Гидроциклоны

Гидорциклоны являются экономически эффективным средством борьбы с выбуренной породой, прошедшей через вибросита в неутяжеленных буровых растворах. Так как они не имеют движущихся частей, то являются достаточно надежным при правильном использовании оборудованием. Гидроциклон – это общее название данного типа оборудования, по размеру отбиваемой твердой фазы они делятся на пескоотделители, илоотделители и микроклоны. На рисунке 5 показан принцип работы гидроциклона. Раствор попадает под давлением во входной патрубок по касательной к стенкам цилиндра, создавая таким образом спиральное движение жидкости. По мере продвижения раствора по спирали вниз по конической секции центробежные силы оттесняют твердую фазу к стенкам. По мере сужения конуса все большие слои жидкости вовлекаются в поток по направлению вверх из-за создающегося вакуума внутри гидроциклона по принципу Торнадо. Твердая фаза определенной массы, достигая низа конуса, не может подняться наверх из-за действующих на нее сил инерции и отделяется от основной массы раствора. Максимальный износ, как правило, образуется в нижней части конуса, где скорость частиц максимальна. «Сбалансированные» гидроциклоны имеют небольшой выброс раствора через нижнюю насадку, если частицы слишком малы, чтобы быть удалены из раствора, то и раствор не должен выходить из насадок, т.е. при работе на воде не должно быть утечек через насадки. «Не сбалансированные» гидроциклоны будут выбрасывать раствор без признаков присутствия твердой фазы в растворе.

Компания «Амоко» провела обширные исследования в области влияния различных факторов на производительность гидроциклонов, результаты сведены в таблицу 4.

Таб.4. Факторы влияющие на эффективность работы гидроциклона

Значительный эффект	Незначительны эффект
Диаметр конуса	Динамическое напряжение сдвига раствора
Фракционный состав твердой фазы в растворе	Концентрация твердой фазы (при постоянной пластичекой вязкоти)
Пластическая вязкость	Тип входного канала
Напор	Длина цилиндра
Угол конуса	Длина выходного патрубка
Диаметр насадки

Диаметр конуса является основным фактором, определяющим пропускную способность гидроциклона. Более крупные гидроциклоны имеют большую пропускную способность и как правило меньшую эффективность отделения твердой фазы. Производительность гидроциклонов различных размеров компании «Амоко» приведена в Таблице5.

Таб.5: Производительность гидроциклонов Амоко в л/мин

Д конуса, см	Произв. при напоре 23м	Д конуса, см	Произв. при напоре 23м

Пластическая вязкость раствора также производит значительное воздействие на производительность гидроциклонов. На рисунке 6 показана зависимость D₅₀ отбиваемой твердой фазы от величины пластической вязкости для 8 см гидроциклона.

Рис.6: Зависимость работы гидроциклона от пластической вязкости раствора

Напор соотносится с давлением и плотностью раствора через следующее уравнение:

Р=ρgН

Р – давление, ρ – плотность раствора g – ускорение свободного падения Н - напор

Центробежные насосы используются для подачи раствора на гидроциклоны, т.к. они обеспечивают постоянный напор при заданной подаче.

Чем меньше диаметр используемых насадок, тем меньшее количество твердых частиц достаточной массы будет отделено от раствора – отделяемая пульпа будет суше в ущерб эффективности работы. Форма пульпы дает хорошее представление об эффективности работы гидроциклона.

Выход пульпы зонтиком – характерен для нормально работающего гидроциклона, при этом присутствует небольшой вакуумный эффект в центре насадки.

На рисунке 7 изображен сплошной выход пульпы из насадки гидроциклона. Это может произойти в случае большой концентрации крупной твердой фазы (например при бурении кондуктора). Она перекрывает доступ воздуха в центр насадки и неочищенный раствор устремляется в выходное отверстие. Если гидроциклон начинает работать сплошным выходом пульпы и это не является результатом большого объема твердой фазы, то это может означать, что давление на входе не достаточно в результате износа насоса, падения уровня раствора в емкости, аэрированности раствора, износа конуса, забито входное отверстие. Если давление на входе находится в паспортных пределах, значит производительность гидроциклона недостаточна для данных условий бурения. В общем случае количество пескоотделителей и илоотделителей должно обеспечивать производительность в пределах 120- 150% от производительности буровых насосов. Для более эффективной работы гидроциклонов, сброс очищенного раствора должен производиться в следующую емкость или хотя бы в другой конец емкости. Нельзя допускать работы забитых циклонов, не следует забивать насадки нескольких конусов илоотделителя, так как увеличивая эффективность работы остальных конусов, мы забываем, что через забитые конуса проходит неочищенный раствор. Не допускайте движение раствора в обход вибросит, даже при спускоподъемных операциях, так как крупный шлам может забить входные отверстия циклонов. Плотность пульпы не является прямым показателем эффективности работы гидроциклона. Так плотность пульпы с более мелкими частицами будет меньше, чем с крупными из-за разного количества сопутствующей жидкости. При сетках 200 меш, установленных на виброситах, необходимость использования пескоотделителя отпадает, если имеется возможность перетока в емкость илоотделителя, чем меньше используются центробежные насосы, тем медленнее происходит диспергирование частиц.

Дата добавления: 2015-07-11