Дв = 0,146 -2 × 0,012 = 0,122 м.
dн - наружный диаметр промывочный труб, dн = 0,073м.
Vв – скорость восходящего потока жидкости, м/с;
Vв = 4 Q м/с, (5)
П (Дв2 - dн2 )
Потери напора на уравновешивание столбов жидкости различной плотности в промывочных трубах и кольцевом пространстве определяются по формуле И.А. Апресова:
h 3 = (λ-т) × ₣ × lк [jн/jж ( 1-Vкр/Vв) – 1 ] м/с, (6)
где, т – пористость песчаной пробки, т = 0,3
₣ - площадь сечения эксплуатационной колонны, см2:
₣ = 0,785 × 12,2 2 = 117 см2 (7)
Lк – высота промытой пробки за одно наращивание, равная длине обной трубы или одного колена труб, lк = 12 м.
f – площадь восходящего потока жидкости, см2
f= 0,785 × (Дв2 - dн2) см2
f= 0,785 × 12,22 - 7,3 см2 = 75,3 см2 (8)
jн - удельный вес песка, кг/см3, jн = 2,65 кг/см3
jж - удельный вес промывочной жидкости, кг/см3
jж = 1 кг/см3 Vкр – критическая скорость свободного падения песчинок, см/с по таблице №1. Vкр = 8,7 см/с
Таблица 1. Критическая скорость падания песчинок в жидкости
| Максимал. размер зерна, мм. | Скорость свобод. падения, см/с | Максимал. размер зерен, мм | Скорость свобод. падения см/с | Максимал. размер зерен, мм | Скорость свобод. падения,см/с |
| 0,01 | 0,01 | 0,23 | 2,80 | 1,0 | 9,50 |
| 0,03 | 0,07 | 0,25 | 3,0 | 1,2 | 11,02 |
| 0,05 | 0,19 | 0,30 | 3,50 | 1,4 | 12,54 |
| 0,07 | 0,36 | 0,35 | 3,97 | 1,6 | 14,00 |
| 0,09 | 0,60 | 0,40 | 4,44 | 1,8 | 14,90 |
| 0,11 | 0,90 | 0,45 | 4,90 | 2,0 | 15,70 |
| 0,13 | 1,26 | 0,5 | 5,35 | 2,2 | 16,50 |
| 0,15 | 1,67 | 0,6 | 6,25 | 2,4 | 17,20 |
| 0,17 | 2,14 | 0,7 | 7,07 | 2,6 | 17,90 |
| 0,19 | 2,39 | ,8 | 7,89 | 2,8 | 18,60 |
| 0,21 | 2,60 | 0,9 | 8,70 | 3,0 | 19,20 |
Гидравлические сопротивления в шланге (h 4) и вертлюге (h 5) при движении воды определяются по данным, приведенным в таблице 2.
Гидравлические сопротивления в нагнетательной линии от насоса до шланга определяются по формуле:
h 6 = λ × L × V2
d 2д м.вод.ст. (9)
Расчет производим при работе насоса на каждый из его скоростей:
При работе на I скорости: Q = 4,6 л/с
Vн = 4× 4,6 = 15,23 дм/с =1,523 м/с
3,14 × 0,622
Таблица 2. Гидравлические сопротивления в шланге и вертлюге
| Расход воды, л/с | Потери литра, м.вод.ст. | Расход воды, л/с | Потери напора, м.вод.ст. |
| 3 | 4 | 7 | 22 |
| 4 | 8 | 8 | 29 |
| 5 | 12 | 9 | 36 |
| 6 | 17 | 10 | 43 |
Коэффициент сопротивления λ1 = 0,035 выбираем по таблице 3.
Таблица 3. Коэффициент трения для воды при движении в трубах
| Диаметр труб, dв, мм | 48 | 60 | 73 | 89 | 114 |
| λ | 0,04 | 0,037 | 0,035 | 0,034 | 0,032 |
| Диаметр труб, dв, мм | 127 | 146 | 178 | 194 | - |
| λ | 0,030 | 0,028 | 0,025 | 0,020 | - |
Находим потери на трение нисходящего потока: (11)
К1 = 0,035 × 2200 × 1,5232 = 143 м вод. ст.
0,062 2 × 9,81
Скорость нисходящего потока: (12)
Vв1 = 4× 4,6 = 6,11 дм/с = 0,611 м/с
3,14 ×(1,222 -0,732)
Находим коэффициент сопротивления восходящего потока λ2 по таблице №4. λ2 = 0,037
Находим потери на трении восходящего потока: (13)
h21 = 1,15 × 0,037 × 2200 × 0,6112 = 39,6 м.вод.ст.
0,122 -0, 79 2 × 9,81
Потери напора на уравновешивание столбов жидкости: (14)
h 31 = (1-0,3) 117×12[2,61 (1- 8,7) -1] =16,5 м.вод.ст.
75,3 1 61,1
Находим потери на трении в шланге и вертлюге: (15)
h 41 + h51 = 10,4 м.вод.ст.
Находим гидравлические сопротивление в линии от насоса до шланга
h61 = 0,035 × 45 × 1,5232 = 3 м.вод.ст.
0,062 2× 9,81
Находим общее гидравлическое сопротивление: (16)
h общ = 143+ 39,6+16,5+ 10,4 +3 = 207,2 м.вод.ст.
При работе на II скорости Q2 =6,4 л/с, скорость потока (17)
Vн = 4 × 6,4 = 21
3,14 ×0,622
Гидравлические скорости сопротивления нисходящего потока: (18)
h12= 0,035 × 2200 × 2,122 = 285 м.вод.ст.
0,062 2 × 9,81
Скорость восходящего потока:
Vв2= 4 × 6,4 × 0,852= 8,5 дм/с = 0,85 м/с
3,14 × (1,222-0,732) 2 × 9,81
Находим потери на трение восходящего потока (19)
h 22= 1,15× 0,037 × 2200 × 0,852 = 76,8 м.вод.ст.
0,122-0,073 2× 9,81
Находим потери на уравновешивание столбов жидкости (20)
h 32= (1-0,3) × 117/75,3 × 12[2,65/1 (1- 8,7/8,5) -1] = 17,9 м.вод.ст.
Находим потери на трение в шланге и вертлюге: h 42 + h 52 = 19 м.вод. ст. Находим гидравлические сопротивления в линии от насоса до шланга h 62:
h 62 = 0,035× 45 × 2,122 = 5,8 м вод.ст.
0,062 2 × 9,81
Определяем общие гидравлические сопротивления: (22)
h общ= 285+76,8+17,9+19+5,8 = 404,5 м вод.ст.
При работе на II скорости Q = 9,6 л/с
Находим скорость нисходящего потока воды Vн2: (23)
Vн2 = 4 × 9,6 = 31,9 дм/с = 3,19 м/с
3,14 × 0,622
Гидравлические сопротивления нисходящего потока: (24)
h 13= 0,035 × 2200 × 3,192 = 645 м.вод.ст.
0,062 2 ×9,81
Находим скорость восходящего потока Vв3 :
Vв3 = 4× 9,6 = 12,73 дм/с = 1,273 м/с
3,14 × (1,222 – 0,732)
Находим потери на трение восходящего потока h 23 : (25)
h 23 = 1,15 × 0,037 × 2200 × 1,2732 = 156,4 м. вод. ст.
0,122 -0,073 2 ×9,81
Находим потери на уравновешивание столбов жидкости: (26)
h 33 = (1-0,3) × 117 ×12 [2,65 × (1 - 8,7 ) -1] = 19,2 м. вод.ст.
75,3 1 127,3
Определяем потери на трение в шланге и вертеле по таблице 2. (27)
h 43 + h 53 = 40,2 м.вод.ст. (интегрированные данные)
Находим гидравлическое сопротивление в линии от насоса до шланга h 63
h 63 = 0,035 × 45 × 3,192 = 13,2 м.вод. ст.
0,062 2 ×9,81
Определяем общие гидравлические сопротивления: (29)
h общ= 645+ 156,4 +19,1 +40,2 +13,2 = 873,9 м вод.ст.
Определяем давление на выпуске насоса:
При работе на I скорости: (30)
Рн1 = jж × h общ кт/см2
10
где, jж – удельныйвес промывочной жидкости, кг/дм3
h общ – общие гидравлические сопротивления при работе насоса на I скорости, м. вод. ст:
Рн1 = 1 × 212,5 = 21,25 кг/см2
10
При работе на II скорости: (31)
Рн2 = jж × h общ = 1× 404,4 = 40,45 кг/см2
10 10
При работе на III скорости:
Рн3 = jж × h общ = 1× 873,9 = 87,39 кг/см2
10 10
Определяем давление скважины:
При работе на I скорости: (32)
Рзаб1= jж × (Н + h 21 +h 31) кг/см2
10
где, h 21 - сопротивление восходящего потока при работе насоса на I скорости, м.вод. ст., h 31 - сопротивление восходящего потока при работе насоса на II скорости, м.вод. ст..
Рзаб1= 1 × (2200 +39,6 +16,5)/ 10 = 225,6 кг/см2
При работе на II скорости: (33)
Рзаб2= jж × (Н + h 2 + h 3) = 1 (2200 +76,8 +17,9) = 229,5 кг/см2
10 10
При работе на III скорости: (34)
Рзаб3= jж × (Н + h 2 + h 3) = 1 (2200 +156,4 +19,1) = 237,6 кг/см2
10 10
Подсчитаем мощность, необходимую для промывки песчаной пробки:
N = jж × h общ × Q л/с, (35)
75 Га
где, Га – общий механический к.п.д. промывочного агрегата, Га = 0,65.
При работе насоса на I скорости: (36)
N1 = 1× 212,5× 4,6 = 20 л/с,
75× 0,65
При работе на II скорости: (37)
N2 = 1× 404,5× 6,4 = 53 л/с,
75 × 0,65
При работе на III скорости:
N3 = 1× 873,5× 9,6 = 173 л/с,
75 × 0,65
Агрегат имеет максимальную мощность двигателя Nа = 82 л/с., а потому работа его на III скорости невозможна.
Найдем использование максимальной мощности промывочного агрегата:
При работе насоса на I скорости: (38)
К1 = N1 ×100% , %
Nмак
где, N1 - мощность, необходимая для промывки песчаной пробки, л/с.,
Nмак - максимальная мощность, необходимая для промывки песчаной пробки, л/с.
При работе насоса на I скорости:
К1 = 20 × 100% = 24,4 %
82
К2 = N2 × 100% = 53 × 100% = 64,6 %
Nмак 82
Определим скорость подъема размытого песка: Vм1 = V61 – Vкр м/с, (39)
где, V61 – скорость восходящего насоса, м/с,
Vкр – критическая скорость, м/с
Vм1 = 0,611 - 0,087= 0,524 м/с
При работе насоса на II скорости: (40)
Vм2= V62 – Vкр = 0,85 -0,087= 0,763м/с,
Определим продолжительность подъема размытой пробки после промывки ее в каждом колене до чистой воды:
При работе насоса на I скорости: (41)
t1= Н / Vм сек.,
где, Н – глубина скважины, м
t1= 2200/0,524 = 4200 сек. =1час 10 минут.
При работе на II скорости:
t2= Н = 2200 = 2880сек.= 48 минут.
Vм 0, 763
Подсчитаем общее время, затрагиваемое на промывку пробки (не считая времени на подготовительно-заключительные операции, развенчивание и подъем труб):
Т = t × n мин., (42)
где n – число наращиваний,
n = h м, (43)
Lк
где, h м – высота песчаной пробки, м.,h м = 30м.
Lк - длина колена, Lк = 12 м.
n = 32 = 3
12
При работе насоса на I скорости: