Исследование параметров эрлифтного подъема песка в наклонной скважине

ных ископаемых» и ввел ее в качестве факультатива в общую учебную программу для специальности «Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых».

Принимая во внимание, что способ СГД, за период опытных работ продемонстрировал отраслевой научно-технический прогресс и определил приоритетные направления науки и техники. Это является одной из важнейших задач геологической службы для решения проблемы эффективного и экологически безопасного пользо-

вания недр. Старооскольский геологоразведочный техникум в комплексе с опытнопромышленной базой СГД Шемраевского месторождения может стать учебным центром подготовки специалистов и рабочих по геотехнологии скважинной горнодобычи полезных ископаемых.

Просим ведущих специалистов в области геотехнологии скважинной гидродобычи полезных ископаемых дать оценку предложений по развитию СГД на месторождении КМА и принять участие в их осуществлении.

— Коротко об авторах

Тимофеев В.П. - Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования РФ, директор Старооскольского геологоразведочного техникума.

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

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НА УЧНО-НССЛЕДОВАТЕЛЬ СКИЙ ИНСТИТУТ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ «ГИНЦВЕТМЕТ»

РУДНЕВ Борис Петрович Обоснование и разработка эффективных методов обогащения текущих и лежалых хвостов обогащения руд цветных, благородных и редких металлов 25.00.13 Д.т.н.

'V---------

----------- © А. С. Хрулев, Ю.Г. Шайкина,

2005

УДК 622.234.5

А. С. Хрулев, Ю.Г. Шайкина

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭРЛИФТНОГО

ПОДЪЕМА ПЕСКА В НАКЛОННОЙ СКВАЖИНЕ

Семинар № 14

Т) азработка способом скважинной .1 гидродобычи полезных ископаемых, залегающих в неустойчивых горных породах, к которым относятся россыпные месторождения, обычно связана с обрушением пород кровли продуктивного пласта над гидродобычной камерой и выходом зоны обрушения на поверхность. Опыт добычи строительных песков через скважины в Тюменской области и республике Коми показывает, что, при отработке одиночных скважин, провалы на поверхности образуются при глубине добычи до 270 м [1]. При скважинной гидравлической разработке многолетнемерзлых песчаных отложений в результате оттайки пород вокруг вертикальной скважины так же образуются многометровые провалы, что затрудняет управление процессом добычи, увеличивает риск и вероятность несчастных случаев, а также приводит к потере обсадной колонны и скважинного гидродобычного снаряда. Эффективность скважинной гидродобычи связана с получением максимального объема полезного ископаемого, извлекаемого из скважины, поэтому процесс деформации покрывающих продуктивный пласт пород будет неизбежен. Решение этой проблемы заключается в использовании наклонных скважин. Это позволит расположить наземную часть добычного оборудования вне зоны обрушения. Работы по скважинной гидродобыче на Тарском титано-цирконовом россыпном месторождении показали, что провал на поверхности соответствует размерам и контуру гидродобычной камеры [2], поэтому даже небольшой наклон сква-

жины на угол 10-200 от вертикали обеспечивает безопасность добычных работ.

При скважинной гидродобыче используются гидроэлеваторные и эрлифтные гидродобычные снаряды. Наклонные гидроэлеваторы широко применяются при разработке россыпных месторождений золота и их работоспособность не вызывает сомнения. Цель проводимых нами исследований заключалась в определении параметров работы эрлифта в наклонной скважине.

В качестве метода исследований было принято физическое моделирование с линейным геометрическим масштабом 1:10.

Программа работ включала:

• Изучение механизма движения газожидкостной смеси в наклонном эрлифте на прозрачной модели.

• Определение параметров эрлифт-ного подъема в вертикальной скважине при различных значениях коэффициента относительного погружения и сопоставление параметров модельного и натурного эрлифта для обоснования параметров моделирования.

• Определение параметров эрлифт-ного подъема при различных углах наклона скважинного снаряда.

Механизм движения газожидкостной двухфазной смеси изучался на прозрачной стеклянной модели. Модель представляла собой набор стеклянных трубок высотой от 0,3 до 1 ми диаметром от 15 до 30 мм, которые устанавливали в цилиндрическую емкость с водой. В нижнюю часть трубки по шлангу подавали воздух от компрессора с разной величиной расхода.

Рис. 1. Движение газожидкостной смеси в вертикальной и наклонной трубке при малых расходах воздуха

Рис. 2. Движение газожидкостной смеси в вертикальной и наклонной трубке при больших расходах воздуха

Рис. 3. Движение трехфазной смеси в вертикальной и наклонной трубке

На рис. 1 и 2 приведены фотографии движения двухфазной газожидкостной смеси с малыми и большими расходами

воздуха, соответствующими пузырьковому и пробковому режиму движения. При малых расходах воздуха в наклонной трубке пузырьки воздуха двигаются вдоль верхней наклонной стенки, а при больших - занимают все сечение трубки. При больших удельных расходах воздуха (более 1), характерных для процесса эрлифтирова-ния, увеличение угла наклона эрлифта не приводит к изменению режима течения и незначительно влияет на высоту подъема.

На рис. 3 приведены фотографии движения трехфазного потока (песок, воздух и вода) в вертикальной и наклонной трубке. Эксперименты показали, что, при движении в наклонном эрлифте трехфазной смеси с большей, чем у воды плотностью, разделение газообразной фазы и поднимаемой пульпы происходит в большей степени, что приводит к снижению высоты подъема и производительности для наклонного эрлифта, однако сохраняется пробковый режим течения смеси.

Параметры Модель Натура

Высота подъема, м 1,5 (14,55)* 11,25

Коэффициент относительного погружения 0,8 0,6 0,8 0,6

Высота воды над форсункой, м 0,945 (9,17)* 0,695 (6,74)* 9,0 6,75

Скорость смеси в эрлифте, м/с 2,58 (8,03)* 2,44 (7,59)* 7,5 7,39

Расход воздуха, м3/ч 1,5 (439,6)* 1,5 (439,6)* 500 550

Расход эрлифтируемой воды, м3/ч 0,3 (87,9)* 0,2 (58,6)* 115 70

()*- данные моделирования в пересчете на натурные величины

Для количественной оценки работы эрлифта были получены зависимости производительности по воде от расхода воздуха при различных коэффициентах затопления эрлифта. Результаты сопоставления модельных данных с показателями работы натурного стендового эрлифта подобной конструкции без воздухоотделителя свидетельствуют об удовлетворительной сходимости параметров модели и возможности использования ее для исследования процесса эрлифтного подъема (таблица) [3]. Более высокие значения расхода эрлифтируемой воды на натурном стенде (отклонение от модели на 16-23 %) связано с тем, что на модели был установлен более длинный всасывающий наконечник, чем на натурном стенде, что увеличило гидравлическое сопротивление в модели.

Па рис. 4 приведены зависимости производительности вертикального эрлифта по гидросмеси и песку от плотности гидросмеси для коэффициента

Рис. 4. Зависимость производительности вертикального эрлифта по гидросмеси и песку от плотности гидросмеси для коэффициента относительного погружения 0,8

относительного погружения 0,8. С увеличением плотности гидросмеси до 1350 кг/м3 производительность эрлифта снижается в 4 раза, при этом темп роста производительности по песку постепенно снижается.

Для принятых условий эрлифтного подъема получена эмпирическая зависимость производительности по гидросмеси от ее плотности:

р90° _ °Л2 X ^ах

Q ™ “Т

_ 0,88)

Г0

гДе Тем - плотность гидросмеси, т/м3;

- плотность воды, т/м3; Р - пористость водонасыщенного песка.

Производительность эрлифта по песку может быть определена по формуле:

Рис. 5. Зависимость расхода эрлифтируемой воды от расхода воздуха на модельном эрлифте при различных углах наклона от вертикального положения

Qn =

Qcm

Уо + Р'Уо ~Уо

На рис. 5 приведены зависимости производительности модельного эрлифта от расхода воздуха при разных углах его наклона от вертикального положения.

Зависимость значения максимального расхода эрлифтируемой воды от угла наклона эрлифта имеет линейный вид (рис.6) и может быть выражена в виде эмпирической зависимости

Яа= 090 •

где р90 - значение максимального расхода эрлифтируемой воды для вертикального положения эрлифта; а - угол наклона эрлифта от вертикального положения.

Таким образом, при подъеме песков эрлифта в наклонной скважине, его параметры могут быть определены исходя из параметров вертикального эрлифта при подъеме воды с использованием формул 1-3.

Выводы:

1. Аренс В.Ж. Физико-химическая геотехнология, М., 2000.

2. Бабичев Н.И., Либер Ю.В., Левченко Е.Н., Кройтор Р.В. Скважинная технология до-

0

—д-  *30

> /45

300 400 500 600

Расход воздуха, м*/ч

1. При удельном расходе воздуха в эрлифте больше 1 и интервале угла наклона эрлифта от вертикали 0-450 сохраняется пробковый режим движение воздуха. Форма воздушных пробок с увеличением наклона эрлифта изменяется, но они занимают все сечение эрлифтной трубы.

2. С увеличением угла наклона эрлифта относительно вертикального положения от 0 до 450 производительность эрлифта снижается на 22,4 %.

3. Использование при скважинной гидродобыче эрлифта с наклоном от вертикального положения на угол 15-200 обеспечивает безопасную его эксплуатацию для людей и техники, находящихся на поверхности. При этом снижение производительности не превышает 10 %.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

бычи титано-цирконовых песков Тарского месторождения. ГИАБ, 1999, №2.

3. Аренс В.Ж., Исмагилов Б.В., Шпак Д.Н.

Скважинная гидродобыча твердых полезных ископаемых. - М.: Недра, 1980.

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

Хрулев A.C. - доктор технических наук,

ШайкинаЮ.Г. - мл. научный сотрудник,

ООО «Подземгазпром»

© Б.И. Кондырев, А.В. Белов, 2005