Расчет эрлифта [4,5] заключается в определении глубины погружения смесителя, расхода и давления воздуха, а также размеров воздухопроводящих и водоподъемных труб. Исходные данные для расчета (рис.46): глубина скважины z в м; высота уровня излива воды над поверхностью земли a в м; глубина статического уровня от уровня излива м; глубина динамического уровня воды от уровня излива h в м; расчетный дебит скважины Q в м3/ч.
Рис. 46. Схема оборудования скважин эрлифтом.
1 – воздухопроводные трубы; 2 – смеситель; 3 – водоподъемные трубы.
Глубина погружения смесителя H (расстояние от центра смесителя до уровня излива смеси на поверхности) зависит от положения динамического уровня:
Н=k·h, (21)
где k – коэффициент погружения смесителя эрлифта под динамический уровень, ориентировочно принимается по данным, приведенным ниже:
h, м | 15-30 | 30-60 | 60-90 | 90-120 | |
k | 3-2,5 | 2,5-2,2 | 2,2-2 | 2-1,8 | 1,8-1,6 |
Следует учитывать, что при k < 1,6 гидравлический КПД эрлифта очень низок, а при k > 3 работа эрлифтовой установки (эрлифт + компрессор) требует очень значительных затрат энергии приводящего двигателя.
Гидравлический КПД эрлифта:
η = (k – 1)0,85 / (1,05 · k). (22)
Удельный расход воздуха , необходимый для подъема из скважины 1 м³ воды (в м3 воздуха на 1 м3 воды):
V 0 = (10 · η · ln ((H – h + 10) / 10) / h)-1 . (23)
Полный расход воздуха (м³/мин):
W = Q · /60, (24)
где Q – проектный дебит скважины, м³/ч
Давление воздуха при пуске компрессора (МПа):
P п = 10-6 · ρ в · g · (H – h ст+2), (25)
где = 1000 кг/м³ - плотность воды.
Расход воздушно-водяной эмульсии при изливе (м³/с)
, (26)
Площадь внутреннего сечения водоподъемной трубы (в м²) при изливе:
, (27)
где - скорость движения эмульсии при изливе (м/с):
h, м | |||
, м/с | 7-8 | 9-10 |
Внутренний диаметр водоподъемной трубы (м):
d = (4 · F / π + D 12 )0,5 , (28)
где D 1 - наружный диаметр воздухопроводных труб в скважине, м (33; 42; 63,5; мм).
Рекомендуемые наружные диаметры воздухопроводных труб D 1 в зависимости от полного расхода воздуха W
W, м³/мин | 0,16-0,5 | 0,5-1,0 | 1,0-1,7 | 1,7-3,3 |
D 1, мм | 15-20 | 20-25 | 25-32 | 32-40 |
W, м³/мин | 3,3-6,7 | 6,7-11,7 | 11,7-16,7 | 16,7-26,7 |
D 1, мм | 40-50 | 50-70 | 70-80 | 80-100 |
Компрессор выбирается по значению подачи W к и давлению P к.
Подача компрессора (м³/мин):
, (29)
где 1,2 – коэффициент запаса подачи.
Давление, развиваемое компрессором (МПа):
P к = 1,2 · P п , (30)
где 1,2 – коэффициент запаса давления.