Расчет выполнен на основе результатов опытно-промышленных испытаний шнекового пневмо-эжекционного эвакуатора ШПЭ-244,5 на Мазульском известняковом руднике при бурении сложноструктурных блоков в закарстованных массивах.
Расход сжатого воздуха, необходимого для эффективного удаления бурового шлама из скважины, F, м3/с, [3]:
,
где Кв - коэффициент, учитывающий наличие воды в воздухе (при бурении с подачей технологической воды в скважину), Кв = 1,3-1,5; S - площадь поперечного сечения кольцевого пространства призабойной зоны скважины, м2 (при бурении долотом III 244,5 ОК-ПВ),
,
где Dс - диаметр скважины, м; dД - средний диаметр корпуса долота, м; Vэ - эквивалентная скорость потока сжатого воздуха, которая в нормальных условиях достаточна для выноса бурового шлама из скважины, Vэ = 15-20 м/с; Рз - давление сжатого воздуха в призабойной зоне скважины, Па:
Рз = Рк - ΔРш - ΔРd ,
где Рк - давление сжатого воздуха на выходе из компрессора, Па; ΔРш, ΔРd - потери давления сжатого воздуха, соответственно, в пневмосистеме бурового станка и долоте, Па (по расчетам, выполненным с учетом известных исходных данных [4], ΔРш = 0,025·106 Па, ΔРd = 0,2·106 Па); zt - коэффициент отклонения от закона идеального газа (при малых значениях Рз и Тt коэффициент zt = 1); ρ0 - плотность воздуха при нормальных условиях, ρ0 = 1,205 кг/м3; R - газовая постоянная, R = 287 Дж/(кг·К); Тt - температура сжатого воздуха в зоне забоя скважины, равная примерно 300 К.
Расход сжатого воздуха при пневмоочистке скважины:
.
Расход сжатого воздуха при пневмо-эжекционной эвакуации бурового шлама из скважины:
.
Необходимая мощность привода компрессора Nк, кВт, бурового станка
Отсюда необходимая мощность привода компрессора при бурении скважин с пневмоочисткой:
Необходимая мощность привода компрессора при бурении скважин с пневмо-эжекционной эвакуацией бурового шлама:
От установленной мощности электродвигателей станка СБШ-250 МНА-32 (409 кВт) мощность привода компрессора составляет:
при пневмоочистке скважины от бурового шлама -
при пневмо-эжекционном удалении бурового шлама -
т.е. снижается по сравнению с пневмоочисткой на 14 %.
При уменьшении расходуемой мощности привода компрессора с использованием пневмо-эжекционной эвакуации бурового шлака снижение годового расхода электроэнергии по сравнению с пневмоочисткой на один буровой станок составляет
,
где Тч - среднее количество часов работы в год станка СБШ-250 МНА-32, Тч = 4016 ч.
Экономия средств за счет снижения расхода электроэнергии на один буровой станок типа СБШ при бурении скважин с пневмо-эжекционным удалением бурового шлама составляет
где Сэл - принятая средневзвешенная стоимость 1 кВт·ч электроэнергии при потреблении её станком в течение 5000 час в год, руб.
Для 5 станков Мазульского известнякового рудника годовая экономия электроэнергии составит примерно 1,5 млн. руб.
Таким образом, пневмо-эжекционный способ позволяет повысить эффективность процесса эвакуации бурового шлама за счет управления (авторегулирования) его концентрацией посредством изменения режимов подачи сжатого воздуха, снизить энергетические затраты на бурение, осуществить проходку глинистых пород и закарстованных массивов с меньшими расходами на процесс бурения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Пат. 2281378 Российская Федерация, МПК7 Е21В 10/44, 49/00. Способ эвакуации бурового шлама из скважины и устройство для его осуществления. / А.В. Гилёв, В.Д. Буткин, В.Т. Чесноков и [др.]. Заявитель и патентообладатель ГАЦМиЗ - № 2004131410/03; заявл. 27.10.04; опубл. 10.08.06, Бюл. № 22.
- Гилёв, А.В. Совершенствование пнвмотранспортных систем буровых станков/А.В. Гилёв, В.Д. Буткин, С.В. Збинец. - Горный журнал. - 2010. - № 12. - С. 45 - 47.
- Маковей, Н. Гидравлика бурения / Н. Маковей; пер. с рум. М.: Недра, 1986. - 536 с.
- Перетолчин, В.А. Вращательное и шарошечное бурение скважин на карьерах / В.А. Перетолчин. - М.: Недра, 1983. - 175 с.