Гидроциклоны представляют собой инерционно-гравитационные клас­сификаторы твердых частиц и широко применяются в промышленности для разделения суспензии на жидкую и твердую фазы. В бурении гидроци­клоны используют для отделения грубодисперсного шлама от бурового рас­твора. В качестве шламоотделителей гидроциклоны часто могут конкуриро­вать даже с виброситами. Так, при удалении частиц шлама размером менее 0,5 мм экономическая эффективность гидроциклонов и вибросит одинако­ва, если обрабатывается неутяжеленный буровой раствор. С уменьшением размера частиц шлама эффективность гидроциклонов повышается, а пре­имущества их при удалении шлама с размером частиц менее 74 мкм стано­вятся абсолютно бесспорными.

К сожалению, гидроциклонные шламоотделители, как правило, непри­менимы для очистки утяжеленного бурового раствора вследствие больших потерь утяжелителя со шламом.

Гидроциклон представляет собой цилиндр, соеди­ненный с усеченным перевернутым конусом (рис. 7.12). Нижняя часть конуса заканчивается насадкой для слива песков, а цилиндрическая часть оборудуется входной насадкой, через которую нагнетается буровой раствор, и сливным патрубком, через который отво­дится очищенный раствор.

Буровой раствор насосом подается через входную насадку в цилиндрическую часть гидроциклона по ка­сательной к внутренней поверхности. Обладая сравни­тельно большой скоростью на входе, частицы шлама под действием инерционных сил отбрасываются к стенке гидроциклона и движутся к песковой насадке в

Рис. 7.12. Схема гидроциклона для очистки бурового раствора от шлама

соответствии с законом Стокса. Тонкодисперсные частицы шлама вместе с компонентами бурового раствора сосредоточиваются в спиралевидном по­токе, движущемся снизу вверх. Попадая в сливной патрубок, очищенный раствор выводится из циклона, а шлам (пески) перемещается внешним, движущимся вниз спиралевидным потоком к песковой насадке и выгружа­ется через нее вместе с некоторой частью бурового раствора.

Технологические показатели работы циклона при разделении суспен­зии на жидкую и твердую фазы ухудшаются при уменьшении напора по­дающего насоса, увеличении вязкости или плотности подаваемой жидко­сти, повышении концентрации твердых частиц в суспензии, понижении плотности твердой фазы, уменьшении размера отделяемых частиц, резком отличии формы частиц от сферической, сокращении размера отверстия песковой насадки.

Гидроциклонные шламоотделители делят на песко- и илоотделители условно. Пескоотделители — это объединенная единым подающим и слив­ным манифольдом батарея гидроциклонов диаметром 150 мм и более. Ило-отделителями называют аналогичные устройства, составленные из гидро­циклонов диаметром 100 мм
и менее. Число гидроциклонов в батареях пес­ко- и илоотделителя разное.

Как и вибросита, эти аппараты должны обрабатывать весь циркули­рующий буровой раствор при любой подаче буровых насосов. Считается, что производительность пескоотделителя должна составлять 125 %, а илоот­делителя 150 % от максимальной подачи насоса. Это позволяет гарантиро­вать обработку всего потока бурового раствора на гидроциклонных шламо-отделителях, а иногда использовать часть очищенного раствора для разбав­ления неочищенного и таким образом существенно повышать эффектив­ность работы гидроциклонов.

Гидроциклонные шламоотделители обычно включают в работу с мо­мента забуривания скважины. Уже при бурении под кондуктор системы очистки бурового раствора должна работать на полную мощность. Шлам необходимо удалить из бурового раствора раньше, чем он будет подвергнут многократному истиранию и диспергированию в циркуляционной системе и стволе скважины. Только в этом случае удается сохранить стабильными параметры бурового раствора, избежать перерасхода запасных деталей к гидравлическому оборудованию, сохранить стабильный ствол и достичь высоких показателей работы долот.

В отечественной практике широко распространен гидроциклонный шламоотделитель ШГК, называемый пескоотделителем. Он представляет собой батарею из четырех параллельно работающих гидроциклонов диа­метром 150 мм. Буровой раствор в гидроциклоны подается вертикальным шламовым насосом.

Батарея гидроциклонов (рис. 7.13) состоит из сварной рамы 1, четырех гидроциклонов 2, крестовины 3 и четырех отводов 4 с резиновыми рукава­ми. Внутренняя часть рамы выполнена в виде лотка с наклонным дном и люком. В передней торцовой стенке установлен шибер. При открытом ши­бере песковые насадки погружаются в раствор со шламом, вытекающим через верхнюю кромку передней торцовой стенки. При открытом шибере шлам свободно вытекает через люк.

Гидроциклон (рис. 7.14) состоит из металлического корпуса 1, внутри которого установлен цельнолитой полый резиновый или пластмассовый конус 3, питающей резиновой насадки 5 и металлической сливной насадки.

Рис. 7.13. Пескоотделитель 1 ПГК

810

В нижнюю часть гидроциклона вставляется резиновая песковая насадка 4 с отверстием 15 или 25 мм. Раствор из гидроциклона сливается по патрубку 2.

Вертикальный шламовый насос (рис. 7.15) представляет собой центро­бежный насос погружного типа с открытым рабочим колесом 5, установ­ленным в полости 8. Колесо защищено дисками 7. Вместо сальника в нем используется разъемная резиновая втулка 4, которая служит не только уплотнителем, но и одновременно является опорой нижнего конца вала 6 насоса.

Два шарикоподшипника играют роль основных опор вала колеса. Они расположены в верхней части корпуса 3 насоса выше уровня перекачивае­мого раствора и надежно защищены от его воздействия.

Привод насоса осуществляется от вертикального фланцевого электро­двигателя 1 через упругую пальцевую муфту 2. Электродвигатель крепится к корпусу насоса, который имеет два опорных кронштейна с приваренны­ми цапфами для установки в емкости ЦС. Такое устройство позволяет пе­реводить насос из рабочего вертикального положения в горизонтальное для ремонта.

Рис. 7.14. Гидроциклон

Пескоотделитель ШГК способен обра­батывать до 60 л/с бурового раствора и удалять из него частицы шлама размером 60 мкм при наименьшем допустимом давле­нии около 0,2 МПа. Общая масса установки составляет 1310 кг.

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 из 12—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.

Опыт работы с буровыми растворами показывает, что оптимальное значение дав­ления на входе в гидроциклон для пескоот­делителей составляет 0,25 МПа, а для ило-отделителей — 0,32 МПа. Такие условия достигаются при давлении в нагнетательной линии насоса 0,4 — 0,5 МПа.

Основной    контролируемой    рабочей характеристикой   гидроциклонов   является плотность песков (илов). Плотность нижне­го продукта слива должна быть на 0,30 — 0,42 г/см3 выше плотности очи­щенного раствора.

Потери в гидроциклонах части бурового раствора со шламом всегда меньше потерь, которые связаны с необходимостью разбавления загущен­ного шламом раствора и его откачки в амбары.

В связи с высокой эффективной вязкостью растворов на углеводород­ной основе (РУО) эффективность работы гидроциклонных аппаратов сни­жается. Для этих растворов в качестве пескоотделителей используются илоотделители. Плотность сгущенного продукта при очистке неутяжелен-ных буровых растворов на углеводородной основе при одном и том же ко­личестве удаляемого песка будет меньше, чем при очистке раствора на водной основе. Например, сгущенный продукт, содержащий 25 % твердой фазы, при плотности раствора 1,14 г/см имеет плотность 1,48 г/см3, в то время как в РУО плотностью 1,02 г/см3
сгущенный продукт имеет плот­ность 1,39 ã/ñì3.

Обычные илоотделители не применяют для очистки утяжеленных бу-

Рис. 7.15. Вертикальный шламовый насос ВШН-150

ровых растворов, так как, удаляя частицы шлама размером 25 мкм, они также удаляют из раствора практически весь барит с частицами размером более 16 мкм и часть барита с частицами меньшего размера. При очистке илоотделителем тяжелых растворов 95 % шлама будут составлять крупные частицы и одновременно будет теряться до 50 % барита.

В последние годы для очистки утяжеленных буровых растворов при­меняются так называемые сепараторы (рис. 7.16), которые состоят из гид­роциклонного илоотделителя 1, установленного над вибрирующей мелко­ячеистой просеивающей сеткой 2. Утяжеленный буровой раствор, очищен­ный с помощью вибросита, подается центробежным насосом в батарею гидроциклонов, где он разделяется на утяжеленный и неутяжеленный. Не-утяжеленный поток возвращается в циркуляционную систему, а утяжелен-

Рис. 7.16. Гидроциклонный сепаратор

ный через песковые насадки попадает на тонкоячеистое вибросито, где частицы шлама, которые крупнее частиц утяжелителя, сбрасываются в от­вал, а остальная часть утяжеленного раствора просеивается через виброси­то и, возвратившись в циркуляционную систему, соединяется с неутяже-ленной частью раствора.

В связи с тем, что поток утяжеленного раствора значительно меньше потока неутяжеленного, можно использовать в сепараторах мелкоячеистые вибрирующие сетки.

Обратите внимание: