Оборудование для очистки с помощью центробежных сил.

Разделение твердой фазы бурового рас­твора и выделение из нее ненужных фрак­ций (например, песка, коллоидных глини­стых частиц и др.) осуществляется в гид­роциклонах и центрифугах. Гидроциклоны применяются в пескоотделителях, которые состоят из одного или нескольких цикло­нов и шламового насоса.

Гидроциклонный аппарат (рис. 1) представляет собой цилиндрический сосуд­ – диффузор, переходящий в конус. В ци­линдрическую часть гидроциклона сбоку подводится напорный патрубок, через который буровой раствор подводится к внутренней стeнкe аппарата. Благодаря такому устройству, попадая на внутреннюю стенку цилиндра, раствор начинает вращаться. Под действием возникающей при этом центробежной силы тяжелые частицы отбрасываются к наклонным стенкам гидроциклона и, дви­гаясь вниз, разгружаются через нижнюю сменную насадку. Очи­щенный раствор выносится через сливной патрубок в верхней части гидроциклона.

Пескоотделитель 1ПГК(рис. 2) состоит из батареи гидроцикло­нов, вертикального шламового насоса, емкости и соединительной трубы между насосом и батареей. Батарея циклонов состоит из сварной рамы, четырех гидроцик­лонов, крестовины и четырех отводов с резиновыми рукавами. Вну­тренняя часть рамы выполнена в виде лотка с наклонным дном и лю­ком, с шибером в передней торцовой стенке. При закрытом шибере песковые насадки погружены в шлам, который выходит через верх­нюю кромку передней тор­цовой стенки. При открытом шибере шлам свободно выте­кает через люк.

Вертикальный шламовый насос ВШН – 150 представляет собой центробежный насос погружного типа с открытым колесом. Привод насоса осу­ществляется от вертикаль­ного фланцевого электродви­гателя.

Действие пескоотделителя состоит в следующем. Буро­вой раствор, предварительно очищенный в вибросите, по­ступает по желобу 1 в пра­вый отсек емкости 2, из кото­рого шламовым насосом 3 подается в батарею гидроциклонов 4. Очищенный раствор из верхних сливных насадок циклонов сливается в левый отсек емкости 5 и по желобу 6 направляется в приемные емкости буровых насосов.

При работе циклонов с погруженными в шлам песковыми насад­ками, т. е. при закрытом шибере лотка, обеспечивается минимальная потеря раствора через песковые насадки. При этом шлам, вытекаю­щий из лотка, имеет максимально возможную плотность.

Используется также пескоотделитель 1ПК, конструкция которого аналогична конструкции 1 ПГК.

В настоящее время применяют более надежные модели пескоотделителей ПГ – 50 и ПГ – 90; число обозначает производительность в л/с. Они отличаются более стойкими и совер­шенными по форме резиновыми элементами.

Кроме того, во многих районах России внедрены шламо­отделители с гидроциклонами диаметрами 75 и 100 мм, так называемые илоотделители. Они представляют собой блок из12-16 гидроциклонов, установленных на общей раме и име­ющих общий ввод раствора и поддон для сбора ила (шлама с раствором). Для подачи раствора используется вертикальный шламовый насос.

В США гидроциклонные шламоотделители выпускают фирмы "Свако", "Демко", "Бароид", "Милкем" и др. Они отличаются конструктивным исполнением, размерами и числом гидроциклонов в каждом блоке.

Кроме того, выпускают­ся отдельные автономные блоки по очистке бурового рас­твора, включающие вибросито, песко- и илоотделитель, ино­гда дегазатор.

Фирма "Свако" выпускает до 10 видов пескоотделителей и 5 видов илоотделителей для различных технологических па­раметров промывки скважин. Производительность пескоотделителей и илоотделителей изменяется от 16 до 95 л/с. Прак­тически охватывается весь диапазон подачи буровых насосов при промывке скважин. При соблюдении нормальных усло­вий работы пескоотделитель полностью удаляет из неутяже­ленного бурового раствора плотностью 1.05 – 1.10 г / см³ и вязкостью 30 – 35 с шлам с размером частиц 44 – 60 мкм, а при использовании илоотделителя удаляется шлам с размером частиц 25 мкм.

Эффективность разделения суспензии с помощью гидроциклонов повышается с увеличением давления на входе. Од­нако опыт работы с буровыми растворами показывает, что оптимальное значение давления для пескоотделителей состав­ляет 0,25 МПа, а для илоотделителей – 0,32 МПа. Такие ус­ловия достигаются при давлении в нагнетательной линии на­соса 0,4 - 0,5 МПа.

Основным методом регулирования работы гидроциклонов в условиях бурения скважин является изменение размеров отверстия для сбрасывания песков или илов. При высоких скоростях бурения это отверстие должно быть достаточно большим. Но если оно окажется больше, чем необходимо для удаления из раствора выбуренной породы, то эффективность работы циклона снизится, а потери раствора со шламом возрастут.

Уравновешенный гидроциклон имеет наилучшие характе­ристики только в том случае, когда слив песков идет в виде зонтика, а не в виде шнура. Следует помнить, что у современных гидроциклонов нижнее отвер­стие является каналом разгрузки, а не штуцером. При пра­вильной работе циклона допускаются потери раствора со шламом от 1 до 5 %. Стремление получить с помощью гидро­циклонов почти сухой шлам приводит также к ухудшению разделения суспензии: тонкодисперсные, необходимые для раствора частицы глины не могут попасть в восходящий вихрь и уносятся песками в отвал.