотрим вариант способа гидравлического подъема руды при помощи эрлифта.

Область применения эрлифтного подъема - разработка обводненных месторождений, когда добычная камера и скважина затоплены водой.

Достоинства способа: простота конструкции; отсутствие движущихся частей; высота подъема гидросмеси практически неограниченна.

Недостаток способа: низкий К.П.Д. (10-30 %).

Принципиальная схема эрлифта показана на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - Принципиальная схема эрлифта

hст - глубина погружения, м; Н/ - высота подъема, м; hпр - высота излива эрлифта над поверхностью, м; Н - глубина разработки по почве, м.

4. Расчет эрлифта

.1 Определить высоту подъема пульпы по формуле:

, м (4.1)

где Н - глубина разработки по почве, м

(м - исходное данное № 2);

hст - глубина погружения, м (м - исходное данное № 10);

hпр - высота излива над поверхностью, м

(м - исходное данное № 12).

м

.2 Определить относительный уровень воды в скважине по формуле:

, (4.2)

где Н/ - высота подъема пульпы, м (м - из формулы 4.1);

hст - глубина погружения, м (м - исходное данное № 10).

4.3 Определить изометрический коэффициент полезного действия эрлифта (ηиз) по таблице 4.1

Таблица 4.1

В заданных условиях (из формулы 4.2), поэтому .

.4 Определить относительную плотность гидросмеси по формуле

, кг/м3 (4.3)

где γв - плотность воды, кг/м3 (кг/м3 из [1]);

γг - плотность гидросмеси, кг/м3

(кг/м3 - исходное данное № 11).

кг/м3