(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211173194.6 (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221000 江苏省徐州市大 学路1号 (72)发明人 问小江　刘应科　王凤超　康建宏　 钮月　蒋名军　 (74)专利代理 机构 北京淮海知识产权代理事务 所(普通合伙) 32205 专利代理师 杨晓亭 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) (54)发明名称 一种钻井非淹没射流流态化采矿工艺参数 设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种钻井非淹没射流流态化 采矿工艺参数设计方法， 包括射流泵结构尺寸设 计、 流态化采矿工艺参数设计和工艺匹配度验证 等步骤。 本发 明考虑射流泵提升矿浆中颗粒对射 流泵效率的影响、 完善液固射流泵性能基本方 程， 基于改善的液固射流泵性能基本方程对射流 泵结构尺 寸进行设计、 确定射流泵工作效率接近 峰值效率时对应的射流泵结构尺 寸， 在此基础上 匹配设计流态 化采矿工艺参数、 并通过射流泵实 际流量比与汽蚀流量比进行比较， 获得最佳匹配 配套参数， 设计结果能够满足流态 化采矿过程中 高压水射流在非淹没状态完成破碎矿体作业， 进 而提高流态 化采矿的效率， 可以为非淹没射流流 态化采矿方法的推广应用提供理论指导及数据 支持。 权利要求书5页 说明书15页 附图4页 CN 115422684 A 2022.12.02 CN 115422684 A 1.一种钻井非淹没射流流态化采矿工艺参数设计方法， 其特征在于， 具体包括以下步 骤： Step1、 射流泵结构尺寸设计： 根据经验值给定射流泵面积比m和流量比q的初值， 以与 射流泵面积比m对应的射流泵峰值效率 ηmax为依据， 确定射流泵工作效率 η接近 ηmax时对应的 包括射流泵喷嘴出口直径D1的射流泵结构尺寸和射 流泵理论压力比h； Step2、 流态化采矿工艺参数设计： 在Step1得到的射流泵结构尺寸基础 上， 结合矿层 赋 存条件及钻具 条件优选最佳的流态化采 矿工艺参数； Step2‑1、 根据流量比q和射流泵喷嘴出口直径D1， 预设水力切割喷嘴出口直径Djet初值 和扰流喷嘴出口直径Dsubjet初值， 调整高压水压力Ppumb和背压Pb使得流态化采矿 工艺的射流 泵实际压力比h ’尽可能接 近射流泵理论压力比h， 且 满足h’<h； Step2‑2、 调整水力切割喷嘴出口直径Djet和扰流喷嘴出口直径Dsubjet， 使得流态化采矿 工艺的射 流泵实际流 量比q’尽可能接 近射流泵理论 流量比q， 且 满足q’<q； Step3、 工艺匹配度验证： 汽蚀流量比qk是给定射流泵结构尺寸前提下射流泵不发生汽 蚀的最大流量比， 验证流态化采矿工艺的射流泵实际流量比q ’是否小于汽蚀流量比qk， 若 满足， 则Step1得到的射流泵结构尺 寸和Step2得到的流态 化采矿工艺参数为最佳匹配配套 参数； 若不满足， 则根据经验值修改射流泵面积比m或流量比q的初值， 重复步骤Step1～ Step3， 直至流态化采 矿工艺的射 流泵实际流 量比q’小于汽蚀流 量比qk。 2.根据权利要求1所述的钻井非淹没射流流态化采矿工艺参数设计方法， 其特征在于， Step1中， 当被吸流体为液固体系时， 射 流泵的基本方程 为： 式中： 为喷嘴的流速系 数； 为喉管的流速系数； 为扩散管的流速系数； 为吸入 室的流速系数， 取0.95； 为喉管进口段的流速系数， 取1；权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115422684 A 2μ1为吸入室出口剖 面颗粒与液体速度滑移的修正系数； μ2为喉管进口剖 面颗粒与液体 速度滑移的修正系数； μ3为喉管出口剖面颗粒与液体速度滑 移的修正系数； a为喉管进口函数； c为吸入面积比； q为理论流量比； m为面积比； n为与 面积比相关的系 数； δ 为喉管 出口剖面 流体动量 修正系数； β 为喉管进口段收缩半角； f3为喉管入口面积， 单位m2； f1为喷嘴出口面积， 单位m2； fs1为被吸流体在吸入室出口剖 面的过流 面积， 单位m2； k1为喉管进口段工作流体流速分布不均匀系数， 取0.95； k'1为喉管进口段工作流体流 速分布不均匀综合系数； k2为喉管进口段被吸流体 流速分布不均匀系数， 取1.10； k'2为喉管 进口段工作流体流速分布不均匀综合系数； 为被吸流体与工作流体的容重比。 3.根据权利要求2所述的钻井非淹没射流流态化采矿工艺参数设计方法， 其特征在于， 吸入室出口剖面颗粒与液体速度滑 移的修正系数 μ1表示为： 式中： cv为颗粒体积浓度； 为固体颗粒在吸入室出口剖面的平均流速， 单位m/s； vs1为 忽略颗粒影响下被吸流体在吸入室出口剖面的平均流速， 单位m/s； Qs为射流泵被吸流体流 量， 单位m3/s； fs1为被吸流体在吸入室出口剖面的过流面积， 单位m2； D1为射流泵喷嘴出口直 径， 单位m； Lc为喉嘴距， 单位m； m为面积比； β 为喉管进口段 收缩半角； vss为吸浆口处流体流 速， 单位m/s； Fdrags为吸浆口颗粒所受曳力， 单位N； g为重力加速度， 单位m/s2； A为颗粒沿水 流方向的投影面积， 单位m2； a1为喷嘴壁厚修正系数， 取1.2； Dp为吸浆口处颗粒的最大粒径， 单位m； γp颗粒容重， 单位N/m3； γs为吸浆口的流体容重， 单位N/m3； Vp为吸浆口处最大粒径 颗粒的体积， 单位m3； 吸浆口处最大粒径颗粒的沉降末速， 单位m/s； S为吸浆口面积， 单位 m2； Ls为吸入室长度， 单位m； Cd为颗粒曳力系数， 取0.4 4； 喉管进口剖面颗粒与液体速度滑 移的修正系数 μ2表示为：权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115422684 A 3