Промывочные жидкости и растворы - Режим работы гидроциклона

Режим работы гидроциклона

 

Режим работы гидроциклона, его конструктивные размеры и размеры эффективно   удаляемых граничных зерен выбуренной породы определяются из следую­щих эмпирических соотношений, полученных А. И. Поваровым:

 clip_image052                                                                                                    

Здесь Q - пропускная способность гидроциклона, дм3/мин; δ — размер выводимых частиц, мкм; D, dП, dС, dН — диаметры соответственно гидроциклона, питающего отверстия, сливного отверстия, песковой насадки, см; g — ускорение свободного па­дения, м/с2; Н — давление на входе в гидроциклон, МПа; а содержание твердых частиц, %; рп, рж — плотности соответст­венно твердой и жидкой фаз, г/см3.

       Коэффициенты Kdи Кαвычисляются по формулам

 KD = (0,08D+2)/(0,1D+1),                                                                              (IX.7)

Кα = 0,79 + 0,044 /(0,039 + tg(α/2)),                                                            (IX.8)

где α— угол при вершине конуса гидроциклона.

Давление в питающей линии гидроциклона поддерживается в пределах 0,2—0,3 МПа.

В геологоразведочном бурении применяют гидроциклонные установки ОГХ-8А и ОГХ-8Б, состоящие из гидроциклона, вин­тового насоса и электродвигателя, смонтированных на общей раме. Конструктивные отличия установок несущественны.

Установка ОГХ-8А (рис. 60) работает следующим образом. Буровой раствор, содержащий песок, засасывается винтовым на­сосом 1 из отстойника  (приемной емкости) и по нагнетательному трубопроводу 2 подается в гидроциклон 4, имеющий в ниж­ней части сменные шламовые насадки. Очищенный раствор по сливному трубопроводу 3 стекает в другой отстойник, а шлам отводится в специальную емкость 7 через лоток 5. Привод насо­са осуществляется от электродвигателя 6.

clip_image054

 

 

Рис. 60. Гидроциклонная установка ОГХ-8А

 

На рис. 61 приведена схема циркуляционной системы с очисткой промывочной жидкости гидроциклонной установкой ти­па ОГХ.

Гидроциклоны для сепарации мелких частиц шлама (илоотделители) отличаются, как правило, меньшими размерами и ре­жимом работы.

ВИТРом разработан ряд гидроциклонов с целью очистки промывочных  жидкостей  на  выходе  из  скважины  в  процессе бурения. Для этого устье скважины герметизируется и промы­вочная   жидкость,  выходящая  из  скважины, направляется  по трубопроводу в гидроциклон, где очищается и отводится в приемную емкость. Так как расход жидкости здесь обусловлен принятой технологией бурения, разработано несколько типоразме­ров сменных гидроциклонов с размером цилиндрической части от 25 до 75 мм и углом конической части 18—20°. Недостаток такой схемы использования гидроциклона — необходимость гер­метизации устья скважины.

clip_image056

                                                        Рис. 61.                                                     Рис. 62.

  Рис. 61. Схема циркуляционной системы с очисткой промывочной     

жидкости гидроциклонной уста­новкой типа ОГХ:

1 — буровое здание; 2 —буровой ста­нок; 3 — насосный блок; 4, 5, 6, 8же­лоба; 7 — гидроциклонная установка; 9, 10, 11 — приемные емкости; 12 — ме­таллические   емкости;   13 — ограждение

 

Рис. 62. Гидротурбоциклон ГТН-200

 

В практике разведочного бурения используются также гид­роциклоны, разработанные опытно-методическими партиями гео­логических объединений и экспедиций. Конструкции этих гидро­циклонов отличаются несущественно. Для повышения износостой­кости в гидроциклонах применяют элементы, изготовляемые из резины и полимеров.

Коэффициент очистной способности гидроциклона Коможет доходить до 10—15, содержание шлама в жидкости, выходящей из насадки, может достигать 50%, общие потери раствора за один цикл при оптимальном режиме работы составляют 1—2%.

В практике бурения глубоких разведочных скважин приме­няют одновременно по нескольку гидроциклонов, объединенных в батареи. Известны пескоотделители 1 ПГК конструкции ВНИИнефтемаша, гидроциклонные пескоотделители КуйбышевВНИИТнефти и др. Загрязненная жидкость к гидроциклонам подается с помощью шламовых насосов ВШН-150, но может по­даваться и буровыми насосами. При бурении глубоких сква­жин используют также гидроциклоны-пескоотделители ПГ-50 и илоотделители ИГ- 45. Гидроциклоны применяют и для регене­рации утяжелителей.

К преимуществам гидроциклонов относятся их простота и от­сутствие подвижных частей. Недостатками являются узкий диа­пазон оптимальных режимов работы для каждого типоразмера гидроциклона и невозможность надежной сепарации частиц размером менее 40 мкм. Кроме того, при очистке высоковязких промывочных жидкостей нередко приходится разбавлять рас­твор водой или очищенным раствором перед вводом его в гидроциклон. Соотношение воды и раствора может доходить до 0,5 : 1. Степень очистки повышается, но в целом качество раство­ра ухудшается, и требуются дополнительные меры по его вос­становлению.

Для отделения мелких частиц шлама, а также уменьшения содержания глины в растворе используют турбоциклоны и центрифуги. В турбоциклоне очистка раствора осуществляется с ис­пользованием центробежной силы, но вихревое движение жидко-сти создается механическим путем с помощью вращающегося ротора.

При бурении глубоких разведочных скважин применяется гидротурбоциклон ГТН-200 (рис. 62). Он состоит из двух агре­гатов: центрифуги и гидроциклона. Центрифуга состоит из кор­пуса 4, который в верхней части имеет загрузочную воронку 1, вертикального вала, опирающегося на два подшипника качения, из которых один упорный воспринимает массу ротора. Ротор со­стоит из ступицы, которая плотно насажена на вал. К ступице приварена перфорированная обечайка 3 с днищем и винтовой лентой 2, которая приварена к внутренней поверхности обечай­ки. В днище имеются отверстия 6 и горловина 7. В нижней ча­сти корпуса расположены воронка 8 и сливной патрубок 9. На верхний конец вала насажен шкив клиноременной передачи, при помощи которой центрифуга соединяется с электродвигателем.

Раствор самотеком подается в загрузочную воронку 1, а от­туда в рабочую полость центрифуги. Под действием центробеж­ной силы твердые частицы разделяются по гранулометрическо­му составу и плотности. Тонкодисперсная часть раствора, со­стоящая в основном из глины и воды, удаляется через отвер­стия 6, сливную воронку 8 и патрубок 9 в дренаж. Более круп­ные частицы выбрасываются через отверстия 5 в перфорирован­ной обечайке в полость корпуса, откуда по трубкам 10 поступа­ют в гидроциклон 11.

В гидроциклоне происходит дополнительное сгущение посту­пившей из центрифуги пульпы, которая затем удаляется через песковую насадку. Остаток тонкодисперсной глинистой суспензии через сливную насадку гидроциклона возвращается в центрифугу.

Турбоциклоны также используются для регенерации утяже­лителя. Они позволяют извлекать не только мелкий шлам, но и  при необходимости до 70%  глины и регулировать тем самым реологические свойства глинистых растворов.

К недостаткам турбоциклонов относятся сложность конст­рукции, значительные габариты, масса и большая мощность привода. Например, у ГТН-200 при габаритах 1500Х840Х XI166 мм и массе без электродвигателя 500 кг мощность электродвигателя 20 кВт.